超高压变质作用

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  超高压变质作用汉语拼音:chɑoɡɑoyɑ biɑnzhi zuoyonɡ;英语:ultrahigh-pressure metamorphism),压强高于2.5吉帕的岩石变质作用。对它的研究有助于对地球内部物质和热状态以及壳幔相互作用的了解。20世纪80年代中期以来,世界上许多造山带,如意大利的西阿尔卑斯碰撞造山带、哈萨克斯坦的科切塔夫地块和中国的大别苏鲁地区,先后均发现了如柯石英金刚石等的微粒包裹物产于超高压变质的榴辉岩或其他类型岩石之中。

  超高压变质矿物 实验资料表明:柯石英稳定的压力范围在2.5吉帕以上,金刚石则可达2.8吉帕以上。含有这些矿物微粒包裹物的岩石,其形成压力明显高于一般的高压变质岩。考虑到柯石英出现的普遍性,可以将石英→柯石英转变线作为区分高压和超高压变质的分界线。超高压变质作用下,只有矿物的晶体结构最紧密排列,密度大的多形变体,才能稳定。石英密度是2.65克/厘米3,而柯石英密度为2.9克/厘米3,说明柯石英的晶体结构比石英紧密。金刚石的结构是立方体,密度也比石墨大得多。所以金刚石是超高压变质的典型矿物。在没有柯石英或金刚石出现的情况下,可借助于其他高压矿物学的标志。

  温度 超高压变质作用的温度范围为400~800℃。一般认为,超高压变质的最高温度应在750~800℃,因为超过这一温度,当有水存在的情况下,会有花岗岩熔体的出现,属重熔作用范畴;而温度在400~450℃以下时,由于蓝闪石、硬柱石组合的出现(压力相当于0.5~1.6吉帕),已属蓝片岩相范畴。

  研究意义 超高压变质作用的发现,证实了陆壳物质可以俯冲到地幔深度,因为超高压变质的温压条件说明其形成的压力很大(有的高达4.5吉帕),而地温梯度很低(仅10℃/千米),甚至更低,只有冷的洋壳或陆壳岩石深俯冲于地幔才有可能造成这样的地温梯度。因此超高压变质作用的发现使变质作用研究范围从地壳扩展到了地幔。超高压变质岩已成为了解板块会聚边界地幔动力学信息的主要来源。

  中国东秦岭–大别山–苏鲁超高压变质带是中央造山带的重要组成部分。它是中朝和扬子陆块之间碰撞造山带变质作用的产物。从山东半岛东端的荣成至豫西,其间断续绵延达1,200千米以上,规模堪称世界之最,天然露头丰富,是大陆板块构造研究的极佳场所。它们提供了大陆地壳物质可以俯冲至地幔的证迹,蕴藏着丰富的壳幔相互作用的地质信息,因此已成为国际地质研究的热点地区。20世纪90年代以来,中国在这一领域的研究已处于国际前沿地位。

  存在问题 超高压变质作用研究中存在的问题集中于:①大陆物质俯冲至地幔的深度及其原因;②除了柯石英和金刚石外,有否其他来自更深的地幔矿物学信息;③形成于地幔深处的变质岩的折返机制;④超高压变质岩和与其共生的相对低压的变质岩是“同地”还是“异地”变质的产物;⑤超高压变质作用中的流体及与岩石相互作用等。

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