2015-11-04 地質與地球物理研究所
語音播報
高溫-超高溫變質作用是中-下地殼層次發生的溫度大於~850℃及以上的高級變質作用，需要異常高的地溫梯度（>20℃/km）。高溫-超高溫變質作用的成因機制一直存在爭議，可能的動力學模型有：（1）（弧後）巖石圈伸展，引起地幔巖漿的底侵/侵入或軟流圈上湧；（2）弧後的倒轉和加厚；（3）長期熱造山作用（＞ 60 Ma），放射性元素的累加；（4）地幔柱或高熱陸內裂陷盆地的深埋等。造成上述爭議最根本的原因之一是由於元素擴散作用和漫長的地質過程導致高溫-超高溫進變質階段無法準確限定。
中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化研究室博士後焦淑娟及合作者在長期對華北孔茲巖帶進行變質作用研究的基礎上，新發現了大青山地體一處含假藍寶石變質巖。該巖石為典型的富Mg-Al變泥質巖，不但保留了進變質礦物組合，還清楚地記錄了各退變質階段。這暗示著該巖石可能經歷了快速的構造熱演化歷史。詳細的巖相學研究揭示出該巖石共保存了四期礦物組合：第一期（M1）以殘餘的夕線石變斑晶和基質中的黑雲母為代表；第二期（M2）以取代夕線石而新生成的假藍寶石和磁鐵礦為代表；第三期（M3）則以取代假藍寶石而生長的堇青石和尖晶石為代表；最後一期（M4）以普遍發育的毛髮狀夕線石和退變黑雲母為代表（圖1）。該過程中過量或貫通性的礦物為Bt + Pl + Kfs + Qz + Ilm+ Mag/Spl + Liq。此外，他們還通過詳細的礦物化學分析識別出對應於上述各變質階段不同的斜長石顆粒。在整個變質演化中，斜長石的Ca含量先升高（M1→M2），然後保持不變或略升高（M2→M3），最後不斷降低（M3→M4，圖2左）。熱力學視剖面圖模擬顯示這樣的礦物組合和成分變化指示了一個順時針P-T軌跡，即一個先升溫減壓，再等溫減壓，最後等壓冷卻的熱演化歷史（圖2右）。峰期溫壓條件為860-890 ℃和7.5-8.5 kbar（圖2右）。鋯石和獨居石SIMS U-Th-Pb年代學結果顯示該高溫變質作用發生於約1.86Ga，並且其持續時間尺度小於15個百萬年。
此外，他們揭示出的快速且高溫的順時針變質P-T軌跡很可能還指示了古元古代伸展的構造機制以及地幔基性巖漿底侵或侵入帶來額外熱源的動力學過程，與最近報導的印度尼西亞Seram島最年輕的第三紀超高溫變質作用（~16Ma）成因類似，該項研究為地殼伸展構造背景下可形成高溫-超高溫變質作用的成因機制提供了一個華北古元古代的實例。
以上研究成果近期發表在國際前寒武紀雜誌Precambrian Research（Jiao et al. Short-lived high-temperature prograde and retrograde metamorphism in Shaerqin sapphirine-bearing metapelites from the Daqingshan terrane, North China Craton. Precambrian Research, 2015, 269: 31-57）。
圖1 含假藍寶石變質巖中各期礦物組合和變質反應
圖2 斜長石的礦物化學成分（左）和P-T視剖面模擬結果（右）
高溫-超高溫變質作用是中-下地殼層次發生的溫度大於~850℃及以上的高級變質作用，需要異常高的地溫梯度（>20℃/km）。高溫-超高溫變質作用的成因機制一直存在爭議，可能的動力學模型有：（1）（弧後）巖石圈伸展，引起地幔巖漿的底侵/侵入或軟流圈上湧；（2）弧後的倒轉和加厚；（3）長期熱造山作用（＞ 60 Ma），放射性元素的累加；（4）地幔柱或高熱陸內裂陷盆地的深埋等。造成上述爭議最根本的原因之一是由於元素擴散作用和漫長的地質過程導致高溫-超高溫進變質階段無法準確限定。
中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化研究室博士後焦淑娟及合作者在長期對華北孔茲巖帶進行變質作用研究的基礎上，新發現了大青山地體一處含假藍寶石變質巖。該巖石為典型的富Mg-Al變泥質巖，不但保留了進變質礦物組合，還清楚地記錄了各退變質階段。這暗示著該巖石可能經歷了快速的構造熱演化歷史。詳細的巖相學研究揭示出該巖石共保存了四期礦物組合：第一期（M1）以殘餘的夕線石變斑晶和基質中的黑雲母為代表；第二期（M2）以取代夕線石而新生成的假藍寶石和磁鐵礦為代表；第三期（M3）則以取代假藍寶石而生長的堇青石和尖晶石為代表；最後一期（M4）以普遍發育的毛髮狀夕線石和退變黑雲母為代表（圖1）。該過程中過量或貫通性的礦物為Bt + Pl + Kfs + Qz + Ilm+ Mag/Spl + Liq。此外，他們還通過詳細的礦物化學分析識別出對應於上述各變質階段不同的斜長石顆粒。在整個變質演化中，斜長石的Ca含量先升高（M1→M2），然後保持不變或略升高（M2→M3），最後不斷降低（M3→M4，圖2左）。熱力學視剖面圖模擬顯示這樣的礦物組合和成分變化指示了一個順時針P-T軌跡，即一個先升溫減壓，再等溫減壓，最後等壓冷卻的熱演化歷史（圖2右）。峰期溫壓條件為860-890 ℃和7.5-8.5 kbar（圖2右）。鋯石和獨居石SIMS U-Th-Pb年代學結果顯示該高溫變質作用發生於約1.86Ga，並且其持續時間尺度小於15個百萬年。
此外，他們揭示出的快速且高溫的順時針變質P-T軌跡很可能還指示了古元古代伸展的構造機制以及地幔基性巖漿底侵或侵入帶來額外熱源的動力學過程，與最近報導的印度尼西亞Seram島最年輕的第三紀超高溫變質作用（~16Ma）成因類似，該項研究為地殼伸展構造背景下可形成高溫-超高溫變質作用的成因機制提供了一個華北古元古代的實例。
以上研究成果近期發表在國際前寒武紀雜誌Precambrian Research（Jiao et al. Short-lived high-temperature prograde and retrograde metamorphism in Shaerqin sapphirine-bearing metapelites from the Daqingshan terrane, North China Craton. Precambrian Research, 2015, 269: 31-57）。
圖1 含假藍寶石變質巖中各期礦物組合和變質反應
圖2 斜長石的礦物化學成分（左）和P-T視剖面模擬結果（右）