第一章变质作用概述(3)

• 变质作用的影响因素
五、相互关系---相互促进又相互制约
1.温度: 一般是最重要因素，它不仅控制着变质作用的发 生和发展，也制约着流体的活性和岩石变形性质； 2.压力: 影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定 作用；
3.应力: 不是物化平衡的独立因素，但它是变质岩组构的最 重要因素，此外还控制着变质反应的速度和规模； 4.流体:是变质作用得以实现的基本因素，但温度又是流体 具有活动性的前提。
变质重结晶作用
三.类型--静态重结晶; 动态重结晶 1.静态重结晶
一般发生在低应变区或应力消失以后, 是在没有应力或 应力较弱的条件下发生的重结晶作用. 产物特点: 形成的矿物近等轴粒状, 无定向组构, 同
种矿物之间往往发育三边平衡结构.
变质重结晶作用
三.类型--静态重结晶; 动态重结晶 2.动态重结晶
• 变质作用方式
现今出露于地表的变质岩是通过什么方式如何形成的 ？ 变质岩的形成主要有五种方式： 1．变质重结晶作用 2．变质结晶作用（变质反应） 3．变形作用 4．变质分异作用 5．交代作用（岩石流体相互作用）
变质重结晶作用
一.概念 特点 实例
• 概念: 指在变质条件下, 同种矿物间的溶解, 组分迁移, 再沉淀 结晶的改造作用. 这此过程中, 没有新的矿物相出现。 • 特点: 原岩中某些矿物的个体形态, 大小, 空 间位置等发生变 化, 即造成岩石结构构造方面的变化. 一般发生于组成矿 物单一的岩石中。如灰岩和石英砂净岩。 • 实例: T. P 大理岩 灰 岩
• 变质作用的影响因素
四、流 体
在较高温压条件下, 具有较大的活性。主要作用如下： 1. 溶剂和媒介（载体）作用。
2. 控制变质反应方向。例如 Cc + Q Wo + CO2 3. 降低岩石熔点。 长英质岩: 无水9500C, 含水6400C 4. 变质反应的催化剂。例如铁橄榄石的合成实验： 2 MgO + SiO2 Mg2SiO4 在干体系 10000C条件下, 须时近四天, 只有26%转化； 在湿体系 4600C条件下, 只须时间几分钟, 就全部转化。
分类依据: 分布规模 / 地质背景或物化条件
局部变质作用
1.接触变质作用. :
区域变质作用
1. 造山变质作用
2.动力变质作用
3.冲击变质作用 4. 交代变质作用
2. 洋底变质作用:
3. 埋深变质作用: 4. 混合岩化作用:
• 变质作用类型
1. 接触变质作用：
分布于岩浆侵入体与围岩接触带，主要由岩浆热导致的 变质作用。主要因素是温度，压力较低，应力不明显。 变质机制以静态重结晶或静态变质结晶为主。
• 变质作用的影响因素
三、应 力
•
• • •
一种侧向压力（各方向压力不等）
应变：岩石遭受应力作用所产生的反应。 （弹性变形、永久变形） 分类：张应力、压应力、剪应力（图） 作用
1. 机械改造。是岩石优选组构的主要因素。
2. 影响变质反应、重结晶作用、流体活性。 3. 产生构造超压，增加静压力。
• 变质作用的影响因素
变形作用
• 类型
脆性变形 和塑性变形
在应力的作用下，岩石将会发生应变，当岩石遭受应力的作用超 过其塑性屈服强度时，岩石就会发生塑性变形； 当应力超过其弹 性极限时，岩石就会发生破裂—脆性变形。
• 影响因素
岩石性质、应力状态和强度、温度、压力等
岩石能否变形及岩石变形性质，主要取决于岩石本身的物理性质 和 其所处的外部环境。例如, 长英质岩石比铁镁质岩石易发生塑 性变形；较高的温度和静压力条件利于发生塑性变形等.
2. 动力变质作用:
分布于断裂带，由构造作用导致的变质作用。主要控制 因素是应力，通常具较高的P/T比。变质机制以变形和 动态重结晶或动态变质结晶为主
• 变质作用类型
3. 冲击变质作用:
陨石冲击地表产生强大的冲击波所导致的变质作用。主 要因素是瞬时高压和高温。变质机制以变形和伴随的部 分熔融为主。
交代作用
指在变质条件下，由变质岩以外的物质的带入和原岩
物质的带出，而造成的岩石中一种矿物被另一种化
学成分不同的矿物所置换的过程。在此过程中，尽 管岩石基本处于固态，但以H2O和CO2为主的流体 流体的存在是必要条件。 交代作用产物: 有混合岩、矽卡岩、气热变质岩等。
• 变质作用类型
变质作用分类简表
• 变质作用的影响因素
二、压 力 (静压力和流体压力)
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0.0275GPa / km（P=gh）. 范围：动力变质作用和接触变质作用多在5 km 范围内， 压力低于0.1GPa；区域变质作用 深度大于5 km， 压力高于0.1GPa，按压力大小分为不同的压力型 （低压、中压、高压、超高压）
CaSiO3 + CO2
• 变质作用的影响因素
二、压 力 (静压力和流体压力)
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: (1). 流体压力与静压力相等：流体压力不构成独立的控 制因素； (2). 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。
第一章 变质作用概述
1.变质作用的现代概念 2.变质作用的影响因素 3.变质作用的类型 4.变质作用的方式 5.变质作用的研究范畴（选讲）
• 变质作用的现代概念
1). 是与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用。
2). 地壳已存岩石在基本保持固态条件下的转变过程.
3). 在特殊条件下，还可以产生重熔（溶），形成部 分流体相（岩浆） 4). 变质作用是一个动态过程。
变 质 岩 研 究
层
次
• 课程安排
第一章 第二章 变质作用概述（3学时） 变质岩的基本特征（3学时）
第三章
第四章 实习一 实习二 实习三
变质岩的分类命名（2学时）
变质带和变质相(2学时) 变质岩的结构构造和特征变质矿物 (2学时) 富铝系列变质岩（2学时） 镁铁质及其它系列变质岩（2学时）
实习四
其它岩石类型（2学时）
• 变质反应的影响因素:
原岩成分；结构构造; 环境的物化条件.
变质结晶作用-变质反应
• 变质反应的基本类型
一. 固体---固体反应 二、脱-吸流体（H2O和CO2)反应 三、氧化-还原反应
四、不连续反应和连续反应
五、离子交换反应 六、去水熔融反应
变质结晶作用-变质反应
变质分异作用
指原来矿物成分均匀的岩石经历变质作用后, 转变为 矿物成分不均匀的岩石的各种作用的总和 成因可能主要有以下几种方式 1 2 3 4 压力不均匀引起的侧分泌作用 表面能差异引起的变质分异作用 与剪应力有关的变质分异作 与变质反应有关的变质分异作用
• 变质结晶作用的概念
指在变质作用的温度压力范围内, 原岩在基本保持固态 的条件下, 岩石中原有矿物被新生矿物所取代的过程.
变质结晶作用多是通过特定的反应来实现的,因此变质结晶作用也 称变质反应.变质反应的研究意义在于可以了解矿物成分的变化过程 并获取变质条件信息。 代表人物 Winker，根据实验资料确定了14个特定的变质反应，使 变质作用物理化学条件的测定由定性研究转为定量研究。
三、应 力
图 1-2 张应力（s3）及应变特点 产物主要是张性断裂、拉断组构 (Winter, 2001)
• 变质作用的影响因素
三、应 力
图 1-3 压应力（s3）及应变特点 主要是均匀压扁或褶皱 (Winter, 2001)
• 变质作用的影响因素
三、应 力
图 1-4 剪应力（s 2）及应变特点 沿一组平行的面滑动或旋转 (Winter, 2001)
变形作用
• 脆性变形
变形条件：地壳浅部、低温低压和应力快速作用； 变形特点：组成岩石的矿物来不及调整颗粒的形状及本 身的位置，甚至来不及拆开颗粒边界上彼此铰合的结构就 发生了总体破裂。 表现形式：形成断层角砾和断层泥，固结后形成各种断 层角砾岩和碎裂岩。
变形作用
• 塑性变形
变形条件： 在地壳深部，较高的围压和温度慢应变速率等 变形特点：变形岩石不发生破裂而仅改变其形状，岩石保持空
4. 交代变质作用:
分布于侵入体接触带及其附近和火山活动区，主要由岩 浆热液引起的异化学变质作用。主要因素是流体活动组 分化学位。变质机制主要为交代作用。
• 变质作用类型
图 1-6 接触变质带示意图
图 1- 7 接触变质 带各带粒度变化
内 带
中 带 biotite muscovite cordierite andalusite quartz
• 变质作用的现代概念
关于变质作用的概念应强调以下几点:
（1）变质作用是一种改造作用，这种改造发生在风化带和胶结带以下， 原岩经过改造后在固态下转变为一种新的岩石。如果原岩为沉积岩，变 质后的岩石称为负变质岩；如果原岩为岩浆岩，变质后的岩石称为正变 质岩。 （2）变质过程中岩石基本上保持固态，并且强调温度的递增过程， 这一点与岩浆作用不同。后者强调的是矿物从硅酸盐熔融体中结晶，所 涉及的是晶体－液态的平衡，并强调温度的下降过程。当变质作用温度 较高时，岩石可发生部分熔融，出现一定数量的熔体，这些熔体与固态 残余物之间可发生混合岩化作用。当熔体数量较多时转变为典型的岩浆 作用。广义的变质作用概念包括岩石在固态下的变质作用和有部分熔体 出现的混合岩化作用。
重 结 晶
变质重结晶作用
二.影响因素: 原岩特点; 环境物理化学条件.
(1) 原岩成分: 成分越简单, 越纯净, 越利于重结晶作用. (2) 粒度: 同种矿物粒度小, 表面能小, 越利于重结晶作用.
Fra Baidu bibliotek
(3) 形态: 外形不规则的矿物颗粒易于发生重结晶作用.
(4) 温度: 温度升高矿物溶解度增大,组分在溶液中的扩散 速度扩散距离随之增大, 利于发生大规模的重结晶作用. (5) 应力: 应力使岩石破碎、变形,、利于发生重结晶作用.
间 的整体性和连续性，如发生褶曲和扭曲等。
表现形式：
（1）塑性变形可引起矿物晶体出现内部晶格滑动和位错，发育 波状消光、亚颗粒、扭折、机械双晶及变形纹等变形结构。 （2）由于岩石内部所受的应力不均匀引起组分化学位的梯度变化。 从而形成岩石内部的扩散流。与之有关的结构现象有如 压溶现象、压力影和糜棱结构等。 （3）在应力作用下，变质岩石中的矿物出现优选定向)，从而形成 变质岩石所特有的结晶片理。
• 变质作用的影响因素
原岩化学成分； 地质条件； 物理化学环境
一、 温 度 一、 温 度
1. 温度范围: 200 - 8000 C， 超高压可达10000 C。
2. 变化原因: 岩浆；深部热流；地壳放射热；机械摩擦；地
热增温（正常情况 25-30 C / km)。
3. 主要作用：可导致重结晶、变质反应、重熔；增加流体活 性； 改变岩石变形性质等。 它是变质作用的主导因素.
第三篇 变质岩岩石学
（Metamorphic Petrology）
• 内容/方法/目的
内容： 岩类学；岩理学；成矿岩石学。
方法：
目的：
多学科交叉与现代技术的应用
基本特征；基本理论；基本方法。
图1. 变质岩形成及研究的框架图
变 质 岩 形 成 过 程
原 岩
变
质
作
用 T. P. C
变 质 岩
地球动力学
• 变质作用的影响因素
图1-1 不同变质作用类型压力分布范围
• 变质作用的影响因素
二、压 力 (静压力和流体压力)
1. 静 压 力
作 用: （1）控制变质反应方向，影响变质反应温度
（2）有利于形成分子体积小、密度大的矿物
（3）改变岩石的熔点
CaCO3 + SiO2
105Pa, 4700C 108pa, 6700C
变质作用（Metamorphism）一词是由法国学者Boue (1820)年首次 提出来的，后来由英国学者C. Lyell(1833) 在他的名著《地质学原理》 中比较系统地进行了论述 。系指在地壳形成和发展的过程中，由于物 理化学条 件的改变，早先形成的岩石(包括岩浆岩和沉积岩）在固态条 件下所发生的矿物成分、结构构造的变化，称变质作用。
一般发生在强应变区, 是在有较强应力作用条件下发生 的重结晶作用. 可以分为两个阶段： 1）初始重结晶（恢复）阶段：无应变的新颗粒取代具有 高应变能的变形颗粒，产生细粒化作用。 2）次生重结晶（结晶）阶段：新生无应变能颗粒取代具 高应变能变形颗粒后继续生长，颗粒加粗加大的过程
变质结晶作用-变质反应