超高压变质带中的变质不均一性

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摘要：不同造山带的榴辉岩和有关变质表壳岩石中柯石英及金刚石等标志性超高压变质矿物的发现，已证明陆壳岩石能俯冲到大于120 km的地幔深度并折返至地表。超高压变质带中榴辉岩和相关的榴辉岩相岩石常常与具有低级变质矿物组合的岩石（如变质花岗岩、花岗片麻岩、变玄武岩或斜长角闪岩等）密切伴生，然而它们之间的相互关系和成因联系却一直是地质学家长期争议的焦点。查明这两类岩石的变质演化历史以及相互联系，对理解大陆的深俯冲及折返过程具有重要意义。在总结、分析若干陆陆碰撞造山带中变质不均一性的研究成果及成因解释的基础上，讨论了影响岩石保存超高压变质记录的若干关键因素，包括原岩性质、变质流体、构造变形、退变质作用等。

关键词：超高压变质带；变质不均一性；大陆深俯冲；折返；碰撞造山带；榴辉岩；退变质作用

中图分类号：P588.3文献标志码：A

Metamorphic Heterogeneity Within a Single Ultrahighpressure Belt

JIANG Weijia1，2， LIU Yican1，2

（1. Key Laboratory of Crustmantle Materials and Environments， Chinese Academy of Sciences， Hefei 230026，

Anhui， China； 2. School of Earth and Space Sciences， University of Science and Technology of China， Hefei 230026， Anhui， China）

Abstract： Ultrahighpressure （UHP） index minerals， such as coesite and diamond in eclogites and related metamorphosed supracrustal rocks from various orogenic belts， suggest that continental crustal rocks can be subducted to mantle depths of more than 120 km and subsequently return to the surface. Furthermore， eclogites and related eclogitefacies rocks， and lowgrade mineral assemblagebearing rocks （i.e. metagranite， granitic gneiss， metabasalt and amphibolite） commonly coexist in UHP metamorphic belts. However， their relationship and petrogenetic links between highgrade and lower grade assemblagebearing rocks are often matter of debate. Hence， to clarify the metamorphic evolutionary histories and the correlation of the two groups of rocks plays a significant role in understanding the continental deep subduciton and exhumation processes. Some investigations on the metamorphic heterogeneity within a single UHP metamorphic belt were summarized. On this basis， several key factors such as protolith nature， metamorphic fluids， structural deformation and retrogression， which affect the preservation of UHP metamorphic records， were discussed.

Key words： UHP metamorphic belt； metamorphic heterogeneity； continental deep subduction； exhumation； collisional orogenic belt； eclogite； retrogression

0引言

板块构造理论自20世纪60年代以来已被地球科学研究领域所熟识，并成为认识岩石圈结构、组成及演化的基本理论。传统板块构造理论对大陆岩石圈的认识有所缺乏，认为大洋岩石圈密度大，可以俯冲进入地幔，而密度低的大陆地壳则不能进入地幔。然而，表壳岩石中柯石英[13]和金刚石[45]等超高压变质矿物的发现证明了陆壳物质可以俯冲到超过120 km地幔深度，然后折返至地表。

目前已发现的含柯石英和金刚石超高压变质带主要由片麻岩、榴辉岩、石榴橄榄岩、大理岩和片岩等组成。高压―超高压岩石是汇聚型板块边缘，特别是大陆碰撞造山带中最常见的典型岩石，其中榴辉岩及榴辉岩相岩石代表着地壳俯冲物质经过高压―超高压变质作用的产物，众多学者已对其进行了详细的岩石学、构造地质学、地球化学、同位素年代学以及地球物理学等方面的研究。然而，除高压―超高压榴辉岩之外，花岗片麻岩等一些缺乏超高压指示性矿物并具有低级变质矿物组合的岩石，并未引起足够重视，它们之间的关系更是地质学家长期争议的焦点。同时，同一造山带内高压―超高压岩石与变质程度较低的岩石之间的关系与成因联系对理解和重建陆壳物质俯冲和折返过程及变质演化历史具有重要意义。

高压―超高压榴辉岩与片麻岩、变质泥岩等低变质程度围岩密切伴生的现象[67]（图1、2）已在众多典型的陆陆碰撞带中被发现，如挪威西部片麻岩地区（Western Gneiss Region）、西阿尔卑斯的DoraMaira 地块、哈萨克斯坦的Kokchetav地块及中国中东部的大别―苏鲁造山带。在世界各地很多造山带中均可见高压―超高压岩石（如榴辉岩等）呈豆荚状、布丁状、透镜体状或夹层状生长在变泥质岩、变质花岗岩等围岩中。高压榴辉岩与具有低压矿物组合的围岩是经历了相同的变质过程，还是两者各自具有不同的变质历史，已成为超高压变质带中变质不均一性研究的核心争议问题。到目前为止，很多地质学家认为与榴辉岩伴生的花岗片麻岩同样经历过超高压变质作用，两者之间相邻的空间位置及相似的压力（P）温度（T）轨迹和年龄记录都为该观点提供了证据[813]，但由于反应动力学因素或后期流体和变形作用及退变质作用的影响，导致超高压记录被抹去。然而，Cong等在进行深入的岩石学及野外工作后对此观点持否定态度，认为花岗片麻岩是后期与超高压岩石构造并置在一起的低级变质岩[1416]。早在几十年前，Bryhni等通过同位素与岩石学分析，认为Norwegian低压片麻岩与其包裹的榴辉岩具有相同的PT轨迹[17]，据此推断两者作为一个整体同时经历俯冲与折返过程；而Lappin等在对该地区的榴辉岩和片麻岩围岩做了充分的岩石学工作之后，认为榴辉岩和片麻岩形成的温压条件不一致[18]，并建立了高压榴辉岩在固态下侵位于低压片麻岩中的模型。本文总结了不同超高压变质带中变质不均一性的表现，同时根据前人有关超高压变质带中变质不均一性的研究成果，分别对上述两大类成因解释进行了分析和讨论，并在此基础上试图阐述影响超高压变质矿物形成及保存的主要因素。

图件引自文献[7]，有所修改；图件反映了榴辉岩相与角闪岩相、绿片岩相岩石的相互关系

1构造并置及折返过程

众多学者认为，大陆碰撞带中榴辉岩与片麻岩围岩作为一个整体共同经历了深俯冲作用[1920]。然而围岩中高压―超高压矿物组合的缺失使得部分学者对该观点持怀疑态度，他们认为榴辉岩为片麻岩的外来岩体，它们具有不同的变质历史，后因构造变形等作用使榴辉岩卷入低压片麻岩中，形成构造混杂带。强烈的构造运动能够使处于不同板片位置（不同地壳层次或深度）甚至不同区域的岩石混杂在一起并最终抬升出露于地表[16]，作为整体俯冲到地幔深度并经历超高压变质作用的各岩石应具有一致的PT轨迹，而后期通过构造运动并置在一起的不同变质级岩石的峰期条件则截然不同。

波西米亚地块东北部Velke Vrbno地区发育的以变泥质岩为主的火山沉积层序中穿插有正片麻岩岩席，并且片麻岩中包裹有布丁状榴辉岩。为了查明密切伴生的榴辉岩与变泥质岩之间的关系，Stipska等利用Thermocalc软件对榴辉岩与变泥质岩的温压条件进行估算[21]，得出两种不同的PT轨迹（图3）。变泥质岩峰期温压条件为P=11×105 Pa，T=640 ℃，地温梯度约为17 ℃・km-1，随后经历了近等温降压而后冷却的过程；榴辉岩峰期温压条件为P=18×105 Pa，T=700 ℃，地温梯度约为11 ℃・km-1，石榴石分解成斜长石代表榴辉岩经历了减压而后冷却的过程，两类岩石在P=11×105 Pa的深度至地表的折返过程中所经历的PT轨迹一致。

单位为℃・km-1的值为地温梯度；图件引自文献[21]

同时，榴辉岩与变泥质岩中的矿物包裹体证明其进变质过程中的矿物组合均在含水条件下生成，故排除了变泥质岩经历高压变质作用但其矿物相由于动力学方面因素而未发生转变的可能性。因此，上述两类岩石各自俯冲到不同深度，而后在中上地壳发生构造并置，并一起折返到地表。

西阿尔卑斯的Entrelor地区出露有大面积蓝片岩相变泥质岩，其中包裹大量榴辉岩与绿片岩相岩石。Bousquet对这些不同变质程度岩石的PT轨迹分别进行重建，发现两类岩石具有截然不同的峰期温压条件（两类岩石峰期变质温压条件分别为P=12 GPa，T=450 ℃和P=2.3 GPa，T=550 ℃），但同时发生折返，据此提出了4种可能的成因解释：①热力学数据误差；②折返过程中高压矿物组合的改变；③原岩性质不同；④构造混杂[16]。将基于局部平衡和全岩平衡两种不同的方法同时运用于变泥质岩与高压榴辉岩的PT估算，得到相似的结果，因此，不可能存在如此大的数据误差导致高达1 GPa的差异。另外，不同类型原岩对变质过程的影响将在后文叙述，然而将该区榴辉岩与变泥质岩变质程度的不同归因于不同的原岩性质并不合理，因为原岩均为基性岩的榴辉岩与绿片岩相岩石PT轨迹仍不一致。同时，并未在绿片岩相岩石和变泥质岩中发现任何超高压矿物或其残留假象，故无法证明变质程度低的岩石为高压榴辉岩的退变产物。因此，上述绿片岩相岩石及变泥质围岩并未随榴辉岩一同俯冲到地幔深度，这些具有低级变质矿物组合的岩石是后期在地壳深度与高压榴辉岩构造并置在一起，随后被抬升到地表。

Alm为铁铝榴石，Sps为锰铝榴石，Grs为钙铝榴石，And为钙铁榴石，Prp为镁铝榴石；A区为镁铝榴石端元组分大于55%的榴辉岩；B区为镁铝榴石端元组分在30%～55%之间的榴辉岩；C区为镁铝榴石端元组分小于30%的榴辉岩；图件引自文献[14]

图4双河地区榴辉岩和片麻岩中多硅白云母SiAl图解和石榴石端元组分图解

Fig.4SiAl Diagrams of Phengites and （Alm+Sps）（Grs+And）Prp for Garnets from Eclogites and Gneisses in Shuanghe Area

大别超高压造山带的双河地区同样具有相似的变质不均一现象，含柯石英榴辉岩、硬玉石英岩、石榴黑云片麻岩及大理岩被花岗片麻岩包围。超高压岩石整个俯冲折返过程分为4个阶段：前榴辉岩阶段、峰期超高压含柯石英榴辉岩阶段（P≥（27～28）×105 Pa，T=（700±50）℃）、石英榴辉岩阶段和后成合晶阶段（角闪岩相）。超高压岩石中除含有柯石英之外，还发现多晶石英集合体及石榴石中的多硅白云母包裹体等证据[14]， 而其围岩中未发现任何高压―超高压证据，峰期温压条件估算也落在角闪岩相（P=4×105 Pa，T=（400±50）℃）范围内。同时，在矿物成分上（如石榴石和多硅白云母），花岗片麻岩围岩与超高压岩石也有明显差别（图4）。

高压―超高压岩石的折返机制以及和低级变质岩石如何同时出露于地表一直广受关注，学者也提出了多种解释模型，比如挤出伸展模式[22]、浮力驱动模式[23]、角流及浮力联合模式[24]和多板片差异折返模式[25]等。Bousquet认为Entrelor地区混杂在一起出露地表的蓝片岩相变泥质岩及榴辉岩折返的主要动力为推力，即存在一个由弱变形的片麻岩及花岗质岩石组成的刚性体，其自身与周围岩石的密度差使其在浮力的作用下上升，而此刚性体则充当“推土机”依次将俯冲到不同深度的3种变质岩推送到地壳同一深度，然后一并抬升至地表（图5）[16]。然而，对于刚性体的来源以及浮力作用是否足够大到能使榴辉岩等高密度岩石折返仍存在疑问。Davies等提出俯冲板片断离是导致超高压岩片在浮力作用下从地壳深部快速抬升折返的主要机制[26]。Zheng等以大别―苏鲁造山带为例，认为在三叠纪陆陆碰撞之前洋壳先俯冲的过程中，其上覆沉积物被刮下留在地表经历低级变质作用，而后陆壳俯冲到一定深度（100～300 km）时大洋岩石圈与大陆岩石圈断离，由于俯冲过程中摩擦阻力及密度差使得陆壳岩片在浮力差的作用下折返到地表，之后在褶皱、剥蚀等一系列构造作用的影响下形成了由变质等级不同的岩石所组成的混杂带[27]。浮力被认为是高压―超高压岩石折返的主要动力，而试验证明：当浮力为唯一驱动力时，只有在俯冲岩片与地幔之间的密度差不小于10%的情况下，浮力才能触发俯冲岩片折返[28]。榴辉岩相的中上地壳密度（306～331 g・cm-3）与地幔密度（3.3 g・cm-3）十分相近[29]，因此，仅靠两者密度差引起的浮力作用不足以使陆壳岩石返回地表。

图件引自文献[16]；由弱变形的花岗质岩体和片麻岩组成的刚性体将其上方不同类型的岩石（榴辉岩、变质沉积岩、绿片岩）推向地表

刘贻灿等提出的俯冲地壳内部的多层次拆离解耦并呈多板片差异折返模型也对不同变质程度岩石的折返做出了合理解释[25]，他们认为在大陆碰撞过程中深俯冲陆壳并不是整体折返，而是在不同深度发生多层次拆离解耦并相继折返[25]。在陆壳俯冲初始阶段（如绿片岩角闪岩相阶段）被解耦的岩片俯冲深度浅变质程度低，而俯冲到较大深度（如高压或超高压榴辉岩相变质深度）发生拆离的岩片变质程度高。因此，俯冲到不同深度变质程度不一致的岩石先后折返到地表，之后经历后期构造隆起剥蚀等一系列运动，呈现高压―超高压变质岩和低级变质岩紧密伴生的不均一变质现象。但是，多板片差异折返模型无法解释Entrelor地区具有不同变质峰期温压条件（P=1.2 GPa，T=450 ℃和P=2.3 GPa，T=550 ℃）的岩石却具有相同折返时代的现象。

2超高压变质作用及退变质叠加

2.1超高压变质证据

超高压带中常见高压―超高压榴辉岩相变质岩与具有低级变质矿物组合的岩石密切共生，但是变质岩中未发现柯石英等超高压矿物或深俯冲的变质记录，也不能排除其经历过深俯冲的可能性[30]。超高压岩石在折返过程中因温压条件改变而发生退变质作用，其中超高压矿物组合可能转变为低压矿物组合，特别是花岗质片麻岩更容易退变而不易保留早期超高压变质证据[11，31]，从而掩盖了超高压变质作用的历史。然而，通过深入细致的岩相学观察和锆石学研究，Tabata等已陆续在不同造山带超高压榴辉岩及相关岩石的围岩（花岗片麻岩等）锆石中发现了柯石英等超高压矿物变质记录[3233]，也就是说，至少有一部分具有低级变质矿物组合的岩石经历过深俯冲但很少保留有超高压变质记录。南大别变质花岗岩中尽管未发现柯石英等标志性超高压矿物，但是通过岩相学观察，在南大别榴辉岩的石榴石中发现柯石英假象[34]，证明南大别榴辉岩带为经历过深俯冲的超高压变质带。Li等对南大别超高压榴辉岩带中的花岗变质岩进行温压估算，其峰期温压条件为P=3.3 GPa，T=670 ℃[3435]。Liu等对苏鲁超高压榴辉岩等围岩中锆石的研究表明[3637]：①不同类型的变质表壳岩石（如正片麻岩、副片麻岩、大理岩、石英岩、斜长角闪岩以及榴辉岩）的锆石中均发现含柯石英等榴辉岩相矿物包裹体；②所研究的榴辉岩与其围岩中含柯石英包裹体的锆石区域所记录的温压条件一致；③榴辉岩与围岩的锆石UPb定年结果表明，两者具有一致的三叠纪超高压变质年龄和角闪岩相退变质年龄。笔者近期的岩石学研究也表明，中大别含柯石英和金刚石的超高压变质带中与榴辉岩相共生的花岗片麻岩常常有两种表现形式：一类片麻理发育，另一类片麻理不发育且呈块状。前者的锆石中发现少量柯石英、金红石和石榴石等包裹体，证明发生过超高压变质作用。此外，野外调查和相关研究指示这两类岩石可能经历过相同的变质过程，只是变质不均一性或反应动力学等方面原因导致二者不同的表现和岩石学记录。由此说明，大别―苏鲁造山带中超高压榴辉岩的围岩大多数随榴辉岩一起俯冲到地幔深度并发生超高压变质作用，这为二者之间的相互关系提供了可靠的岩石学和年代学证据。通常，榴辉岩相岩石经过退变质作用后，其中的绿辉石通常转变成透辉石/角闪石+斜长石后成合晶，石榴石转变成斜方辉石+斜长石的冠状体结构，硬玉周围则形成钠长石+磁铁矿次变边，而绿辉石中的石英出溶体是早期超高压变质的证据之一[38]。

大别地块东南部片麻岩和石榴硬玉石英岩中，由石英多晶集合体组成的柯石英假象包裹在石榴石和硬玉中，这些柯石英假象不仅指示了峰期超高压变质条件，还反映了峰期之后的减压退变质过程[39][图6（a）]；同时，在相伴生的大理岩中，石榴石和绿辉石也发现由多晶方解石构成的文石假象，指示其经历过超高压变质作用[40]。Carswell等在大别石马地区正片麻岩围岩的绿帘石中发现长石的二次生长结构[图6（b）]，这种绿帘石中包裹气泡状、蠕虫状钠长石的现象也出现在邻近区域的超高压片岩中，指示着前期富霓石端元的辉石存在[11]。另外，相同矿物经历不同的变质过程之后其成分也有所区别。超高压片岩的石榴石中多硅白云母（AB2[C4O10]（OH）2）包裹体的Si原子数高达3.62 p.f.u.，而基质中与黑云母共生的白云母Si原子数一般小于3.3 p.f.u.，而且通过对大多数超高压峰期形成的多硅白云母的分析，发现其A位上的阳离子占位率小于1；Dora Maira含柯石英和石榴石的超高压石英岩围岩为绿片岩相的片麻岩，围岩中多硅白云母的Si原子数约为3.55 p.f.u.明显高于绿片岩相条件下形成的白云母[41]，指示其经历了退变质作用。同时，钙铝榴石和锰铝榴石的固溶体及金红石和钙铝榴石共存的现象也一致指示该片麻岩有高压变质历史[42]

大别超高压片麻岩与低级片麻岩中的石榴石端元组分也有明显区别，前者锰铝榴石端元组分质量分数一般小于0.03，相反低级变质岩中锰铝榴石组分（0.18～0.45）明显高于超高压岩石；超高压条件下，榍石中Ti和O会大量被Al和F替代[43]，因此，高AlF含量的榍石也可以成为超高压条件指示剂之一。此外，基于反应动力学等原理，在大陆深俯冲或超高压变质条件下，有些岩石（特别是位于板块内部或缺乏变质流体等）中矿物有可能未发生转变而仍表现为低级变质矿物组合[12，31，33，44]。

超高压变质岩与其围岩的稳定同位素特征对追溯其变质历史也有一定作用。大别造山带中榴辉岩的δ18O值（-4‰～6‰）及其玄武质原岩（6‰～7‰）与国外著名超高压带（1.5‰～120‰）相比明显偏低[45]；而苏鲁造山带东海地区附近超高压榴辉岩与其片麻岩围岩也具有低的δ18O值[46]。因此，榴辉岩为原位变质，并且在俯冲之前其原岩与片麻岩原岩同时经历过大气水热液蚀变，这两类岩石并不是在地壳深度才并置在一起。

2.2超高压变质矿物的形成及保存

高压―超高压榴辉岩相岩石成分变化非常广泛，超基性岩到酸性岩均可变质形成榴辉岩相岩石。同一区域密切伴生的岩石俯冲到地幔深度，由于折返期间部分岩石受到退变质作用的影响，抬升至地表后因构造作用而造成不同变质等级的岩石混杂在一起的现象。然而，为什么这些具有相同变质过程的岩石只有部分可以在折返过程中保存超高压记录，而其他岩石却无法抵抗退变质作用的影响？或者一些岩石虽俯冲到地幔深度却未转变成超高压矿物组合？试验数据表明，干的、粗粒的地壳岩石在P=3 GPa，T≥700 ℃的条件下依然可以保持亚稳态，不转变成榴辉岩相矿物组合[4748]，这说明岩石向高压―超高压相转变的过程受俯冲带流体、原岩性质、岩石变形等诸多因素的影响。

2.2.1俯冲带流体

当外界环境发生改变以及岩石经历变质作用时，其组分为了适应新的温压条件将重新反应达到再次平衡，在此过程中流体（本文中指代H2O）起着至关重要的作用，其对变质反应进程、微观尺度同位素平衡及深俯冲陆壳的化学分异具有重要意义。岩石由低级变质相向高压―超高压变质相转变的过程与流体作用密不可分[49]。在陆壳俯冲带岩石中，流体不仅作为反应物存在，还能催化或改变变质反应[50]，促使岩石达到热力学平衡状态。研究表明，很多相态转变是通过溶解再沉淀反应形成的，在缺乏流体的情况下，岩石可以在更高的温压条件下以亚稳态的原岩矿物相存在。此外，大别超高压带港河地区发育具有低级变质矿物组合的岩石与超高压岩石密切共生，但两者之间缺失明显的构造边界，却具有相同的原岩及变质年龄记录，而且具有低级变质矿物组合的岩石中保留有原始的层状构造和火山角砾等现象，表明该岩石从未转变成超高压矿物组合[5152]。Dong等根据以上现象排除这些具有低级变质矿物组合的岩石为外来岩体的可能性，并认为其与超高压变质岩一同俯冲到地幔深度，但可能由于反应动力学等因素而不利于低压矿物向超高压矿物的转变，使其保持亚稳态的原岩矿物相存在[51]。

图中百分数均为体积分数；箭头表示矿物相转变过程中岩石组成的变化；图件引自文献[53]

图7挪威西部片麻岩地区岩石变质相转变历史

Fig.7Transformation History of Rock Metamorphic Facies in the Western Gneiss Region of Norway

挪威西部片麻岩地区岩石变质相转变历史（图7）表明，即使在P>2 GPa，T>700 ℃的进变质过程中也只有部分岩石发生榴辉岩相转变，其中大部分基性岩在俯冲过程中形成榴辉岩相矿物组合，部分长英质片麻岩在折返减压过程中生成石榴石，形成角闪岩相矿物组合，而麻粒岩、黑云母片麻岩等在俯冲与折返过程中均未发生明显矿物学转变[53]。长英质片麻岩延迟到折返过程中才发生矿物的转变，这很大程度上归因于折返期间流体的加入[5455]，而且片麻岩若发生过变形或者体系中有流体存在，则在高压条件下其常常转变形成高压矿物组合[56]。Zhang等在苏鲁超高压带中发现一个30 m宽的岩体，其核部为保留有岩浆结构的变辉长岩，周围环绕着含有柯石英的榴辉岩，核部岩石未转变成榴辉岩相矿物组合是因为流体的缺失而导致矿物之间反应被阻碍[57]。在干的岩浆岩或麻粒岩相岩石榴辉岩化过程中，流体被认为是必不可缺的条件之一。图8显示了在同一温度条件下相同反应物在缺水和含水情况下的反应，发现流体的加入降低了斜长石分解所需的压力，进而促进了处于亚稳态斜长石的分解转变[5859]。

超高压矿物组合的保存一般在两种情况下实现：①退变质反应过程中缺水或流体；②化学反应动力学因素阻止矿物达到再平衡。反应动能可以很大程度地被岩石变形及流体推动，流体作为反应物、催化剂或运输媒介加入[60]。Bergen Arcs地区出露的麻粒岩经历了榴辉岩相变质作用的叠加，调查发现只有在剪切带附近的麻粒岩相斜长岩才转变成榴辉岩相矿物组合，并且部分榴辉岩石榴石中保存了具有麻粒岩相石榴石组成的核部，而多硅白云母、斜黝帘石等含水矿物的形成需要流体的加入，说明流体的存在对麻粒岩向榴辉岩的转变起了关键作用[61]。同时，Zhang等将苏鲁仰口地区辉长岩只有部分变质形成榴辉岩的现象也归因于进变质过程中流体的缺失[57]。

虚线为水合反应，实线为无水反应；Jd为硬玉；Qtz为石英；

Pl为斜长石；Ky为蓝晶石；Zo为黝帘石；图件引自文献[59]

图8800 ℃封闭体系中长石的分解反应

Fig.8Plagioclase Breakdown Reactions in a Closed System at 800 ℃

虚线为白云母中硅原子数等值线；实线为水含量（质量分数，下同）等值线；黑色粗线为矿物稳定域边界；F点为PT轨迹与

水含量等值线的切点；百分数为水含量；单位为p.f.u.的值

为Si原子数；Kfs为钾长石；Ms为白云母；Ab为钠长石；

Bt为黑云母；图件引自文献[31]

图9大别石马超高压岩片中变质花岗岩温压视剖面

Fig.9PT Pseudosection for Metagranite

from Shima UHP Slice in Dabie

强烈的退变质作用很大程度上甚至完全改变已形成的矿物组合，从而抹灭其高压―超高压变质记录或历史。其中，流体对退变质过程的影响起着必不可少的作用。多个俯冲碰撞带中榴辉岩相岩石经历了麻粒岩相变质叠加和角闪岩相退变质作用过程，反映其很大程度上受流体作用的控制，榴辉岩相到麻粒岩相的转变是固固反应过程（绿辉石+石英透辉石+斜长石），但该反应在流体做催化剂的条件下被推进[6，62]；而角闪岩相退变质的水合反应在流体缺失的条件下并不能进行。变质岩倾向于保持其“最干”的矿物组合作为最终记录的状态[63]。大别石马超高压岩片中变质花岗岩的视剖面图（图9）描述了在矿物组合稳定域内矿物成分及流体行为的变化。F点之后体系中不再含可供退变质反应消耗的流体相；由于流体的缺失导致反应停止，进而F点所对应的矿物组合作为最终状态保留下来[31]。

2.2.2原岩性质

俯冲带中流体既可以来自体系内部，即岩石本身含水矿物分解以及名义上无水矿物中的分子水及结构羟基出溶，也可以来自外部（围岩脱水），因此，原岩成分差异对退变质过程会造成不同程度的影响，不同原岩类型（侵入岩、火山岩、沉积岩等）流体含量相差较大。陆壳作为俯冲过程中流体的主要来源，不同地壳层次或深度的岩石含水量也不相同，这取决于岩石类型和形成过程。上地壳主要由相对富水的表壳岩和花岗质花岗闪长质岩浆岩组成[64]；下地壳则主要为已经脱水的麻粒岩相变质岩[65]。不同超高压变质带的研究发现，长英质片麻岩比变基性岩（榴辉岩等）更难记录高压矿物组合[11，31，66]，片麻岩比榴辉岩赋存更多的含水矿物；对于前者来说，退变质流体基本来自内部脱水，对后者来说，引起内部退变质作用的流体来自榴辉岩本身，而引起其边缘部分退变质的流体则一般来自其片麻岩围岩。由于榴辉岩的退变质行为需要围岩为其提供流体来源，所以流体的运移会降低榴辉岩退变质作用的速率，并且该岩石较高的能干性也影响了热力学再平衡的速率。

在很多情况下，经历过相同演化过程的变基性岩所记录的温压条件比变泥质岩等围岩高。这是因为两类岩石的能干性不同，强硬的榴辉岩比较能够抵抗变形作用的影响，加上矿物颗粒较大的表面能和较慢的扩散速度使得退变质反应进行不彻底[67]，而能干性较低的变泥质岩、变质花岗岩则受退变质作用影响较大，更容易转变成低压变质矿物组合。

2.2.3岩石变形

在陆陆碰撞造山带中陆壳岩石经历深俯冲后，一般在剪切带周围容易生成高压―超高压岩石，指示岩石变形对变质反应有一定的影响，如Pognante发现阿尔卑斯西部地区剪切带附近变辉长岩向榴辉岩转变得比较彻底，而其围岩则依然保留有大量岩浆结构[68]，证明岩石变形对其变质反应有一定的促进作用。变质反应速率（R）表达式为R=k（T）ΔGnAs。其中，k（T）为与温度相关的函数，ΔGn为化学相关性系数，As为比表面积。岩石变形减小矿物粒度，从而增大比表面积，使反应速率增加，同时矿物颗粒粒度的减小导致元素扩散距离变小，也会加快反应速率[56]，从而使岩石各变质相之间转变更加彻底。众多试验及自然样品研究表明，裂隙的存在会增大反应物与流体之间的接触面积，加快反应速率[69]，相反若岩石中不存在裂隙，那么现存的空隙将快速被反应生成物所阻塞，影响流体的运移，阻碍后续反应的进行[70]。另外，除了超高压变质过程中流体及变形作用缺乏之外，板块的快速俯冲和在地幔深度短暂的停留等也是不利于矿物发生相转变从而保持亚稳态状态的原因[51]。

3结语

超高压岩石常常与具有低级变质矿物组合的岩石密切伴生，两者的成因关系有3种：①两者为构造并置关系，包括不同成因岩石（即具有不同变质过程和峰期变质条件）的共存；②围岩在超高压变质时处于亚稳定状态，从而未发生矿物相转变；③围岩和超高压岩石均发生了超高压变质作用，但在退变质过程中围岩早期的超高压变质记录已经被抹掉。关于超高压变质带中变质不均一性，前人已开展了大量的岩石学、矿物学、年代学、稳定同位素地球化学、构造地质学以及地球物理学等方面的研究，并对不同超高压带中岩石的变质不均一性做出了合理解释，但仍存在一些需要进一步深入研究的关键问题：

（1）超高压变质带中未发现超高压矿物或记录的岩石并不一定代表没有经历过深俯冲或发生过超高压变质作用，也许只是退变质作用以及原岩性质、岩石变形程度及流体含量不同等导致部分岩石无法保留超高压变质记录。那么如何来查明？

（2）岩石俯冲到高压―超高压深度不一定能够发生高压―超高压变质相转变。部分岩石可能由于流体的缺乏可在高压―超高压环境下保持亚稳定的状态，而不形成与外界达到再平衡的矿物组合。那么如何来识别？

（3）构造并置的超高压变质岩和具有低级变质矿物组合的岩石详细构造过程如何？抬升机制又如何？

为了更好地理解超高压变质带中榴辉岩等超高压岩石和相伴生的、具有低级变质矿物组合岩石之间的成因联系和相互关系，尚需进一步开展深入系统的综合研究。在岩石学研究方面，两类岩石PT轨迹的重建至关重要。但是，为了避免常规矿物对温压计中矿物成分环带计算结果的影响[71]，除了采用常规方法外，还需要应用现代岩石学分析方法（包括相平衡和PT视剖面图以及锆石中Ti温度计和金红石中Zr温度计等）来限定温压条件；在年代学方面，对超高压岩石和具有低级变质矿物组合的岩石原岩及变质年龄的研究，需结合矿物包裹体以及锆石微量元素分析来准确限定两类岩石的年代学意义；在元素和同位素地球化学方面，需开展OHfSrNdPb等同位素分析，以便查明两类岩石是在原位变质作用还是在峰期变质作用之后折返期间构造并置在一起的。

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