中 国 变 质 岩 岩 石 学 的 新 进 展 游 振 东 ( 中 国 地 质 大 学 ( 武 汉 )) 999 年, 庆 祝 建 国 50 周 年 之 际, 笔 者 曾 著 文 回 顾 五 十 年 来 的 中 国 变 质 岩 石 学 的 进 展 [] 进 入 2 世 纪, 传 统 的 地 质 学 正 在 转 向 以 地 球 系 统 科 学 为 核 心 内 容 的 现 代 地 质 学 在 全 球 地 质 一 体 化 的 [2] 形 势 下, 中 国 地 质 调 查 局 不 仅 在 内 地 开 展 新 一 轮 的 :25 万 区 域 地 质 调 查, 而 且 大 力 在 西 部 地 区 青 藏 新 疆 等 地, 开 展!:25 万 区 域 地 质 调 查, 对 西 部 一 些 重 要 的 变 质 地 区, 如 藏 南 昆 仑 天 山 等 地 区 进 行 了 详 细 的 填 图, 获 得 许 多 珍 贵 的 第 一 手 资 料 为 我 国 变 质 岩 石 学 和 变 质 地 质 学 的 研 究, 打 下 了 坚 实 的 基 础 [3] 从 岩 石 学 科 发 展 的 角 度 来 观 察 变 质 岩 石 学 的 成 就 和 展 望 本 文 拟 :. 极 端 条 件 下 变 质 作 用 如 若 从 变 质 岩 石 学 自 身 发 展 来 看, 近 0 年 来 极 端 条 件 下 的 变 质 作 用 ( metamorphism under extreme conditions ) 研 究 逐 渐 受 到 研 究 者 的 重 视 所 谓 极 端 条 件 是 指 变 质 温 度 压 力 等 外 部 因 素 有 异 于 常 规 变 质 作 用 的 范 围 ( 即 : T=250----800ºC, P= 2.5 Gpa) 超 高 压 变 质 作 用, 超 高 温 变 质 作 用, 甚 低 级 变 质 以 及 冲 击 变 质 作 用 等 极 端 条 件 下 的 变 质 作 用 近 年 来 在 国 内 都 得 到 长 足 的 发 展 - 超 高 压 变 质 作 用 在 变 质 地 质 学 中, 人 们 习 惯 用 变 质 的 地 温 梯 度 ( thermal gradient) 来 划 分 变 质 作 用 的 类 型, 超 高 压 变 质 作 用, 是 指 地 温 梯 度 很 低 ( < 0 /Km ), 变 质 压 力 大 于 2.5Gpa 以 上 的 变 质 作 用 以 致 在 石 榴 石 锆 石 等 矿 物 中 能 够 出 现 柯 石 英 金 刚 石 等 通 常 变 质 岩 石 中 不 可 能 出 现 的 高 压 矿 物, 故 称 超 高 压 变 质 作 用 980 年 代 以 来 在 大 别 山 苏 鲁 一 带 发 现 的 超 高 压 变 质 作 用, 便 是 一 种 极 端 条 件 下 的 变 质 作 用 它 以 榴 辉 岩 及 与 之 共 生 的 片 麻 岩 中 普 遍 发 现 超 高 压 标 志 性 矿 物 金 刚 石 和 柯 石 英 的 微 细 包 裹 体 为 特 征, 成 为 世 界 上 出 露 条 件 最 好, 规 模 最 大 的 超 高 压 变 质 带, 获 得 国 内 外 学 者 的 注 意 近 0 年 来 的 研 究 证 明, 此 类 岩 石 具 区 域 性 分 布, 西 起 天 山 东 延 至 阿 尔 金 祁 连, 东 秦 岭 --- 大 别 山 苏 鲁, 构 成 横 跨 中 国 的 中 央 构 造 带 ; 超 高 压 变 质 岩 石 的 存 在, 揭 示 了 陆 壳 物 质 可 以 深 俯 冲 于 地 幔 的 深 度 为 了 探 索 此 类 不 寻 常 的 造 山 带 的 深 部 构 造, 中 国 地 质 科 学 研 究 院 地 质 研 究 所 在 国 土 资 源 部 支 持 下 200 起 在 江 苏 东 海 实 施 第 一 口 中 国 大 陆 科 学 钻 探 ( 科 钻 一 井 ), 历 时 4 年, 终 孔 深 度 5000 余 米 全 岩 心 钻 进, 加 以 地 球 物 理 等 多 学 科 交 叉 研 究, 获 得 了 如 下 成 果 : 大 别 - 苏 鲁 汇 聚 板 块 边 界 的 三 维 构 造, 组 成 及 地 球 物 理 作 者 简 介 : 姓 名 游 振 东 性 别 男 职 称 专 业
性 质 ; 探 索 超 高 压 变 质 作 用 的 性 质 与 年 代 ; 探 索 超 高 压 变 质 岩 形 成 折 返 过 程 中 的 地 壳 动 力 学 与 壳 幔 相 互 作 用 ; 研 究 地 壳 和 地 幔 流 体 循 环 过 程 和 矿 化 作 用 ; 建 立 研 究 地 壳 动 力 学 和 深 部 大 陆 地 壳 演 化 的 长 期 观 测 实 验 室 [4] 超 高 压 变 质 作 用 已 经 成 为 国 际 地 质 科 学 研 究 的 热 点, 当 前 已 发 现 的 各 个 超 高 岩 变 质 地 区 研 究 日 益 深 入 不 断 有 新 成 果 涌 现 ; 通 过 实 验 岩 石 学 等 手 段 探 索 岩 石 圈 板 块 俯 冲 的 深 度 ; 壳 幔 相 互 关 系 及 流 体 循 环 等 重 大 科 学 问 题 的 研 究 都 在 深 入 开 展 -2 超 高 温 变 质 作 用 ( ultrahigh temperature metamorphism ) 属 于 麻 粒 岩 相 变 质 范 畴, 但 不 同 于 一 般 的 麻 粒 岩 的 是 变 质 温 度 >800 以 出 现 假 蓝 宝 石 ( Saphirine ) 大 隅 石 ( osumilite ) 等 高 温 矿 物 为 特 征 目 前 在 南 极, 印 度 等 地 已 有 发 现, 国 内 只 黑 龙 江 麻 山 群 中 有 过 假 蓝 宝 石 的 报 道 近 年 来 北 京 大 学 与 日 本 koshi 大 学 Santosh 合 作, 对 内 蒙 孔 兹 岩 带 重 新 进 行 研 究, 从 变 质 矿 物 组 合, 流 体 包 裹 体 特 征, 独 居 石 锆 石 同 位 素 年 代 学 等 方 面, 确 定 在 原 先 认 识 的 麻 粒 岩 相 岩 石 组 合 中, 发 现 如 下 超 高 温 矿 物 组 合 : 假 蓝 宝 石 + 石 英 ; 低 Zn/Fe 3+ 尖 晶 石 + 石 英 ; 高 铝 斜 方 辉 石 + 夕 线 石 + 石 英 以 及 高 温 中 条 纹 长 石 运 用 常 规 矿 物 温 压 计, 据 最 新 研 究 假 剖 面 作 相 平 衡 模 拟, 查 明 该 区 超 高 温 变 质 作 用 的 温 度 可 达 000 变 质 压 力 ~.0 Gpa 峰 期 变 质 之 后 继 以 近 等 压 冷 却 过 程 而 后 折 返, 造 成 近 等 温 减 压 的 途 径 镜 下 显 微 构 造, 矿 物 反 应 和 相 平 衡 模 拟 说 明 岩 石 经 历 逆 时 针 的 PT 轨 迹 超 高 温 变 质 矿 物 中 保 存 有 古 流 体, 成 分 为 CO 2 这 与 岩 石 中 广 泛 出 现 无 水 矿 物 组 合 相 一 致 据 独 居 石 锆 石 单 矿 物 样 品, 所 作 的 化 学 和 同 位 素 年 代 学 定 年, 超 高 温 事 件 年 龄 为.92Ma, 属 于 古 元 古 代 的 高 温 变 质 作 用, 并 且 发 现 从 西 部 到 东 部, 超 高 温 变 质 事 件 年 龄, 从.95Ma 变 到.92Ma, 显 然 有 变 新 的 趋 势 据 此 作 者 推 测 : 内 蒙 缝 合 带 中 的 超 高 温 变 质 事 件, 是 古 元 古 时 期, 华 北 克 拉 通 焊 合 进 入 哥 伦 比 亚 超 大 陆 时, 南 面 的 鄂 尔 多 斯 陆 块 与 北 面 的 阴 山 陆 块 作 斜 向 碰 撞 和 剪 刀 式 的 闭 合 所 引 起 的 [5] 内 蒙 超 高 温 变 质 带 的 确 定, 是 我 国 变 质 地 质 学 的 一 大 进 展 -3 甚 低 级 变 质 作 用 ( very low grade metamorphism), 甚 低 级 变 质 作 用, 是 指 变 质 温 度 条 件 介 于 成 岩 作 用 与 低 级 变 质 之 间 的 变 质 作 用 利 用 沸 石 粘 土 矿 物 绿 泥 石 等 低 温 变 质 矿 物 及 其 矿 物 组 合, 可 以 填 绘 出 甚 低 级 变 质 的 等 变 线 从 而 揭 示 其 热 构 造, 这 对 于 碳 氢 资 源 远 景 预 测 可 以 起 一 定 作 用, 因 为 一 般 认 为 : 如 果 地 温 达 到 变 质 作 用 的 范 畴, 碳 氢 资 源 的 远 景 就 要 大 大 降 低 了 在 甚 低 级 变 质 地 区, 因 为 变 质 温 度 低, 矿 物 结 晶 粒 度 很 细, 一 般 岩 石 显 微 镜 都 很 难 辨 识 伊 利 石 结 晶 度 是 在 甚 低 级 变 质 地 区 定 量 划 分 岩 石 变 质 程 度 的 重 要 方 法,X 射 线 衍 射 分 析 2
是 测 量 伊 利 石 结 晶 度 最 有 效 的 方 法 962 年 以 来, 西 方 文 献 出 现 了 不 同 的 伊 利 石 结 晶 度 指 数, 如 weaver 指 数 weber 指 数 和 kubler 指 数 等 北 京 大 学 王 和 锦, 从 x 射 线 理 论 角 度, 确 定 出 这 些 指 数 之 间 的 关 系 式, 改 善 了 伊 利 石 结 晶 度 的 测 定 方 法 和 精 度 我 国 甚 低 级 变 质 作 用 研 究 薄 弱,990 年 代 末 索 书 田 等 曾 运 用 甚 低 级 变 质 的 方 法 [6,] 研 究 广 西 右 江 的 低 温 金 矿 床 进 入 2 世 纪, 我 国 甚 低 级 变 质 研 究,, 逐 渐 与 油 气 地 质 研 究 结 合 有 了 显 著 进 展. 毕 先 梅 等 曾 论 述 极 低 级 变 质 作 用 与 成 矿 作 用 的 关 系 [7]. 以 层 状 硅 酸 盐 的 结 构 变 化 与 变 质 温 压 条 件 关 系, 如 伊 利 石 绿 泥 石 结 晶 度, 伊 利 石 多 型 结 晶 轴 b 值 及 应 变 特 征 等, 分 析 研 究 了 湖 南 广 泛 分 布 的 板 溪 群 及 其 上 的 下 古 生 界 页 岩, 川 西 北 三 叠 系 复 理 石 的 甚 低 级 变 质 [8,9] 其 中 湖 南 湘 东, 湘 西 等 地 4 个 剖 面 垂 直 面 理 应 变 沿 剖 面 变 化, 同 时 用 与 国 际 可 对 比 的 伊 利 石 结 晶 度 等 数 据 资 料, 确 定 中 新 元 古 界 下 古 生 界 的 区 域 低 温 甚 低 级 变 质 温 度 250 400, 但 变 质 压 力 因 时 代 不 同 而 异 : 中 元 古 界 为 中 压 型, 新 元 古 界 - 下 古 生 界 为 中 低 压 型 这 些 都 加 深 了 地 质 界 对 扬 子 地 台 这 些 古 老 岩 石 的 认 知 水 平 -4 冲 击 变 质 作 用 ( impact metamorphism ) 陨 石 撞 击 地 球 或 其 他 天 体,, 造 成 陨 石 坑 及 其 周 围 岩 石, 在 极 高 的 应 变 速 率 ( ~ 0 6 --0 9 S -) ) 瞬 时 高 温 (000 0000 ) 动 态 高 压 (0 00 Gpa) 下 产 生 的 变 质 作 用 从 嫦 娥 号 等 发 回 的 数 据 解 译 出 的 照 片 可 知, 月 球 表 面 布 满 了 大 大 小 小 的 陨 石 坑, 地 球 不 同 于 月 球 和 其 他 天 体, 在 于 其 表 面 有 厚 约 000Km 的 大 气 层, 所 以 陨 击 地 球 的 较 小 天 体, 进 入 大 气 层 后 因 强 烈 摩 擦 而 烧 毁 所 以 地 球 上 保 留 的 陨 石 坑 较 少, 据 统 计, 全 球 已 知 的 陨 石 坑 有 60 多 个 不 少 大 型 陨 石 坑 是 世 界 著 名 金 属 矿 床 的 所 在 地, 如 加 拿 大 的 Sudbury, 南 非 的 Vredefort, 大 多 数 小 型 陨 石 坑, 被 开 发 成 为 旅 游 胜 地, 如 德 国 南 部 的 Ries, 美 国 亚 利 桑 那 州 的 Meteor crater[0]. 因 为 地 表 沉 积 物 的 覆 盖, 一 个 陨 石 坑 的 确 定, 需 要 做 大 量 的 研 究 工 作 目 前 我 国 已 确 定 的 陨 石 坑 有 海 南 的 白 沙, 是 997 年 公 开 报 道 的 [0]. 辽 宁 岫 岩 陨 石 坑,970 年 代 就 已 发 现, 曾 被 认 为 是 个 旋 转 构 造, 经 过 40 年 反 复 研 究 [], 最 近 广 州 地 化 所 与 辽 宁 冶 金 地 质 公 司 合 作, 实 施 深 达 307 米 的 科 学 钻 探, 在 07 49 米 深 度 发 现 一 系 列 冲 击 波 所 产 生 的 冲 击 效 应 : 石 英 击 变 面 状 页 理 含 熔 体 玻 璃 的 多 相 角 砾 岩 和 陨 击 玻 璃 等 等, 陨 击 构 造 的 性 质 得 以 确 定 成 果 2007 公 开 发 表 [2]. 是 我 国 在 冲 击 变 质 方 面 一 大 进 展 2 变 质 岩 石 学 的 教 学 由 于 变 质 岩 石 学 各 个 领 域 都 获 得 了 长 足 的 进 步, 我 国 变 质 岩 石 学 教 学 也 有 很 大 的 进 展 表 现 在 : 不 少 中 国 学 者 的 研 究 成 果, 已 被 国 外 领 先 的 变 质 岩 石 学 教 科 书 所 采 用 ; 2. 中 国 地 质 大 学 ( 武 汉 ) 率 先 进 行 变 质 岩 石 学 英 语 教 学 试 点 获 得 成 功 2- 不 少 国 内 学 者 变 质 岩 石 学 研 究 成 果 进 入 国 外 的 教 科 书 长 期 以 来 国 外 学 者 对 国 内 研 究 现 状 了 解 甚 少 以 致 在 国 外 出 版 的 变 质 岩 石 学 教 科 书 中 引 用 的 普 遍 是 国 外 学 者 的 成 果 近 年 来 随 着 改 革 开 放 步 伐 加 大 中 西 方 学 术 交 3
流 频 繁 现 在 我 国 学 者 的 成 果 渐 渐 在 国 外 出 版 的 教 科 书 中 出 现 了 即 以 20 年 Springer-Verlag 出 版 的 Kurt Bucher 和 Rodney Grapes 合 作 编 写 的 Petrogenesis of Metamorphic Rocks (8 th ed.) 为 例 就 引 用 了 2 篇 国 内 学 者 的 成 果. 吴 春 明 教 授 2004 2007 关 于 高 级 变 质 岩 中 地 质 温 压 计 方 面 的 论 文 有 4 篇 被 该 书 第 4 章 <metamorphic grade> 所 引 用 2 张 立 飞 教 授 (2003) 关 于 西 天 山 超 高 压 变 质 岩 系 深 俯 冲 达 50Km 发 生 极 低 地 温 梯 度 的 组 合, 白 云 石 反 应 生 成 菱 镁 矿 + 文 石, 属 于 变 质 岩 中 的 禁 区 该 文 被 多 次 引 用, 该 书 第 3 章 变 质 作 用 过 程 > 作 为 指 定 参 考 文 献 供 读 者 阅 读 同 一 文 章 在 该 书 第 6 章 白 云 岩 和 石 灰 岩 的 变 质 则 被 列 为 cited reference 此 外 在 第 9 章 变 质 基 性 岩 中 还 引 用 了 7 篇 中 国 学 者 关 于 超 高 压 变 质 的 论 文 在 此 就 不 一 一 论 列 2-2 变 质 岩 石 学 的 英 语 教 学 国 内 变 质 岩 岩 石 学 的 教 学 一 向 是 作 为 岩 石 学 的 一 个 部 分 来 进 行 的, 讲 课 时 数 高 时 达 40 学 时, 200 年 以 后 岩 石 学 从 220 学 时 减 至 50 学 时, 变 质 岩 更 要 相 应 缩 减 为 了 加 快 我 国 高 等 教 育 与 国 际 接 轨, 加 快 专 业 人 才 国 际 化 培 养, 中 国 地 质 大 学 ( 武 汉 ) 地 球 科 学 学 院, 对 理 科 基 地 班 的 变 质 岩 岩 石 学 课 程 进 行 了 双 语 教 学 的 改 革,0 年 来 在 桑 隆 康 教 授 等 的 努 力 下, 很 好 发 挥 英 国 岩 石 学 家 Roger Mason 的 作 用, 进 行 英 语 变 质 岩 岩 石 学 教 学, 克 服 重 重 困 难, 获 得 良 好 的 成 绩, 在 教 育 部 理 科 教 学 评 估 中 得 到 充 分 肯 定 [3] Roger Mason 教 授 在 教 学 中 除 了 介 绍 我 国 国 内 典 型 变 质 岩 产 地 之 外, 还 详 细 介 绍 英 国 苏 格 兰 的 巴 罗 带, 挪 威 sulitjelma 变 质 带, 英 国 skidaw 花 岗 岩 接 触 带 的 接 触 变 质 等, 极 大 开 阔 了 学 生 学 习 的 视 野, 深 入 了 解 掌 握 了 变 质 地 质 学 的 工 作 方 法 桑 隆 康 与 Roger Mason 合 作 编 著 的 变 质 地 质 学 也 于 2007 年 作 为 中 国 地 质 大 学 十 一 五 规 划 教 材 出 版 并 获 得 2009 年 度 湖 北 省 教 学 成 果 二 等 奖 [4] 变 质 地 质 学 的 问 世, 变 质 岩 石 学 双 语 教 学 的 成 果, 为 今 后 变 质 岩 岩 石 学 的 教 学 质 量 的 提 高, 奠 定 了 良 好 的 基 础. 回 顾 近 0 年 来 变 质 岩 石 学 研 究 的 进 展, 可 以 发 现 :( ) 与 解 决 社 会 经 济 发 展 重 大 问 题 相 结 合, 在 生 产 实 际 中 发 现 问 题, 解 决 问 题, 是 变 质 岩 石 学 进 一 步 发 展 的 原 动 力 ;(2) 密 切 注 意 学 科 发 展 前 沿, 抓 住 热 点 问 题, 投 入 研 究 力 量, 是 提 高 学 科 理 论 水 平 的 必 由 之 路 (3) 加 强 国 际 学 术 交 流, 开 阔 研 究 视 野 是 保 证 学 科 水 平 提 振 国 际 竞 争 力 的 必 要 手 段 当 前 我 国 地 质 研 究 正 从 地 质 大 国 向 地 质 强 国 迈 进, 加 强 变 质 岩 石 学 结 晶 岩 岩 石 学 研 究, 变 质 地 质 学 的 研 究, 是 我 国 地 质 科 学 发 展 的 关 键 参 考 文 献 4
[] 游 振 东 999 五 十 年 来 中 国 的 变 质 岩 石 学 见 王 鸿 祯 ( 主 编 ) 中 国 地 质 科 学 五 十 年 武 汉 中 国 地 质 大 学 出 版 社 pp44-52 [2] 游 振 东 2008 地 质 一 体 化 --- 区 域 地 质 研 究 的 新 纪 元 中 国 地 质 学 会 地 质 学 史 专 业 委 员 会 第 20 届 学 术 年 会 论 文 汇 编 pp70 72 [3] 孟 宪 来 2006 在 青 藏 高 原 空 白 区 :25 万 区 域 地 质 调 查 成 果 报 告 会 暨 十 一 五 工 作 重 点 研 讨 会 开 幕 式 上 的 讲 话 地 质 通 报 2006 (2) [4] Zhiqin Xu, Jingsui Yang 2005, Deep drilling in the Dabie-Sulu Ultrhigh pressure metamorphic belt, China EOS,Transactions, AGU 22th Feb.2005 Vol.86, No.8 pp 77-78 [5] Santosh M. Liu S J. Tsuogae T, et al. 20, Paleoproterozoic ultrahightemperaturemetamorphism granulites in North China craton: implications for tectonic models on extreme crustal metamorphism Precambrian Research [6] 索 书 田 毕 先 梅 周 汉 文 999 极 低 级 变 质 作 用 : 以 右 江 中 生 代 构 造 带 为 例 北 京 地 质 出 版 社 [7] 毕 先 梅 莫 宣 学 2004 成 岩 - 极 低 级 变 质 - 低 级 变 质 作 用 及 有 关 矿 产 地 学 前 缘 (4) [8] Wang H Rahn M Tao X F, et al., 2008 Diagenesis and metamorphism of Triassic flysch along Northwest Sichuan, China. Acta Geologica Sinica 82.pp97 926 [9] 朱 明 新 王 和 锦 200 长 沙 - 醴 陵 - 浏 阳 一 代 冷 家 溪 群 及 板 溪 群 的 甚 低 级 变 质 作 用 岩 石 学 报 7 (2) [0] 游 振 东 刘 嵘 2008 陨 石 撞 击 构 造 作 用 的 研 究 现 状 与 前 景 地 质 力 学 学 报 4 () pp22 36 [] 覃 功 炯 卢 登 蓉 欧 强 等 200 罗 圈 里 撞 击 坑 铂 族 元 素 异 常 及 粗 铂 矿 的 发 现 及 其 意 义 地 学 前 缘 8 pp333-338 [2] 陈 鸣 肖 万 生 谢 先 德 2009 岫 岩 陨 石 坑 的 证 实 科 学 通 报 2009 54 pp2777-2780 [3] 杨 坤 光 龚 一 鸣 桑 隆 康 等 202 中 国 地 质 大 学 地 质 学 专 业 主 干 课 程 建 设 与 人 才 培 养 中 国 地 质 大 学 出 版 社 [4] Roger Mason Sang Longkang 2007 变 质 地 质 学 ( 英 文 版 ) China University of Geosciences Press 5