Question

变质作用温度－压力演化及其PTt轨迹的概念

Answer 1

变质作用是自然界一种复杂的物理和化学过程，它由发生于地壳中的构造 － 热事件所引起。与之相对应的一次变质事件中，其影响所及地壳岩石一般经历了温压增高，接着达到高峰状态，然后降温和降压这样一个动态的连续变化过程。但长期以来，变质相的概念实际上是以静态看待变质作用，只注意其高峰期矿物共生关系及其温压条件的研究。由于类似的温压条件可出现于不同大地构造环境，所以变质相的成果用于构造环境分析有很大局限性。Miyashiro 于20 世纪60 年代初提出变质相系的概念，他认为同一变质地带不同空间上，由变质相系所表达的一系列峰期温压条件在 P － T 图解上投影点的连线能代表该区当时某种特定的地热梯度，可用于探讨构造环境。但后来研究证明，这种 P － T 曲线实际上并不相当于一个地区任何阶段的真正地热梯度，它们不能有效地反映当时构造体制和其演化历史。所以 80 年代以来转而强调岩石在变质作用全过程所经历的温压变化态势的研究。

England，Thompson，Richardson ( 1977，1984) 等对以阿尔卑斯为原型的陆壳碰撞带大地构造演化过程进行了热模拟研究，他们认为地壳在特定构造旋回之前具有特定的稳态地温梯度，当新的构造作用开始后，相邻陆壳碰撞时，地壳侧向缩短，并迅速大幅度增厚。随着构造埋深，岩石所处压力也迅速增高，但原来处于浅部的岩层在此埋深过程中的温度升高则相对要慢得多，因为环境通过热传导对它们的加热相对较慢。因此构造作用过程的特点是增压远比增温明显，其结果使这部分地壳中出现热扰动，地温梯度降低。当构造作用停止时，各处岩石应处于各自压力最大值的位置。接着由于地幔热流上升和地壳内部放射性成因热的加温作用，地壳的温度重新趋向升高，并达某一最高峰 ( 即变质热峰期) 。此后随着地体回返和剥蚀作用，温压各以不同速度下降，直到恢复稳态地热梯度，或岩石最后出露地表为止。图 23 －1 是他们模拟实验结果的图解，图中箭头组成的粗虚线表示处于地壳中特定深度的岩石 A 在构造作用停止后不同时期的温压条件及其连续化途径 ( PTt 轨迹) 。图中细虚线代表构造作用停止后不同时期的地温梯度，他们明显为瞬变性质。细实线相当于 Miyashiro 的变质相系 P/T 曲线，它完全不同于前面的两种曲线。不同学者又将变质相系 P/T 曲线称为 “变质地温梯度”， “野外变质梯度”， “温压条件系列”及 “P － T 点系列 ( P － T Array) ”等。它们不反映变质温压在时间上的演化，而只指示温度随压力 ( 深度) 在空间上向深部递进变化速度快慢的趋势，它对阐明一个变质地带的构造体制和它的演化过程有很大局限性。

这些研究表明，更重要的是，应查明一个变质地带在某一构造 － 热事件 ( 变质事件)的时间全过程中，温压关系的变化趋势。只有通过后者了解一个地区当时热历史特征之后，才能结合其他地质作用特征对其构造环境和地球动力学机制作出有效的分析和判断。在这种背景下，England ＆ Richardson ( 1977) 提出变质作用 “P － T 途径”的概念。后来England ＆ Thompson ( 1984) 又对陆壳碰撞带大陆增厚事件中区域变质作用的 P － T 演化规律进行了更全面的热模拟，同时开展了矿物组合变化规律的研究，并正式引入 “变质作用 PTt 轨迹 ( Metamorphic PTt Path) ”这一名词，用以指某一地壳活动带在一次构造 －热事件 ( 变质事件) 全过程中，其地壳岩石所经历的温度和压力连续变化的途径和态势，这种态势由特定的大地构造体制和地球动力学所决定。按一般理解，当一个地区的变质岩遭受具有不同大地构造背景的多次变质事叠加时，则每个变质事件的 PTt 轨迹应分别加以研究。其次 PTt 轨迹的概念必须设定岩石具有相同的 P － T 起始状态，因此在具有递进变质带的地区，每个带岩石在变质作用起始时所处深度和 P － T 状态不同，必须分别加以研究。

图 23 －1 碰撞造山带的变质作用 PTt 轨迹和瞬变地热梯度及变质地温梯度之间的相互关系( 据 England ＆ Richardson，1977)