中国变质岩岩石学的新进展
[中国地质大学(武汉)]
1999年，在庆祝新中国成立50周年的时候，笔者曾经写过一篇《中国变质岩石学50年进展回顾》[1]。21世纪，传统地质学正在转向以“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形势下，中国地质调查局不仅在内地开展了新一轮1: 25万区域地质调查，还在西部地区的青藏、新疆等地大力开展了1: 25万区域地质调查，并对藏南、昆仑、天山等西部地区的一些重要变质区进行了详细填图，获得了许多宝贵的第一。本文拟从岩石学发展的角度来观察变质岩石学的成就和前景。
一、极端条件下的变质作用
从变质岩石学本身的发展来看，近10年来极端条件下的变质作用研究越来越受到研究者的重视。所谓“极端条件”，是指变质温度、压力等外界因素与常规变质作用不同(即t = 250 ~ 800℃，p = 1 ~ 2.5 GPA)。极端条件下的变质作用，如超高压变质作用、超高温变质作用、极低级变质作用、冲击变质作用等，近年来在我国有了很大发展。
1.UHP变质作用
在变质地质学中，习惯用变质作用的地温梯度来划分变质作用的类型。超高压变质作用是指地温梯度极低(小于10℃/km)、变质压力大于2.5GPa的变质作用，使柯石英、金刚石等高压矿物出现在石榴石、锆石等变质岩中不可能出现的矿物中。
20世纪80年代以来在大别山-苏鲁地区发现的超高压变质作用是一种极端条件下的变质作用。其特征是超高压的标志矿物金刚石和柯石英的微细包裹体，它们普遍存在于榴辉岩和与榴辉岩伴生的片麻岩中。它已成为世界上规模最大、出露条件最好的超高压变质带，引起了国内外学者的关注。近10年的研究证明，这类岩石具有区域性分布，西起天山，向东延伸至阿尔金-祁连、东秦岭-大别山-苏鲁，形成一个横跨中国的“中央构造带”。超高压变质岩的存在揭示了大陆地壳物质可以潜到地幔深处。为了探索这一异常造山带的深部结构，在国土资源部的支持下，中国地质科学院地质研究所在江苏东海进行了2001以来的首次中国大陆科学钻探(打井)，历时4年，最终孔深5000余米。全岩心钻探，结合地球物理等多学科交叉研究，取得了以下成果:大别-苏鲁会聚板块边界的三维结构、成分和地球物理性质；探索超高压变质作用的性质和时代；探索超高压变质岩形成和折返过程中的地壳动力学和壳幔相互作用；研究地壳和地幔的流体循环过程和成矿作用；建立长期观测实验室，研究地壳动力学和大陆地壳深部演化[4]。
超高压变质作用已成为国际地质科学研究的重点，对目前已发现的各种超高压变质区的研究日益深入，新成果不断涌现；用实验岩石学方法探索岩石圈板块俯冲的深度；壳幔关系和流体循环等重大科学问题的研究正在深入开展。
2.超高温变质作用。
它属于麻粒岩相变质作用的范畴，但与普通麻粒岩不同的是变质温度大于800℃。其特征是出现高温矿物，如假蓝宝石和斜橄榄石。目前在南极、印度等地均有发现，国内仅黑龙江省马山群有假蓝宝石报道。近年来，北京大学与高志大学的Santosh合作，重新研究了内蒙古的孔紫岩带。通过变质矿物组合、流体包裹体特征、独居石和锆石同位素年代学，确定在已知的麻粒岩相岩石组合中发现了以下超高温矿物组合:
假蓝宝石+应时；低锌/Fe3+尖晶石+应时；高铝斜方辉石+硅线石+应时和高温中条纹长石。利用常规矿物温压计，根据最新研究假剖面进行相平衡模拟，发现该区变质温度可达1000℃，变质压力约为1.0 GPa。峰变质后，紧接着是近等压冷却过程，然后折返，形成近等温减压路径。微观微观结构、矿物反应和相平衡模拟表明岩石经历了逆时针pT轨迹。
古流体存在于超高温变质矿物中，成分为CO2，与岩石中广泛存在的无水矿物组合相一致。根据独居石和锆石单矿物样品的化学和同位素定年，超高温事件年龄为1.92Ma，属于元古代高温变质作用，发现自西向东，超高温变质事件年龄由1.95Ma变为1.92Ma，明显呈现出新的趋势。据此，作者推测内蒙古缝合带的超高温变质作用是由古元古代华北克拉通焊接成哥伦比亚超大陆时，南部鄂尔多斯地块和北部阴山地块的斜向碰撞和剪刀状闭合所致[5]。
内蒙古超高温变质带的确定是我国变质地质学的一大进步。
3.非常低级的变质作用。
极低级变质作用是指介于成岩作用和低级变质作用之间的具有变质温度条件的变质作用。利用沸石、粘土矿物、绿泥石等低温变质矿物及其矿物组合，画出极低级变质作用的等参线，揭示其热结构，可以起到一定的预测油气资源前景的作用，因为一般认为，如果地温达到变质范畴，油气资源前景就会大打折扣。
在极低变质区，由于变质温度低，矿物晶体粒度很细，一般岩石显微镜很难识别。伊利石结晶度是定量划分极低级变质区岩石变质程度的重要方法，X射线衍射分析是测量伊利石结晶度最有效的方法。从1962开始，西方文献中出现了不同的伊利石结晶度指数，如韦弗指数、韦伯指数、库伯勒指数等。北京大学的王和金从X射线理论的角度，确定了这些指标之间的关系，改进了伊利石结晶度的测定方法和准确度。
中国极低级变质作用研究薄弱。20世纪90年代末，索树田等人用极低级变质作用的方法对广西右江低温金矿进行了研究。21世纪，我国极低级变质作用的研究已逐步与油气地质研究相结合，并取得显著进展。毕宪梅等人曾论述过极低级变质作用与成矿的关系[7]。王和金和朱明新讨论了层状硅酸盐的结构变化与变质温度和压力条件的关系，如伊利石和绿泥石的结晶度、伊利石多型和晶轴b0。值和应变特性等。对湖南广泛分布的板溪群和川西北的下古生界页岩和三叠系复理石进行了分析研究[8，9]。其中湘东、湘西四个剖面的垂直面应沿剖面变化。同时，利用国际可比的伊利石结晶度数据，确定了中元古界-下古生界的区域低温、极低级变质温度为250 ~ 400℃，但变质压力时有变化。中元古代为中压型，新元古代-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识。
4.冲击变质作用
陨石撞击地球或其他天体，产生陨石坑。围岩处于极高应变率(106 ~ 109s-1)、瞬时高温(1000 ~ 1000℃)和动高压(10)条件下。从嫦娥1发回的数据解读的照片来看，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，它有一个大约1000km厚的大气层，所以坠入大气层后撞击地球的较小天体由于强烈的摩擦而燃烧。所以地球上留下的陨石坑很少。据统计，世界上已知的陨石坑有160多个。许多大型陨石坑是世界著名金属矿床的所在地，如加拿大的萨德伯里，大多数小型陨石坑已被开发成旅游景点，如德国南部的里斯和美国亚利桑那州的流星陨石坑[10]。
由于地表沉积物的覆盖，确定一个陨石坑需要大量的研究工作。目前国内已确定的陨石坑有海南白沙，公开报道在1997[11]；辽宁岫岩陨石坑发现于20世纪70年代，曾被认为是一个旋转构造。经过40年的反复研究，广州地球化学研究所最近与辽宁冶金地质公司合作进行了307米深度的科学钻探，在107 ~ 149米深度发现了应时剪切面理、含熔融玻璃的多相角砾岩、玻璃撞击等一系列冲击波引起的撞击效应。，并确定了撞击结构的性质。该成果发表于2009年[12]，是我国撞击变质研究的重大进展。
二、变质岩石学的教学
由于变质岩石学各个领域的巨大进步，我国的变质岩石学教学也取得了巨大的进步。具体表现为:①许多中国学者的研究成果被国外主要变质岩石学教材采用；(2)中国地质大学(武汉)率先进行了变质岩石学的英语教学试点，取得了成功。
1.国内很多学者在变质岩石学方面的成果进入了国外教材。
长期以来，国外学者对我国国内的研究情况知之甚少，以至于国外出版的变质岩石学教材一般都是参考国外学者的成果。近年来，随着改革开放的步伐，中西学术交流频繁。现在中国学者的成果已经逐渐出现在国外出版的教科书中。
以Kurt Bucher和Rodney Grapes在Springer-Verlag 2011发表的《变质岩的岩石成因》(8 the D .)为例，引用了12国内学者的成果。
1)吴春明教授2004-2007年关于高级变质岩中地质温度计的论文被《变质程度》一书第四章引用。
2)张(2003)教授发表了西天山超高压变质岩系俯冲至150km时地温梯度极低的组合，白云石反应生成菱镁矿+文石，属于变质岩中的“禁区”。这篇论文被多次引用。该书第三章“变质作用过程”作为指定参考文献供读者阅读，第六章“白云石和石灰岩的变质作用”列为“引用参考文献”。
3)在第九章“变质基性岩”中，还引用了中国学者关于超高压变质作用的七篇论文。这里不一一列举了。
2.变质岩石学的英语教学
我国变质岩岩石学的教学一直是岩石学的一部分，授课时数高达40小时。2001以后，岩石学从220小时减少到150小时，变质岩也要相应减少。为加快我国高等教育与国际接轨，加快国际化专业人才培养，中国地质大学(武汉)地球科学学院对理科基地班变质岩岩石学双语教学进行了改革。10年以来，在桑龙康教授等人的努力下，英国地质学家罗杰·梅森在用英语讲授变质岩岩石学方面发挥了很好的作用，克服了许多困难，取得了很大的成绩。
在授课中，罗杰·梅森教授不仅介绍了我国典型变质岩的成因，还详细介绍了苏格兰巴罗带、挪威苏利捷尔马变质带、英国斯基道花岗岩接触带的接触变质作用，大大开阔了学生的视野，掌握了变质地质学的工作方法。桑龙康、罗杰·梅森主编的《变质地质学》也于2007年作为中国地质大学“十一五”教材出版，并于2009年获得湖北省教学成果二等奖[14]。
变质地质学的问世和变质岩石学双语教学的成果，为今后提高变质岩石学的教学质量打下了良好的基础。
回顾近10年来变质岩石学的研究进展，可以发现:①与解决社会经济发展的重大问题相结合，在生产实践中发现和解决问题是变质岩石学进一步发展的动力；(2)密切关注学科发展前沿，把握热点问题，投入研究力量，是提高学科理论水平的必由之路；加强国际学术交流，拓宽研究视野，是保证学科水平，提升国际竞争力的必要手段。
目前，中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、结晶岩石学和变质地质学的研究是发展我国地质科学的关键之一。
参考
[1]游振东。中国变质岩石学50年。加入:王宏镇，编辑。中国地质科学五十年。武汉:中国地质大学出版社，1999，144 ~ 152。
[2]游振东。区域地质研究的新时代。参见:中国地质学会地质史专业委员会第20届学术年会，2008，70 ~ 72。
[3]孟宪来。在青藏高原空白区1: 25万区域地质调查汇报会暨“十一五”重点研讨会开幕式上的讲话。地质通报，2006，(2)
[4]，杨景穗。大别-苏鲁超高压变质带的深部钻探，中国地质大学学报，AGU，2005年2月22日，86(8):77~78
[5]刘世杰.楚加泰.华北克拉通古元古代超高温变质麻粒岩:地壳极端变质作用的构造模式。前寒武纪研究，2011
索，毕宪梅，周。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，1999。
毕宪美，莫玄学。成岩作用-超低级变质作用及相关矿物。地球科学前沿，2004，11 (4)
[8]王宏，M，陶晓峰，等.川西北地区三叠纪复理石的成岩变质作用.地质学报2008，82:17~926
朱明鑫，王和进。长沙-醴陵-浏阳地区冷家溪群和板溪群的极低级变质作用。石油学报，2001，17 (2)
[10]游振东，刘荣。陨石撞击构造作用的研究现状与展望。地质力学学报，2008，14 (1): 22 ~ 36。
[11]王道静。海南白沙坑。海口:海南出版社，1997。
陈明，肖万生，谢贤德。岫岩陨石坑的确认。科学通报，2009，54: 2777 ~ 2780。
杨，龚，桑龙康，等。中国地质大学地质专业主干课程建设与人才培养。武汉:中国地质大学出版社，2012。
[14]罗杰·梅森，桑龙康。变质地质学(英文版)。武汉:中国地质大学出版社，2007。