2 变质相及其相转化
变质作用
一、变质作用
变质作用（metamorphism）这一词是Boue（1820）第一个使用。但变质作用的定义是Lyell（1833）比较系统地提出的。变质作用是指与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用，是在地壳形成和演化地过程中，由于地球内力的变化，使已存在的地壳岩石在基本保持固态的条件下，原岩的总体化学保持不变，形成新矿物组合和结构构造。
变质作用和沉积作用、岩浆作用之间存在一定的区别和联系。变质作用与岩浆作用之间比较容易区别，它们之间的界线是熔融，而和沉积成岩作用之间的重要标志是矿物组合的变化，一般认为以浊沸石开始出现为标志。
（一）变质作用---控制因素
1温度
温度是控制和影响变质作用的重要因素之一。多数变质作用是随温度升高而进行的。温度升高可使原来岩石中的一些矿物重结晶，更重要的是会使各种原始组分重新组合成新矿物。
首先要确定变质作用发生的温度范围，既起始温度和终止温度。按研究者目前的共同认识，变质作用不包括风化作用和沉积岩的成岩作用。而是以浊沸石、蓝闪石、硬柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现，作为变质作用的开始。这些矿物出现时的温度范围为是在150℃—250℃之间。这就是变质作用发生的起始温度。而由于变质作用不包括原岩的大规模的熔融，终止温度就是原岩发生大规模熔融时的温度，现确定为为650℃—100℃之间。
其次是关于温度变化的原因，导致温度变化的地质因素和热源具有多样性。主要有下列几种因素：
地热增温：岩石随埋葬深度的增加，而温度逐渐增高，但其幅度一般不大，按地区的地质环境有所不同，从每千米十几度到一百多度，然而其空间范围较大。地质工作者称此种变化为地热增温率或地温梯度。
铀资源地质学复习资料
可靠储量：是指产于具有一定规模、品位和形态的已知矿床中的铀。
铀矿的工业指标：系指矿床储量的最低限量，最低可采品位和最低可采厚度。
歧化反应：在同一种元素中，同时进行着两种相反的化学反应，一部分原子或离子被氧化，另一部分原子或离子被还原，这种反应称为歧化反应，或叫自身氧化还原反应。2UO2＋=UO22＋+U4＋
类质同象置换：系指地球化学性质相近的元素以可变的数量在矿物晶格中相互转换。
铀矿物可分为四价铀矿物和六价铀矿物。
变生作用（非晶化作用）：系指在铀、钍衰变过程中放出的射线作用下和核裂变碎片的作用下某些含铀、钍矿物的晶体结构遭到破坏从而呈非晶态的现象。
同质多象：是指同种化学成分（石墨和金刚石），在不同的热力学条件下结晶成不同晶体结构的现象。
多型：是一种特殊类型的同质多象，是指化学成分相同的物质，形成若干种仅仅在层的堆积顺序上有所不同的层状晶体结构的现象。
放射性：系指铀、钍、镭等元素的原子核能自发地蜕变为另一种原子核，同时释放出α、β、γ射线的现象。
荧光：是在外来能量（紫外线）的激发下，矿物发光的现象。岩浆铀矿床：又称侵入体内型或正岩浆铀矿床。系指通过岩浆结晶分异作用直接富集形成的铀矿床。
伟晶岩型铀矿床：系指经结晶分异的残余酸性熔浆（极少为碱性熔浆）经冷凝结晶和气成交代而形成铀矿床。
热液铀矿床：是指由不同成因的含铀热水溶液，以及它们的混合热液，在适宜的物理化学条件下及各种有利的地质条件下，经过充填和交代等方式形成的铀的富集体。
蚀变围岩：因热液交代作用而引起的围岩变化称为热液蚀变，而蚀变后的岩石称为蚀变围岩。
岩浆岩、沉积岩和变质岩的主要特征和类型及其相互转化
一、岩浆岩、沉积岩和变质岩的主要特征和类型
（1）岩浆岩：是由地壳内部上升的岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝而成的，又称火成岩。岩浆主要来源于地幔上部的软流层，那里温度高达1300℃，压力约数千个大气压，使岩浆具有极大的活动性和能量，按其活动又分为喷出岩和侵入岩。未达到地表的岩浆冷凝而成的岩石叫侵入岩。深成侵入岩颗粒较粗。浅成侵入岩颗粒细小或大小不均。喷出岩是在岩浆喷出地表的条件下形成，温度低，冷却快，常成玻璃质、半晶质或隐晶质结构，具有气孔、流纹等构造等。岩浆岩常见的如在地壳中分布很广的中粗粒结构的侵入岩——花岗岩，气孔构造发育，黑色致密的玄武岩，流纹构造显著的酸性喷出岩——流纹岩等。沉积岩：是地面即成岩石在外力作用下，经过风化、搬运、沉积固结等沉积而成。
岩浆岩主要特征是：①层理构造显著；②沉积岩中常含古代生物遗迹，经石化作用即成化石；③有的具有干裂、孔隙、结核等。常见的沉积岩有：直径大于3 毫米的砾和磨圆的卵石及被其它物质胶结而形成的砾岩，由2 毫米到0.05 毫米直径的砂粒胶结而成的砂岩，由颗粒细小的粘土矿物组成的页岩，由方解石为其主要成分，硬度不大的石灰岩等。
岩浆岩的主要类型，可以分为以下四类：
1、超基性岩类：二氧化硅含量小于45%，多铁、镁而少钾、钠，基本上由暗色矿物组成，主要是橄榄石、辉石，二者含量可以超过70%。其次为角闪石和黑云母；不含石英，长石也很少。这类岩石最常见侵入岩是橄榄岩类，喷出岩是苦橄岩类。
2、基性岩类：化学成分的特征是SiO2为45-53%，Al2O3可达15%，CaO可达10%；而铁镁含量约各占6%左右。岩石颜色比超基性岩浅，比重也稍小，一般在3左右。侵入岩很致密，喷出岩常具有气孔状和杏仁状构造。。在矿物成分上，铁镁矿物约占40%，而且以辉石为主，其次是橄榄石、角闪石和黑云母。基性岩和超基性岩的另一个区别是出现了大量斜长石。这类岩石的侵入岩是辉长岩，分布较少；而喷出岩-玄武岩，却有大面积分布。
第一章 变质作用的基本概念
(2) 流体压力
岩石系统中常存在少量的流体相, 它们所具有的内压称流体压
力。对变质作用的影响分两种情况:
a. 流体压力与静压力相等：流体压力不构成独立的控制因素；
b. 流体压力与静压力不相等：流体压力则构成独立的控制因 素。
2、流体成分
变质岩中含H2O矿物(云母、角闪石等)、碳酸盐矿物及这些矿 物包裹体的存在，特别是流体包裹体的存在，是变质作用过
变质作用的主导因素.
温度升高增加了岩石矿物分子运动能力和化学活动性，
使那些没有结晶的矿物结晶，已结晶的矿物晶体由小变大，
产生粗粒结晶结构。
由于温度的升高，加速了化学反应的进程，产生新的矿物组合。
1. 温度(Twenku.baidu.com)、压力(P)
(静压力、定向压力、流体压力)
(1) 静 压 力
概念：负荷压力，单位帕(Pa)；在 40km 范围内与深度关系为
可以在系统中带入带出的组分称为活动组分。
流体相是完全活动组分。 通常的变质作用也会造成岩石的 H2O、CO2和Fe的价态变化，岩石系统为封闭系统，从化学角 度称为等化学变质作用 。 伴随交代作用，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Si4+等金属阳离子 也成为活动组分可带入带出时，岩石系统是开放系统，这种使 岩石总化学成分除H2O、CO2等挥发分外，其它组分也发生变
02铀的基本性质
④离子的稳定条件
U4＋在还原条件下稳定，UO22＋ 在氧化条件下 稳定，两者可以相互转化。 UO22＋+2e=U4＋ 这种性质对铀矿物的形成和变化起着重要的作 用，如在氧化带U4＋矿物转变为U6＋矿物，如： 2UO2+O2+3H2O=2UO2(OH)2· 2O H 沥青铀矿 柱铀矿
在胶结带：UO22＋+Fe2＋+2H2S=UO2+FeS2+4H＋
①铀的标准电极电位：
在25℃，pH=1的强酸性介质中： UO22+ ＋0.052V UO2＋ ＋0.612V U4＋ －0.607 U3＋ －1.796 U
+0.334V(在HCl溶液中)
在25℃，pH=14的强碱性介质中：
UO2(OH)2
－0.49V
U(OH)4
－2.14V
U(OH)3
－2.17V
上节课回顾－第一章绪论
1、学科研究对象及与其它学科的关系－研究对象分7 个方面、综合性学科 2、学科发展简史－根据几个重大事件划分
3、铀资源概况－资源分布、类型等 四、铀矿工业指标－概念及主要指标
第二章 铀元素及铀矿物的基本特征
第一节 铀元素性质及铀的分布 第二节 铀矿物的基本特征
第一节 铀元素性质及铀的分布 一、铀元素物理性质
脆性
体心立方 a=3.534Å a=b=c 17.91
变质矿床成因分类的讨论
变质矿床成因分类的讨论
本文对变质矿床的涵义进行了探讨，结合前人的研究成果对变质矿床的成因分类进行了进一步的探讨。本文提出了新的变质矿床成因分类方案，其中主要包括受变质矿床、区域变质与局部变质两种变成矿床、受变质沉积改造矿床、混合岩化作用矿床五个大类。
标签：变质矿床成因分类变质作用
矿床主要可以分为外生矿床与内生矿床、变质矿床三种类型。其中变质矿床主要包括两个方面，一方面指的是外生矿床与内生矿床由于区域变质作用而形成，另一方面指的是由于区域变质与局部变质的作用而直接形成。变质作用的来源主要包括三个方面：地球内部上升热流、深部地壳承压转化热流、岩浆活动。在变质矿床中存在着很多类型，因此要依据其成因进行分类，为矿产普查及矿床的寻找、评价等提供便利。本文首先在前人研究的基础上对变质矿床的概念进行了定义，之后针对变质矿床的成因分类提出来具有探讨性的建议。
1变质矿床的概念
变质作用矿床简称为变质矿床。对于变质矿床，不同的学者给出了各自的定义。在众多的变质矿床定义中，最突出的是前苏联学者别列夫采夫与董申保两位学者的观点。虽然这些观点存在着可取之处，但是也存在着不足之处。
本文对前人的观点进行了分析与总结，提出了变质矿床的定义：岩石在变质区域中，由于变质作用（区域变质、局部变质、混合岩化、局部接触热变质等）的影响而形成矿床，该矿床就称之为变质矿床。变质矿床这种再造矿床是比较复杂的，其在形成的过程中有着非常复杂的成因。因此，在对变质矿床成因分类的过程中往往会有较多的争议。
2变质矿床进行成因分类的思路与准则
变质岩干货
第一章绪论
变质作用（metamorphism）：在地壳、岩石圈形成和发展、演化过程中(地球内力作用)，早先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩以及先存的变质岩）在地壳一定深处，为适应新的地质环境和物理化学条件，在基本保持固态的条件下发生的矿物组成、结构构造甚至化学成分的变化的改造过程称为变质作用。
正变质岩（orthometamorphite）：原岩为岩浆岩的变质岩；
副变质岩（parametamorphite）：原岩为沉积岩的变质岩。
变质岩研究的意义：变质岩是地壳的重要组成部分；带来了地壳深部的各种信息；了解深部地壳的组成和早期地壳演化；恢复变质时期地壳的热力学演化历史；恢复原岩建造；指导找矿评价。
变质岩的研究方法
1 地质学方法：包括野外和室内研究。
2 实验变质岩石学方法：主要用于研究变质反应的平衡条件。
3 理论综合方法：对用上述方法所获得的资料进行全面综合、分析并上升为理论，即找出规律，以进一步指导实践。
第二章变质岩因素
温度在变质过程中的作用
温度升高可使原岩中一些矿物发生重结晶。
温度变化能引起原岩中矿物之间发生变质反应形成新矿物。
如： CaCO
3＋SiO
2
⇌ CaSiO
3
＋CO
2
↑
温度升高可为变质反应提供能量，并使岩石中流体的活动性增大，促进变质反应进行，使新矿物和新组构能以较快的速率和较大的规模形成。
温度持续升高可使原岩在重结晶和变质结晶基础上发生部分重熔，其中长英质组分成为流体相，引起混合岩化作用。
温度升高可改变岩石的变形行为，从脆性变形向塑性变形转化；
温度升高产生脱水、脱碳酸等化学反应，形成变质热液作为催化剂、搬运剂和热媒介对变质作用施加影响。
固态相变的主要类型及特点
固态相变的主要类型及特点
固态相变的主要类型和特点如下：
1. 扩散型相变：这类相变涉及原子或离子的扩散。特点是需要较高的温度，原子或离子活动能力强，会使相的成分发生改变。包括脱溶沉淀、调幅分解、共析转变等。
2. 非扩散型相变：这类相变中，原子或离子仅作有规则的迁移，使点阵发生改组。其特点是迁移时相邻原子相对移动不超过原子间距，相邻原子的相对位置保持不变，可以在原子或离子不能扩散时发生。例如马氏体转变。
3. 一级相变：自由能的一阶偏导数不相等，相变伴随着体积的膨胀或收缩，潜热的放出或吸收。大多数相变为一级相变。
4. 二级相变：自由能的一阶偏导数相等，但自由能的二阶偏导数不相等。其特点是材料无体积效应和热效应，如压缩系数、热膨胀系数、比定压热容突变。大多数磁性转变和有序-无序转变为二级相变。
此外，还有调幅分解、有序化转变、块状转变等相变类型，具体可咨询专业人士获取更多信息。
共析钢cct曲线
共析钢cct曲线
共析钢（Eutectoid Steel）是一种特殊的钢材，它由0.6%碳和铁组成，其中约有0.8%的碳原子被固溶在铁晶格中，剩余部分形成了硬度高、脆性大的铁素体。共析钢最大的特点是具有完整的共析现象，即在固
相中同时出现两种晶体结构，铁素体和珠光体。研究共析钢CCT （Continuous Cooling Transformation）曲线可以更好地了解一个
钢种在不同工艺条件下的相变规律和性能特点。
共析钢CCT曲线是描述共析钢在不同冷却速率下相变规律的图形，也称为时间-温度分解曲线。该曲线通过测量样品的冷却速率与相变温度的关系，揭示了共析钢的固相相变过程的蓝图。共析钢的CCT曲线可以分为四个阶段：第一个阶段称为高温相，其中固溶的碳与铁晶格在
高温下形成奥氏体；第二个阶段称为变质相，其中奥氏体转化为珠光体；第三个阶段称为铁素体相，其中珠光体和铁素体共存；第四个阶
段是低温相，其中所有温度下铁素体的晶体结构都稳定。这些阶段分
别对应了不同的冷却速率，因此CCT曲线不仅展现了共析钢的固相相变过程，而且为生产和使用提供了重要的参数。
共析钢CCT曲线对于工业生产具有重要意义。首先，它可以揭示共析钢的性能特点，如强度、韧性、耐磨性等，对工业设备材料的选用和
检测提供指导。此外，通过CCT曲线的研究，可以提高生产效率和钢
材质量，比如严格控制冷却速率可以避免钢的过度急冷和热裂等问题。最后，共析钢CCT曲线的研究也为新钢种的研制提供了思路和方法。
综上所述，共析钢CCT曲线是研究共析钢固相相变过程的重要工具，对于提高生产效率和钢材质量、改进工业设备材料和研制新钢种具有
不同类型的岩石之间的相互转化条件
不同类型的岩石之间的相互转化条件
岩石的类型可以分为火成岩、沉积岩和变质岩三类。
火成岩转化为沉积岩：需要高温高压条件，火成岩被熔融，溶解出的物质以液体形式沉积在地壳表面，随着时间的推移，沉积物会慢慢结晶形成沉积岩。
沉积岩转化为变质岩：需要地壳深处的高温高压条件，沉积岩会受到压力和温度的影响，经过一段时间的演化，最终形成变质岩。
变质岩转化为火成岩：需要地壳深处的高温高压条件，变质岩会受到压力和温度的影响，经过一段时间的演化，最终形成火成岩。
量变和质变及其相互转化
•
这位聪明的国王犯了一个什么样的错误呢？
•
我们可以看出聪明的国王犯了一个 大错误：忽视了量变，不懂得量变与 质变的辩证关系，在看来似乎微不足 道的数字面前吃了大亏。
•
这就是唯物辩证法的第一大规律， 这就是唯物辩证法的第一大规律， 质量互变规律。 质量互变规律。
1.量变和质变是事物变 化的两种状态。
• 为什么我们只看到“水滴”却 为什么我们只看到“水滴” 不见“石穿” 不见“石穿”？
• 量变只有达到（一定范围和限度） 量变只有达到（一定范围和限度） 才会发生质变的。 才会发生质变的。
（2）质变引起新的量变，为新的量 ）质变引起新的量变， 变开辟道路。 变开辟道路。
•
质变是前一阶段量变的结束， 质变是前一阶段量变的结束，又 是新阶段量变的开始。 是新阶段量变的开始。在新质的基础 新事物又开始了新的量变， 上，新事物又开始了新的量变，质变 又转化为量变。 又转化为量变。
10级2班 级 班 郑丹平 卢甜甜
本课重点及难点
• 1、量变和质变的含义 、 • 2、量变和质变的辩证关系 、 • 3、事物由“量变——质变 、事物由“量变 质变——新 质变 新 的量变——新的质变 新的质变…..”向前发展 的量变 新的质变 向前发展
•
ห้องสมุดไป่ตู้
传说，印度国王打算重赏国际象棋的发明人， 传说，印度国王打算重赏国际象棋的发明人， 出乎意料的是这位发明人的胃口并不大， 出乎意料的是这位发明人的胃口并不大，他只要 求国王在棋盘的第一格放一粒麦子， 求国王在棋盘的第一格放一粒麦子，第二格放二 粒，第三格放四粒，照这样每格是前一格的2倍， 第三格放四粒，照这样每格是前一格的 倍 把棋盘的64格全放满就行 格全放满就行， 把棋盘的 格全放满就行，国王听完后便欣然答 谁料还没放到第20格 应，谁料还没放到第 格，一袋麦子就已空空如 一袋袋小麦很快就摆完了…..，国王后来看出， 也，一袋袋小麦很快就摆完了 ，国王后来看出， 即便把全印度的麦子都给他， 即便把全印度的麦子都给他，也实现不了他的诺 言！
地球大陆边缘构造与板块俯冲带（3）
地球大陆边缘构造与板块俯冲带（3）
地球大陆边缘构造
与板块俯冲带（3）
胡经国
第三节B型俯冲与A型俯冲
一、B型俯冲与A型俯冲概述
1、B型俯冲与A型俯冲的概念
⑴、B型俯冲
根据海底扩张和地幔对流理论，大洋板块从洋中脊运动到深海沟以后，便沿着贝尼奥夫带，在岛弧外侧的海沟中向大陆板块下俯冲消减，而大陆板块则相应地向大洋板块仰冲，这种发生在大洋板块与大陆板块之间的俯冲消减作用称为B型俯冲（B-Subduction）。它是为了纪念H.Benioff（H·贝尼奥夫）而命名的。
B型俯冲典型实例是西太平洋边缘太平洋板块向欧亚大陆板块下俯冲消减，导致形成了一系列向大洋板块逆冲的逆冲推覆体带。
⑵、A型俯冲
根据地壳变形和地球物理研究，板块之间在碰撞以后，板块运动
并没有终止，而以陆内俯冲方式继续；褶皱造山带向前陆盆地逆冲推覆，而前陆盆地所在的岩石圈则发生基底拆离，向褶皱造山带之下俯冲，这种发生在大陆岩石圈内部的俯冲作用称为A型俯冲（A-Subduction）。它是为了纪念1906年首次提出这种俯冲的O.Ampferer而命名的。
A型俯冲也就是大陆板块内的地台向褶皱造山带俯冲，表现为褶皱造山带向前陆逆冲。A型俯冲表现为大陆岩石圈基底滑脱（拆离）和褶皱逆冲构造。北美科迪勒拉造山带向北美地台的逆冲以及阿巴拉契亚造山带向北美地台的逆冲均属这一俯冲作用类型。
2、俯冲类型的划分
⑴、洋壳向洋壳岛弧俯冲（岛弧－海沟型）
属于洋－洋汇聚边缘。
主要特点：岛弧和火山活动，大规模的变质作用，岩浆侵入较少。
⑵、洋壳向大陆俯冲（山弧－海沟型）
材料化学复习材料
材料化学
一名词解释
1 材料：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
2 智能材料：性能随着时间和空间条件的变化而变化得智能材料的适应环境，接受外界环境的调节，且不需要靠计算机和电子技术，仅靠材料本身的性质来实现自我调节，自我诊断，自我复原。
3 设计型材料: 就是化学家和材料科学家采用新的物理，化学方法，根据实际需要设计出具有特殊性能的材料。
4 材料化学：是研究材料的制备，组成，结构，性质及其应用的一门科学。
5 结构材料: 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状，结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。
6 功能材料：是具有优良的电学，磁学，光学，力学，热学，声学，化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。
7 复合材料：是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
8 晶体：是原子（离子)在三维空间中有规律的周期性排列而成的，其结构特点是长程有序。
9 点缺陷：发生在晶格中一个原子尺寸范围内的一类缺陷。
10 线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形成的位错，是晶格中缺少一列粒子而形成线缺陷。
11 面缺陷：晶体内部偏离周期性点阵结构的二维缺陷。
12 本征缺陷：是由于渗入杂质，扰乱了晶体结构严格的周期性而产生的。
13 位错：晶体中某处有一列或若干原子发生有规律的错排现象。
14 合金; 是由两种或两种以上的金属元素或由金属元素组成的具有金属特性的物质
15 固溶体：是合金由液态结晶成固态时，其组元之间仍能相互溶解而形成的均匀相
名词解释
名词解释：
常量元素：组成物质主要结构和成分的元素，它们常占天然物质总组成的99%以上，并决定了物质的定名和大类划分。
微量元素：物质中除了那些构成主要结构格架所必须的元素之外，所有以低浓度存在的化学元素。其浓度一般低于0.1%，在大多数情况下明显低于0.1%而仅达到ppm乃至ppb数量级。
稀有元素：在低壳中分布量较低，但易于在自然界高度富集形成较常见的矿物和独立工业矿床的的化学元素。如REE、Nb、Ta、Be、Li、（W）等。
元素的丰度：元素在宇宙体或较大的地球化学系统中的平均含量。元素在地壳中的丰度又称为克拉克值。
陨石：从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。
类质同象：元素相互结合过程中，性质相似的元素发生代换起到性质相同的作用，按概率占据相同的位置，而不引起晶格常数过大的改变的现象。
晶体场稳定能（CFSE－crystal field stabilization energy）：d轨道电子能级分裂后的d电子能量之和，相对于未分裂前d电子能量之和的差值，称为CFSE。
八面体择位能（Octahedral site preference energy ）
OSPE = CFSEo – CFSEt O-八面体配位场 t-四面体配位场
离子电位(π):
是离子大小和离子电荷的综合作用效果，决定了离子吸引价电子的能力,π值为离子电价与离子半径(单位为10nm)的比值。
核素：由不同数量的质子和中子按一定结构组成各种元素的原子核称为核素，任何一个核素都可以用A=P+N这三个参数来表示。而具有相同质子数，不同数目中子数所组成的一组核素称为同位素。
变质反应及变质作用因素
变质反应及变质作用因素
第1页，本讲稿共45页
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2页，本讲稿共45页
本章难点
1. 变质作用因素在变质过程中的特点。
第3页，本讲稿共45页
2.1 变质反应及其类型
2.1.1 概述
变质反应（metamorphic reaction） 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。
第24页，本讲稿共45页
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25页，本讲稿共45页
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23页，本讲稿共45页
2.2.1 温度（T）
物质的相变与相
物质的相变与相
相是物质的一种状态，指的是在一定条件下物质呈现出的特定性质和结构。相变，则是物质从一种相转变为另一种相的过程。物质的相变与相是物理学和化学学科研究的重点之一，对于了解物质的性质和应用具有重要的意义。
一、相的定义与分类
在物质中，当其物理和化学性质发生明显改变时，我们可以说物质处于不同的相之中。常见的相有固相、液相和气相。固相是物质的密度相对较大，分子间保持相对有序的状态；液相具有相对低的密度，分子间的排列较为松散；气相则是物质分子间距离较远，分子之间几乎没有相互作用力。此外，还存在着凝聚相，如等离子体、凝胶等，其性质介于固相和液相之间。
二、相变的原理
相变的发生是由于物质内部的微观结构发生改变造成的。当物质在一定条件下受到温度、压力等外部因素的改变时，内部分子之间的相互作用强度和排列方式会发生变化，从而导致相变的发生。比如，当物质受到高温作用时，分子动能增加，分子间作用力减弱，相变为液相或气相。相反地，当物质被冷却至较低温度时，分子动能减小，分子间作用力加强，相变为固相。
三、物质的相变过程
物质的相变过程可以分为两类：一是一次性的相变，二是在一定范
围内的可逆相变。
1. 一次性的相变
一次性的相变指的是物质在一定的条件下，经历了一个相变过程后，无法再逆转回原来的相。常见的一次性相变是物质的熔化和汽化过程。当物质的温度达到其熔点时，固相会迅速转变为液相；当温度进一步
升高，物质的液相又会迅速转变为气相。
2. 可逆相变
可逆相变是指物质在一定范围内，能够在不断变化的温度和压强条
件下相互转变。比如对于水的相变，当温度降低到0摄氏度以下时，
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(2) 葡萄石-绿纤石相
标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石（400℃）将分解。 典型矿物组合： （1）绿纤石+葡萄石+绿泥石+钠长石+石英（变质硬砂岩） （2）绿纤石+绿泥石+绿帘石+钠长石+石英（变质基性岩） 形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=360-370℃。 极低级变质
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(6) 低角闪岩相
在变质基性岩中，Turner & Verhoogen（1960）强调斜长石从An=5到An=17 的成分的跃迁为标志，Turner（1966）又以斜长石An>30 为界限。 泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为： 十字石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石 泥质岩石，中压 蓝晶石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石 泥质岩石，中压 堇青石＋红柱石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石±铁铝石榴石 泥质岩石 ，低压 普通角闪石＋斜长石（An>30）±黑云母±绿帘石±石英 低角闪岩相的温度为550－650℃，压力为0.3－1.0GPa。 基性岩石
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C Cc Di Hb F F Anth
图1-7.低压高角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
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图1-8.中压高角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
压 力 升 高 绿片岩相 沸石结晶 作用 温度升高 绿帘角闪岩相 角闪岩相 蓝闪石片岩相 榴辉岩相 麻粒岩相 辉石角岩相 透长石相
变质相及变质相分类
二、变质相分类
1960 年 Coombs 根据新西兰很低温变质岩的研究成果，提出了沸 石相、葡萄石－绿纤石变质杂砂岩相。
Turner变质相分类： Turner （1960）建议把接触变质和区域变质 两个系列的变质相名称分开，在接触变质相中分出了钠长绿帘角 岩相和普通角闪石角岩相。 1968年 Turner将绿帘角闪岩相改为绿 片岩相之中的一个高温亚相，把蓝闪石片岩相改为蓝闪石硬柱石 片岩相。这样共分出十一个变质相，它们在PT图上的位置见图1。 Turner变质相分类在世界各国出版的有关书籍中得到了广泛应用 不过，许多人都主张把绿帘角闪岩相还是从绿片岩相中独立出来 (Miyashiro, 1972)。 “中国1:400万变质地质图”划分方案
变质相及其相转化
• • • • 变质相及变质相分类 主要区域变质相的特征 变质相图及其编绘 相转化的组构标志及研究意义
变质岩岩理学基本研究内容
变 质 岩 形 成 过 程
原 岩
变
质
作
用
变 质 岩
.
地球动力学
T. P. C
变 质 岩 研 究 层 次
• 原岩及其形成构造环境的研究
• 变质作用演化及大地构造环境
• 每个变质相都是一个等物理系列。其矿物组合和岩石化学成分之 间在达到化学平衡后, 有着可以预测的对应关系.
• 一个变质相应包括一套具有各种原岩化学成分的矿物组合, 它们在 时间和空间上彼此之间密切共生, 且在不同地区重复出现． • 变质相的划分标志: 矿物组合, 通常用基性变质岩的矿物组合划分 变质相, 并以相应的基性变质岩命名
(7) 高角闪岩相
标志是泥质岩石中的白云母＋石英不稳定，转变为钾长石＋Al2SiO5，即： 白云母＋石英＝钾长石＋夕线石/红柱石＋H2O 这一反应的实验条件为： PH2O＝0.1GPa T＝580℃ PH2O＝0.3GPa T＝660℃ Winkler(1976) 指 出 这 一 反 应 发 生 在 PH2O<0.35GPa 的 条 件 下 ， 如 果 PH2O>0.35GPa，岩石中有斜长石存在时，片麻岩就会发生深熔作用。 白云母＋石英＋斜长石＋ H2O ＝熔体（由钾长石＋钠质斜长石＋石英组 成）＋钙质斜长石或石英（取决于其原始含量）＋Al2SiO5+H2O（溶解在 熔体中） 所以，片麻岩中发生深熔，出现混合岩化作用也是高角闪岩相开始的标 志。
• 一个变质相往往具有一个较宽的温度压力区间, 可以进一步划分不 同的亚相
• 相关术语:
变质相及变质相分类
变质级
一、变质相的基本概念
Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) : 很 低级, 低级, 中级, 高级. 1) 很低级变质: 特征是变质基性岩中出现浊沸石,硬柱石, 葡萄石, 绿 纤石等矿物的出现为标志, 温度区间为200-3500C. 2) 低级变质: 以变质基性岩中硬柱石, 葡萄石,绿纤石等矿物反应 形成黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C 3) 中级变质: 标志是泥质岩石中十字石(堇青石)出现和绿泥石消失. 在变质基性岩中以普通角闪石+斜长石(An17)为特征.温度区间为 550-6500C. 4) 高级变质: 标志是泥质岩石中白云母和石英反应形成矽线石和钾长 石组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件), 温度区间 > 6500C.
Turner（1966）的提法：“一个变质相指一定的温度、压力区 间内的一整套变质矿物共生组合，它们在时、空上反复出现并 密切伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合和岩石总体化学 成分之间有着固定的因而也是可以预测的对应关系”。
• 术语解释:
变质相及变质相分类
一、变质相的基本概念
• 变质作用过程中同时形成的一套矿物共生组合及其形成时的物理 化学条件.
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图1-5Hale Waihona Puke Baidu中压低角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
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图1-6.低压低角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
变质相及变质相分类
二、变质相分类
图1-1.变质相分类 P-T 图 （Turnner，1968)
(1) 沸石相
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
标志是浊沸石和钠长石开始出现为下限，温度稍高可以出现葡萄石。 典型矿物组合：（1）浊沸石+绿泥石+石英；（2）浊沸石+葡萄石 +绿泥石+石英；（3）葡萄石+绿泥石+方解石+石英 形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=230-300℃。 极低级变质
表1 芬兰奥里耶维和挪威奥斯陆地区接触变质岩石矿物组合对比
芬兰奥里耶维地区
白云母＋石英 白云母＋黑云母 黑云母＋普通角闪石 直闪石
挪威奥斯陆地区
红柱石＋钾长石 堇青石＋钾长石 紫苏辉石＋斜长石 紫苏辉石
变质相及变质相分类
一、变质相的基本概念
爱斯克拉到戈尔德斯密特的实验室工作，对比了两个地区的变质 矿物组合。发现两个地区化学成分基本相同的岩石具有不同的矿 物组合（见表1）。他认为是其物理化学条件不同所致。 变质相的概念(P.Eskola, 1920)：一个变质相是指类似的温度、 压力条件下达到化学平衡的所有岩石的总和（不论其结晶方式）， 一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作 有规律的改变”
变质相及变质相分类
一、变质相的基本概念
1911年，戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发 现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次 把相律应用到变质岩的研究中， 1915年芬兰地质学家爱斯克拉，在研究芬兰奥里耶维地区的接触 变质岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。。
变质相及变质相分类
二、变质相分类
Escola （1920）最初提出的是五个变质相：绿片岩相、角闪岩相、角 岩相、透长石相和榴辉岩相。 1939年 Escola 又增加了三个变质相：绿 帘角闪岩相、麻粒岩相和蓝闪石片岩相，并把角岩相改为辉石角岩相， 还附带了一个“沸石的结晶作用”，
表2 变质相与温度和压力的关系 （据 Escola, 1939）
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(3) 蓝闪石-硬柱石相（蓝片岩相）
特征：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉、霰石等。
典型矿物组合：
中压：硬柱石+钠长石+绿泥石+（石英，方解石，多硅白云母） 高压：硬柱石+蓝闪石+钠长石+霰石（无石英时可以出现硬玉） 极高压：硬柱石+蓝闪石+硬玉+石英
形成条件（实验资料）：温度200-450℃ 压力 3-5kb，可达10kb 。
(4) 低绿片岩相: 相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带.
温度大致在350-5000C之间， 相当于温克勒的低级变质 标志是变质基性岩中的绿纤石消失，出现黝帘石/斜黝帘石 (Winkler, 1976)，可能的变质反应为： 绿纤石＋绿泥石＋石英＝黝帘石＋阳起石＋H2O 这一反应的实验条件（Nitsch，1977）为： 0.25GPa , 345±20℃; 0.4GPa , 350±20℃; 0.7GPa, 370±20℃. 不同岩石系列在绿片岩相的矿物组合为： 绿帘石＋阳起石＋绿泥石＋钠长石±石英±方解石 基性岩石 白云母＋绿泥石＋石英 泥质岩石 白云母＋黑云母＋绿泥石＋石英 泥质岩石
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(7) 高角闪岩相
高角闪岩相的特征矿物组合为： 夕线石＋石榴石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石 红柱石＋堇青石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石 普通角闪石＋斜长石±透辉石±石英 泥质岩石，中压 泥质岩石，低压 基性岩石
高角闪岩相的温度为650－700℃，压力为0.3－1.0GPa。
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图1-3.低绿片岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(5) 高绿片岩相: 相当于巴洛变质带的铁铝榴石带
特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。 可能的变质反应为： 阳起石＋斜黝帘石＋绿泥石＋石英＝普通角闪石＋H2O 硬绿泥石＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋H2O 白云母＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋黑云母＋H2O 据Liou等（1982）对第一个反应的实验条件为0.5GPa时，T约500℃ 不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为： 普通角闪石＋绿帘石＋钠长石＋绿泥石±石英 铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英 基性岩石 泥质岩石
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(8) 麻粒岩相
基性岩中以出现紫苏辉石为标志。 普通角闪石＋石英＝紫苏辉石＋透辉石＋斜长石＋H2O 压力较高时，出现：紫苏辉石＋斜长石＝石榴石＋透辉石＋石英 泥质岩石进入麻粒岩相的标志 夕线石＋黑云母不稳定，转变为石榴石＋堇青石。 麻粒岩相的特征矿物组合为： 紫苏辉石＋透辉石＋斜长石±石英±角闪石 基性岩 石 透辉石＋石榴石＋斜长石＋石英 基性岩 石 夕线石＋石榴石＋堇青石＋钾长石＋石英±斜长石 泥质岩 石
注：近来实验研究表明：蓝闪石对压力并不敏感，是否出现主要取 决与岩石的化学成分。硬柱石是典型的低温中高压矿物，霰石代替 方解石出现代表更高压力，硬玉+石英代替钠长石指示极高压力。
图1-2.矿物共生图解 a. 沸石相 b. 葡萄石-绿纤石相 c. 蓝闪石-硬柱石相
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变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
泥质岩石在这一变质条件下硬绿泥石和绿泥石都可能出现。这一变 质相的温度为500－560℃，压力为0.3－1.0GPa。
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图1-4.高绿片岩相的 ACF
和
A’KF
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变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(6) 低角闪岩相
标志是泥质岩石中出现十字石（中压）和堇青石（低压）和在白云 母存在时富铁绿泥石及硬绿泥石的消失为标志，可能的变质反应为： 绿泥石＋白云母＝十字石＋黑云母＋石英＋H2O 该反应的实验条件为： PH2O＝0.4GPa时 T＝540±15℃ PH2O＝0.7GPa时 T＝565±15℃ 绿泥石＋白云母＋石英＝堇青石＋黑云母＋Al2SiO5＋H2O 实验条件为： PH2O＝0.1GPa T＝515±10℃ PH2O＝0.2GPa T＝525±10℃ PH2O＝0.4GPa T＝555±10℃
三、主要区域变质相特征
(8) 麻粒岩相
温度大于7000C. 大致相当于基性岩中的二辉石带, 典型的高 级变质, 都城按照压力变化分为:
(1). 低压麻粒岩相:以基性变质岩中橄榄石和斜长石共 生为特征,不出现铁铝榴石. (2). 中压麻粒岩相:以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和 斜长石共生,出现铁铝榴石+蓝晶石组合为特征. (3). 高压麻粒岩相:以镁铝榴石+单斜辉石+石英代替 紫苏辉石+钙长石出现为特征.