视剖面图温压计研究进展评述

视剖面图温压计是目前定量估算变质温度和压力的主要方法之一。其理论基础为热力学平衡原理与质量守恒定律。利用内恰的热力学数据库和相应的成分-活度模型对特定成分体系进行视剖面图计算,可以正演模拟给定温度和压力条件下的矿物组合、矿物丰度及其成分,与实测岩石对比,可以准确获取岩石的形成温度和压力。在应用视剖面图温压计时,应选择受全岩成分影响小、且受退变质作用影响微弱的矿物成分;对于有成分变化的体系,应结合多种方法恢复有效全岩成分。文中通过视剖面图对KFMASH(K2O-Fe O-Mg O-Al2O3-Si O2-H2O)体系下不同矿物组合内多硅白云母硅含量及其等值线斜率的研究,认为多硅白云母硅含量及其等值线斜率主要由不同矿物组合内多硅白云母参与的契尔马克替换及纯转换端元反应中的主导反应决定,进一步深化了对变质过程中控制矿物成分变化的内部缓冲反应机制的理解,从而也可为选择和应用矿物温压计提供指导。因此,视剖面图方法是目前研究变质岩石形成条件及变质作用精细过程的最佳方法之一。

视剖面图地质温压计及其应用

视剖面图地质温压计是近年来发展迅速的一种地质温压计,在岩石学和成因矿物学研究中得到了非常广泛的应用。在视剖面图中,矿物组合稳定域、矿物含量和矿物成分等值线等方法均可用于估算岩石形成的温压条件。本文介绍了视剖面图地质温压计的基本原理,以实例探讨了这3种方法的优缺点,并分析了热力学相平衡模拟的影响因素,为该温压计的地质应用提供理论支持。结果表明,视剖面图地质温压计是目前估算岩石变质作用温压条件及p-t轨迹最好的地质温压计,其中矿物成分等值线是最为有效的方法。视剖面图地质温压计在未来具有广阔的应用前景。

南阿尔金木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的确定及其地质意义

南阿尔金木纳布拉克地区出露一套典型的高压泥质麻粒岩,其峰期特征矿物组合为Grt+Ky+Kfs+Qz+Ilm。根据矿物内部一致性热力学数据和Thermocalc 3.33程序计算,确定其峰期变质温压条件为T>850℃和P>11kbar。结合岩相学研究和P-T视剖面图计算,可识别出该岩石经历了3个阶段的变质演化,构成了一个早期降温降压,后期近等压降温的顺时针型的退变质P-T演化轨迹。该岩石锆石阴极发光图像显示其内部具有明显的核-边结构,核部为残留的原岩碎屑锆石,边部则表现为面状生长的变质锆石的特征。微区原位LA-ICP-MS微量元素分析和锆石U-Pb定年表明,该岩石原岩的形成时代上限值约为579Ma,变质年龄为486±5Ma。该麻粒岩与南阿尔金淡水泉地区的高压麻粒岩具有相似变质演化轨迹和一致的峰期变质年龄,亦与南阿尔金其它超高压岩石的峰期变质年龄一致,表明它们都是南阿尔金陆壳深俯冲作用引发的高压-超高压变质事件的产物,它们共同构成南阿尔金高压-超高压变质带。同时代的UHP榴辉岩和高压麻粒岩共存的现象,可以很好地利用"俯冲隧道模型"来解释,即可能是由于陆壳在深俯冲过程中不同深度不同热状态下发生拆离作用后折返引起的。另外,该麻粒岩的原岩形成时代(约为579Ma),可能为新元古代晚期,与南阿尔金高压-超高压岩石的原岩形成时代基本一致或稍晚,因此不应再作为岩石地层单元划归为"长城系",而应归属为南阿尔金高压-超高压变质岩带的一部分。

北秦岭二郎坪群低压变质作用研究

在对二郎坪群低压变质带进行相图分析后发现 ,二郎坪群低压变质带是叠加变质带 ,低压变质作用是在早期中压变质的抬升过程中发生的 ,中压变质的温压条件为 0 .5～ 0 .6GPa、5 6 0～ 5 80℃ ,低压变质的压力为 0 .3～ 0 .4 5GPa ,红柱石十字石带的温度为 5 10～ 5 80℃ ,堇青石带为 5 90～ 6 2 0℃。 pT视剖面图在区分岩石中不同条件和期次的矿物组合及分析岩石温压演化历史和温压条件时显得更行之有效。

大别山西段含蓝闪石-蓝晶石榴辉岩的相平衡研究

目前对于大别山西段超高压榴辉岩仍存在一些不清楚的问题和模糊的认识,如蓝闪石和蓝晶石组合的稳定范围,峰期温压条件和矿物组合,以及早期退变质过程的矿物演化和流体作用。本文对取自大别山西段新县高压-超高压榴辉岩单元内不同地点的超高压榴辉岩样品进行了详细的岩石学和矿物学研究,在此基础上使用相平衡定量分析方法的 PT 视剖面图对它们进行了正演模拟计算,结果表明:含蓝闪石和蓝晶石榴辉岩处于相对低温或低压的蓝闪石榴辉岩和相对高温高压的蓝晶石榴辉岩的过渡区,其稳定的温压范围大致为温度590～700℃,压力1.7～3.3GPa,而且压力大于2.5GPa 时温度范围很窄,为600～640℃。由石榴石边缘成分和 PT 视剖面图确定的榴辉岩峰期温压条件为压力2.85～2.95GPa 和温度625～630℃,峰期矿物组合为石榴石+绿辉石+蓝闪石+蓝晶石+硬柱石+柯石英±多硅白云母。峰期之后,榴辉岩经历了快速近等温降压(ITD)的早期高压退变质作用,这是一个非平衡过程,所发生的主要变化如下:柯石英→石英,硬柱石→黝帘石+蓝晶石,在相对富镁岩石中出现滑石,当水含量较高时可以出现钠云母,蓝闪石在原来基础上有一定量的生长,并且绿辉石和多硅白云母很可能只部分地发生了成分变化,而石榴石几乎未发生改变。这样形成了目前观察到的矿物组成为石榴石+绿辉石+蓝闪石+蓝晶石+黝帘石/绿帘石+石英±多硅白云母±钠云母±滑石,它代表了 UHP 榴辉岩在早期高压退变质阶段结束时所具有的矿物组成,这一阶段结束时的温压条件大致为2.0～2.2GPa 和600～630℃;早期高压退变质阶段是脱水过程,流体是内部缓冲的。

北祁连山清水沟蓝片岩带中含硬柱石蓝片岩和榴辉岩的岩石学﹑^(40)Ar/^(39)Ar年代学及其意义

本文在北祁连造山带清水沟高级蓝片岩中发现了硬柱石,硬柱石作为包体出现在石英颗粒中,颗粒细小(9.5～4μm),无自形晶。在与其伴随的榴辉岩中也发现了硬柱石包体。利用矿物内部一致性热力学数据和Domino/Theriak软件计算了清水沟含硬柱石榴辉岩、百经寺白石崖绿帘石蓝片岩、清水沟绿帘石蓝片岩和阿柔煤矿含硬柱石蓝片岩的温压条件分别是:495～519℃,2.24～2.39GPa;530～600℃,1.35～2.15GPa;520～545℃,2.20～2.35GPa;544～576℃,1.92～2.08GPa。反映清水沟高级蓝片岩带经历了硬柱石蓝片岩相到绿帘石蓝片岩相的变质转化,与含硬柱石榴辉岩的温压条件相似,代表了古祁连山洋向北俯冲发生高压低温变质作用的产物。40Ar/39Ar同位素年代学研究表明,绿帘石蓝片岩的变质年龄分别为447±1.7～447±5Ma和453±2～454±2Ma;低温榴辉岩中蓝闪石得到的蓝片岩相退变年龄为392±12～400±3Ma。综合以上岩石学﹑地球化学和同位素年代分析等资料,进一步探讨了北祁连造山带早古生代大地构造演化过程。

多硅白云母地质压力计的研究进展

白云母是变质岩中分布最广泛的矿物之一,在大多数矿物组合中白云母的Si含量随着变质作用压力的增加而增加,可作为地质压力计。对KMASH体系3个有限组合中多硅白云母的Si含量与温压条件关系的实验研究结果表明,多硅白云母Si含量地质压力计明显与矿物组合有关。因此,不能把这些实验结果简单地外延到矿物组合不同的天然岩石中。在KMASH体系的温压视剖面图上模拟白云母的Si含量等值线与质量较好的实验结果非常接近,由此可以把这种方法推广到KFMASH或更复杂的体系中。在利用多硅白云母Si的含量确定天然矿物组合的变质作用压力时,最好利用视剖面图的方法。

新疆西南天山哈布腾苏河高压-超高压变质带中榴辉岩和蓝片岩的岩石学及变质演化

对西南天山哈布腾苏河一带出露的典型榴辉岩和蓝片岩进行了详细的岩相学、矿物化学和温压条件综合研究。榴辉岩可分为蓝闪石榴辉岩、钠云母榴辉岩、绿帘石榴辉岩和蓝闪石榴角闪岩(退变榴辉岩)4类,蓝片岩可分为含蓝闪石石榴白云母钠长片岩、石榴白云母蓝闪片岩和石榴白云母蓝闪石英片岩3类。新鲜榴辉岩主要矿物组合为石榴石+绿辉石+钠云母+绿帘石,退变榴辉岩则为石榴石+蓝闪石+角闪石;蓝片岩主要矿物组合为石榴石+蓝闪石+多硅白云母+钠云母+钠长石+石英。榴辉岩和蓝片岩中石榴石变斑晶均保存进变质生长环带,从核部到边部XMn和XFe降低,XMg和XCa升高,指示了升温进变质的演化过程。根据榴辉岩矿物共生组合、石榴石内部包体组合分布特征及传统地质温压计估算结果,确定榴辉岩经历了4阶段的变质演化:早期硬柱石蓝片岩相进变质阶段、峰期榴辉岩相变质阶段(t=543～579℃,p=1.5～1.6 GPa)、峰后绿帘蓝片岩相退变质阶段(t=～450℃,p<1.0GPa)和晚期蓝闪绿片岩相退变质阶段(t<400℃,p<0.5 GPa)。利用p-T视剖面图计算的榴辉岩、蓝片岩峰期变质温压条件与传统地质温压计估算结果十分相近,其中榴辉岩的峰期变质条件t=520～550℃,p=1.7～1.9 GPa;蓝片岩峰期变质条件t=520～620℃,p=1.7～2.3 GPa。本文估算的榴辉岩峰期变质压力条件与前人根据柯石英的发现而认为研究区部分榴辉岩及其围岩曾经历超高压变质作用的认识明显相悖,原因可能如下:①后期退变质作用引起研究区榴辉岩全岩成分、矿物化学成分的调整,在采用Grt-Cpx-Phe温压计和以全岩成分为基础的相平衡模拟方法估算峰期温压条件时受到影响,从而使估算峰期压力条件普遍偏低;②西南天山的榴辉岩可能并非全都经历了超高压变质作用,高压、超高压榴辉岩可能分别代表了不同变基性岩块在不同俯冲深度变质的产物。

固相线以下变质过程中水的行为

在p–T视剖面上定量计算全岩饱和水含量等值线可以更有效地讨论变质矿物组合的演化。Guiraud等认为在封闭体系中发生的变质作用通过递进脱水作用使岩石向水含量降低方向演化,脱出的水离开岩石体系。当变质过程向水含量增加方向演化时,岩石会很快变成流体缺失状态,不利于变质矿物组合的进一步演化。因此,从岩石中的实际矿物组合所得到的"变质峰期"应该理解为脱水反应结束,并可能发生少量水化反应的位置,并不一定对应p–T轨迹所经历的实际峰期温度或压力。利用p–T视剖面图和饱和水含量等值线的行为研究阿尔泰造山带泥质岩石的中低压变质作用发现,阿尔泰地区红柱石型变质带的发生与蓝晶石型变质带的抬升有关,主要发生铝硅酸盐矿物之间的同质多相转变,低压变质矿物组合未能达到热力学平衡状态。与泥质岩中低压变质演化明显不同的是超高压榴辉岩在峰期以后的减压过程中仍然发生递进脱水作用。

高温变泥质岩石中石榴石、黑云母微区成分的指示意义

在对胶北荆山群泥质麻粒岩中石榴石、黑云母的微区成分进行详细研究基础上，利用最新的内洽性热力学数据库和THERMOCALC程序计算了其中两种代表性岩石——夕线石榴堇青黑云片麻岩(V_(bi)／Vg＞1)和夕线石榴片麻岩(V_(bi)／Ug＜0．2)在KFMASH体系下的P-T视剖面图和相关石榴石、黑云母的成分(Fe／(Fe+Mg))变化等值线。根据岩石中峰期矿物组合所限定的温压范围，将图中所示峰期石榴石、黑云母成分信息与实际观测结果进行对比，确定对于石榴石普遍发育扩散环带的高温变泥质岩石，经降温过程改造后，其中大颗粒石榴石核部依然可以保留变质峰期平衡成分，对于其中黑云母含量较高的岩石(V_(bi)／Kg＞1)，其基质中处于长英质矿物之间的黑云母核部也基本可以保留变质峰期成分，但是对于黑云母含量很低的岩石(V_(bi)／Vg＜0．2)，由于受粒间流体作用影响，所有黑云母都无法保留峰期成分。

航空瞬变电磁法系统VTEM^(plus)的应用效果

航空瞬变电磁法测量系统VTEM^(plus)具有信噪比高、分辨能力强、探测深度大等技术优点,介绍了该系统的构成、主要技术参数、采集的数据类型和数据处理方法及所形成的图件资料,对资料解释方法也作了简要阐述。在新疆哈密黄土坡块状硫化物型矿区及内蒙古翁牛特旗小营子铅锌矿区,对该系统进行的测量试验,结果说明该方法应用在多金属勘查中效果良好。

滇西勐库退变质榴辉岩的P-T-t轨迹及地质意义

滇西双江县勐库地区的退变质榴辉岩经历了多期退变质作用的改造,早期的平衡共生矿物组合难觅踪迹。应用传统的石榴石-单斜辉石(GC)温度计、石榴石-单斜辉石-多硅白云母(GCP)压力计进行变质作用的PT条件估算存在许多不确定性。本文应用魏春景等(2009)依据MORB成分计算的PT视剖面图上多硅白云母、石榴石、绿辉石的成分随体系中PT条件的变化情况,估算了进变质的P=2.00~2.30GPa,T=420~460℃,相当于硬柱石蓝片岩相—硬柱石-蓝闪石榴辉岩相;峰期变质的P=3.35~4.46GPa,T=530~610℃,相当于硬柱石榴辉岩相;早期退变质的P=2.00~2.50GPa,T=470~540℃,相当于硬柱石-蓝闪石榴辉岩相;中期退变质的P=0.95~1.43GPa,T=700~750℃,相当于角闪石榴辉岩相-高压麻粒岩相。晚期退变质作用以出现大量的闪石类矿物为特征,可划分为3个阶段,并显示了持续的降温、降压过程。结合区域地壳演化进程,本文详细讨论了上述P-T-t轨迹的地质意义。

变质地质学研究中的一些困难问题

变质地质学研究中,首先需要准确判明变质过程是属于多期或单期、多峰或单峰变质作用。研究中应该对同一研究区不同类型的变质岩石开展综合研究,查明各种变质反应结构,以期对变质反应结构的解释尽可能准确,并对变质反应进行定量论证。同一变质岩内前、后两个世代变质矿物组合之间,并不存在所谓的热力学局部平衡。在应用方面,矿物温度计与压力计属于反演方法,热力学视剖面图模拟属于正演方法。本文指出了它们之间的相同之处和各种区别。众所周知,目前反演出的变质作用压力并无方向性,差异应力对总应力的贡献尚不明朗。最好根据同一视域或同一块变质岩石,来反演变质作用P-T-t轨迹。实际上,P-T-t轨迹一般不应该是圆滑的曲线,其构造意义的解释也还存在不确定性。同一地区变质作用PT条件的突变、P-T-t轨迹的明显差异,表明地质体之间存在断层接触关系。变形作用与变质作用的耦合研究需要加强,变质作用的定年也不能仅仅局限于变质副矿物。特别值得注意的是,同一造山带内范围有限的地域,也未必属于同一变质相系。

三维成像技术在矿井瞬变电磁数据解释中的应用

介绍了瞬变电磁法的基本原理,分析了传统的二维数据解释流程,提出了三维成像算法的基本步骤,根据井下三维全空间探测的特点,对瞬变电磁法测得的二维数据进行三维成像,并在北辛窑煤矿首采工作面回采前探放水中得以应用,结果表明:三维成像技术有助于提高瞬变电磁探测解释的精度。

滇西云龙漕涧地区高压片麻岩的发现及厘定

笔者在滇西云龙县漕涧新发现了一套以黑云斜长片麻岩为主的变泥质岩石,其呈构造透镜体状产出,出露面积极小,中高级变质矿物发育,与围岩特征明显不同。岩相学研究表明,片麻岩保留有明显的俯冲-折返的矿物学记录,矿物世代具顺时针变质演化特征,其中还残存有蓝晶石+铝直闪石的共生矿物组合,对应的变质压力达1.0GPa以上。通过GBP平均温压计法计算得到岩石的变质温压范围为566-623℃和0.36-0.53 GPa;此外,片麻岩中还有少量的多硅白云母矿物,根据相平衡模拟p-T视剖面图及其硅原子数最大值为3.23的特点,推断其属蓝片岩类。综合研究认为,黑云斜长片麻岩属于高压变质岩(峰期变质压力最小约为1.60 GPa),为昌宁-孟连结合带的北段寻找高压变质岩提供了新的信息,并表明昌宁-孟连结合带为一条连续的高压-超高压变质带。

高阳煤矿201工作面瞬变电磁法探测顶底板富水区中的应用

高阳煤矿采用中国地质大学(武汉)高科资源探测仪器研究所生产的TEMHZ75矿用本安型瞬变电磁仪和TEMJF50矿用隔爆兼本安型瞬变电磁仪组合实现大功率瞬变电磁法对新201工作面进行对穿检测,为富水区水害治理和煤层开采提供物理探测技术依据。后期验证结果证明探测结果准确,为水患治理提供重要依据。

“K”反射系数法在低电阻率地质背景下的应用研究

高密度电阻率法因其成本低、效率高等优点而被广泛应用,而对于低电阻率地质背景的区域,如白垩系粉砂岩分布区,其效果并不理想甚至无法分辨有效异常。基于此,笔者通过两个不同地质背景的实例,将高密度电阻率法的结果与通过“K”反射系数法处理后的结果进行了对比应用研究,研究结果表明:(1)相比视电阻率剖面图,“K”反射系数法得到的“K”剖面图能够有效的放大深部地质弱信号,突出局部异常,且异常位置与钻孔结果对应良好;(2)相比钻孔处的单支视电阻率测深曲线,“K”反射系数法得到的单支“K”曲线对地下的解释更加精细,分辨率更高。

华北克拉通中部带恒山杂岩变质年龄的重新认识

恒山麻粒岩相地体由英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质（TTG）片麻岩和少量基性高压麻粒岩块体组成. 对两个TTG片麻岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年得到其变质锆石年龄为1916.7±9.9 Ma和1850-1930 Ma，残留岩浆锆石年龄-2.5 Ga，两类锆石均为重稀土富集型稀土配分特征. 在含ZrO2体系中进行P-T视剖面图模拟表明在固相线以上变质作用中锆石随着熔体含量增加而熔解，只在降温过程中随着熔体结晶而生长，因此变质新生锆石只能记录麻粒岩相的退变质年龄. 由此推测恒山麻粒岩地体在1.85-1.93 Ga期间，处于发生缓慢抬升冷却的中地壳伸展环境，而与高压麻粒岩相峰期变质阶段对应的碰撞造山事件发生的时间应该更早.

高压-超高压榴辉岩的峰期矿物组合与P-T条件模拟

依据洋中脊玄武岩成分模拟了基性岩在高压-超高压条件下的相平衡关系.基性岩在高压硬柱石榴辉岩相中的矿物组合应为蓝闪石+石榴石+绿辉石+硬柱石+多硅白云母+石英滑石绿泥石,在该组合中石榴石镁铝榴石含量随温度升高而增加,钙铝榴石含量随着压力增加而降低,多硅白云母Si-含量随压力增加而增加,这些组分受全岩成分影响不大.因此,它们在P-T视剖面图上的等值线可以确定岩石温压条件,即利用环带石榴石中最低钙铝榴石和相应镁铝榴石含量确定岩石压力峰期的温压条件,利用最高镁铝榴石和相应钙铝榴石含量确定岩石温度峰期的温压条件.低温超高压榴辉岩的矿物组合应为石榴石+绿辉石+硬柱石+滑石+多硅白云母+柯石英,在该组合中镁铝榴石组分主要随温度升高而稳定增加,多硅白云母Si-含量随压力增加而增加,它们受全岩成分影响很小,而钙铝榴石组分随着压力增加而非常缓慢地降低,并受全岩成分影响很大,不能有效地确定压力.因此,低温超高压榴辉岩的峰期温压条件可利用P-T视剖面图上最高镁铝榴石含量和多硅白云母最高Si-含量等值线确定.中温超高压榴辉岩的矿物组合应为石榴石+绿辉石+硬柱石+多硅白云母+柯石英,在该组合中石榴石镁铝榴石含量主要受全岩成分控制,但钙铝榴石组分则随着温度升高而增加,随着压力增加而降低,多硅白云母Si-含量随着压力升高而升高.因此,利用P-T视剖面图上最高钙铝榴石组分和多硅白云母最高Si-含量等值线可以确定岩石的最大温压条件.

多硅白云母地质压力计的热力学模拟

利用THERMOCALC323程序,以及最新的矿物固溶体模型,模拟了相当于平均、富铝和富钾3种泥质岩石在KFMASH(K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O)体系中的P-T视剖面图和多硅白云母硅等值线,发现后者与矿物组合有关.在含有绿泥石或黑云母的双变、三变域以及含有石榴石-蓝晶石的三变域中,多硅白云母可以作为很好的地质压力计.但在含有纤柱石而无绿泥石的组合中,多硅白云母的硅等值线主要指示温度变化.对相同的硅含量来说,当多硅白云母与蓝晶石共生时指示压力较高,与钾长石共生时指示压力较低.在KFMASH体系中加入Na2O,会引起AFM矿物相稳定域缩小.在只含有一个含钠矿物相的矿物组合中,NKFMASH体系下多硅白云母硅含量等值线的行为,与KFMASH体系相似;在含有两个或者两个以上的含钠矿物相组合中,两个体系的多硅白云母硅含量等值线行为相差较大.