第五章 变质相和变质相系

第五章变质相和变质相系

第一节变质相

一、变质相的概念

1911年，23岁的戈尔德施密特（Goldschmidt）发表了对挪威奥斯陆（Oslo）地区接触变质作用研究的专著，第一次成功地把相律应用于变质岩中平衡矿物共生组合的研究。近于同时，与Goldschmidt同龄的芬兰人艾斯科拉（Eskola,1914、1915）也在芬兰西南的奥里耶维（Orijävi）地区从事接触变质作用研究。

这两位变质相的先驱都精通理论化学，且志同道合，都希望把化学平衡的热力学原理应用于自然岩石。1919年，Eskola到奥斯陆，在Goldschmidt的实验室里工作。此间，他把挪威奥斯陆地区的研究成果与芬兰奥里耶维地区的研究成果进行了对比，发现了一个重要的事实，即化学成分基本相同的原岩在两个地区有不同的矿物共生组合，而且两个地区各自都达到了化学平衡。

奥里耶维地区奥斯陆地区

白云母＋石英红柱石＋钾长石

白云母＋黑云母堇青石＋钾长石

黑云母＋普通角闪石紫苏辉石＋斜长石

直闪石紫苏辉石

◆造成这种差异的原因是什么呢？

艾斯科拉把它归因于变质作用物理化学条件的不同：奥斯陆地区比奥里耶维地区变质作用的温度高而压力较低。进一步研究发现，化学成分基本相同的原岩在不同的温压条件下形成不同的矿物组合，大体相同的温压条件下形成的矿物组合随原岩总体化学成分的不同呈有规律的变化。这就是变质相的基本思想。

在此基础上，艾斯科拉（1920）提出了变质相的概念：

❑一个变质相是指在类似的温度压力条件下遭受变质作用达到化学平衡的任何化学组成的岩石，其矿物组合与岩石化学成分之间有着固定的相互对应的关系。

奥里耶维地区接触变质岩构成一个相，称为“角闪岩相”；奥斯陆地区则构成另一个相，称为“辉石角岩相”。每个变质相在世界其它地区都可发现。

根据目前的研究现状，变质相的概念可确定如下：

❑变质相是一定温压范围内形成的各种化学组成的变质岩中的一套变质矿物组合。它们在时间上、空间上反复共生，且矿物组合与岩石化学成分之间有着固定的、可以预测的对应关系。

在理解变质相的概念时应注意下列问题：

❶一个变质相大体上是一个等物理系列，包括一定物化条件范围内形成的各种化学成分的变质岩石。因而变质相与岩石化学成分无关，不能依据个别岩石类型定义一个变质相。

❷“时间上、空间上反复出现”指同一变质相的岩石在不同时代、不同地区经常重复出现。这一方面说明它们在形成时接近化学平衡，另一方面表明它们能在大范围内进行对比。

❸“矿物组合与岩石化学成分之间有着固定的、可以预测的对应关系”，是Eskola从1920年开始就强调的变质相的精髓。意思是在一个变质相中，对应不同化学成分的岩石有不同的矿物组合，给定岩石化学成分后，就可预测相应的矿物组合。一个变质相内岩石化学成分与矿物组合的这种关系，是岩石系统达到化学平衡的必然结果，用成分—共生图解可很好地表示这种关系。

❹变质相的标志是一系列特征的矿物共生组合。通常用基性变质岩矿物组合划分变质

相，并以相应的基性变质岩石对变质相命名。如角闪岩相，就是以该变质相条件下

基性变质岩中出现斜长石＋角闪石组合为标志划分的，并把角闪岩和与之相同的P

－T条件下形成的所有变质岩命名为角闪岩相。

由于不同岩石对温压条件变化的敏感程度不同，因此一个变质相可包括一至几个亚相或变质带，通常用泥质变质岩来划分。

变质相之间的界线是靠特定的变质反应标定的。一方面一个变质相包罗各种岩石类型，不同化学成分的岩石发生的变质反应不同，这些反应在P－T图解上不可能重合；

另一方面，许多变质反应是涉及固溶体的连续反应（滑动反应），这类反应在P－T

图解上不是一条线，而是一个带。因此，变质相之间的界线是渐变的，相邻两相之

间经常有过渡带。

研究变质相的意义在于：

♦查明岩石的矿物共生组合与化学成分之间的关系；

♦查明岩石的矿物共生组合与变质作用的温度和压力的关系。

二、变质相的划分

1920年Eskola最初提出的变质相是五个：绿片岩相、角闪岩相、角岩相、透长石相和榴辉岩相。1939年Eskola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”，同时在P－T图上列出了它们的位置：

1960年Coombs根据对新西兰很低温变质岩的研究成果，提出了沸石相和葡萄石绿纤石变质杂砂岩相。

1960年Turner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。至此共分出十一个变质相，并提出了这个十一个变质相的P－T关系示意图。不过许多人还是主张把绿帘角闪岩相从绿片岩相中独立出来，这就是公认的十二个变质相。

本课程也采用这十二个变质相。其中接触变质相四个，区域变质相八个。三、各变质相的最基本特征

（一）接触变质相

1. 钠长绿帘角岩相（AEH）

基性变质岩特征矿物组合是钠长石（Ab）＋绿帘石（Ep）＋透闪石（Tr）或阳起石（Act）＋绿泥石（Chl），没有钙质斜长石和铝质角闪石。泥质变质岩中铁质堇青石和黑云母出现于低温部分，红柱石出现温度稍高，有叶蜡石。

特征的岩石是斑点板岩，所以也叫斑点板岩相。如果没有早期的区域变质，这个相甚至难于辨认。温度范围约300～400℃，压力0.1～0.4GPa。

2. 普通角闪石角岩相（HH）

基性变质岩特征矿物组合是：斜长石（Pl，An＞25）＋普通角闪石（Hb），可以有透辉石，但没有斜方辉石。变质泥质岩与长英质岩石中红柱石、堇青石不与钾长石共生。温度约400～650℃，压力0.1～0.3GPa。

3. 辉石角岩相（PH）

基性变质岩出现斜长石（Pl）＋透辉石（Di）＋紫苏辉石（Hy）组合。泥质变质岩出现夕线石（Sill）、正长石（Or）；泥质变质岩中白云母+石英不稳定，红柱石、堇青石、夕线石开始与正长石稳定共生。温度范围约650～800℃，压力不超过0.2GPa，甚至不足0.1GPa，温度压力受到花岗质岩石熔融线的限制。