第七章 区域变质岩

角闪岩相泥质岩
麻粒岩相（G）
a. 低温亚相 b. 高温亚相
麻粒岩相基性岩
麻粒岩相泥质岩
与IBC轨迹有关的反应结构实例（Harley, 1989）
a 反应边（冠状体）结构指示岩石中发生近等压冷却反应 Opx+Pl → Gt+Cpx+Q b 出溶结构指示岩石中发生近等压冷却反应 高Al-Px→低Al-Px+Gt
浊沸石（Lm）由片沸石（Hu）分解而成：
CaAl2Si3O18〃6H2O = CaAl2Si4O12〃4H2O+3SiO2+2H2O Hu（片沸石） Lm（浊沸石） Q
Ab代替Anl+Q的变质反应为：
NaAlSi2O6〃H2O+SiO2 = NaAlSi3O8+H2O Anl（方沸石） Q Ab
这些反应估计的成岩作用与变质作用温度界限在150-200℃之
●变质因素十分复杂
是在区域性热异常和构造应力场的联合作用的产物，变质 因素十分复杂。温度、压力、偏应力和流体都起十分重要 的作用，且变质条件变化大。热峰温度变化范围自 200~800℃以上，热峰压力自0.2GPa至2.0GPa，甚至大
于3.0GPa，P/T比自5℃/km至80℃/km，包括高P/T比、
弧—沟带
主要的构造环境
大陆碰撞带 大陆拉张带
弧—沟带
弧—沟带变质作用以发育双变质带（paired
metamorphic belts）为特征。双变质带由大体同时代的一
个高P/T变质带和一个较低P/T比变质带组成。它们相互平 行沿大陆边缘延伸，其间通常有一个巨大断裂将二者分隔开。 高P/T变质带位于大洋一侧，代表了一个古海沟带，由冷的 洋壳和海沟沉降物俯冲至地下深处形成。较低P/T比变质带
一个在同一构造背景下的大面积造山变质岩分布区内部通常显 示热峰压力（深度）的很大变化，这导致变质区（带）内部
P/T 比的变化，而分为不同类型相系列的两个区域
（Miyashiro, 1994）。一个典型实例是苏格兰高地加里东变 质区。该变质区划分为巴罗式和巴肯式区，分别以中P/T和低
P/T变质条件为特征。在巴罗式区泥质变质岩中出现上述从
质的很低级部分，或独立出现在强烈坳陷盆
地沉积的下部，与未变质沉积岩、火山岩渐
变过渡
（2）变质因素以很低温（150~350℃）、低压
（＜0.35GPa）为特点，流体成分也是一个重
要因素，因而常常伴随低温交代作用。但透入
性变形微弱，偏应力较次要。P/T比变化范围很
大，从高P/T直到很低P/T各类型都有。由于P-
Ch带至Sil带的Ky-Sil型递增变质带。而在巴肯式区泥质变质
岩中，则出现上述从Bi带至Sil带组成的And-Sil型递增变质带。
两区之间建造和构造是连续的，P-T条件变化也是连续的，说 明是在同一构造背景下受同一变质作用支配，但P/T比不同
●造山变质的构造背景多样 造山变质的构造背景多样，主要包括弧—沟带、大陆碰撞带和 大陆拉张带三类。除这三类外，其它构造背景亦可能存在，特 别是早前寒武纪（Miyashiro 1994）。不同构造背景变质作用 特点不同
区 域 变 质 岩
基本知识
埋藏变质作用与埋藏变质岩
造山变质作用与造山变质岩 混合岩化作用与混合岩
基本知识
概念 ●在岩石圈规模范围内发生的一种多种因素综合 起作用的复杂变质作用。 ●这种变质常常伴随着构造运动的发生，在前寒
武纪及造山带更为常见。
●这种变质还伴随混合岩化、大规模的形变及岩
浆活动。
一般特征 （1）分布广泛：前寒武纪结晶基底主要由区域变质 岩构成，后寒武纪造山带 （2）变质因素复杂：温度、压力、应力、化学活动 性流体、时间 （3）变质环境多样（产出的构造环境多样）：时代 上，从太古代到中新生代，空间上产出在多种 构造环境 A 大陆地盾区 B 热穹隆核部 C 造山带 D 岩石圈板块边缘地区 E 洋底
岩石结晶程度比沸石相稍高，有时可有微弱的片理。
矿物成分以变质火山岩、硬砂岩中浊沸石（Lm）消 失，绿纤石（Pu）出现，变质泥质岩和长英质岩石中 黑硬绿泥石（Stp）出现为特征。
常见的矿物组合：
泥质岩： Wm(白色云母)+Ch/Sm+Stp(黑硬绿泥石)+ Ab 长英质岩石： Q+Ab+Wm+Stp+Prh( 葡萄石 )+Pu( 绿纤石 )+Ch 基性岩：Prh+Ab+Pu+Ch+Ep+Q
●广泛分布
在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带，面积往往达数百乃至数 千km2，变质区外形可分为面状和带状两类：在太古宙结晶基 底，变质区以面状为主，如加拿大地盾；在元古宙、显生宙造 山带的核部，变质区呈一向延长的带状。如我国东秦岭从东到 西延长达700km以上。北美至北欧的加里东褶皱带，在大西 洋形成前是联在一起的，是一条北东走向的巨型造山带，仅苏 格兰北爱尔兰一段东西长达600km以上
地质事件序列，详细研究弱应变域是很有必要的，
因为这些地段保留了较多原生信息以帮助恢复“记
忆”
●变质相系列和递增变质带 由于P/T比变化大，造山变质岩分布区变质相系列和递增变 质带演化十分复杂多样，可划分为下列三个基本类型和一系 列过渡类型
●低P/T型（红柱石—夕线石型）
变质相系列为GS→A→G，泥质变质岩中
中P/T和低 P/T 区域变质岩
中P/T和低P/T区域变质岩不仅有类似的构造背景（岛弧带、
大陆碰撞带、大陆拉张带和前寒式纪结晶基底），往往共存于
同一构造背景之中，而且均具有Z→P-P→GS→EA→A→Ｇ的 变质相系列，只是低P/T相系列中EA发育较差。此外，在同一 个变质相的不同P/T类型岩石中，除泥质变质岩随P/T比变化 有明显的矿物组合差异外，其余各化学类型的矿物组合变化不 大。因此，可以按变质相描述主要岩石类型。上述相系列前两 个变质相属于埋藏变质，其特点前面已叙述。在许多中P/T和 低P/T变质区，这两个变质相可不出现。后4个变质相分布广
典型递增变质带为：① Bi 带；② Crd 带； ③ And 带；④ Sil-Ms 带（ Sil 带）；⑤ KfSil带；⑥Crd-Gt-Kf带 其中①为绿片岩相，②为绿片岩相-角闪 岩相过渡；③、④为角闪岩相；⑤、⑥ 为麻粒岩相。苏格兰高地巴肯式变质带 包括①至④
苏格兰高地加里东变质区（画阴影 线部分）变质图（引自 Miyashiro, 1994） 该变质区分为巴肯式区（低 P/T ）和巴罗式区（中 P/T ）两个 P/T 类型不同的区域。 Barrow （ 1912 ）研究区用字母 B 表示， Girvan 地 区蓝片岩用字母G表示
沸石相
葡萄石 —绿纤石相
埋藏变质岩的分布
世界许多地方都报导有埋藏变质存在，可出现在太古宙直到新生代的整个地 质时代（Miyashiro, 1994），但大多数集中在环太平洋区域中新生代变质 地体之中。它们包括所有4个P/T比类型： 很低P/T埋藏变质是洋底变质的很低温部分，发育在扩张的洋中脊，可以在 诸如塞浦路斯Troodos等蛇绿岩系中识别出来 低P/T埋藏变质以日本Tanzawa（丹泽）地区为代表
中P/T比和低P/T比三种主要类型。变质条件受许多地质 因素控制，如构造背景、地壳的厚度和成分、放射性元素 的含量和分布、由地幔至地壳的热流和分布、岩石的导热 率、岩浆侵入体的存在和多少、水热流体运动、其它地质
体的热效应和侵蚀速率等
●遭受构造变形
由于偏应力起重要作用，造山变质岩通常都遭受构 造变形，而发育明显的面、线理。变形强烈时，可 完全消除对原生结构、构造、接触关系和所经历的 地质事件的“记忆”，造成原岩恢复和地质事件分 析的困难。此时，为了有效地进行原岩恢复和建立
（5）由于温度很低，通常缺乏与埋藏变质相关
的岩浆活动
（6）命名：由于埋藏变质岩的变余结构构造非
常发育，一般用“变质××岩”命名
埋藏变质岩的主要类型
沸石相（Z）
沸石相变质岩与未变质岩石渐变过渡，很难区分。二者界线需
经过详细矿物学研究确定，通常以变质火山岩和硬砂岩中出现 浊沸石（Lm）， 或Ab代替方沸石（Anl）+Q为标志
复杂的构造演化历史决定的。详细解释这个复杂的构
造史十分困难，因而颇见分歧，特别是对古生代和更
老的碰撞带尤为如此
大别—苏鲁地区地质图
大陆拉张带
大陆拉张带变质作用以低P/T型高温变质伴随大量岩浆 活动为特征。在大陆拉张区，地壳或岩石圈减薄使来 自地幔或软流圈的上升热流增加，导致玄武质和花岗 岩类岩浆形成和上侵及低P/T型高温变质，形成麻粒岩 相变质杂岩。例如西欧比利牛斯海西造山带中有大量 麻粒岩相变质杂岩，通常认为它代表了早元古代大陆 内部拉张带（Miyashiro, 1994）
●中P/T型（蓝晶石—夕线石型）
相系列为GS→EA→A→G，泥质变质岩中典型递增变质
带为：① Ch 带；② Bi 带；③ Gt 带；④ St 带；⑤ Ky 带； ⑥Sil带；⑦Kf-Sil带；⑧Crd-Gt-Kf带。其中①、②为绿 片岩相，③为绿帘角闪岩相（绿片岩相-角闪岩相过渡） ④、⑤、⑥为角闪岩相，⑦、⑧为麻粒岩相。苏格兰高
T范围小，仅包括沸石相（Z）和葡萄石—绿纤
石相（P-P）相两个变质相
（3）由于温度很低，矿物成分上以含沸石、葡
萄石（Prh）、绿纤石（Pu）、混层状粘土矿 物等很低温矿物及大量原岩中残留矿物为特征
（4）岩石无片理，变余结构构造发育，原生的 沉积、火山或火山碎屑结构等结构，原生的层 理、气孔等构造保留完好，外貌上与未遭受变 质的 原岩很难区分
间。当然，由于是脱水反应，平衡温度受流体成分影响显著。
典型的矿物组合
泥质： Kao（高岭石）+Ill/Sm+Ch/Sm+Wm（白色云母）
+Q 长英质：（中酸性火山岩、硬砂岩） Q+Ab+Lm（浊沸石） +Ch+Wm+Ill/Ch 基性火山岩：Ab+Lm+Prh（葡萄石）+Ch+Q
白云母（Ms）和伊利石（Ill）构造略图（引自Mason,1990）
地巴罗式指示矿物带（图18-8）包括①至⑥
●高P/T型（蓝闪石型）
在典型地区加州
Franciscan变质相带为
沸石相带→葡萄石-绿纤 石相带→蓝片岩相+绿片 岩相带→榴辉岩+钠长-角 闪岩岩块。榴辉岩和钠长
-角闪岩作为构造侵位的
岩块（block）产于其它 岩石之中
●变质区（带）内部
P/T 比变化
泛，是4个常见的区域变质相
低级变质岩的变余结构：变余砂状结构
变余泥质结构
绿片岩相（GS）
绿片岩相 ACF、A′KF图
a 绿泥石带 b 黑云母带
绿片岩
绿帘角闪岩相（EA）
钠长绿帘角闪岩
角闪岩相（A）
a. St带 b. Ky带（无Sil有Ky） Sil带（有Sil无Ky）
斜长角闪岩
角闪岩相泥质岩
孔兹岩（khondalite）
主要由Sil、Gt、Q、长石组成的泥质变质岩习惯称为孔兹 岩（khondalite），典型产地为印度Kalahandi，我国华 北北部麻粒岩带中也有广泛分布
中P/T埋藏变质典型地区新西兰南岛Taringatura地区是Coombs（1961） 定义埋藏变质的地区 高P/T埋藏变质发生在俯冲带，以美国加州Franciscan俯冲变质杂岩为代表 我国埋藏变质岩石见于新疆（低-中P/T）、西藏和台湾（高P/T）等地（董 申保等，1986）
造山变质岩
造山变质岩的一般特征
分类命名
●原则：一般认为区域变质作用过程中，
在大面积范围内可以看作是等化学的。
因此区域变质岩多采用等化学和等物理 相结合的分类方法 ★等化学：五大类化学类型 ★等物理：八个变质相
●命名：矿物名称＋基本名称
埋藏变质岩
埋藏变质岩的一般特征
埋藏变质是变质作用向成岩作用过渡类型， 出现在造山变质和洋底变质的很低级部分， 主要特征是： （1）出现在造山变质（区域变质）和洋底变
为低P/T型或中P/T型或二者的混合，代表了一个古岛弧带。
岛弧带与俯冲有关的大量岩浆活动是P/T比较低的主要原因 （Miyashiro, 1961, 1973, 1994）。双变质带广泛作为
地质历史中弧—沟系统的证据
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大陆碰撞带
大陆碰撞带变质作用以十分复杂的多期区域变质，可
出现各种P/T比类型及其叠加为特征。这是由碰撞带
视线顺SiAl原子层方向，表示了层间距d。伊利石在有的Al层Si
层之间含附加H2O原子，使层间距d（d2）比通常的要大
白云母（Ms）和伊利石（Ill）粉末X-射线强衍射峰（引自 Mason，1990） 由于伊利石中有一些不同间距层，峰较宽。伊利石结晶度数表 示该增宽效应
葡萄石—绿纤石相（P-P）