超高溫變質作用如何形成？隨時間又會怎樣改變呢？

圖 UHT變質與其他高級變質作用的P–T條件以及可能的構造背景

　　超高溫（ultrahigh-temperature: UHT）變質作用是中下地殼層次發生的絕對溫度高達900 ℃以上的變質作用。其發生需要大陸地殼極高的熱流值，且與下地殼最下部的流變學性質及其穩定性密切相關。因此，研究UHT變質作用的發生機理對于我們理解大陸下地殼的改造、造山帶演化以及殼–幔相互作用具有重要的科學意義。

　　在國家自然科學基金項目（批準號：41890832、42122018）資助下，中國科學院地質與地球物理研究所焦淑娟研究員、郭敬輝研究員、美國學者Michael Brown教授等合作，系統梳理了全球UHT變質巖的特征，辯證地論述了UHT變質作用的形成機制及其隨時間的演化。

　　文章綜合數值模擬資料，將UHT變質的熱源歸納為兩大類：一類是發生在造山帶高原以放射性元素生熱為主；另一類是以巖石圈地幔減薄或伸展引起升高的地幔熱流為主。前者會形成加熱階段為30–75Ma 的UHT變質作用，其P–T軌跡為順時針型，而峰期后存在不同程度的減壓階段。后者的加熱階段往往≤10Ma，P–T軌跡可能是逆時針型或順時針型，峰期后一般存在近等壓或減壓冷卻階段。文章指出多數已發現的UHT變質作用的加熱階段在30Ma以內，僅依靠放射性元素升熱很難達到UHT變質條件，而需要升高的地幔熱流的貢獻。這可能發生在碰撞造山帶根部，是放射性元素升熱和升高的地幔熱流聯合作用的結果；也可能發生在顯生宙時期冷俯沖所形成的弧或弧后環境，與板片回撤有關；或與前寒武紀時期“熱且軟”的淺部板片斷離或巖石圈地幔拆沉作用有關。地球物理資料所揭示的現代地球青藏高原及周緣和美國西部造山帶可能正在發生的UHT變質作用對上述兩類成因機制給出進一步佐證。

　　此外，作者還發現UHT變質巖的溫度梯度（溫壓比）、時間尺度隨地質時代表現為先升高再降低的特征，在中元古代時期其溫度梯度最高，時間尺度最長，與這一時期的冷卻速率最低相一致，并且該時期形成了全球最大規模的UHT變質地體，佐證了該時期的大陸地殼達到整個地質時期最熱的狀態。

　　相關成果以“超高溫變質作用的形成機制（Mechanisms to generate ultrahigh-temperature metamorphism）”為題，于2023年4月在《自然?綜述：地球與環境》（Nature reviews earth & environment），被評選為封面文章。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43017-023-00403-2。