第六章变质作用概述

超临界状态-高密度气体
概论
具化学活动性流体
流体相来源：
1.2 变质作用的影响因素
岩浆活动
变质作用提供的流体
板块俯冲带入的海水
未变质的原岩中会保存流体
概论
变质作用的影响因素 时间
1.2 变质作用的影响因素
变质作用发生的地质时代
变质作用发生到终止所经历的时间
概论 1.3 变质作用的主要类型
变质岩岩石学
Metamorphic Petrology
主讲教师 班 级 易伟欣 地质11
理论教学学时分配
第一讲 绪论 第六讲 第七讲 第八讲 第九讲 区域变质岩 动力变质岩 接触变质岩 气成热液变质岩 第二讲 变质作用因素与类型 第三讲 变质作用方式
第四讲 基本特征分类命名
第五讲 变质岩结构和构造
围由规模巨大
（Raymond,1
995，其体积大
于数千km3） 的变质作用。
概论
类型-规模 区域变质作用
1.3 变质作用的类型
造山变质作用：大规模分布在前寒武纪结晶基底
和显生宙造山带的变质作用，与造山作用有密切的
成因联系。面积数百-数千平方公里。在前寒武结晶
基底呈面状，在显生宙造山带呈带状分布。
Foliation
a. Flattening b. Grain Rotation c. Solution d. New Minerals e. Partial Melting f. Shearing
不可更新应力指那些具初始应变能一经释放应力 立刻消失的一种应力。主要有：挠曲应力、薄膜 应力、热应力。
概论
变质作用的影响因素 具化学活动性流体
1.2 变质作用的影响因素
流体相组成： H2O，CO2，K，Na，Si，Mg，O2 A1，Fe，C1，F，S，CH3， CH4 流体相存在状态： 低温-气态或液态
概论
类型-规模 局部变质作用
1.3 变质作用的类型
交代变质作用 ：局限分布于侵入体接触带及其 附近和火山喷气活动区，主要由岩浆热液引起的异 化学变质作用。 特点：主要控制因素为流体中的活动组分 ； 主要变质机制为交代作用。
概论
类型-规模 区域变质作用
是在岩石圈范
1.3 变质作用的类型
3．交代作用（metasomatiam） • 如反应： • Na+十KalSi3O8====NaA1Si308十K+ • (带入成分) 钾长石 钠长石 (带出成分)
3．交代作用（metasomatiam）
钠长石边
主要发育在斜长 石中，蚀变的（绢云 母化和粘土化）斜长 石边缘可见洁净的钠
长石边。
斜长石
通过变质反应来实现.
• Ａ：多型转变
Al2SiO5 === Al2SiO5 • 蓝晶石或红柱石 夕线石
• • B: 固－固反应 • 斜方辉石＋斜长石＝单斜辉石＋石榴子石＋石英 橄榄石＋钙长石＝石榴石 • Ｃ：脱水反应 KAl2(AlSi3O10)(OH)2＋SiO2＝KAlSi3O8＋Al2SiO5+H2O • D: 去碳酸盐反应 ＣaCO3+SiO2=CaSiO4+CO2 • E: 氧化和还原反应
造、物质成分发生变化而形成的一种新的岩石
概论
强调3点 先存岩石
—沉积岩（副变质岩）
—岩浆岩（正变质岩） —变质岩（复变质岩）
1.1变质岩的基本概念
变化特征
—固态变化 —结构构造 —物质成分
内力地质作用
—构造运动 —岩浆作用 —地热流体 地质环境 物化条件
概论
变质岩石学
1.1变质岩的基本概念
4．变质分异作用 （metamorphic differentiation）
在变质作用的物化条件下，
原岩本身的某些矿物组分经扩
散作用而不均匀聚集的过程。
Ｅ skola 提出三种可能的成因
机理：结核原理、不稳定组分 的局部溶解、最稳定组分的沉 淀和局部富集。
4．变质分异作用 （metamorphic differentiation） 一般情况下，没有新组分的加入和新矿物 的形成，原有组分也无有迁出；但出现组分和 矿物的分带现象。
2．变质结晶作用（metacryatellization）
变质结晶与重结晶的区别在于
是否有新矿物的形成！
3．交代作用（metasomatiam）
岩石在基本保持固态的条件下，随着 一定数量组分从外部带入岩石中，并在其 中富集，同时另一些组分被带出，而使岩 石的化学成分发生不同程度的改变的过程。 这一过程基本上原有矿物的消失和新矿物 相的形成基本上是同时的，而且交代前后 岩石总的体积不改变。
提示：
不要将
变质作用方式
与变质作用类 型两者相混！
1．重结晶作用（recryatallization）
同种矿物的溶解、组分迁
移和再次沉淀结晶而不形成 新的矿物相的过程。
2．变质结晶作用（metacryatellization）
是指在变质作用的温度压力 范围内，原岩基本保持固态的
条件下，原有矿物相的消失和 新矿物相的形成过程。主要是
其数值与各自在流体相中相对物质的量
成正比（等于各组分分压之和）。
Pf= PH20＋PCO＋…
关系： Pf = Pl （地壳深部）
Pf ＜Pl （地壳浅部） Pf ＞Pl （侵入体附近）
概论
变质作用的影响因素
1.2 变质作用的影响因素
压力
应力：侧向压力
可更新应力：指能够不受应力松驰和逐渐释放应 变能的影响而连续起作用或者在环境变化后还能 重新起作用的一种应力。
概论
类型-规模 区域变质作用
1.3 变质作用的类型
埋藏变质作用 ：无明显变形的大规模很低级（很 低温）变质作用。它通常出现在区域变质（造山变
质）和洋底变质的很低级部分，或独立出现在强烈
坳陷的盆地沉积的底部
特点：主要控制因素为压力；
主要变质机制为重结晶。
P/T比变化范围很大。
概论
类型-规模 区域变质作用
概论
变质作用的影响因素 温度
1.2 变质作用影响因素
温度是体系的热状态的直接标志。热状态的 改变是导致变质作用发生的最重要的因素之一。 温度范围：150℃-250 ℃～ 650℃-1100 ℃ 指示矿物：浊沸石、蓝闪石、硬柱石、叶腊石
概论
原因： 地热增温
1.2 变质作用影响因素
源自文库
上地幔热流的运动
1.2 变质作用的影响因素
接触变质和动力变质：3-5km，Pl＜0.1GPa
区域变质和动力变质：＞5km，
低压：Pl 0.1-0.3GPa
中压：Pl 0.3-0.5GPa
高压：Pl ＞0.5GPa
超高压：Pl ＞1GPa
概论
变质作用的影响因素 压力
负荷压力的效应：
1.3 变质作用的影响因素
Mg2[ SiO4 ] ＋ Ca [ Al2 Si2 O8 ] → Ca Mg2 Al2 [ SiO4 ]3
镁橄榄石
43.9
钙长石
101.1
石榴石
121
3.3
2.76
3.52
形成密度（比重）大，体积小的矿物。
概论
流体压力：流体相 Pf
1.3 变质作用的影响因素
表示：各组分的分压力表示，例如PH20，PCO，
区域变质作用
接触变质作用
动力变质作用
概论
类型-规模 局部变质作用
1.3 变质作用的类型
是分布局限（据Raymond（1995），其体积小 于100km3）的变质作用。它局限分布在一个具 体的地质构造（断裂带、接触带等），往往一个
因素起主导作用。在局部变质地区可清楚观察到
变质岩与未变质岩石的渐变过渡。
是研究变质岩的成分、结构、构造、产状、 分布、分类、命名、共生组合和变质岩的形 成、演化的机制与条件以及其在地球(天体) 形成、演化中的地位及作用、与矿产的关系 等内容的独立的学科。
概论
1.1 变质作用的基本概念
变质作用-Metamorphism 在地壳形成和演化过程中，由于地球内力 的变化，使已存的地壳岩石，在基本保持固态 的条件下，从原岩的化学成分、矿物组成和结 构构造等方面进行了调整，在特殊情况下，还 可产生重熔或重溶，形成部分流体相的各种作 用的总和。
1.3 变质作用的类型
混合岩化作用 ：高级区域变质（造山变质）伴随 的部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩 （古成体）混合形成混合岩的大规模变质作用。
概论
1.3 变质作用的类型
概论
1.4 变质作用方式 地质作用
地质因素
母岩
T P f σ
Why?
固态 How?
固态
1.4 变质作用的方式
变质作用方式——变质作用过程中，导致岩石的 矿物成分，结构构造转变的机制。 主要的变质作用方式有五种： 重结晶作用 变质结晶作用 交代作用 变质分异作用 变形和碎裂作用
概论
三点说明
1.1 变质作用的基本概念
变质作用作为一种地质作用，其发生发展与地壳的 发生发展有关，特别与地幔与地壳的相互作用有关。 变质作用、岩浆作用、构造运动的联系服从于地壳 形成与发展的总过程，并受地幔与地壳相互作用支配 三者是平行的，在不同情况下呈现不同的内在联系。
变质作用形成的变质岩是一种转化岩石。
提示：
变质分异作用的关键 在于出现分带现象！
5．变形作用（deformation ）
在应力作用下，岩石和矿物发生变 形和破碎的作用。
– Rocks may also be subjected to differential stress which is unequal in different directions – Rocks may be shortened in one direction and lengthened in the other • Brittle deformation = fracturing • Ductile deformation = flow • Mineral grains flatten and elongate
3．交代作用（metasomatiam）
交代矿物以不规则
的外形从边缘伸入被
交代的矿物之中。
蓝晶石 白云母
3．交代作用（metasomatiam）
当交代强度进一 步发展，在新的交 代矿物中残留了零 星的孤岛状的被交 代矿物；这些零星 的残留矿物仍保持 同一光性方位。
绿帘石 钙铝榴石
3．交代作用（metasomatiam）
特点：主要控制因素为温度、压力； 主要变质机制为重结晶、变形； 具有很宽P/T比。
概论
类型-规模 区域变质作用
1.3 变质作用的类型
洋底变质作用 ：洋壳岩石在大洋中脊附近上升 热流和海水作用下产生的规模巨大的变质作用。 特点：主要控制因素为温度和活动组分；
主要变质机制为重结晶和交代。
具有低P/T比。
岩浆活动带来的热能
摩擦作用产生的热能
放射性元素衰变释放热能的积累
概论
变质作用的影响因素 压力
静压力：定向压力
1.2 变质作用影响因素
负荷压力(Pl )：上覆岩层的重力
单位-b、kb、Pa、GPa 范围：1-2kb～7-8kb
据计算每加深1公里，压力增加0.0275GPa
概论
变质作用的影响因素 压力
第十讲
混合岩
实验教学学时分配
实验一 实验二
实验三 实验四
区域变质岩 接触变质岩
气-液变质岩 动力变质岩-混合岩
授课内容
变质岩与变质作用的基本概念 研究历史和发展现状 变质岩分布及研究意义
课程目的和基本要求
概论
变质岩
1.1 变质岩的基本概念
在地壳发展演化过程中，已存在的各种岩石， 由于地壳的构造运动、岩浆活动，地热流的变 化等内力地质作用，使原来岩石所处的地质环 境及物理化学条件发生改变，为了适应这种变 化，在基本保持固态的情况下，岩石的结构构
原来的矿物被
新生的交代矿物完
全取代，但仍保持
原来矿物的形态、 晶形。
绢云母+石英集合体呈长石板状晶形假象
3．交代作用（metasomatiam）
有新组分的加入和新矿物的形成，原有组 分有迁出，原矿物的消失，体系的化学组分和 矿物相数均有变化。
提示(与变质结晶作用的区别)：
交代作用过程为非等化学过
程
1.3 变质作用的类型
类型-规模 局部变质作用
接触－热变质作用：分布在侵入体与围岩接触 带，主要由岩浆热而导致的变质作用。 特点：主要控制因素为温度；
主要变质机制为重结晶；
具有很低P/T比。
概论
类型-规模 局部变质作用
1.3 变质作用的类型
动力变质作用 ：分布在断裂带，在构造作用 下导致的变质作用。 特点：主要控制因素为偏应力；
主要变质机制为变形及动态重结晶。
具有高至低P/T比，但通常P/T比较高。
概论
类型-规模 局部变质作用
1.3 变质作用的类型
冲击变质作用 ：分布在陨石坑附近，在陨石 冲击地表的强大冲击波作用下产生的变质作用。 特点：主要控制因素为瞬时高温、高压； 主要变质机制为变形及部分熔融。
位于美国亚利桑那州的陨石坑