第六章变质作用概述

变质岩岩石学

MetamorphicPetrology主讲教师易伟欣班级地质11理论教学学时分配第一讲绪论第六讲区域变质岩第二讲变质作用因素与类型第七讲动力变质岩第三讲变质作用方式第八讲接触变质岩第四讲基本特征分类命名第九讲气成热液变质岩第五讲变质岩结构和构造第十讲混合岩实验教学学时分配实验一区域变质岩

实验二接触变质岩实验三气-液变质岩实验四动力变质岩-混合岩授课内容变质岩与变质作用的基本概念研究历史和发展现状变质岩分布及研究意义课程目的和基本要求1.1变质岩的基本概念变质岩在地壳发展演化过程中，已存在的各种岩石，由于地壳的构造运动、岩浆活动，地热流的变化等内力地质作用，使原来岩石所处的地质环境及物理化学条件发生改变，为了适应这种变化，在基本保持固态的情况下，岩石的结构构造、物质成分发生变化而形成的一种新的岩石概论

先存岩石

—沉积岩（副变质岩）

—岩浆岩（正变质岩）

—变质岩（复变质岩）

强调3点1.1变质岩的基本概念

内力地质作用

—构造运动

—岩浆作用

—地热流体地质环境物化条件

变化特征

—固态变化

—结构构造

—物质成分概论1.1变质岩的基本概念变质岩石学是研究变质岩的成分、结构、构造、产状、分布、分类、命名、共生组合和变质岩的形成、演化的机制与条件以及其在地球(天体)形成、演化中的地位及作用、与矿产的关系等内容的独立的学科。概论

变质作用-Metamorphism

在地壳形成和演化过程中，由于地球内力的变化，使已存的地壳岩石，在基本保持固态的条件下，从原岩的化学成分、矿物组成和结构构造等方面进行了调整，在特殊情况下，还可产生重熔或重溶，形成部分流体相的各种作用的总和。1.1变质作用的基本概念概论三点说明变质作用作为一种地质作用，其发生发展与地壳的发生发展有关，特别与地幔与地壳的相互作用有关。变质作用、岩浆作用、构造运动的联系服从于地壳形成与发展的总过程，并受地幔与地壳相互作用支配三者是平行的，在不同情况下呈现不同的内在联系。变质作用形成的变质岩是一种转化岩石。1.1变质作用的基本概念概论1.2变质作用影响因素

变质作用的影响因素

温度

温度是体系的热状态的直接标志。热状态的改变是导致变质作用发生的最重要的因素之一。温度范围：150℃-250℃～650℃-1100℃指示矿物：浊沸石、蓝闪石、硬柱石、叶腊石概论原因：地热增温上地幔热流的运动岩浆活动带来的热能摩擦作用产生的热能放射性元素衰变释放热能的积累1.2变质作用影响因素概论

变质作用的影响因素

压力

静压力：定向压力负荷压力(Pl)：上覆岩层的重力单位-b、kb、Pa、GPa

范围：1-2kb～7-8kb

变质作用的影响因素

压力

静压力：定向压力据计算每加深1公里，压力增加0.0275GPa1.2变质作用影响因素概论1.2变质作用的影响因素

变质作用的影响因素

压力

接触变质和动力变质：3-5km，Pl＜0.1GPa区域变质和动力变质：＞5km，低压：Pl0.1-0.3GPa

中压：Pl0.3-0.5GPa

高压：Pl

＞0.5GPa

超高压：Pl

＞1GPa

变质作用的影响因素概论1.3变质作用的影响因素

变质作用的影响因素

压力

变质作用的影响因素负荷压力的效应：Mg2[SiO4]＋Ca[Al2Si2O8]→CaMg2Al2[SiO4]3

镁橄榄石钙长石石榴石43.9101.11213.32.763.52形成密度（比重）大，体积小的矿物。概论1.3变质作用的影响因素流体压力：流体相Pf表示：各组分的分压力表示，例如PH20，PCO，

其数值与各自在流体相中相对物质的量成正比（等于各组分分压之和）。

Pf=PH20＋PCO＋…关系：Pf=Pl

（地壳深部）

Pf＜Pl

（地壳浅部）

Pf＞Pl

（侵入体附近）概论1.2变质作用的影响因素

变质作用的影响因素

压力

应力：侧向压力可更新应力：指能够不受应力松驰和逐渐释放应变能的影响而连续起作用或者在环境变化后还能重新起作用的一种应力。不可更新应力指那些具初始应变能一经释放应力立刻消失的一种应力。主要有：挠曲应力、薄膜应力、热应力。概论1.2变质作用的影响因素

变质作用的影响因素

具化学活动性流体

流体相组成：H2O，CO2，K，Na，Si，Mg，O2A1，Fe，C1，F，S，CH3，CH4流体相存在状态：低温-气态或液态

超临界状态-高密度气体概论1.2变质作用的影响因素

具化学活动性流体

流体相来源：岩浆活动变质作用提供的流体板块俯冲带入的海水未变质的原岩中会保存流体概论1.2变质作用的影响因素

变质作用的影响因素

时间

变质作用发生的地质时代变质作用发生到终止所经历的时间

变质作用的影响因素

时间

概论1.3变质作用的主要类型接触变质作用动力变质作用区域变质作用概论局部变质作用

是分布局限（据Raymond（1995），其体积小于100km3）的变质作用。它局限分布在一个具体的地质构造（断裂带、接触带等），往往一个因素起主导作用。在局部变质地区可清楚观察到变质岩与未变质岩石的渐变过渡。

类型-规模1.3变质作用的类型概论局部变质作用

接触－热变质作用：分布在侵入体与围岩接触带，主要由岩浆热而导致的变质作用。特点：主要控制因素为温度；主要变质机制为重结晶；具有很低P/T比。

类型-规模1.3变质作用的类型局部变质作用

动力变质作用

：分布在断裂带，在构造作用下导致的变质作用。特点：主要控制因素为偏应力；主要变质机制为变形及动态重结晶。具有高至低P/T比，但通常P/T比较高。

类型-规模1.3变质作用的类型概论局部变质作用冲击变质作用

：分布在陨石坑附近，在陨石冲击地表的强大冲击波作用下产生的变质作用。特点：主要控制因素为瞬时高温、高压；主要变质机制为变形及部分熔融。

类型-规模1.3变质作用的类型概论位于美国亚利桑那州的陨石坑局部变质作用

交代变质作用

：局限分布于侵入体接触带及其附近和火山喷气活动区，主要由岩浆热液引起的异化学变质作用。

特点：主要控制因素为流体中的活动组分

；主要变质机制为交代作用。

类型-规模1.3变质作用的类型概论区域变质作用

是在岩石圈范围由规模巨大（Raymond,1995，其体积大于数千km3）的变质作用。

类型-规模1.3变质作用的类型概论区域变质作用

造山变质作用：大规模分布在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带的变质作用，与造山作用有密切的成因联系。面积数百-数千平方公里。在前寒武结晶基底呈面状，在显生宙造山带呈带状分布。特点：主要控制因素为温度、压力；主要变质机制为重结晶、变形；具有很宽P/T比。

类型-规模1.3变质作用的类型概论区域变质作用

洋底变质作用

：洋壳岩石在大洋中脊附近上升热流和海水作用下产生的规模巨大的变质作用。特点：主要控制因素为温度和活动组分；主要变质机制为重结晶和交代。具有低P/T比。

类型-规模1.3变质作用的类型概论区域变质作用埋藏变质作用

：无明显变形的大规模很低级（很低温）变质作用。它通常出现在区域变质（造山变质）和洋底变质的很低级部分，或独立出现在强烈坳陷的盆地沉积的底部特点：主要控制因素为压力；主要变质机制为重结晶。

P/T比变化范围很大。

类型-规模1.3变质作用的类型概论区域变质作用混合岩化作用

：高级区域变质（造山变质）伴随的部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩（古成体）混合形成混合岩的大规模变质作用。

类型-规模1.3变质作用的类型概论1.3变质作用的类型概论概论1.4变质作用方式固态固态Why?地质因素物化因素TPfσ地质作用母岩How?1.4变质作用的方式

变质作用方式——变质作用过程中，导致岩石的矿物成分，结构构造转变的机制。主要的变质作用方式有五种：

重结晶作用变质结晶作用交代作用变质分异作用变形和碎裂作用

提示：不要将变质作用方式与变质作用类型两者相混！1．重结晶作用（recryatallization）

同种矿物的溶解、组分迁移和再次沉淀结晶而不形成新的矿物相的过程。

2．变质结晶作用（metacryatellization）

是指在变质作用的温度压力范围内，原岩基本保持固态的条件下，原有矿物相的消失和新矿物相的形成过程。主要是通过变质反应来实现.Ａ：多型转变

Al2SiO5===Al2SiO5

蓝晶石或红柱石夕线石B:固－固反应

斜方辉石＋斜长石＝单斜辉石＋石榴子石＋石英橄榄石＋钙长石＝石榴石Ｃ：脱水反应

KAl2(AlSi3O10)(OH)2＋SiO2＝KAlSi3O8＋Al2SiO5+H2OD:去碳酸盐反应

ＣaCO3+SiO2=CaSiO4+CO2E:

氧化和还原反应2．变质结晶作用（metacryatellization）

变质结晶与重结晶的区别在于是否有新矿物的形成！3．交代作用（metasomatiam）

岩石在基本保持固态的条件下，随着一定数量组分从外部带入岩石中，并在其中富集，同时另一些组分被带出，而使岩石的化学成分发生不同程度的改变的过程。这一过程基本上原有矿物的消失和新矿物相的形成基本上是同时的，而且交代前后岩石总的体积不改变。如反应：

Na+十KalSi3O8====NaA1Si308十K+

(带入成分)钾长石钠长石(带出成分)3．交代作用（metasomatiam）

主要发育在斜长石中，蚀变的（绢云母化和粘土化）斜长石边缘可见洁净的钠长石边。

钠长石边斜长石3．交代作用（metasomatiam）

交代矿物以不规则的外形从边缘伸入被交代的矿物之中。

白云母蓝晶石3．交代作用（metasomatiam）

当交代强度进一步发展，在新的交代矿物中残留了零星的孤岛状的被交代矿物；这些零星的残留矿物仍保持同一光性方位。绿帘石钙铝榴石3．交代作用（metasomatiam）

原来的矿物被新生的交代矿物完全取代，但仍保持原来矿物的形态、晶形。绢云母+石英集合体呈长石板状晶形假象3．交代作用（metasomatiam）3．交代作用（metasomatiam）

有新组分的加入和新矿物的形成，原有组分有迁出，原矿物的消失，体系的化学组分和矿物相数均有变化。

提示(与变质结晶作用的区别)：交代作用过程为非等化学过程4．变质分异作用

（metamorphicdifferentiation）

在变质作用的物化条件下，原岩本身的某些矿物组分经扩散作用而不均匀聚集的过程。Ｅskola提出三种可能的成因机理：结核原理、不稳定组分的局部溶解、最稳定组分的沉淀和局部富集。4．变质分异作用

（metamorphicdifferentiation）

一般情况下，没有新组分的加入和新矿物的形成，原有组分也无有迁出；但出现组分和矿物的分带现象。

提示：

变质分异作用的关键在于出现分带现象！5．变形作用（deformation）

在应力作用下，岩石和矿物发生变形和破碎的作用。

RocksmayalsobesubjectedtodifferentialstresswhichisunequalindifferentdirectionsRocksmaybeshortenedinonedirectionandlengthenedintheotherBrittledeformation=fracturingDuctiledeformation=flowMineralgrainsflattenandelongateFoliationFlatteningGrainRotationSolutionNewMineralsPartialMeltingShearing5．变形作用（deformation）

因此，变形作用是在封闭－开放的体系中发生的一般情况下，可出现重结晶和变质结晶；开放条件下则有现组分变化；也可见矿物的分带现象。

提示：变形和碎裂作用的关键在于岩石和矿物的形变！2.研究历史和发展现状描述阶段

：十九世纪末，应用显微镜研究变质岩，分类与描述；罗森布什、格鲁赛曼、尼格里等；理论研究阶段：20世纪初巴洛，哈克等提出了正常递增变质作用及应力矿物的概念。把变质岩的空间强度分带与区域构造地质环境联系起来，奠定了变质岩岩理学基础。实验研究阶段：第二次世界大战前就开始了变质矿物的人工合成的实验研究。约德尔，温克勒等；概论2.研究历史和发展现状多学科的渗透和边缘学科的形成阶段：高精度微区、微量分析测试技术、电子计算机技术的引进，不平衡体系热力学、统计热力学，化学动力学、固溶体热力学、固体物理学、金属物理学及微量元素、稀土元素、同位素地球化学等近代学科理论与变质岩研究的互相渗透，变质岩的研究已进入一个崭新的阶段。在宏观上形成了变质地质学方向，微观上形成了一系列与变质岩岩石学有关的新的研究方向。例如，变质实验岩石学、矿物共生的相柘扑学、岩组学、变质化学动力学及变质矿物物理学等。概论3.岩石分布和研究意义

变质岩分布前寒武纪地盾区

：面积占18%，大部分麻粒岩相显生宙造山带：分布于前寒武纪地盾、地台边缘，主要为沸石相及蓝闪石片岩相。大洋盆地：发生于洋中脊及附近，主要为变