变质岩的形成过程 (1).

二、变质作用机制（How）
变质作用机制：变质结晶、变形、变质分 异；
深熔作用（anatexis）与部分熔融 （partial melting——岩浆岩成因术语）； 埋藏变质（burial metamorphism）与 成岩作用（diagenesis）过程的压实、重结晶 和交代作用，属于沉积作用范畴）。
思考题：地质学和岩相学证据？
2. 变形 （Deformation)
岩石在变质作用的温压条件范围内，受到超过
其最高弹性模量的应力作用，将发生永久变形，
使岩石的结构和构造受到破坏，岩石化学成分
可变可不变，从而形成变质岩的地质作用过程。
依据变形性质可分脆性变形和韧性变形两种。
脆性变形（brittle deformation）
Ca、Mg、Sr、Ba 、Si等常见；
惰性组分：基本不发生带入带出，交代前后组分的绝对含 量不发生改变，以重金属、稀土或超场强元素（HFSEs） 常见；主量元素中包括Fe、Al、Mn、Ti等。
某一元素是否属于活动与惰性元素，视Hale Waihona Puke Baidu体情况而定！
交代机制——交代作用中的活动组分的运移方式
渗透（infiltration）：组分受压力差驱动，随溶液流
未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；
c. 反应后：因石英方解石，石英被全部消耗，未参与反应的Cc和新生长的Wo
粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（Cc+Wo） 。
挪威Oslo裂谷二叠纪接触变质晕内沉积岩向变质岩的转变露头照片 （据Kurt Rucher &Rodney Grapes, 2011）
石 英 方解 石
方解 石 石 英 方解石
硅灰 石
细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据Mason，1999）
a. 反应前：低温下，微晶方解石Cc（CaCO3）与碎屑石英Q（SiO2） ，通过重结晶 改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；
b. 在碎屑石英边缘上生长出Wo（称反应边）：
Cc+Q=Wo（CaSiO3）+ CO2↑
1. 变质结晶作用 （Metamorphic crystallization）
变质结晶作用：先存岩石（原岩）在变
质作用温度压力条件范围内新矿物的结 晶生长。包括：
重结晶作用（等化学过程，封闭）
交代作用（异化学过程，开放）
1.1 重结晶作用（recrystallization）
——在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反 应形式的再造过程。重结晶前后，岩石的造岩组分（除 H2O、CO2等挥发分外）基本保持不变。特点： 等化学过程 封闭体系 矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制 可分狭义重结晶和变质结晶（变质反应）两种(Raymond, 2002)
（1）狭义重结晶： (Recrystallization ,Raymond, 2002)
矿物成分不变下的结构调整： 纯灰岩（沉）大理岩（变） 纯石英砂岩（沉） 石英岩 （变） 粗 粒 大 理 岩 细 粒 大 理 岩
纯 灰 岩
单矿物原岩 结构变化成分不变
Raymond, 2002
（2）变质反应：（Neocrystallization， Raymond, 2002 ）
（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的 含化石灰岩结核. （右） 近岩体处，页岩变 质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石+透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳
1.2 变质交代作用 （metasomatism）
交代作用指在变质作用条件范围内，在以化学活动性流体为主
要因素的作用下，使岩石中的造岩组分发生不同程度的带入 或带出，使新形成岩石的化学成分（除H2O、CO2等挥发分 外）部分或全部变化的变质过程。在交代过程中，岩石的体 积基本保持不变。
沉积岩：表生环境 ，外力作用，风化、搬运、沉积； 岩浆岩：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结 晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；
变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组 构转变
变质作用——在地壳环境中，先存岩石（原 岩,protolith）在固态下（下固相线subsolidus） 发生的成分、组构转变过程的总和； 变质岩——原岩成分与组构经固态转变过程（变 质作用）而形成的新岩石。 原岩为岩浆岩—正变质岩（ortho-） 原岩为沉积岩—副变质岩（para-） 原岩为变质岩—复变质岩（poly-）
交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。
交代作用也可在成岩阶段发生，称成岩交代作用；在变质 条件下发生的交代作用称为变质交代作用。
活动元素（组分）与惰性元素（组分）；
活动组分：可带入带出，岩石中该组分的绝对含量交代前 后的含量发生改变，除H、F、Cl、S、C等挥发份组分 以外，碱金属Na、K、Rb、Cs和碱土金属类元素Be、
动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中;
扩散（diffusion）：组分受浓度差驱动，从高浓度域
向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中； 粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或化学位梯度是运移 和交代的主要动力；
交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交
代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。
变质岩石学
Metamorphic Petrology
第一讲 变质岩的形成过程（1）
本讲基本问题
问题（1）变质作用与变质岩概念（what）
问题（2）变质岩是如何形成的呢？（How）
问题（3）变质作用机制因何而启动和进行？ （Why） 问题（4）变质作用发生的地质构造环境 （Where）
一、变质作用与变质岩概念
举例：判断以下反应是交代作用与变质重 结晶机制？
纯橄榄岩蛇纹岩 重结晶机制（无主要造岩成分得失）：
2Mg2SiO4+3H2O→H4Mg3Si2O9+Mg(OH)2 Fo(镁橄榄石) Ser(蛇纹石) Brc(水镁石)
交代机制（有主要造岩成分得失）：
3Mg2SiO4 + 4H2O + (SiO2) →2H4Mg3Si2O9 Fo 溶液中 Ser
脆性变形使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离 破碎），岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征。