变质岩——第01讲 变质岩的形成过程 (2)_2014

1、1、意义、意义（判断变质过程的矿物演化、估算P-T条件、预测P-T轨迹演化趋势）2、变质反应的驱动力、变质反应的驱动力G：0、0、0，斜率为正，缓倾；在中压下，斜率为正，缓倾；在中压下V0，斜率为正，陡倾；在高压斜率为正，陡倾；在高压-超高压下超高压下V0，斜率为负；当，斜率为负；当PH2O=0，斜率为负的直线；，斜率为负的直线；2.1 脱水反应(dehydration)l（图（图a）给定）给定Pl=Pf，脱水反应的平衡温度随反应释放流，脱水反应的平衡温度随反应释放流体相的摩尔分数成正比；体相的摩尔分数成正比； l（图（图b）给定）给定Pl=Pf=0.6 GPa，脱水反应的平衡温度也与，脱水反

2、应的平衡温度也与反应释放流体相的摩尔分数成正比反应释放流体相的摩尔分数成正比;(a) 反应反应Ma+Qtz= Kf+Als+H2O的的P-T-x图解（图解（b) P = 0.6 GPa 时的时的T-x图解图解 （据据，1979资料绘制）资料绘制） KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill V2. 2 脱碳酸反应(decarbonation) KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill Vl（图（图a）给定）给定

3、Pl=Pf，脱，脱CO2反应的平衡温度随反应释放反应的平衡温度随反应释放CO2流体相的摩尔流体相的摩尔分数成正比；分数成正比； l（图（图b）给定）给定Pl=Pf=0.3 GPa，脱，脱CO2反应的平衡温度也与反应释放反应的平衡温度也与反应释放CO2流流体相的摩尔分数成正比；体相的摩尔分数成正比；2. 3 脱水-脱碳酸反应反应反应Tr+3Cc+2Qtz = 5Di+3CO2+H2O的的P-T-x图解图解 (a)和和P=0.2GPa下的下的 T-x图图(b）图图(a)据据Blatt & Tracy (1994)和和Winkler (1976)资料作出；图资料作出；图(b)引自引自Blat

4、t & Trach (1994)l自然界变质流体的主要组分为自然界变质流体的主要组分为H H2 2O O和和COCO2 2，这两种组分在流体相中的量比，制约着脱水这两种组分在流体相中的量比，制约着脱水和脱碳酸反应的平衡温度。总结起来，有和脱碳酸反应的平衡温度。总结起来，有H H2 2OO和和COCO2 2参加的反应有参加的反应有5 5个类型（假设体系个类型（假设体系中仅存在中仅存在HH2 2O O和和COCO2 2两种流体成分）；类型两种流体成分）；类型1 1和和2 2分别为脱水和脱碳酸反应分别为脱水和脱碳酸反应l类型类型 3: 3:（脱水脱水-脱碳酸反应脱碳酸反应）T Tmaxmax

5、 对应的对应的 X XCO2CO2值值取决于反应产生的取决于反应产生的CO2和和H2O的计量的计量系数系数比值（比值（x xCO2 2=(=(n nCOCO2 2/ /n nHH2 2O O），例如），例如(3)(3)号反应：号反应：Ca2Mg5Si8O22(OH)2 + 3 CaCO3 + 2 SiO2 Tr CalQtz = 5 CaMgSi2O6 + 3 CO2 + H2O DilTmax at nCO2:nH2O = 3:1l类型类型 4 4和和 5 5的拐点取决于系数比：的拐点取决于系数比：n nCOCO2 2: :n nHH2 2OO比比2. 4 小结l不连续反应在固定的温度条件下

6、进行，一直持续到某一个反应物消耗完不连续反应在固定的温度条件下进行，一直持续到某一个反应物消耗完毕之后，体系的温度才能继续上升。毕之后，体系的温度才能继续上升。lFe-Fe-ChlChl + Ms + + Ms + QtzQtz AlmAlm + Ann + H + Ann + H2 2OOFe-Fe-绿泥石绿泥石 白云母白云母 石英石英 铁铝榴石铁铝榴石 铁黑云母铁黑云母lMg-Mg-ChlChl + Ms + + Ms + QtzQtz PrpPrp + + PhlPhl + H + H2 2OOMg-Mg-绿泥石绿泥石 白云母白云母 石英石英 镁铝榴石镁铝榴石 金云母金云母in KFAS

7、Hin KFASHor KMASHor KMASHf f = CP + 2 = CP + 2 = 56 + 2 = 56 + 2 =1 =1 3. 3. 连续与不连续反应连续与不连续反应F在给定的温度条件范围内，绿泥石随温度升高发生反应，不断分解和体积减小，生成的石榴子石和黑云母不断增多，此外，反应物和生成物也都不断改变自身的成分（Fe/(Fe+Mg)，一直到其中的一个反应物消耗完毕，反应才终止。Chl + Ms + Qtz Grt + Bt + H2O in KFMASH为C=6，f = 2, 为一连续反应，反应物绿泥石+白云母+石英和反应产物石榴子石和黑云母在石榴子石等变线开始出现后的一段

8、温度条件范围内共生。l当矿物为纯固相，纯转移反应肯定属不连续反应（discontinuous reactions）；当矿物具有固溶体性质时，可能为连续反应（ continuous reactions ）也可能为不连续反应。l理论上，在特定压力条件下，不连续反应将在一个温度点上进行完毕，因而反应物与生成物仅在一个温度点上共存；连续反应将在一个较宽的温度范围内进行，其产物与反应物在含量改变的同时，通过调整固溶体矿物的元素比值，而在一个较宽的温度范围共存。l连续反应中反应物与生成物共存的温度范围取决于岩石的Mg/Fe比值，该比值越高，该共存的温度范围越宽。l在野外露头上，不连续反应导致在等变线（ r

9、eaction isograd ）两侧反应物到产物组合的变化是突变的；连续反应则使反应物与产物在一个较宽的空间内共存。沿地质剖面上，化学成分大体相近的变沿地质剖面上，化学成分大体相近的变质岩中，指示变质温度条件由低到质岩中，指示变质温度条件由低到高变化的矿物或矿物组合高变化的矿物或矿物组合( (岩石岩石) )的的空间分带称为变质带，又称递增变空间分带称为变质带，又称递增变质带（质带（progressive metamorphic progressive metamorphic zoneszones）；）；以特定成分变质岩在空间上某个特征变以特定成分变质岩在空间上某个特征变质矿物首次出现位置划分

10、的变质带质矿物首次出现位置划分的变质带叫指示矿物带（叫指示矿物带（index-mineral index-mineral zones), zones), 在地质图上相同指示矿物在地质图上相同指示矿物首次出现位置的连线称等变线首次出现位置的连线称等变线（IsogradIsograd）；）；因特征矿物出现的因素较多，目前多以因特征矿物出现的因素较多，目前多以临界矿物组合（临界矿物组合（critical mineral critical mineral paragenesisparagenesis）划分变质带；）划分变质带；巴罗变质带巴罗变质带：chlchl、BiBi、GrtGrt、StSt、KyK

11、y、SillSill苏格兰高地巴罗式区域变质带（据苏格兰高地巴罗式区域变质带（据Miyashiro, 1994）lB B、GG、S S、K K、SiSi分别分别为黑云母、铁铝榴石、为黑云母、铁铝榴石、十字石、蓝晶石和矽线十字石、蓝晶石和矽线石等变质线在该区的热石等变质线在该区的热峰条件，这些热峰条件峰条件，这些热峰条件的连线称野外变质梯度的连线称野外变质梯度（FMGFMG）；不同的）；不同的FMGFMG代表不同的变质带代表不同的变质带序列序列l如果反应具连续性质，如果反应具连续性质，其反应物与生成物将在其反应物与生成物将在单变线高温侧共存一段单变线高温侧共存一段距离距离巴罗变质带边界反应巴罗变

12、质带边界反应黑云母带：黑云母带： 多硅白云母多硅白云母+绿泥石绿泥石=黑云母黑云母+白云母白云母+石英石英+ H2O 钾长石钾长石+绿泥石绿泥石=黑云母黑云母+白云母白云母+石英石英+ H2O 石榴子石带：绿泥石石榴子石带：绿泥石+白云母白云母=石榴子石石榴子石+黑云母黑云母+石英石英+ H2O 十字石带：十字石带： 石榴子石石榴子石+白云母白云母+绿泥石绿泥石=十字石十字石+黑云母黑云母+石英石英+ H2O蓝晶石带：蓝晶石带： 绿泥石绿泥石+十字石十字石+绿泥石绿泥石 =蓝晶石蓝晶石+黑云母黑云母+石英石英+ H2O 白云母白云母+十字石十字石+石英石英 =蓝晶石蓝晶石+黑云母黑云母+ H2

13、O矽线石带：矽线石带： 蓝晶石蓝晶石=矽线石矽线石第二讲思考题：第二讲思考题：1、试述变质反应的主要类型及其影响因素，举例说明之、试述变质反应的主要类型及其影响因素，举例说明之2、请查资料，绘制一张、请查资料，绘制一张P-T图解，将：图解，将：Al2SiO5、柯石英、柯石英=普通石英和石墨普通石英和石墨=金刚石等金刚石等3个多型转变反应个多型转变反应，以及，以及硬玉硬玉+石英石英 = 钠长石纯转移反应钠长石纯转移反应白云母白云母+石英石英 = Al2SiO5 + 钾长石钾长石+H2O 和和白云母白云母 =刚玉刚玉+钾长石钾长石+H2O脱水反应脱水反应的单变线准确地标在图解上，并理解它们各自的岩石学或构造的单变线准确地标在图解上，并理解它们各自的