东南极米洛半岛尖晶石-堇青石麻粒岩变质作用与年代学研究

东南极普里兹构造带被认为受到格林维尔期及泛非期两期构造热事件的影响,分别与罗迪尼亚和冈瓦纳超大陆的演化密切相关,但对两期构造热事件的性质还存在争议。为了进一步完善该构造带的演化历史,从矿物学、岩石学、相平衡模拟、锆石年代学等角度对普里兹构造带米洛半岛尖晶石-堇青石麻粒岩进行了研究。结果表明其主期矿物组合为尖晶石+堇青石+黑云母+矽线石+少量石榴子石+钾长石+钛铁矿,温压条件为870~910℃、0.64~0.69 GPa,晚期退变至810~820℃、0.49~0.53 GPa,并暗示了更高的峰期变质条件(T>910℃,P>0.69 GPa)。CL图像显示锆石具有明显的核-幔-边结构,LA-ICP-MS锆石U–Pb年代学分析显示核部年龄主要集中在613±7 Ma到877±9 Ma,最大值916±11 Ma,比典型的格林维尔期年龄年轻。锆石边部加权平均年龄为526±8 Ma,其Th/U比值范围较大(0.06~1.23),多数Th/U比值较高(>0.1),应代表峰后冷却结晶阶段。尖晶石-堇青石麻粒岩记录了中低压/高温—超高温的变质条件,结合区域已有资料,可能具有顺时针轨迹,其变质演化历史可能反映了碰撞造山之后的伸展阶段,推测与冈瓦纳超大陆的聚合过程有关。

苏鲁造山带超高压变质作用及其P-T-t轨迹

基于超高压变质岩的岩石学,特别是超高压矿物生长成分环带、扩散环带和蚀变作用研究,综合前人的岩石学和年代学研究成果,提出苏鲁造山带超高压变质作用峰期发生在1000-1100℃和6-7GPa条件下,俯冲深度相当于200km,形成年代为240-250Ma。在此基础上,重塑了一个包括八期变质作用的P-T-t轨迹,揭示出超高压变质岩经历了三个不同的折返阶段,即从200km到100km深度的快速折返阶段,抬升速率为5km/Ma,冷却速率为10℃/Ma;从100km到30km的快速折返,抬升速率为4km/Ma,或为近等温降压,或为缓慢降温的快速降压过程;从下地壳到近地表的缓慢折返阶段,抬升速率为1km/Ma,但为快速降温过程,冷却速率可达20℃/Ma。

榴辉岩的两种变质演化轨迹和俯冲大陆地壳的差异折返——以柴北缘都兰超高压地体为例

都兰榴辉岩地体位于柴北缘—南阿尔金超高压变质带的东端,是唯一确定含柯石英的超高压变质地体,约700km,其特点是含有两个特征不同的变质亚带,并经历了不同的折返过程。柯石英假像和温压计算表明两带榴辉岩峰期变质的压力都在柯石英的稳定域(2.8～3.3GPa),但它们退化变质的p–T轨迹具有明显不同的特征。北带榴辉岩经历了两个阶段的折返:早期从地幔深度快速折返到中部地壳层次,伴随岩石的等温降压,并发生角闪岩相退化变质;晚期抬升到地壳浅部。都兰南带榴辉岩折返过程中经历了高压麻粒岩相变质的改造,高压麻粒岩阶段的p–T条件为p=1.9～2.0GPa,T=873～948℃,并进一步经历了角闪岩相退化变质,说明都兰南带榴辉岩折返速率较慢,发生了壳幔过渡带(或加厚的深部地壳)层次的强烈热松弛。这种热松弛发生在许多大陆俯冲带的超高压岩石的折返过程中,并且是榴辉岩发生深熔作用的主要机制。都兰两个变质带不同的变质演化轨迹反映了俯冲的大陆地壳具有差异折返的特征。

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中榴辉岩的分布与变质温压条件

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中的榴辉岩主要有两种产状,一是产于变形较强(面理化)的橄榄岩中,另一种是产于片麻岩中。其中,绿辉石中硬玉端元组分大多为Jd=20mol％～52mol％。产于橄榄岩和片麻岩中榴辉岩的石榴子石成分分别相当于Coleman的B型和C型榴辉岩。石榴子石成分特征及钠质单斜辉石中石英针状出溶体的出现表明,本区榴辉岩早期可能经历过超高压变质作用,且至少经历了3个变质阶段,即:①榴辉岩相峰期变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+绿辉石+金红石±蓝晶石+石英(或柯石英假象?),p≥2.5GPa、t=595～874℃;②高压麻粒岩相变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+透辉石+紫苏辉石+钛铁矿+尖晶石+斜长石等,p=1.1～1.37GPa、t=817～909℃;③角闪岩相变质阶段,主要矿物共生组合为角闪石+斜长石+磁铁矿等,p=0.5～0.6GPa、t=500～600℃。该区榴辉岩独特的麻粒岩相退变质阶段,表明榴辉岩在折返初期并未能上升到中上地壳,而处于下地壳,它与南部超高压变质岩有不同的p-t演化史,即在榴辉岩相峰期变质之后经历了近等温减压(或稍升温减压)和降温减压变质过程。

影响超高压变质岩P-T-t轨迹特征的主要因素

P-T-t轨迹是研究超高压变质岩形成演化过程主要的方法之一,是提出合理地球动力学模型的主要依据.准确理解影响P-T-t轨迹的因素对于理解超高压变质岩的俯冲-折返至关重要.运用增生楔、角落流、浮力抬升模型解释超高压变质岩形成演化的基础上,定量的探讨了不同俯冲速度、不同俯冲角度、不同俯冲阶段、剪切应变生热等因素对P-T-t轨迹的影响.板块持续的高速俯冲,不仅可以使得俯冲带形成低温环境,而且在陆壳岩石俯冲到地幔经受超高压变质作用后返回地表浅部的过程中,超高压变质岩在地幔滞留的时间短,为超高压变质岩的形成提供了必要条件.较低的俯冲速度不利于超高压变质岩的形成演化.

高性能纤维的弯曲疲劳断裂研究

在自制弯曲疲劳装置上 ,对 3种高强对位芳纶及超高相对分子质量聚乙烯纤维 (Dyneema SK65 )进行双面弯曲疲劳试验。结果表明 ,Twaron 2 0 0 0弯曲疲劳寿命的自然对数与预加应力、弯曲角度呈线性关系 ,Dyneema SK65弯曲疲劳寿命明显长于对位芳纶 ,Twaron 2 0 0 0 ,Kevlar 12 9相近 ,都比Kevlar 2 9略长 ;高强型对位芳纶的弯曲疲劳断裂断口芯层呈现出“毛笔头”或“拔丝形”原纤化分裂形态 ,超高相对分子质量聚乙烯纤维弯曲疲劳断裂断口有明显的脆性折断形态 ,无原纤出现。

利用超高压变质岩的P波速度估算地下岩石的热导率

岩石热导率是了解地球内部热传导过程的重要参数之一，但热导率的测量在室内和野外都比较复杂．如何利用容易获得的岩石物理参数（如超声波速度）来估算岩石的热导率就显得非常重要．通过对中国大陆科学钻探（CCSD）主孔655件样品热导率和超声波速度的相关分析，把样品分为新鲜榴辉岩、退变质榴辉岩、副片麻岩和正片麻岩4类，并分别建立了利用岩石P波速度估算热导率的计算方程．回归计算表明，榴辉岩热导率和P波速度之间的相关性较大，相关系数在0．7左右，片麻岩显示的相关系数比较小，在0．4～0．5之间．鉴于样本数量较大，这种结果足以表明热导率和P波速度之间可以用给定的线性关系来表达．为了检验获得的方程，在CCSD主孔中选取典型的岩性单元，利用测得的P波速度估算相应的热导率，结果显示估算值和实测热导率平均值非常接近，表明利用P波估算岩石热导率的方程是可行和实用的，为本区和相似地区大地热流和热结构计算提供了热导率的计算方法和依据，因而具有重要的岩石物理学和地球物理意义。

南极大陆超高温变质作用及其大地构造背景

超高温变质作用对认识大地构造-热演化以及地壳成分分异等具有重要意义。南极大陆发育典型的超高温变质作用,分布于不同的构造域。主要的超高温地质单元包括内皮尔杂岩、茹尔(赖于尔)群岛、拉斯曼丘陵、吕措-霍尔姆杂岩以及席尔马赫丘陵等。不同地质单元的超高温变质作用分布规模不同,恩德比地内皮尔杂岩的超高温变质作用分布广泛(~15000 km^(2)),而席尔马赫丘陵等地的超高温变质作用分布有限,超高温变质作用规模与出露特征的不同可能暗示了不同的成因机制与热源。各超高温地质单元中发育丰富多样的超高温矿物组合,如假蓝宝石+石英组合、斜方辉石+矽线石组合、尖晶石+石英组合以及含大隅石、刚玉、三元长石或富Al斜方辉石的矿物组合,在变质基性岩中还发育石榴子石+单斜辉石+斜长石±高钛角闪石等矿物组合。丰富多样的矿物组合为研究超高温变质作用矿物反应机制提供了重要基础。不同超高温地质单元,乃至同一超高温地质单元内不同区域的P-T-t轨迹类型不同,如有些超高温变质作用具有显著的近等温减压轨迹,而有些超高温变质作用主要记录近等压降温轨迹,反映了不同的演化历史或构造背景。南极大陆超高温变质作用可分5个期次,包括中太古代晚期(2850 Ma),新太古代末期—古元古代早期(2585~2450 Ma),新元古代早期(格林维尔期,约1000~900 Ma),新元古代晚期(泛非期早期,650~605 Ma)和新元古代末期—早古生代(泛非期晚期,570~500 Ma),与超大陆(或超级克拉通)演化存在密切联系。不同的超高温变质作用可能与板块构造演化的不同阶段有关,如弧后盆地或造山带垮塌阶段等;但超高温变质作用并不局限于现今板块构造体制。南极大陆多数超高温地质单元的研究程度还相对较低,对其矿物反应机制、变质演化轨迹、形成时代及持续时间、熔融反应及熔体成分演化等还缺乏深入认识,制约了对这些超高温变质作用的热源、动力学机制和构造背景等的准确解释,将来需要加强研究。

钦杭结合带加里东期榴闪岩超高压变质作用研究

对钦杭结合带首次发现的加里东期榴闪岩进行了详细的年代学、矿物学和变质作用研究。结果表明,榴闪岩的变质时代为454±4Ma,经历了早期角闪岩相进变质、中期榴辉岩相峰期变质和晚期角闪岩相退变质三个阶段,具顺时针P-T-t轨迹。早期角闪岩相进变质作用阶段的矿物共生组合为角闪石+斜长石+石英,温压条件分别为719℃~795℃和7.56Kpa^8.30Kpa;中期榴辉岩相峰期变质作用阶段的矿物共生组合为石榴子石+绿辉石(后期退变为透辉石+钠长石)±石英,温压条件分别为668℃~821℃和26.42Kpa^33.46Kpa;晚期角闪岩相退变质作用阶段的矿物共生组合为石榴子石+角闪岩+斜长石±石英(即榴闪岩),相应的温压条件分别为611℃~854℃和4.76Kpa^9.30Kpa。结合前人资料推断,区域内加里东期可能经历了榴辉岩相超高压变质→高温麻粒岩相退变质→角闪岩相退变质的演化过程。钦杭结合带首次厘定出加里东期超高压变质作用,表明华夏和扬子两大陆块碰撞拼合发生在加里东期。

南大别高压-超高压过渡类型榴辉岩的确定及其构造意义

通过对大别山太湖地区榴辉岩的岩石学、矿物成分和峰期变质P-T条件的研究表明,南大别榴辉岩可分为:①高压榴辉岩;②高压/超高压过渡榴辉岩;③超高压榴辉岩。它们的峰期变质P-T条件分别为:T=570℃～680℃,P=2.00 GPa～2.40 GPa;T=650℃～810℃,P=2.70 GPa～3.20 GPa;T=760℃～980℃,P=3.50 GPa～4.00 GPa,表明三类榴辉岩形成于不同的变质环境中。其中高压/超高压过渡榴辉岩是本次研究新近确定的,该类榴辉岩无论是在变质环境,还是在岩石结构、成分特征方面,均显示了高压-超高压过渡变质的特征。这种榴辉岩的存在解释了南大别变质块体俯冲时的连续性和折返后的断块特征。

柴北缘鱼卡榴辉岩变质P-T演化历史

鱼卡榴辉岩-片麻岩地体位于柴北缘超高压变质岩带的北西端,以榴辉岩系为主的高压-超高压变质岩主要以透镜状、布丁状或似层状赋存于片岩、片麻岩中。区内榴辉岩的典型矿物组合为石榴石＋绿辉石＋多硅白云母＋金红石。石榴石变斑晶普遍保存进变质生长环带,从核部到边部石榴石的化学成分、包体矿物的种类和粒度皆呈现出规律的分带性。岩相学和矿物化学研究显示榴辉岩经历了4期与俯冲和折返作用有关的变质演化历史：进变质角闪岩相（P=0.91~0.98 GPa,T=527~600℃）、峰期榴辉岩相（P=2.62~3.07 GPa,T=675~711℃）,减压降温过程中的麻粒岩相-高角闪岩相（P=1.33~1.72 GPa,T=633~687℃）和低角闪岩相（P=0.56~0.88 GPa,T=490~587℃）。榴辉岩中的各类超高压变质矿物组合完整的记录鱼卡榴辉岩从俯冲到折返整个变质过程,即从最初增温增压的进变质到温度和压力都达到顶峰的峰期变质,再到降温降压的退变质这样一个顺时针P-T演化过程。

大别山南部高压-超高压变质地体的峰期变质条件

长期以来 ,人们普遍认同南大别高压 超高压变质地体是由“冷”、“热”榴辉岩带组成的观点 ,但关于两者的接触关系一直存在着不同的认识。本次研究重点解剖大别山太湖地区花凉亭水库附近地区 ,力图通过对各类榴辉岩峰期变质P T条件的研究 ,揭示南大别变质地体的地质结构。全区由南向北出露 4种岩石 :云母片岩、黑云母片麻岩、花岗片麻岩和绿帘黑云斜长片麻岩。榴辉岩多呈大小不等的透镜体、岩块或层状分布于后 3类岩石中。根据内洽地质温压计的计算结果 ,并结合各类榴辉岩的地理位置 ,可以看出榴辉岩的峰期变质P T条件自朱家冲经水口、大坝至金河桥是渐次增高的 ,并没有明显的压力差存在 ,其中水口、大坝附近的榴辉岩相当于高压 /超高压过渡环境中形成的榴辉岩。因此 ,我们认为南大别变质地体是一个连续的整体 ,“冷”、“热”榴辉岩带并不是以断层形式相接触的 ;

变质地质学的三大前缘课题

本文主要从三个方面反映１９８７年以来国内外变质地质学研究的新进展：（１）变质Ｐ－Ｔ－ｔ轨迹与区域岩石学研究；（２）变质流体与岩石的相互作用；（３）高压、超高压变质。变质ｐ－Ｔ－ｔ轨迹按地壳拉张区、地壳增厚区、俯冲带和麻粒岩相变质地区等不同构造环境予以论列；变质流体岩石的相互关系是按区域变质、接触变质和麻粒岩相变质地区等三个类型对比描述。高压、超高压变质研究近年来得到快速发展，也提出了许多问题。本文主要介绍柯石英榴辉岩岩石学和榴辉岩相岩石学的主要问题。

对中国中部超高压榴辉岩的P－T轨迹及回返机制的新认识

中国中部超高压变质带中的榴辉岩一般发育４～５个变质演化阶段：前榴辉岩阶段、榴辉岩峰期阶段、早期高压退变阶段、晚期退变阶段和后期叠加变质阶段。本文依据这一变质演化的研究，得出了一条与以往不同的Ｐ－Ｔ轨迹。它表明榴辉岩回返时首先沿俯冲带缓慢上升到较浅部位，出现与进变质过程相似的Ｐ－Ｔ轨迹；然后主要涉及地壳范围的，与碰撞造山有关的推覆作用使其进一步迅速回返，出现绝热抬升轨迹。这种双阶段双机制的回返模式不仅与榴辉岩中发育的变质作用过程相符，而且可以解释榴辉岩研究中一系列难以理解的问题。

淬火-分配-回火工艺和多循环淬火-分配-回火工艺

综述了由徐祖耀院士提出的淬火-分配-回火(Q-P-T)新工艺的背景和发展现状。总结了先进Q-P-T钢从超高强度到高强塑性的发展,重点论述了在形变中残留奥氏体增强超高强度钢的塑性的微观机制。鉴于单循环Q-P-T工艺对大尺寸工件和不同尺寸热轧板(或H型钢)处理的局限性,提出了多循环淬火-分配-回火(MQ-P-T)工艺及其在冶金行业热轧板(或H型钢)的工程应用。最后列举了MQ-P-T工艺在机械行业的应用实例。

基于模糊PID的超高压控制方法研究

将模糊PID的控制方法应用于超高压试验台,实现了超高压的比例精确控制。针对普通比例溢流阀无法调节超高压的问题,设计了超高压实现方案。为验证方案的可行性,用AMESim搭建了仿真模型,并确立了液阻大小、超高压泵的排量与转速范围等关键参数。为克服传统PID控制算法的不足,通过AMESim-Simulink联合仿真,并利用MATLAB的Fuzzy工具箱进行模糊PID控制器的设计。最后,搭建了Real-Time x PC Target实验平台,并进行了实验验证。实验结果表明系统的控制精度与超调均得到了改善。

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明,苏鲁—大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较,苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高,且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别;而莫霍面下凹程度不如大别地区,地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动,与大别地区相比,有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表;然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明,苏鲁—大别地段的造山、演化过程中,在构造运动基本相似的背景下,存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用,有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是,郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NW-SE向扩张应力场的影响。其中,中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。

21世纪最初十年变质岩石学研究进展

21世纪以来变质岩石学发展迅猛。对大型俯冲带和造山带综合数值模拟研究,所得到的变质作用p-T-t与以往一维热模拟结果很不相同;利用内部一致性热力学数据库,进行变质相平衡的定量研究,改变了人们对变质反应和相平衡关系的理解,开辟了定量研究变质作用的新阶段;超高压变质作用的深入研究,发现了更多超高压变质作用的标志及地体,指示陆壳俯冲深度可能达300～350km,并对地壳岩石深俯冲的机理及变质作用演化进行了进一步探讨;对麻粒岩尤其是高压和超高温麻粒岩的研究,进一步了解了麻粒岩相条件下的深熔作用与熔体演化机理,为认识早前寒武纪的板块作用与造山过程提供了新的窗口;利用多种方法对俯冲带变质流体的研究,为深刻认识俯冲带的岩浆作用及地幔演化提供了更为广阔的视野。

越南西北部大象山超高温变质岩的发现及其区域构造意义

越南西北部大象山群孔兹岩系中发育一套含刚玉+尖晶石+石榴石+夕线石组合的富铝岩石块体,它们呈透镜状包体形式赋存于孔兹岩系内。岩石中刚玉+尖晶石+石榴石+夕线石组合的发育指示岩石经历了超高温变质作用的改造。其中尖晶石和石英的共生组合表明了变质温度高于900℃,而利用岩石退变质矿物组合中的黑云母-石榴石温度计,黑云母-斜长石-石榴石-石英组合温度-压力计估算的变质温度压力条件分别为879～917℃、0.90～0.94GPa。岩石中的早期刚玉+夕线石的组合的存在说明岩石变质作用已经从高角闪岩相进入到了麻粒岩相;而峰期变质矿物组合尖晶石+石英的出现,指示了变质温度高于900℃的超高温变质作用。另一方面,退变质过程中钛铁矿的发育表明岩石经历了快速抬升降压的过程。变质作用的P-T轨迹分析揭示出岩石经历了早期同步升温增压后的快速增温达到峰期条件,后经历快速等温减压过程。这种温压条件的变化与板块会聚过程中由于俯冲板片的断离而使软流圈上涌造成热异常的温压条件变化基本一致。通过对超高温变质岩石进行锆石SIMSU-Pb测年获得的结果大于58Ma,推测这次超高温变质与喜马拉雅运动中印度与欧亚大陆的初期会聚-碰撞作用相关。