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本文从理论和实践两个方面对变质与变形关系研究进行了探讨。在理论研究方面,基于前人的相关研究资料,首次对变质与变形关系研究领域进行了较系统的总结。在实践上,选取滇西地壳强烈汇聚区的强变质变形带——独龙江断裂带为研究对象,从变质与变形关系的角度出发,结合岩石学、显微构造、地球化学和流变学的研究,对工作区新生代以来的变质和变形特征以及变质与变形之间的相互影响和制约进行了探讨;同时也对变质与变形关系的理论进行了验证。
结论认为,在天然岩石的构造变形和变质作用历程中,变质作用与变形之间有着密切的联系,尤其是在造山带等构造强变形区域。变质与变形通过多种方式产生相互影响和制约,形成一种反馈回路:各种尺度的变形会直接或间接地影响和破坏化学反应平衡,导致全岩化学成分、矿物相的变化;而岩石、矿物的化学变化反过来又能对岩石的机械强度、流变学行为以及变形机制产生深远的影响。变质与变形之间的影响方式和程度受控于温度、偏应力和流体条件等因素。
在滇西独龙江断裂带的研究工作表明:(1)独龙江断裂带新生代以来的变质历史和构造变形历史具有很好的对应性,断裂带新生代以来存在两期右行走滑活动,导致了断裂带内岩体的两期强剪切变形(S1,S2);与之对应,岩石遭受了多期变质作用(M1,M2,M3)。其中,M1期变质作用是发生于断裂带剪切变形之前;M2、M3期变质作用均显示出明显的同构造变质特征,与断裂带的强剪切变形相关; M2期变质作用与S1期剪切变形准同时发生,M3期退变质作用可能发生于S2期剪切变形中-后期阶段以及随后的岩石整体抬升过程中的脆性变形阶段。(2)岩石变质和变形分布特征具有高度的相似性。变质程度与变形层次的分布均存在纵向上“南深北浅”的总体格局和横向上强烈不均匀性。(3)断裂带中同构造变质作用对岩石的剪切变形产生了显著的影响。发生于角闪岩相及以下变质条件下的各类变质反应均表现出显著的成分和结构软化效应,变质作用引起的岩石成分和结构不均匀性导致了各种尺度的应变局部化。例如,M2期变质作用过程中云母类矿物的定向成核和生长导致了岩石结构和成分的软化,加强了岩石的韧性,进一步促进了应变局部化;并对长石的变形机制产生了一定的影响,主要表现在位错蠕变机制和扩散蠕变机制之间的转变。(4)断裂带的宏观构造格局和局部差异变形对变质作用的类型、分布、发育程度具有强的影响和控制作用:变形对变质结晶和矿物组分迁移和交换均有一定程度的促进作用。例如,S1期剪切变形对局部温压条件和流体条件的影响和控制作用明显,导致了M2期变质作用程度和类型的局部性差异。对斜长石的变质重结晶作用的研究表明,变形积累的能量足以驱动成分差异小(对应着小的吉布斯自由能差异)的变质结晶作用。