板块构造与变质作用

板块构造与变质作用
The study of metamorphism is a key to crustal evolution
原岩 ＋
泥质系列 基性系列 长英质系列 碳酸盐系列 超基性系列
影响因素：
变质作用
变质作用类型：
区域变质作用 接触变质作用 动力变质作用 气液变质作用 混合岩化作用
＝
变质岩
EA AM 500 600
HGR GR 700
O
5
0
0 100 200 300 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
T ( C)
不同年龄的洋壳俯冲可能的PT轨迹
Cold and warm Subduction zones
Peacock and Wang, 1999, Science
Liu F L, Lithos 59 (2001) 199–215
1.现代板块离散边界－大洋中脊
What metamorphism occurs at MOR ?
Mid-Ocean Ridges
Passive
Plate separation-induced passive upwelling decompression melting for MORB
During extension at mid-ocean ridges (red-orange), convection carries heat to very shallow levels, where 7-km thick oceanic crust（including 4 layers) forms; Hydrothermal circulation produces low P/T metamorphism, often called seafloor metamorphism
―Warm‖ subduction zones--a result of slow subduction or young subducted lithosphere. ―Cold" subduction zones--a result of rapid subduction or older subducted lithosphere, have different thermal regimes, dehydration depths, mantle wedge temperatures and circulation, and styles of volcanism
Controlled by both T and Fluid
1离散型板块边界－ 洋底变质作用
1、整个洋壳都发生了洋 底变质作用； 2、Addition of water from the surface
洋底变质作用指洋中脊附近的岩石由于 受到来源于深部的热流和自上而下的热卤水 的影响发生变质作用，变质程度自上而下主 要为沸石相、葡萄石－绿纤石相和绿片岩相， 深部也可出现角闪岩相，为低压相系，由于 洋底扩张洋底变质作用的岩石遍布整个洋底。
按照原岩：
泥质系列 基性系列 长英质系列 碳酸盐系列 超基性系列
按照岩相学：
板岩 千枚岩 片岩 片麻岩 麻粒岩…
温度（T）
压力（P） 流体 应力
变质作用方式：
重结晶作用 变质反应 变形作用 交代作用
按照PT条件：
不同的变质相等
变质作用、变质相
变质作用:在地壳形成和发展过程中，由于 物理化学条件的改变，早先形成的岩石(包 括岩浆岩和沉积岩）在固态条件下所发生 的矿物成分、结构构造的转化称为变质作 用。 变质相：指一定的温度、压力区间内的一 整套变质矿物共生组合，它们在时、空上 反复出现并密切伴生在一起，一个变质相 内部其矿物组合和岩石总体化学成分之间 有着固定的因而也是可以预测的对应关系。

主要的变质相类型
变质带、变质相和变质级对应关系
变质带
富Al系列 Fe-Mg系列
变质相
浊沸石相 葡萄石－绿纤石相 蓝片岩相 绿片岩相
变质级 很低级
角闪岩相
麻粒岩相 榴辉岩相
低 高 低 高
Chl Bi Alm St Ky
Ab-Chl, Ab-Act
Ab-Hb Pl-Hb Cpx-Opx Omp-Gt
低级 中级 高级 中－高级
Sil Cord-Alm
Mineral assemblage
变质相系
1961年，日本岩石学家都城秋穗（ Miyashiro) 首次提出，每一个变质相 相当于一定的温压范围，然而，在某 一个变质地区和变质带中，其温压范 围一般很宽，不能用一个变质相来代 表，可能表示为一系列的变质相，这 就是变质相系。换句话说，在同一变 质地带的不同空间上，由变质相系所 表达的 峰期变质条件，在P－T图解上构成一 条曲线，它们代表当时某种 固定的地热梯度(geothermal gradient) ，后者又和固定的大地构造背景联系 起来。 变质相系的概念通过变质时的特 定地热梯度把变质作用的PT条件与大 地构造环境结合起来，对变质岩石学 的发展起了重要作用，它不仅为后来 的板块构造理论提供了岩石学上的证 据，而且为变质地质学理论的形成奠 定了理论基础。
都城秋穗划分出五个变质相系 ①低压相系：红柱石－夕线石型，低压型 （领家－阿武隈型）以泥质岩石中出现红 柱石（低级）、夕线石（高级）及堇青石 等为特征地热梯度大于25℃/km。 ②中压相系：蓝晶石－夕线石型，中压型 （巴洛型），泥质岩石中出现蓝晶石和夕 线石，地热梯度为16－25℃/km。 ③高压相系：硬玉－蓝闪石型，高压型（ 三波川型），基性岩中出现硬玉＋石英、 蓝闪石、硬柱石等矿物为特征，地热梯度 小于16℃/km。 ④低压过渡型，也称为布恰型（Buchan type），以泥质岩石中出现红柱石－十字 石，或红柱石－蓝晶石??。 ⑤高压过渡型，以出现 蓝闪石和蓝晶石 ??为特征。 后两个类型有若干问题？？ 所谓地热 梯度的界线也有争议 变质相系的概念属于静态思维方式； 把变质峰期条件的连线－变质相系误认为代表变质作用发生时的地热梯度； 未能阐明变质过程中的热流变化，变质作用是怎样一个动力学过程。
2、俯冲型变质作用
源自文库俯冲带的分类
Maruyama et al. (1996): A-type (Amprefer-type)，Continental B-type (Benioff-type)， Oceanic
从洋壳（B型）→陆壳俯冲（A 型）→大陆碰撞
陆陆俯冲
洋洋俯冲
洋陆俯冲
陆陆俯冲
高压-超高压超高压变质都发生在板块汇聚边缘, 与板块之间俯冲碰撞有关. 大洋向大陆俯冲的大洋俯冲带—形成低温榴辉岩和蓝片岩及蛇绿混杂岩; 大陆—大陆之间的大陆型俯冲带—中高温榴辉岩, 片麻岩及石榴橄榄岩
Peacock and Wang, 1999, Science
Beneath SW Japan, the maximum depth of intraslab earthquakes is 50 to 65 km. In SW Japan, Holocene volcanism is relatively sparse. Andesite and dacite erupted at Daisen and Sambe volcanoes in SW Japan are geochemically similar to adakites, which are interpreted to represent partial melts of subducted oceanic crust. In NE Japan, intraslab earthquake activity peaks at 125 km depth and extends to 200 km depth , and deep earthquakes occur down to 670 km depth. Abundant Holocene volcanism with a well-defined volcanic front located 100 km above the top of the subducting Pacific plate. Most NE Japan arc lavas exhibit calc-alkaline geochemistry, which reflects partial melting in the mantle wedge triggered by the infiltration of aqueous fluids derived from the subducting slab.
？
双变质带的概念及问题
双变质带在靠近大洋一侧为高压变质相 系，其中变质基性岩出现蓝片岩、榴辉 岩等高压岩石，而靠近大陆一侧为低压 相系，其中变质泥质岩石中出现红柱石矽线石型的变质作用。自Miyashiro(1961) 最早用板块构造理论解释变质带成因， 提出了双变质带的成因理论以来，随着 板块构造理论研究的不断深入，已取得 了一系列重要进展，如地体概念的提出 (Schermer et al., 1984)，造山带中平行伸 展构造带的发现(Ellis et al., 1987), 板块 会聚的斜俯冲作用(McCaffrey, 1992)等， 这些重要进展对重新认识双变质带的成 因具有重要意义。最近Brown(1998, 2002) 提出了双变质带成因的另一种构造模式： 即板块会聚斜俯冲作用过程中，由于平 行海沟方向的构造转换，使得高压和低 压变质地体倂置在一起形成了双变质带。 尽管双变质带成因可能有不同的构造模 式，但作为形成时代相近、空间上平行 分布的高－低压变质带与板块俯冲作用 相关还是为人们所接受的
利用锆石生长环带及其包裹体 确定岩石 P-T 轨迹
锆石：Zr2SiO4 化学成分非常稳定 Growth in different stage Best container for previous formed mineral inclusions

Photomicrographs of mineral inclusion assemblages in zircons and CL image of host zircons from paragneiss.
2.1 汇聚板块边界－洋壳俯冲型变质作用
Structural Zones
？
One of the best indicators of former subduction is the presence of paired metamorphic belts, a belt of typical Greenschist and Amphibolite metamorphism flanked by a belt of Blueschist metamorphism.
Peacock and Wang, 1999, Science Kirby, 2000, Nature
(km)
10 9 8 7 200 6 5 4 3 2
BS
300
Dry Eclogite Lawsonite Eclogite
250
150
100 Zo Ec Am Ec
slab melting
1
PA GS 400
高压相系：板块俯冲 中压相系：大陆造山带 低压相系：岛弧、洋中脊、 热接触变质
变质作用 PTt 轨迹的概念
变质作用P-T轨迹是指一 个岩石从变质作用开始到 剥露至地表所经历的温压 条件变化的全过程。 变质作用PTt轨迹的研究 是变质地质学的最新进展， 反映与变质作用历史有关 的动力学过程，根据热传 导理论和现代热力学的原 理，把变质过程中的热体 制和构造作用联系起来。
Richardson & England, 1977)
1、首次强调剥蚀作用对变质作用的影响，变质作用发生于一个动态过程， 变质过程中的地热梯度是变化的； 2、Pmax 与Tmax不同时；Tmax是在抬升过程中达到的； 3、PT－点阵也称为变质梯度，不同于地热梯度和PT轨迹； 4、代表变质峰期条件的点阵对应地表出露的变质带，这些变质带是穿时的。