| 单词 | 麻粒岩相区地质 |
| 释义 | 【麻粒岩相区地质】 麻粒岩相是一种高温区域变质作用。它在基性岩石中出现紫苏辉石+单斜辉石矿物组合，而在泥质岩石中，原生白云母消失，生成矽线石+钾长石的组合。麻粒岩相区是以麻粒岩相岩石为主，但经常伴有高角闪岩相(董申保等，1986)。麻粒岩是高级变质区的岩石类型之一。麻粒岩相区的研究，在变质地质学，特别是前寒武纪地质学中占有重要的地位。 前寒武纪麻粒石相区及下部地壳 地球表面前寒武纪地壳(露出及埋藏)约占大陆地壳的72%，中国华北陆台上露出的麻粒岩相变质产物约占总面积的10%～15%。世界前寒武纪麻粒岩相变质产物平均占25%(A．，Coodwin，1989)。中国的麻粒岩相变质地区，通常认为属太古代，而目前研究表明，可能有少部分为元古代的产物(金巍，1989)。麻粒岩相岩石通常形成于下部地壳条件(17～31km的深度)，即使是酸性成分的岩石与变质程度低的岩石相比，也具有较高的密度，因为岩石中含有辉石及石榴子石。根据中性麻粒岩的地震波速来看，将它们作为深部地壳是恰当的(R．C．Newton，1986)。相对上部地壳而言，下部地壳的麻粒岩亏损大离子亲石元素如Th和U，并常与一些上壳岩以及含辉石的中——酸性钙碱性片麻岩伴生，这只有在地壳有显著的埋深以及相继发生的抬升时，才能使这些岩性单位共存。在太古代有许多大规模的麻粒岩区域，在以后的地质时代里也可能有相同规模麻粒岩分布，由于没有足够时间上升和剥蚀而得以出露。麻粒岩地体规模大小不一。麻粒岩地体主要出现于太古代和元古代时期，也有年青的麻粒岩地体，如白垩纪和第三纪组合中，中国的麻粒岩杂岩主要出现在太古代和元古代(董申保等，1986)。无论如何，作为下部地壳的麻粒岩地体的研究将有助于探讨地壳的形成和演化，特别是早期地壳的演化，以及壳幔的相互作用等重要的基础地质理论问题。深成岩浆作用及其与麻粒岩的成因联系也是一个重要的研究内容，对于解决岩浆的起源，特别是花岗质岩浆及深部地质作用过程都具有重要理论意义。在麻粒岩相的变质条件下，多种主要地壳岩石将会发生部分熔融，许多麻粒岩可能相当于花岗岩类熔融体排出之后留下的残留体。因此，花岗岩类岩石与麻粒岩在成因上有密切的联系。大量的野外地质研究表明：麻粒岩相变质区具有大量的奥长花岗岩——花岗闪长岩等TTG系列的岩石，特别是紫苏花岗岩都与麻粒岩相变质岩系伴生，表明其具有一定的成因联系和时间上、空间上的共生关系。变质作用物化条件 温度和压力条件是变质作用研究的重要内容。目前，对变质作用温压条件的估算，主要是根据共生矿物对地质温度计和压力计方法。近年来的研究有较大的进展，这些研究的特点是将实验及理论计算结果应用于变质杂岩。根据不同地区的研究结果，麻粒岩地体的变质温度一般为700～900℃，压力为0．5～1．1GPa，某些地区可偏高(1．1～1．3GPa)或稍低(0．3～0．5GPa)。由于各地区或同一地区研究中采用的方法不同，其所得结果也各有差异。一般认为，二辉石矿物对测定的结果代表高峰期(辉石结晶)的变质条件，而石榴石－黑云母矿物对确定的温压条件为高峰期后的黑云母和石榴石结晶的条件。许多研究者根据不同方法应用和比较后认为Ferry和Spear(1978)及Perchuk等(1983)用实验方法拟定的黑云母和石榴石间FeMg分配关系，由于未考虑Ti及Ca的变化，致使它应用于高级变质岩区时，具有一定误差(Newton，1986)，实践证明误差偏低达30～100℃(李树勋等，1988)。П．П．Цepчук(1960、1970)利用黑云母－石榴石中Mg／(Fe+Mg+Mn)值编制的测温图解也偏低近100℃(靳是琴等，1984)。B．A．Глeбoвицкии(1977)修正后的上述图解效果较好，它与地质背景相吻合(李树勋等，1988)，特别对高级变质岩石形成条件的估算更为合适。Lindsley等(1983)根据实验，对深成岩和变质岩的MgSiO2－FeSiO2－CaSiO3体系得出一个新的二辉石温度计。P．I．Nabelek，等(1987)为检验上述方法，应用天然辉石的实验研究，建立了二辉石图解温度计，用以讨论美国Adirondack地区变质岩浆岩的形成条件，二辉石地质温度计是高级变质地体研究中应用最广的测温方法。石榴石－堇青石和石榴石－堇青石－矽线石－石英组合地质温压计也是研究高级变质区应用较多的方法，特别是对孔兹岩系变质作用的研究，更是必不可少的。这是基于反应：Cord+GaMg=CordMg+GaFe平衡拟定的。Newton(1983)曾对高级变质岩的地质压力计做过简要的归纳，指出具有4次配位A1的低密度矿物如长石和堇青石等，在压力作用下分解形成致密的含6次配位A1的矿物如石榴石。常用的地质压力计大部分含有石榴石作为平衡共生矿物。在贫钙的变质泥质岩中应用较多的地质压力计为石榴石－黑云母、石榴石－堇青石和堇青石+石榴石+矽线石+石英组合的地质压力计。根据热力学原理建立的石英－矽线石－石榴石－堇青石组合的地质压力计，也是目前应用较广的方法之一。此外，L．Y．Aranovich和K．K．Podlesskii．(1983)利用Hensen和Green(1971)的数据确定了干条件下堇青石－石榴石－矽线石－石英组合的压力与Ns关系图解，用以研究压力与分配系数间的关系。矿物对地质温压计和实验研究都是变质作用研究不可缺少的方法和手段。然而，更需要的是建立新的和更精确的地质温压计方法和必要的实验校正，提高地质温压计的准确性。麻粒岩相中变质流体 麻粒岩中流体的研究已成为当前麻粒岩研究中的一个热点。Touret(1971)首先总结了几个麻粒岩地区的流体包裹体资料，为麻粒岩流体的研究开创了方向，此后许多地区开始了变质流体的研究工作。他认为麻粒岩中流体的主要成分为CO2，其次为H2O。近来的研究表明，在麻粒岩的包裹体中CO2是主要流体成分，同时含有少量H2O、CH4、SO2、CO等。对麻粒岩中流体的研究是解决麻粒岩成因机制的关键性问题。牛顿(1980)提出过碳变质作用，认为麻粒岩相变质作用的重要原因是CO2的存在，并认为CO2主要来自地幔。Cameron(1988)认为地幔是一个大量的CO2储层，是CO2流体的主要来源，其它任何来源都不可能提供导致麻粒岩相变质的大量CO2，而只能导致局部CO2含量的变化。造成CO2其它来源主要是变质过程中脱CO2作用或变质地体中富含碳物质(如石墨)的存在。印度南部地区曾进行过大量流体研究。富CO2流体相外部缓冲假说，部分是此地观察结果而提出的。1988年在克莱蒙费朗举行的国际麻粒岩会议上集中讨论的问题，包括CO2排气作用，CO2与部分熔融之争以及横越角闪岩相和麻粒岩相过渡带体系的同位素研究。牛顿(1985)在其对麻粒岩区成因的综合分析中评述了几种不同作用机制，用这些机制可以解释麻粒岩的低H2O活度和富CO2流体包裹体在许多高级变质地区的存在。这些机制包括：地幔CO2排气作用；就地派生的CO2流体相的内部缓冲作用；水的低活度是继承已脱水的岩石；H2O不饱和深熔熔体的排出等。拉姆和瓦利(1985)坚持认为，这些机制中的任何一种都可能在麻粒岩的成因中起作用，而B．R．费罗斯特和C．D．弗罗斯特(1987)则认为这些作用可能是相互独立的，并可能与熔融体穿过地壳有关，虽然CO2排气与部分熔融之争在某种程度上仍在持续，但似乎已接近达到一种一致的认识。表明CO2流体在麻粒岩成因中起了重要的控制作用。麻粒岩区的地球化学 目前，对麻粒岩地球化学研究，主要包括如下四个方面：常量元素地球化学；微量元素地球化学；稀土元素地球化学及同位素地球化学。也有人按元素之间的共生关系及其性质分为3类：亲石元素(LIL)；不相容元素和稀土元素(REE)；过渡元素。近来的研究表明：大离子亲石元素的亏损是麻粒岩的重要地球化学特征，已为众多研究者在不同地区的研究所证实。中国华北陆台麻粒岩的地球化学研究亦属相似，认为是由于流体的交代作用和部分熔融所致。一些研究者认为CO2－H2O体系在高温条件下具有较强的交代能力，可以造成大离子亲石元素的亏损。中国内蒙古乌拉山地区的研究表明，大离子亲石元素K与流体中的CO2含量成反比，而与H2O含量成正相关，说明麻粒岩相变质过程中CO2增加是造成大离子亲石元素亏损的重要原因之一。H2O的减少与K的亏损呈正相关，说明H2O的转移是与K的亏损同时形成的。H2O是大离子亲石元素从麻粒岩中被带出而造成亏损的介质，与麻粒岩相变质作用相伴生的部分熔融过程的吸水作用也是造成亏损的一种原因。一般认为常量元素在麻粒岩相变质条件下多是活动的，尤其在发生部分熔融的情况下活动是完全可能的。因此，这时它很难代表原岩的化学成分，加拿大某地区在区域变质过程由角闪岩相到麻粒岩相转变时Si、Na、K、H2O，特别是Rh、Cs、Th、U发生明显亏损，而Mg、Fe和Ca则相对富集。这给研究麻粒岩相岩石的原岩性质和类型划分带来复杂因素。20世纪60年代以来，微量元素的研究日益受到重视。由于它们的化学性质比较稳定，在变质作用和交代作用过程中不易发生变化，因而它对恢复原岩性质和成因具有重要意义。稀土元素也是目前地球化学研究的重要方面，一般认为它在变质作用过程中是不变化的，代表了原岩的稀土元素含量。同位素地球化学近年来也有深入的发展，特别是O、H、S、C等稳定同位素比值的研究已积累了一些资料。对麻粒岩相变质岩石液相包体中CO2的δ13C值的测定可确定包体为进变质或退变质时所形成。最古老的伊苏阿上壳岩(3．76Ga)中石墨的研究表明，碳同位素有生物成因和非生物成因两种解释。由绿片岩相到麻粒岩相的进变质过程中，岩石中硫的含量随变质程度增高而减少，而硫同位素34S相对富集。同位素地球化学的另一个方面是放射性同位素的研究，它主要用于测定年龄的研究中。除常用的K－Ar、Rb－Sr、U－Th－Pb、Pb－Pb法外，近年来Sm－Na和Lu－Hf法的应用，值得重视。目前应用地球化学来研究探讨岩石成因和演化以及同大地构造环境和地壳演化的关系，是地球化学研究的重要方向。P－T－t轨迹与麻粒岩演化的动力学模式 1985年国际地质对比计划正式增设了“变质过程与地球动力学体制的相互关系”，该项目的宗旨是综合考虑热力学、岩石学、地质年代学、构造地质学、区域构造学和热流研究的成果。力图把变质作用过程与地球动力学环境联系起来，特别是致力于前寒武纪变质岩区的研究。该项目当前的主要任务之一，就是确定各种构造环境中变质岩的P－T－t轨迹(石宏仁，1987)。根据目前的资料，麻粒岩的形成和演化主要有以下几种模式。大陆碰撞模式。A．B．Thompson等(1984)总结世界各地麻粒岩地区的P－T资料后，结合造山带变质带热模拟资料，解释了一些地区麻粒岩的形成与演化。在大陆地壳因构造作用(如大规模逆掩)而增厚的情况下，原始地温梯度受到很大的扰动。一旦构造作用结束，由于重力均衡效应增厚的陆壳必然会发生隆起并经受侵蚀作用。在此期间，一方面是受到扰动的地温梯度向稳态地温梯度演变，使地壳被明显加热；另一方面是侵蚀作用导致地壳下部的负荷压力下降。在这种构造环境中，变质P－T－t轨迹呈顺时针方向的演化趋势，变质温度的升高是在减压条件下发生的。Ellis(1987)研究了南极Enderbyland的麻粒岩特征，为大陆碰撞模式提供了一个良好的实例。大陆拉张模式。在这类构造环境中(如美国盆地－山脉区、爱琴海)，大陆地壳具有异常的高热流值，表明了经受拉张的大陆地壳下部正在经历着麻粒岩相变质作用。特定的拉张机制可以使麻粒岩相变质作用在区域规模上发生。这类推断的变质作用PT－t轨迹具有在拉张期间的恒压或降压环境中升温到麻粒岩相条件，在拉张结束之后，恒压或增压冷却的特征。因此这类地体的P－T－t轨迹明显不同于大陆碰撞体制内变质地体的P－T－t轨迹。M．Sandiford和R．Powell(1986)讨论了不同拉张机制的理论P－T－t轨迹，并认为岩石圈减薄的范围和形式受拉张机制限制，不对称拉张形式的缓倾斜滑脱带可以导致区域规模的下部地壳麻粒岩相变质。这一模式可以解释某些低压麻粒岩的成因。大陆弧模式。S．R．Bohlen(1987)认为大多数地区麻粒岩的特征是：麻粒岩“峰期”变质温压值集中在0．75±0．1GPa和800℃±50℃附近，接近于Sill－Ky的平衡曲线；麻粒岩区与角闪岩区经常成对出现；麻粒岩(大部分)区从“峰期”变质条件开始的最初冷却是近于等压的；大多数麻粒岩中Al2SiO2的多形变体是矽线石，极少数为蓝晶石。麻粒岩的这些共性表明其变质P－T－t轨迹是具有逆时针方向的演化特点，这与大陆碰撞模式是不相容的。根据P．R．A．Wells(1980)提出的热模型，这种PT－t轨迹起因于：地壳底部的岩浆垫托作用，岩浆侵入地壳和／或岩浆穿过地壳运移。麻粒岩的形成与大量岩浆(可能是幔源的)填加到现存地壳的底部或共内部有直接关系。按这种模式麻粒岩形成机制是地壳在负荷增大之前和期间受到明显的加热作用，可以解释矽线石在麻粒岩中的广泛产出；另外退化变质初期的等压冷却是地壳受到加热之后的一种必然结果，岩浆加热量的重大差异可以用来解释为什么在地壳内埋深相同或相近的情况下会生成与角闪岩相对立的麻粒岩。Bohlen(1987)认为大陆弧环境所具有的特征非常适合于麻粒岩的生成，大陆弧环境是生成大量岩浆所必须的构造环境，另外大陆弧的地壳厚度以及地温梯度与麻粒岩形成条件相一致。总之，大陆弧环境麻粒岩的形成是地壳中出现异常地热梯度的结果，这种异常地热梯度是由于岩浆活动造成的。逆时针的P－T－t轨迹有可能是由于岩浆作用而增厚并受热的地壳特征。构造模式的研究，实质上是关于麻粒岩相变质作用的动力学机制问题。考虑到大陆的生长和成熟过程的复杂性，以及形成前寒武纪麻粒岩地体构造环境的特殊性，无论采用哪一种简单的模式都不可能解释所有的麻粒岩的演化。可以推断，随着动力学研究以及P－T－t资料的积累，最终可以建立适合于前寒武纪麻粒岩相变质作用的全球性动力学模式，从而了解地壳发展演化早期阶段特殊的构造环境。麻粒岩及麻粒岩相区是当前国际地学界积极研究的重大课题之一。当前国内外专家正以新的思想观念和技术手段，来指导和充实研究工作。可以预料在今后不长的时间内，麻粒岩研究领域将会出现重大理论性突破。(长春地质学院李树勋、徐学纯、金巍撰) 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