变质反应及变质作用因素

变质反应及变质作用因素第一页，共四十五页，2022年，8月28日本章重点1.掌握变质作用的影响因素及其在变质过程中的特点；2.理解变质反应的概念；3.了解变质反应的主要类型。第二页，共四十五页，2022年，8月28日本章难点1.变质作用因素在变质过程中的特点。第三页，共四十五页，2022年，8月28日2.1变质反应及其类型2.1.1概述

变质反应（metamorphicreaction）

在固相线下（由于变质的温度、压力所限制）发生的物相转变及化学反应过程。

变质反应属于化学反应的自然类型，其反应的动力是地球运动和物质调整。

第四页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.1概述

在变质过程的研究中，规定相转变方向（即变质反应方向）以升温转化方向为正方向（进变质），降温方向为负（退变质）。从反应的速度上看，退变质的速度要慢得多，但在反应催化剂（流体）存在时，其反应速度可以加快。第五页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.1概述

变质反应可以从岩相研究（实地调查和岩石薄片鉴定等）中得到，也是最常规、简便的直接方法。实验岩石（相）研究及热力学推导是重要的现代研究方法之一。

因此，掌握变质岩的薄片分析方法是本课程的基本要求。第六页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型

变质反应的基本类型有三种：

固－固反应固－固＋液反应氧化-还原反应1.

固＝固反应温度和压力为反应的主导因素，反应过程无流体相存在或析出。这种反应的方式有三种：第七页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型

1）矿物多形的转变：如：And－ky－Sil的铝硅酸盐（Al2SiO5）同质多象转变。蓝晶石矽线石红柱石第八页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型

2）固溶体矿物的出溶：如：长石、角闪石的变质双晶的形成；钠长石双晶第九页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型

3）纯固相反应：如反应：

硬玉＋石英＝钠长石反应在低温下由压力变化控制，向右进行为压力降低的退变质；反之为升压进变质。反应前后没有物态的变化，但有相数的改变。第十页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型2.固＝固＋液反应

这是常见的变质反应类型，其主导因素为温压和流体，变化较复杂，反应时有流体相存在或反应过程中有液相析出。常见的反应方式有两种：第十一页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型

1）水化与脱水反应，如：

叶腊石＝红柱石＋石英＋H2O

2）脱碳酸与碳酸盐化反应，如：方解石＋石英＝硅灰石＋CO2↑第十二页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.2变质反应的基本类型3.氧化-还原反应

变质过程中由于氧逸度（fO2）的变化引起的缓冲反应。如：赤铁矿＝磁铁矿＋O2↑

第十三页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.3滑动反应

滑动反应

固溶体矿物发生变质反应的过程中，其成分随反应过程不断连续改变的反应。亦称为连续反应。

第十四页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.3滑动反应

滑动反应的基本特征是：反应的温、压取决于原岩成分，反应物（原岩矿物）与生成物（新的变质矿物）在一定的温压范围内共存，且其成分随温压的改变而不断变化，即反应物与生成物之间维持一定的动态“平衡”。第十五页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.3滑动反应例如：在麻粒岩相条件下，

菫青石＝石榴石

了解变质反应的目的在于：把握变质因素及其过程的变化。

第十六页，共四十五页，2022年，8月28日一些重要的变质反应第十七页，共四十五页，2022年，8月28日2.1.3滑动反应例如：在麻粒岩相条件下，

菫青石＝石榴石

了解变质反应的目的在于：把握变质因素及其过程的变化。

第十八页，共四十五页，2022年，8月28日2.2变质作用影响因素

变质作用的影响因素包括地质因素和外部因素。

从上述变质反应类型及其对外部因素的归纳中，可以得出变质过程中起主导作用的外部因素是：

温度压力流体

后面将介绍这些因素的在变质作用过程中的特点及其变化。第十九页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）

多数的变质反应与温度有直接的关系，即温度是多数变质作用的主导因素。1.变质过程的温度范围

变质作用的温度范围是

200℃～800℃向沉积后生成岩作用上限过渡向岩浆作用下限过渡110℃900℃第二十页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）

按温度变化可将变质作用过程分为三级：低级变质：T＝200℃～550（或500）℃中级变质：T＝550℃～700℃

高级变质：T＝700℃～800℃

近来将T＜200℃的变质过程称为极低级变质。温度的变化可引起变质作用的产生及其以不同的变质作用方式进行。第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）2.作用方式

温度引起的变质作用方式主要有三种：

1）重结晶如：灰岩→大理岩第二十二页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）2.作用方式

温度引起的变质作用方式主要有三种：

2）变质结晶如：方解石＋石英→硅灰石＋CO2

3）部分重熔主要是长英质矿物产生的低共熔系熔体。第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）3.热源（温度变化起因）

引起温度变化的起因主要有五种：

1）地热正常的地热增温率为1.5℃／100m，但在造山带、太古宙的地热流值是正常地温的2～3倍以上，在高热流区地热增温率可达60℃／km。如：区域埋藏变质、区域动热变质、区域中高温热流变质，等。

第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）

2）上地幔对流热上地幔的对流形成地幔热柱，导致地壳内温度升高而产生变质。如：下地壳的深变质、洋中脊变质，等。

3）放射性元素衰变热放射性元素衰变时产生的化学能→热能，导致温度上升产生变质。如：区域温度异常引起的区域变质，等。第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）

4）岩浆热岩浆上侵时由岩浆热造成的温度梯度扩散引起变质。如：热接触变质，等。

5）动力变质热地球内应力作用，机械能→热能而引起变质。如：区域热动变质、动力变质，等。

第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）

温度升高时，当超过原岩矿物组合的平衡温度时，产生进变质（正向变质反应），形成高一级的变质矿物组合；当低于原岩矿物组合的形成温度时，产生退变质（逆向变质反应），形成低一级的变质矿物组合。第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.1温度（T）

高级或低级划分是相对于原岩矿物组合及变质矿物组合本身而言，即为相对的概念。其相关的实例将在后续部分中介绍。例如：绿泥石+绢云母的变质矿物组合，对岩浆岩原岩来说是退变质，对泥质岩类来说是进变质。第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）

变质作用属于内力地质作用之一，且在一定的地壳深度条件下进行，因而压力是变质作用的重要因素之一。压力的大小及其变化可决定变质反应的方向，如：压力增大时变质反应向矿物分子体积变小的方向进行。1.变质作用产生的压力范围

0.02GPa～1.1GPa

换算为正常的地壳深度相当于1km～40km。第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）2.压力的类型及其特征

根据力的来源和作用方式分为三类：

负荷压力（Pl）流体压力（Pf）应力（Ps）对其特征将分别予以介绍。

第三十页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）1.负荷压力（Pl）

亦称为静压、均向压、围压，来自于上覆岩层的重量的负荷压，或围岩的均向压（围压）。在正常的地壳深度0km～40km的范围内，平均增压率为：0.0275GPa／km

故形成的深度越大，越是向形成坚硬、密度大、体积小的矿物、岩石方向进行。

第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）2.流体压力（Pf）

主要是H2O、CO2等流体存在于岩石矿物的粒间和微裂隙中产生的压力。按其存在状态（Pf

与Pl的相对关系）分为三种类型：第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）

1）Pl＝Pf：为地壳深部封闭系统，Pf为非独立因素；

2）Pl＜Pf：为岩体附近岩浆水富集地带，引起水化反应；但在干环境时可Pf＜Pl；

3）Pl

＞Pf

：为地壳浅部的裂隙发育区、开放系统，引起脱水、脱气反应，可形成构造热液。第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）温度、流体压力、流体中CO2的含量（以摩尔分数表示）与CaCO3＋SiO2＝CaSiO3＋CO2的平衡关系图（按格林伍德，1962；XCO2即CO2的摩尔分数）结论：流体压力能影响变质作用的温度。第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.2压力（P）3.应力（Ps）

亦称为定向压力、构造压力、侧向压力，是由构造运动产生的引起岩石变形→变质结晶和重结晶（动力变质）。

定向压力作用时，一部分机械能使矿物、岩石变形（脆性和韧性），部分则转变为热能，促使矿物发生重结晶和变质结晶。第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）

化学活动性的流体，通常指的是气态或液态的水溶液，其中常含有H2O、CO2、硼酸、盐酸、氢氟酸等，这些成分增强了水溶液的化学活动性。该类流体在变质过程中所起作用有四方面：第三十六页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）

1.促使交代作用产生的载体

在岩石孔隙和裂隙中的粒间溶液，由于压力差或浓度差而产生流动，与周围岩石发生交代作用，即造成组分的迁移（带出或带入），形成与原岩组分迥然不同的变质岩石。例如：斜长石→绢云母+石英，带入K+，带出Ca++、Na+。第三十七页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）2.反应接触剂

通过粒间溶液作媒介，对矿物彼此间的反应起到接触剂的作用，可促进矿物中某些组分的溶解和沉淀，从而有利于矿物的重结晶和变质结晶。例如：固-固反应、应力矿物生长。第三十八页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）3.变质反应的组分

水和碳酸等还直接参与组成含水和含碳酸的矿物，影响水化或碳酸盐化（降温）、脱水或去碳酸盐化作用（升温）的进行。第三十九页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）

例如下列反应：白云母＋石英

钾长石＋矽线石＋H2O

方解石＋石英

硅灰石＋CO2

升温反应向右进行，降温则向左进行。去碳酸盐化

碳酸盐化脱水水化第四十页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）4.影响岩石的重熔温度

水溶液对岩石的重熔温度的影响也很大。如：不含水的干体系时，花岗质岩石开始重熔的温度要达到950℃以上；而在饱和水体系时，在640±20℃就开始重熔。第四十一页，共四十五页，2022年，8月28日2.2.3具有化学活动性的流体（C）4.影响岩石的重熔温度

具有化学活动性的流体，在变质作用中是普遍而重