地質(zhì)學(xué)與化學(xué)從一開始就密切相關(guān),后來各自成為獨立的學(xué)科。自19世紀以來,二者又趨向結(jié)合。20世紀地質(zhì)學(xué)的發(fā)展把化學(xué)作為必不可少的手段和方法,二者的結(jié)合產(chǎn)生了許多新的生長點。 變質(zhì)動力學(xué)是運用化學(xué)動力學(xué)方法來研究巖石變質(zhì)反應(yīng)的速度和結(jié)晶作用動力學(xué)的一門新的邊緣交叉學(xué)科。在本世紀70年代的變質(zhì)巖石學(xué)研究中,Winkler(1976)和Mueller等(1977)首先提出將化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的理論及方法用于變質(zhì)巖石學(xué)的研究中。自1983年以來,已有若干論文明確提出變質(zhì)體系中物質(zhì)的遷移機制和擴散作用。
變質(zhì)動力學(xué)的主要研究內(nèi)容包括通過研究變質(zhì)反應(yīng)過程中礦物組合及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化來研究反應(yīng)過程及速率,具體包括晶核作用及晶體生長、滲透實驗、擴散效應(yīng)、局部平衡、鑲嵌平衡(mosaic equilibrium)研究等。交代反應(yīng)、退化反應(yīng)和不完全反應(yīng)等由于物理化學(xué)條件變化引起的變質(zhì)反應(yīng)過程的變化也是變質(zhì)動力學(xué)的重要研究內(nèi)容。Morino等(1983)討論了在有定向應(yīng)力(stress)參與下變質(zhì)巖中結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的動力學(xué),并描述了壓熔裂隙成因的一種動力學(xué)理論。Cho等人也分別在1984、1985年和1986年討論了反應(yīng)速率控制因素的實驗與理論。
變質(zhì)動力學(xué)的研究方法主要通過電子探針分析和顯微構(gòu)造分析,詳細觀察變質(zhì)巖石的顯微構(gòu)造,特別是殘留構(gòu)造、不平衡構(gòu)造、斑晶環(huán)帶和各種交代及退化結(jié)構(gòu)。巖石中礦物的微區(qū)組分以及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化可提供變質(zhì)反應(yīng)過程的重要信息。變質(zhì)實驗巖石學(xué)是變質(zhì)動力學(xué)研究的另一重要手段,它的發(fā)展已為變質(zhì)巖石的成因奠定了一個化學(xué)理論基礎(chǔ),并且把它們從定性和直接描述引向定理研究和理論探討。近年來,變質(zhì)實驗巖石學(xué)與微區(qū)電子探針分析和顯微構(gòu)造分析相結(jié)合,為高壓變質(zhì)作用、固體-氣體平衡方面的研究做出了重要貢獻。變質(zhì)巖和變質(zhì)作用的P-T-t途徑的研究方法是把化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)綜合運用變質(zhì)作用過程研究的一個實例。
變質(zhì)動力學(xué)的研究目前還處于開始階段,例如變質(zhì)相的P-T界線存在的不一致現(xiàn)象、復(fù)雜的變質(zhì)反應(yīng)(包括多種類質(zhì)同像組分或不同的Pf條件)的研究領(lǐng)域,還有許多工作尚未進行;顯微構(gòu)造及微區(qū)物質(zhì)成分的分析技術(shù)還需要改進與提高;特別是變質(zhì)作用的化學(xué)動力學(xué)的經(jīng)驗較少,數(shù)據(jù)不足,尚停留在一般的敘述上。
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