第11讲-变质岩的研究方法

混合岩
岩研究的地质温度计和压力计有：
2. 地质温压计
根据估算温度、压力的条件及方法的特点，适用于变质 1）直接地根据变质过程中发生的变质反应，用热力学pT-成分之间的函数关系Baidu Nhomakorabea算温度和压力。 2）矿物对之间元素分配系数地质温度计及压力计。 3）成岩格子法圈定变质温度及压力范围的方法，这是一
种以变质矿物的共生分析为基础，利用一组能代表变质作用
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3. 指示矿物带及相系的判定
关于不同压力类型区域变质条件下，指示矿物递变序列 的差异，可以从不同压力类型角闪岩相矿物组合中指示矿物
出现的相对顺序来考察。
角闪岩相与绿片岩相不同，它的典型组合中总有黑云母、 铁铝榴石、普通角闪石和斜长石等4种物相中之一种或多种。 坂野升平首先注意到不同变质地区这些矿物出现顺序上的差 异，他把铁铝榴石和普通角闪石较早出现，作为高压担区域
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二、地质产状和岩石组合标志
1. 原岩恢复
变质岩的原岩恢复总是从野外观察研究其地质产状 和岩石组合开始。 内容包括：所研究的变质岩体是层状的还是块状的 与围岩接触关系是渐变的还是突变的、是整合的还是斜
切的，有无接触变质和冷凝边，有无岩浆通道，岩石自
然组合是否显示沉积韵律等。 观察研究其地质产状和岩石组合是恢复原岩的最基
混合岩
1. 原岩恢复
二）岩石组合 1）正常沉积型原岩 常具有完整的沉积旋回和韵律，变质后形成如石英岩-石 英片岩-片岩大理岩这样的变质岩组合，常组成大的旋回， 代表典型的沉积岩系。 角闪岩与富铝质片岩和石英岩组合中，正、副角闪岩在 该组合中的特点不同： 正角闪岩独立产出，多位于大型韵律的界面处；组合中 可有白云岩，但是一般不会出现大理岩。 副角闪岩往往构成石英岩-黑云片麻岩-蓝晶黑云片麻岩 这 种韵律的终结部分；由泥灰质岩石形成的副角闪岩的特征 是与大理岩共存并往往相互过渡。
质岩石，虽然尚不能了解其原岩性质，但也可以使原岩考虑范 围大为缩小。
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四、岩石化学和地球化学标志
1. 原岩恢复
变质岩研究表明，除伴有强烈交代作用的变质岩，一般 变质岩的变质作用过程基本上是等化学的，原岩的化学性质 在常量元素和微量元素含量方面均无明显变化。 可以认为，恢复原岩的岩石化学方法(研究常量元素标 志)和地球化学方法(研究微量元素标志) 较可靠。 岩石化学和地球化学方法已成为恢复变质岩原岩的重要 手段，特别是当地质产状和变余结构构造完全消失时，更有 意义。
础工作。因而在野外必须对地质界线作详细的追索，对
接触带进行细致的观察和对剖面作深入的研究。
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一）地质产状
1. 原岩恢复
1）沉积岩和喷出岩原岩具清晰的层理和褶皱构造。侵入 体原岩没有正常的沉积构造。 2）接触变质和冷凝边可区分层状侵入体与喷出岩。 3）厚度变化、与围岩的接触关系，岩浆通道的存在，是 区分层状熔岩与沉积岩的标志。 4）火山沉积型、混合沉积型和正常沉积型原岩都具有较 稳定的厚度和成分、层状产状，与围岩整合接触和韵律性递 变关系。
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温度计及压力计的选择原则
2. 地质温压计
在变质岩岩石学研究中，可供使用的地质温度计及压力计 的方法是很多。不同方法，对于同一地质过程的温压条件估 算的结果会呈现出一些差别。选择合适的温压计原则为： 1）在使用具体的地质温压计之前，要对其提出的原理，
实验的条件，适用的范围，估算结果的精度进行研究，选择
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五、副矿物
1. 原岩恢复
研究表明，变质岩中某些副矿物如锆石、独居石、磷钇
矿，金红石等，来自原岩，且在变质作用过程中比较稳定，
其原始大小、形状等特征可以保留至角闪岩相甚至麻粒岩相。 因此，副矿物的种类、组合，含量、标型特征、粒度等可作
为恢复原岩的依据。
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1、副矿物的种类及含量
1. 原岩恢复
混合岩
2）火山沉积型原岩
1. 原岩恢复
变质火山岩系的岩石组合因形成条件不同而不同。有的形成由 基性到酸性的完整的火山喷发旋回，有的不完全。 因火山作用地质环境不同可分别形成陆相喷发或海相喷发的岩 石组合：陆相的有玄武岩-安山岩-流纹岩组合。海相的有细碧-角斑 岩系和绿岩建造等，其中往往有硅质岩，碳酸盐岩等夹层。 细碧角斑岩系为一套从基性(细碧岩)到中酸性(角斑岩)的钠质火 山岩序列，常见蛇纹岩-枕状玄武岩-层状放射虫硅质岩组合。 绿岩组合广泛分布在太古代，由下部超镁铁质熔岩、中部拉斑 玄武岩和上部长英质火山岩，火山碎屑岩组成。
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3、原岩恢复的标志
1. 原岩恢复
恢复原岩除要查明变质岩的原岩性质(成因类型)外，还 应尽可能恢复原岩的岩石类型。即使在变质很深的岩石中， 原岩的某些特征也可能残留下来或有所反映，查明其原岩是 可能的。 恢复原岩的标志主要有4个方面： 1）地质产状和岩石组合 2）岩相学 3）岩石化学 4）地球化学及副矿物。
存在，原岩成分的变化，化学分析结果的精度及方法等等，
都会对分配系数的计算结果有影响。这些影响因素，该尽 可能地排除，如果不能排除，应选择那些对这些影响因素 的效应已考虑校正的地质温度计。
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2. 地质温压计
3）Fe-Mg在两矿物之间的分配系数地质温度计是变质岩中 使用最广泛的一种方法。 别尔楚克确定了一个镁铁重新分配的系列：绿泥石-堇青石黑云母-十字石-角闪石-单斜辉石-石榴石-斜方辉石-橄榄石。 这样一个系列，随着温度的升高，系列后面的矿物与前面
近，而主要造岩矿物的密度也近似。因此，将变质碎屑岩中 碎屑副矿物的粒度乘以1.7，即可得到原岩粒度的估计值， 间接推断原岩类型。
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2. 地质温压计
根据岩石的矿物成分、化学成分及结构构造的特征，半定 量或定量地估算矿物或岩石平衡共生时的温度、压力条件的方 法，就称之为地质温度计或地质压力计。 这些方法是以化学热力学为理论基础，以实验矿物学、实 验岩石学资料为依据，考虑到地质作用的实际复杂性提出来的。
实验的体系与估算的变质岩的体系尽可能地接近、精度最高 的方法。一般说来，以矿物组合的资料为基础估算的结果， 较之根据单一矿物或矿物对的资料估算的结果要可靠些。
混合岩
2. 地质温压计
2）一般认为矿物对中元素的分配系数地质温压计，是
一种简便易懂的方法。但是，对处于平衡状态的两矿物间
元素的分配系数的影响因素很多。例如，除研究的主要元 素外，其他 ‘杂质’元素含量的多少，第三、四种矿物的
变质岩
Metamorphic Rock
第十一章 变质岩的研究方法
授课内容
变质岩的原岩恢复 地质温度计和地质压力计 指示矿物带与相系判定
混合岩
一、概述 1、定义
1. 原岩恢复
变质岩的原岩恢复，就是将所研究的变质岩恢复到它 原始的，相当于变质前的岩石面貌。 变质岩的原岩恢复对重建变质地区的地壳发展史和找 矿，都具有重要的意义。在地质测量和地质图的要求中， 规定要对变质岩原岩性质进行再造。
于估算的压力值越可靠，对于分配系数压力计，同样的元素 在两矿物间交换反应的体积的改变值越大，其估算的压力结 果越可信。 5）如果能同时使用不同的地质温度计和压力计，对同一 变质岩的变质温压条件进行估算，估算的结果又非常接近。 那么，这样一个估算的结果就是可靠的。
混合岩
3. 指示矿物带及相系的判定
一、指示矿物带序列与变质相系的判定
各类区域变质相系中，不同压力类型的变质作用有着 不同的指示矿物递变序列。 高压型区域变质，以日本三波川带为例，泥质变质岩
指示矿物带依次为：绿泥石-白云母-石榴石-黑云母
中压型区域变质，以苏格兰巴罗带为例，指示矿物带 依次为：绿泥石-黑云母-铁铝榴石-十字石-延晶石-矽线石。 低压型区域变质，以日本领家变质带为例，泥质变质 岩指示矿物带为：绿泥石-黑云母-红柱石-矽线石-石榴石。
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三、岩相学标志
一）变余结构构造
1. 原岩恢复
变余结构构造是恢复原岩性质最可靠的证据之一。 岩浆凝结型原岩常见变余辉长结构、变余辉绿结构。变质熔 岩中还可出现变余斑状结构、变余气孔构造、变余杏仁构造和 变余流纹构造。海相喷发的熔岩，常见变余枕状构造。 上述变余结构构造均可部分保留至角闪岩相，变余斑状结构 甚至可保留至麻粒岩相。
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2．副矿物的标型特征
1. 原岩恢复
主要有晶形、颜色、光泽、磨圆程度、延长系数。 一般说来，晶形完整、晶棱清晰是岩浆凝结原岩中的
副矿物特点，有一定磨圆；分选不好的副矿物，大部分可
能是火山-沉积成因的副矿物；磨圆显著、分选良好，表 面粗糙无光泽和凸凹不平、有擦痕等是大部分沉积成因的 碎屑副矿物的特征。
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3．副矿物的粒度
1. 原岩恢复
1）区分原岩性质：在原始沉积岩中，碎屑副矿物的颗粒
大小决定于原始沉积岩的类型，并与沉积物的分选有关，而 在火成原岩中则没有这种规律性。 2）推断变质碎屑岩的原岩类型：分选良好的石英砂岩中， 碎屑石英与碎屑锆石的粒度之比等于1.7。这一比值接近锆
石与石英的相对密度比1.77。由于稳定副矿物的密度彼此相
混合岩
1. 原岩恢复
火山沉积型原岩在浅变质条件下可残存各种火山碎屑结构 变质较深时，火山碎屑外形轮廓逐渐消失。但由于原有的
岩屑、玻屑具有与原有基质不同的成分、结构，经变质后，在
较均匀的变质岩基质中，出现不同的矿物或结构并具一定外形 轮廓的集合体团块，它们往往可能是岩屑、玻屑的反映。
混合岩
1. 原岩恢复
混合岩
2、原岩类型的划分
1. 原岩恢复
按变质岩的原岩形成作用特点，可概略地划分为4 个成因类型： 1）岩浆凝结型 包括侵入岩和熔岩。 2）火山沉积型 正常火山碎屑岩。 3）混合沉积型 沉积火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩。 4）正常沉积型 碎屑沉积岩和化学-生物化学沉积岩。 岩浆凝结型是典型的正变质岩，正常沉积型是典型 的副变质岩。其余两个类型为过渡类型。
正常沉积型原岩经变质后最常见的是变余砂状结构、变余 砾状结构、变余层理构造及波痕、龟裂等层面构造。变余泥质 结构一般只出现在变质很浅的岩石中。 韵律层理形成有规律性的不同岩石类型的互层，如角闪岩 与大理岩互层、变质砂岩(浅色)与炭质结晶灰岩(深色)互层。 斜层理的存在是沉积性质最可靠的证据之一，它可在所有 变质相保存下来。 在动力变质作用条件下，强烈的透入性变形使各种原生结 构构造变化，并造成假砾石，假碎屑、假层理。因此，应该区 分真假变余结构构造，应在构造稳定地段寻找变余结构构造。
的矿物共存时，后面韵矿物就更富镁。
这样一种再分配反映了矿物之间热力学性质的联系，在这 个系列中两个矿物之间的距离越大，Fe-Mg在其间的分配受温 度的影响就越明显。
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2. 地质温压计
4）在选择地质压力计时，都应当选择那些反应体积的改 变值大的。因为反应体积的改变值越大，压力对反应平衡的
效应越显著。对于P—T图上的单变线而言，dP/dT越小，对
边界特点的变质反应，找出它们在P-T图解上单变线的位臵 来圈定变质P-T范围的方法。
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2. 地质温压计
4）实验岩石及实验矿物学的方法，包括矿物包裹体
测温法，变质反应及变质过程的模拟实验等方法 。
5）成因矿物学方法，这是一种根据矿物同质多像转 变的温度条件、固溶体矿物的出溶条件、矿物不同温压 条件下结晶习性、矿物结构中离子占位的有序度变化等 特征来估算岩石形成温压条件的方法。
对岩浆凝结的和火山碎屑的原岩，磁铁矿、榍石、磷灰石等
较多地出现于基性火山岩中，锆石、独居石、磷钇矿等较多见
于酸性火山岩中。 对正常沉积和过渡型原岩，其所含副矿物组合情况较复杂。 它一方面与形成原岩的物源地有关，另一方面又与原始沉积分 异有关。因而，研究副矿物可区分副变质岩原岩类型，有助于
分析原始沉积环境。
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二）变质岩矿物成分
1. 原岩恢复
变质岩的矿物成分是原岩化学成分的反映，特别是深变质 条件下，变余结构构造罕见时，矿物成分成了主要的岩相学标
志。
掌握五大化学类型岩石的矿物成分特点有助于恢复原岩。 如果通过矿物成分特点确定了所研究变质岩属五大类中的泥质
或富钙岩石，则原岩沉积性质可知。即使是长英质、基性或镁
变质的特征。
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3. 指示矿物带及相系的判定
从绿片岩向角闪岩相过渡时，在基性和长英质岩石组合中， 不同压力类型变质地区，指示矿物出现顺序如表。表中，从1 至5以压力降低为序，从左至右表示变质级的增高。
混合岩
3. 指示矿物带及相系的判定
二、利用矿物组合确定变质温度和压力 现在已经积累了许多变质矿物稳定的温压范围的实验资料 利用这些取料可以帮助我们判断一个地区的变质温度和压力。 如果一层泥质变质岩，含有十字石、铁铝榴石、蓝晶石、 斜长石、白云母和石英。它与一个花岗片麻岩成互层出现， 现在把有关矿物的稳定曲线投在P-T图上。十字石+白云母+ 石英的出现说明该组合形成温度低于①号反应线，而十字石 与铁铝榴石的共生说明这一组合形成温度应高于②号反应线， A12SiO3的多形说明岩石形成的压力高于⑧号反应线，