文章来源：地质与地球物理研究所
高温-超高温变质作用是中-下地壳层次发生的温度大于~850℃及以上的高级变质作用，需要异常高的地温梯度（>20℃/km）。高温-超高温变质作用的成因机制一直存在争议，可能的动力学模型有：（1）（弧后）岩石圈伸展，引起地幔岩浆的底侵/侵入或软流圈上涌；（2）弧后的倒转和加厚；（3）长期热造山作用（＞ 60 Ma），放射性元素的累加；（4）地幔柱或高热陆内裂陷盆地的深埋等。造成上述争议最根本的原因之一是由于元素扩散作用和漫长的地质过程导致高温-超高温进变质阶段无法准确限定。
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室博士后焦淑娟及合作者在长期对华北孔兹岩带进行变质作用研究的基础上，新发现了大青山地体一处含假蓝宝石变质岩。该岩石为典型的富Mg-Al变泥质岩，不但保留了进变质矿物组合，还清楚地记录了各退变质阶段。这暗示着该岩石可能经历了快速的构造热演化历史。详细的岩相学研究揭示出该岩石共保存了四期矿物组合：第一期（M1）以残余的夕线石变斑晶和基质中的黑云母为代表；第二期（M2）以取代夕线石而新生成的假蓝宝石和磁铁矿为代表；第三期（M3）则以取代假蓝宝石而生长的堇青石和尖晶石为代表；最后一期（M4）以普遍发育的毛发状夕线石和退变黑云母为代表（图1）。该过程中过量或贯通性的矿物为Bt + Pl + Kfs + Qz + Ilm+ Mag/Spl + Liq。此外，他们还通过详细的矿物化学分析识别出对应于上述各变质阶段不同的斜长石颗粒。在整个变质演化中，斜长石的Ca含量先升高（M1→M2），然后保持不变或略升高（M2→M3），最后不断降低（M3→M4，图2左）。热力学视剖面图模拟显示这样的矿物组合和成分变化指示了一个顺时针P-T轨迹，即一个先升温减压，再等温减压，最后等压冷却的热演化历史（图2右）。峰期温压条件为860-890 ℃和7.5-8.5 kbar（图2右）。锆石和独居石SIMS U-Th-Pb年代学结果显示该高温变质作用发生于约1.86Ga，并且其持续时间尺度小于15个百万年。
以上研究成果近期发表在国际前寒武纪杂志Precambrian Research（Jiao et al. Short-lived high-temperature prograde and retrograde metamorphism in Shaerqin sapphirine-bearing metapelites from the Daqingshan terrane, North China Craton. Precambrian Research, 2015, 269: 31-57）。
图1 含假蓝宝石变质岩中各期矿物组合和变质反应
此外，他们揭示出的快速且高温的顺时针变质P-T轨迹很可能还指示了古元古代伸展的构造机制以及地幔基性岩浆底侵或侵入带来额外热源的动力学过程，与最近报道的印度尼西亚Seram岛最年轻的第三纪超高温变质作用（~16Ma）成因类似，该项研究为地壳伸展构造背景下可形成高温-超高温变质作用的成因机制提供了一个华北古元古代的实例。
