变质岩变质作用第2讲

1、 一一 变质岩的概念变质岩的概念 二二 变质岩的研究内容变质岩的研究内容 三三 研究变质岩的方法研究变质岩的方法 四四 变质岩的分布变质岩的分布4 4、变质岩岩石学的概念及研究内容、变质岩岩石学的概念及研究内容 变质岩岩石学变质岩岩石学是研究地壳内部发生的变质是研究地壳内部发生的变质作用、变形作用和变质岩的形成特点及其演变作用、变形作用和变质岩的形成特点及其演变历史的学科，天体陨石的冲击变质亦属这一研历史的学科，天体陨石的冲击变质亦属这一研究范畴。究范畴。 在地壳演化过程中，地幔、地壳的相互作在地壳演化过程中，地幔、地壳的相互作用，引起区域热流和构造环境的变化，发生了用，引起区域热流和构造环境

2、的变化，发生了一系列属于不同变质相、变质相系和不同形变一系列属于不同变质相、变质相系和不同形变程度的变质岩石。它们是变质作用在自然界的程度的变质岩石。它们是变质作用在自然界的记录，因而也是变质岩岩石学的研究对象。记录，因而也是变质岩岩石学的研究对象。 变质岩岩石学的研究要掌握更多的岩相学、变质岩岩石学的研究要掌握更多的岩相学、区域地质学资料，充分搞清各种岩石之间野外关区域地质学资料，充分搞清各种岩石之间野外关系，加强岩石组合和岩石的物质组分系，加强岩石组合和岩石的物质组分( (包括矿物包括矿物学和地球化学学和地球化学) )的研究，从而进一步引出客观存的研究，从而进一步引出客观存在的形成条件和岩

3、石构造历史，并从物理化学基在的形成条件和岩石构造历史，并从物理化学基础理论来阐明其内在联系和发生的根本原因。这础理论来阐明其内在联系和发生的根本原因。这些资料可以通过以下方法完成：些资料可以通过以下方法完成： 1 1、野外地质方法、野外地质方法 2 2、实验岩石学方法、实验岩石学方法 3 3、理论综合分析、理论综合分析5、变质作用研究的突破点、变质作用研究的突破点（1 1）应用等变度和等变反应度的原理，进行变质）应用等变度和等变反应度的原理，进行变质带和变质相的划分；带和变质相的划分；（2 2）糜棱岩是韧性变形的产物）糜棱岩是韧性变形的产物-糜棱岩成因机制糜棱岩成因机制的新发现，不仅是动力变质

4、岩岩石学的一场革命，的新发现，不仅是动力变质岩岩石学的一场革命，而且对构造地质学的研究也起到了巨大的推动作用；而且对构造地质学的研究也起到了巨大的推动作用；（3 3）变质作用与变形作用相互关系的研究，对地）变质作用与变形作用相互关系的研究，对地壳的形成、发展和演化的探讨有重要意义。壳的形成、发展和演化的探讨有重要意义。（4 4）压力）压力- -温度温度- -时间（时间（PTtPTt）轨迹的研究，对地壳）轨迹的研究，对地壳演化历史的研究有重要意义。演化历史的研究有重要意义。 地球已经是一个地球已经是一个4646亿亿 年的历史，至于原始的地球到年的历史，至于原始的地球到底是高温的还是低温的，科学家

5、们也有不同的说法。底是高温的还是低温的，科学家们也有不同的说法。从古老的地球起源学说出发，大多数人曾相信地球从古老的地球起源学说出发，大多数人曾相信地球起初是一个熔融体，经过几十亿年的地质演化历程，起初是一个熔融体，经过几十亿年的地质演化历程，至今地球仍保持着它的热量。至今地球仍保持着它的热量。现代研究的结果比较倾向地球低温起源的学说。现代研究的结果比较倾向地球低温起源的学说。地球的早期状态究竟是高温的还是低温的，目前还地球的早期状态究竟是高温的还是低温的，目前还存在着争论。然而无论是高温起源说还是低温起源存在着争论。然而无论是高温起源说还是低温起源说，地球总体上经历了一个由热变冷的阶段，由于

6、说，地球总体上经历了一个由热变冷的阶段，由于地球内部又含有热源，因此这种变冷过程是极其缓地球内部又含有热源，因此这种变冷过程是极其缓慢的，直到今天地球仍处于继续变冷的过程中。慢的，直到今天地球仍处于继续变冷的过程中。 月岩阶段月岩阶段远太古代远太古代=基性物质强烈聚集时期基性物质强烈聚集时期陆核阶段陆核阶段太古代太古代=基性岩基性岩- -花岗岩形成时期花岗岩形成时期原始地台阶段原始地台阶段元古代元古代=花岗岩形成花岗岩形成+ +沉积岩形沉积岩形成时期成时期在重力作用下在重力作用下 ，地球外部较重的物质逐，地球外部较重的物质逐 渐下沉，渐下沉，内部较轻的物质内部较轻的物质 上升。液态的铁等重元素

7、上升。液态的铁等重元素 沉到了沉到了地球中心，形成地地球中心，形成地 核。而后，由于地球内部核。而后，由于地球内部 的对的对流和化学流和化学 分离，就逐渐形成了地壳分离，就逐渐形成了地壳 、地幔、地核、地幔、地核等层次。等层次。论题1 变质岩与岩浆岩异同变质岩与岩浆岩异同提示提示1 从变质岩的概念入手从变质岩的概念入手提示提示2 从形成环境、岩石特征方面论述从形成环境、岩石特征方面论述参考书目 1、乐昌硕、乐昌硕 岩石学岩石学 2、贺同兴、贺同兴 变质岩岩石学变质岩岩石学 3、王仁民、王仁民 变质岩石学变质岩石学 4、管守一、管守一 岩浆岩与变质岩简明教程岩浆岩与变质岩简明教程 一一 变质作用

8、的概念变质作用的概念 二二 变质作用的外部因素变质作用的外部因素 三三 变质作用的方式变质作用的方式 四四 变质作用的类型变质作用的类型本章主要解决问题：本章主要解决问题：1.什么是变质作用？什么是变质作用？2.变质作用的类型变质作用的类型3.为什么要发生变质作用为什么要发生变质作用4.变质作用通过那些方式进行变质作用通过那些方式进行一、变质作用（metamorphism）概念 在地壳形成和发展、演化过程中，早先在地壳形成和发展、演化过程中，早先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩以及先存形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩以及先存的变质岩）在固态条件下，矿物成分和结构、的变质岩）在固态条件下，矿物成分和

9、结构、构造发生一系列的改变，构造发生一系列的改变，这种由地球内动力这种由地球内动力作用促使岩石发生矿物成分和结构构造变化作用促使岩石发生矿物成分和结构构造变化的过程的过程称为称为变质作用变质作用。 变质作用发生于一定的温度和压力范围，变质作用发生于一定的温度和压力范围，通常是通常是T=200-800T=200-800，P=0.02-1.5GPaP=0.02-1.5GPa。此温度。此温度范围大致位于成岩后生作用和岩浆作用之间，范围大致位于成岩后生作用和岩浆作用之间，压力范围表明它要求处于地壳一定深处，即风压力范围表明它要求处于地壳一定深处，即风化带之下。化带之下。 但近年来在变质岩中柯石英、微粒

10、金刚石但近年来在变质岩中柯石英、微粒金刚石及多种矿物出溶结构的发现表明，变质作用已及多种矿物出溶结构的发现表明，变质作用已不局限于地壳范围，压力也已远远超出不局限于地壳范围，压力也已远远超出1.5GPa1.5GPa。P(Gpa)T( C)O00.40.81.210011005001000未发现地盾地热大洋地热碎裂变质作用深埋变质作用接触变质作用成岩作用玄武岩的熔融线饱和水的花岗岩熔融线区域变质作用二、变质作用的类型二、变质作用的类型根据变质作用的地质环境和条件及主要因根据变质作用的地质环境和条件及主要因素，可以分出七大类型：素，可以分出七大类型：（1 1）区域变质作用；）区域变质作用；（2 2

11、）混合岩化作用；）混合岩化作用；（3 3）动力变质作用；）动力变质作用；（4 4）接触变质作用；）接触变质作用；（5 5）气）气- -液变质作用；液变质作用；（6 6）洋底变质作用；）洋底变质作用；（7 7）冲击变质作用等。）冲击变质作用等。 1）埋深变质作用 2 2）俯冲带变质作用）俯冲带变质作用 产生于板块的俯冲带中，既可产生于海洋板块的产生于板块的俯冲带中，既可产生于海洋板块的俯冲带中俯冲带中( (如日本三波川如日本三波川) )，又可产生于大陆板块的俯，又可产生于大陆板块的俯冲带中冲带中( (如中国祁连山如中国祁连山) )。形成蓝闪石。形成蓝闪石硬柱石片岩相硬柱石片岩相和其他绿片岩相。为

12、高压低温环境，属于高压相系。和其他绿片岩相。为高压低温环境，属于高压相系。一般压力为一般压力为0 05 51 12GPa2GPa，温度为，温度为250250350350。 3 3）区域低温动力变质作用）区域低温动力变质作用 这一类型常为大面积或带状分布的单相绿片岩相这一类型常为大面积或带状分布的单相绿片岩相变质地带。它是强应力和低温条件下形成具有劈理和变质地带。它是强应力和低温条件下形成具有劈理和片理的低级变质岩系。它往往与构造作用紧密相关，片理的低级变质岩系。它往往与构造作用紧密相关，主要见于不同时期造山带地区主要见于不同时期造山带地区 4 4）区域动力热流变质作用）区域动力热流变质作用 它

13、以出现递增变质带为特征。有明显的变形作用。它以出现递增变质带为特征。有明显的变形作用。构造环境以克拉通内裂谷为主，如辽宁的辽河岩群和构造环境以克拉通内裂谷为主，如辽宁的辽河岩群和山西的五台岩群均属此类。山西的五台岩群均属此类。 5 5）区域中高温变质作用）区域中高温变质作用 一般产于太古宙克拉通内，是地壳演化早一般产于太古宙克拉通内，是地壳演化早期所特有的一种变质作用类型。形成角闪岩相期所特有的一种变质作用类型。形成角闪岩相或麻粒岩相的单相变质作用。一般不能划分递或麻粒岩相的单相变质作用。一般不能划分递增变质带。地热梯度较高，一般为中压型和低增变质带。地热梯度较高，一般为中压型和低压型，亦有高

14、压相型。压型，亦有高压相型。 6 6）断陷变质作用）断陷变质作用 这种类型是指已稳定的克拉通内部出现断这种类型是指已稳定的克拉通内部出现断陷地堑，它们规模不大，被陆相或海相沉积陷地堑，它们规模不大，被陆相或海相沉积火山岩系所充填，由于埋藏深度或局部热流值火山岩系所充填，由于埋藏深度或局部热流值上升的作用，使沉积物或火山岩系发生了低绿上升的作用，使沉积物或火山岩系发生了低绿片岩相的变质作用。片岩相的变质作用。 2 2动力变成作用动力变成作用 是在构造运动产生的定向压力的作用是在构造运动产生的定向压力的作用下，使岩石发生破碎、变形和重结晶而使下，使岩石发生破碎、变形和重结晶而使结构、构造或有矿物成

15、分上的转变的一种结构、构造或有矿物成分上的转变的一种变质作用。变质作用。 3 3接触变质作用接触变质作用岩浆侵入到地壳的上岩浆侵入到地壳的上部层位，由于岩浆的部层位，由于岩浆的高温和从岩浆中分出高温和从岩浆中分出溶液的影响而引起岩溶液的影响而引起岩石发生变质的作用。石发生变质的作用。 4 4、气、气- -液变质作用液变质作用 来自于岩浆的挥发份或地壳中区域性来自于岩浆的挥发份或地壳中区域性分布的热水溶液对岩石进行交代而使岩石分布的热水溶液对岩石进行交代而使岩石发生变质的一种作用称为气发生变质的一种作用称为气- -液变质作用，液变质作用，这种变质作用的主要影响因素是化学活动这种变质作用的主要影响

16、因素是化学活动性流体和温度。性流体和温度。 5 5混合岩化作用混合岩化作用 在地壳深部高级变质岩发育区，由于在地壳深部高级变质岩发育区，由于温度，压力进一步升高，又有流体存在，温度，压力进一步升高，又有流体存在，一些变质岩能熔融产生相当数量的花岗质一些变质岩能熔融产生相当数量的花岗质熔体，这种现象称为深熔作用。熔体，这种现象称为深熔作用。 6 6洋底变质作用洋底变质作用 指洋中脊附近，由于洋壳两侧不断扩指洋中脊附近，由于洋壳两侧不断扩张，深部热流上升，加热了洋壳的岩石及张，深部热流上升，加热了洋壳的岩石及其中的海水，使洋壳岩石在上升热流和热其中的海水，使洋壳岩石在上升热流和热卤水作用下发生变质

17、。卤水作用下发生变质。 7 7冲击变质作用冲击变质作用 是陨石冲击地表时，在强大冲击波影响下，是陨石冲击地表时，在强大冲击波影响下，压力突然增高，温度聚增引起陨石坑内外岩石压力突然增高，温度聚增引起陨石坑内外岩石发生变质。典型的冲击变质岩为陨击角砾岩，发生变质。典型的冲击变质岩为陨击角砾岩，是一种基质呈似熔岩外貌的角砾岩。是一种基质呈似熔岩外貌的角砾岩。100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000T C246810P千巴7 C/Km风化-沉积成岩后生作用埋藏变质作用热接触变质作用区域变质作用深熔作用开始深熔作用60 C/Km自然界没有发生这种情况图 1-2

18、变质作用和成岩后生作用、深熔作用的温度、 压力范围示意图 三、变质反应的主要外部因素三、变质反应的主要外部因素 变质作用是自然界的一种内动力地质作变质作用是自然界的一种内动力地质作用。地壳中已有岩石变质的原因，从根本上用。地壳中已有岩石变质的原因，从根本上来说，来说，是地壳发展一定阶段一定地区的地质是地壳发展一定阶段一定地区的地质环境所决定，并和岩浆活动、构造运动或复环境所决定，并和岩浆活动、构造运动或复杂的深成作用相联系。杂的深成作用相联系。 而变质反应则是发生在这一背景下，形而变质反应则是发生在这一背景下，形成变质岩方式之一。成变质岩方式之一。变质反应的因素可分为两类：变质反应的因素可分为

19、两类： 一类是内部因素（内因）一类是内部因素（内因）: :指指原岩原岩的成的成分、结构构造及岩石组合特征；分、结构构造及岩石组合特征； 另一类是外部因素（外因）亦即地质另一类是外部因素（外因）亦即地质因素因素: :指温度、指温度、 压力、具化学活动性的压力、具化学活动性的流体和时间。流体和时间。 决定变质岩矿物和组构特征的直接控决定变质岩矿物和组构特征的直接控制因素则是变质作用当时的物化条件制因素则是变质作用当时的物化条件，其中主要是其中主要是温度、压力、具化学活动性温度、压力、具化学活动性的流体和时间的流体和时间等因素。等因素。 1 1、温度、温度温度的改变是引起变质作用的主要因素，温温度的

20、改变是引起变质作用的主要因素，温度升高度升高: :可使原岩中一些矿物发生重结晶可使原岩中一些矿物发生重结晶引起原岩中矿物之间发生变质反应，各种引起原岩中矿物之间发生变质反应，各种组分重新组合形成新矿物组分重新组合形成新矿物岩石中流体的活动性增大，促进变质反应岩石中流体的活动性增大，促进变质反应进行，使新矿物和新组构能以较快的速度和进行，使新矿物和新组构能以较快的速度和较大的规模形成。较大的规模形成。温度持续升高可使原岩在重结晶和变质结温度持续升高可使原岩在重结晶和变质结晶基础上发生部分重熔，其中长英质组分成晶基础上发生部分重熔，其中长英质组分成为流体相，引起混合岩为流体相，引起混合岩一般变质作

21、用的温度一般变质作用的温度范用介于范用介于150150一一900900之间，引起温度升温之间，引起温度升温的原因很多的原因很多: :最重要的是最重要的是地热异常地热异常; ;温度为什么会升高呢温度为什么会升高呢? ?来自高温岩桨活动的岩来自高温岩桨活动的岩浆热浆热; ;在各地下均匀分布的放在各地下均匀分布的放射性元素蜕变引起的放射射性元素蜕变引起的放射热热; ;地幔深部熔融体的重力地幔深部熔融体的重力分异；分异；强烈的断裂带或其他构强烈的断裂带或其他构造变形引起的摩擦热等，造变形引起的摩擦热等，都对变质温度起不同程度都对变质温度起不同程度的影响。的影响。 0 10502 2、压力、压力 岩石的

22、变质作用通常是在一定的压力岩石的变质作用通常是在一定的压力状态下进行的，这种压力根据其物理性质状态下进行的，这种压力根据其物理性质可分为二类：可分为二类：静压力和应力。其中静压力静压力和应力。其中静压力又可分为：流体压力和负荷压力，又可分为：流体压力和负荷压力， 1 1）负荷压力）负荷压力-是指各个方向相等的围压，岩是指各个方向相等的围压，岩石在地壳一定深度所承受的上覆岩层的重力。并石在地壳一定深度所承受的上覆岩层的重力。并随深度而增加，近于上覆岩层的重量。随深度而增加，近于上覆岩层的重量。 在离地表在离地表0 0一一4040公里范围内，根据岩层的平均公里范围内，根据岩层的平均密度计算，每加深

23、一公里，负荷压力平均增加密度计算，每加深一公里，负荷压力平均增加0.275kb0.275kb，一般负荷压力随深度大约以（，一般负荷压力随深度大约以（0.25-0.25-0.30.3）Kb/KmKb/Km的速率而增加。其数值主要取决于岩的速率而增加。其数值主要取决于岩石在地壳中所处的深度，负荷压力与不同地区上石在地壳中所处的深度，负荷压力与不同地区上覆岩石密度和深度成相关。变质作用的压力范围覆岩石密度和深度成相关。变质作用的压力范围一般为一般为0.2-15Kb0.2-15Kb（0.02-1.5GPa0.02-1.5GPa） 。 负荷压力对变质反应的主要作用是有利于负荷压力对变质反应的主要作用是有

24、利于生成分子体积较小的矿物组合；生成分子体积较小的矿物组合；镁橄榄石镁橄榄石+ +钙长石钙长石 石榴石石榴石 43.9 101.1 12143.9 101.1 121静压力还可使吸热变质反应的温度升高。静压力还可使吸热变质反应的温度升高。 2）粒间流体压力 一般来说，任何岩石在变质前早已多多少少地含有一定量的流体，变质作用一旦开始，它们便被释放出来，它们充填于毛细孔和微裂隙中，不完全被颗粒所吸附，成为一个独立的相，具有一定的流体压力。 流体压力的大小将取决于在地壳中所处的深度。 粒间流体压力升高，粒间流体压力升高，不利于脱碳反应，导致不利于脱碳反应，导致变质反应的温度增加。变质反应的温度增加。

25、 原岩含原岩含H H2 2O O不足时，又不足时，又可能会出现流体压力小可能会出现流体压力小于负荷压力的状况，会于负荷压力的状况，会大大有利于脱水和脱碳大大有利于脱水和脱碳酸反应的进行；酸反应的进行； 相反，粒间流体压力相反，粒间流体压力升高，不利于脱碳反应，升高，不利于脱碳反应，导致变质反应的温度增导致变质反应的温度增加加 。方解石+石英=硅灰石+二氧化碳粒间流体压力加大可促进岩石颗粒的重结粒间流体压力加大可促进岩石颗粒的重结晶，抑制含结构水的矿物的分解。晶，抑制含结构水的矿物的分解。当当P PH2OH2O增大时有利于水化反应，相反有利于增大时有利于水化反应，相反有利于发生脱水反应。发生脱水

26、反应。 总之，变质作用过程中一般是流体压力总之，变质作用过程中一般是流体压力与负荷压力相等，此时流体压力都不是决与负荷压力相等，此时流体压力都不是决定物化平衡的独立因素；当少数情况下两定物化平衡的独立因素；当少数情况下两者不相等时，则流体压力起独立作用，成者不相等时，则流体压力起独立作用，成为控制脱水和脱碳酸盐化等变质反应的主为控制脱水和脱碳酸盐化等变质反应的主要因素。要因素。3 3）应力）应力 应力是一种定向压力，常和地壳活动带应力是一种定向压力，常和地壳活动带的构造运动有关，在一个地区的出现常具有的构造运动有关，在一个地区的出现常具有阶段性，其强度在空间上也变化很大，且只阶段性，其强度在空

27、间上也变化很大，且只对固态岩层起作用。一般应力在地壳浅部较对固态岩层起作用。一般应力在地壳浅部较强，至深部则减弱。强，至深部则减弱。 据党亚民（据党亚民（20092009）研究，地壳中构造应力与密度）研究，地壳中构造应力与密度异常有关，在密度异常变化较大的地区异常有关，在密度异常变化较大的地区, ,构造应力的构造应力的变化也较大变化也较大, ,密度异常可能是构造运动的主因密度异常可能是构造运动的主因; ;如密如密度异常不变度异常不变, ,构造应力随深度的增加而增加构造应力随深度的增加而增加; ;在在20 km20 km以下构造应力为张应力以下构造应力为张应力, ,约为约为100-150MPa1

28、00-150MPa。因此，地。因此，地壳浅部以压应力为强，深部以张应力为强。壳浅部以压应力为强，深部以张应力为强。 l 应力是变形、变质作用的重要因素，主要表现应力是变形、变质作用的重要因素，主要表现为对岩石和矿物进行机械改造。为对岩石和矿物进行机械改造。l 地壳浅部岩石的变形，板状流劈理、片理和碎地壳浅部岩石的变形，板状流劈理、片理和碎裂构造的形成显然都和应力直接有关。裂构造的形成显然都和应力直接有关。 l区域变质岩中结晶片理的成因是通过组份的差异区域变质岩中结晶片理的成因是通过组份的差异性运动形成定向组构，性运动形成定向组构，l应力还能通过多种途径增加变质反应和重结晶作应力还能通过多种途径

29、增加变质反应和重结晶作用的速度，促进这些化学反应的进行，尤其在较低用的速度，促进这些化学反应的进行，尤其在较低温坏境中，它的影响更为明显。温坏境中，它的影响更为明显。 l应力是一个影响矿物平衡的独立因素，在应力作应力是一个影响矿物平衡的独立因素，在应力作用下，晶格变形、位错、碎粒化和表面能的增加等用下，晶格变形、位错、碎粒化和表面能的增加等对固相反应起催化的作用。对固相反应起催化的作用。在错断带和退变质地带，应力常常是导致变质反应在错断带和退变质地带，应力常常是导致变质反应的工兵，并为裂隙溶液的循环打开通道，促进重结晶的工兵，并为裂隙溶液的循环打开通道，促进重结晶作用和交代作用。作用和交代作用

30、。 在地壳较深部，因温度较高，负荷压力较大，岩石在地壳较深部，因温度较高，负荷压力较大，岩石具有塑性，此时应力可通过岩石的塑性变形而被释放，具有塑性，此时应力可通过岩石的塑性变形而被释放，所以它们就不可能起附加压力的作用。所以它们就不可能起附加压力的作用。近来的地质观察和实验研究都表明它们不是变质反近来的地质观察和实验研究都表明它们不是变质反应的物化平衡因素，所以一般情况下，也不是形成任应的物化平衡因素，所以一般情况下，也不是形成任何变质矿物的必要条件。何变质矿物的必要条件。3 3、具化学活动性的流体、具化学活动性的流体（1 1）以水为主的流体）以水为主的流体u岩石是保持完整的固态，但其中常存

31、在少量流体岩石是保持完整的固态，但其中常存在少量流体相，一般其总量不超过相，一般其总量不超过1-21-2，且随原岩变质程度的，且随原岩变质程度的加强而减少。加强而减少。u流体相的成分以水和流体相的成分以水和COCO2 2为主，在变质作用的温压为主，在变质作用的温压条件下，岩石中的某些组分如条件下，岩石中的某些组分如K K、NaNa、SiSi、MgMg、AlAl、FeFe、ClCl、F F、S S等也可溶解到流体相中作为流体相的等也可溶解到流体相中作为流体相的组成部分。组成部分。u研究表明，流体的成分与变质母岩的成分和变质研究表明，流体的成分与变质母岩的成分和变质程度有关。程度有关。 它们在较高

32、的温度和压力条件下，成它们在较高的温度和压力条件下，成超临超临界状态界状态，具有较大活动性；，具有较大活动性；在较低温条件下，则成一般的热液，称为在较低温条件下，则成一般的热液，称为变质热液变质热液；它们既可存在于矿物粒隙之间，称为它们既可存在于矿物粒隙之间，称为间隙间隙溶液溶液，也可填充在裂隙中，成能自由流动，也可填充在裂隙中，成能自由流动的的裂隙溶液裂隙溶液。 它们所起的作用主要有以下几个方面：它们所起的作用主要有以下几个方面： 1 1）流体溶液可以起溶剂作用；）流体溶液可以起溶剂作用； 2 2）水化和脱水反应是很重要的变质反应；）水化和脱水反应是很重要的变质反应； 绢云母绢云母+ +绿泥

33、石绿泥石=黑云母黑云母+H+H2 2O O 3 3）以水为主的流体相对于重熔（溶）作用也）以水为主的流体相对于重熔（溶）作用也很重要。很重要。 花岗岩重熔花岗岩重熔9509500 0C C；花岗岩；花岗岩+ +水水=640=6400 0C C。流体熔液主要来源于沉积原岩。变质作用达到中高温流体熔液主要来源于沉积原岩。变质作用达到中高温变质条件时，溶液的化学成分都已与相邻矿物之间处变质条件时，溶液的化学成分都已与相邻矿物之间处于平衡状态，而和原来的化学成分则有较大差异，其于平衡状态，而和原来的化学成分则有较大差异，其物性也有重大变化，即由一般的热液变成超临界的流物性也有重大变化，即由一般的热液变

34、成超临界的流体相，从被封闭的海水转变成为变质热液的过程中，体相，从被封闭的海水转变成为变质热液的过程中，它们成分变化的趋势是它们成分变化的趋势是ClCl- -、CaCa+、SrSr+、BaBa+ +和和K K+ +增加，增加，而而SOSO4 4-2-2、HCOHCO3 3、NaNa+ +、MgMg2+2+则减少。它们和变质反应及则减少。它们和变质反应及交代作用都关系很大，已日益引起人们的注意。交代作用都关系很大，已日益引起人们的注意。此外，在区域变质作用的后期，当热流值继续升高时，此外，在区域变质作用的后期，当热流值继续升高时，常还有深部上升的流体溶液，有时称之为常还有深部上升的流体溶液，有时

35、称之为“深部热深部热液液”，它们对已变质的岩石进行一系列交代作用，形，它们对已变质的岩石进行一系列交代作用，形成各种混合岩及花岗质岩石。成各种混合岩及花岗质岩石。（2 2）氧的作用）氧的作用在变质作用过程中，氧不是流体相的主要组份，但岩石中氧的在变质作用过程中，氧不是流体相的主要组份，但岩石中氧的活动性（或活动性（或PoPo2 2的大小）和变质矿物组合有很大关系，的大小）和变质矿物组合有很大关系，当氧的分压（当氧的分压（PoPo2 2）较高时，岩石中的铁大多数成）较高时，岩石中的铁大多数成FeFe3+3+离子，离子，后者不能大量进入多数铁镁硅酸盐（如黑云母、铁铝榴石、堇后者不能大量进入多数铁镁

36、硅酸盐（如黑云母、铁铝榴石、堇青石等）矿物中，只有磁铁矿、绿帘石和钙铁榴石等少数矿物青石等）矿物中，只有磁铁矿、绿帘石和钙铁榴石等少数矿物可含较大量可含较大量FeFe3+3+。 当氧的活动性太大时，则富含铁的硅酸盐如绿帘石等也难以当氧的活动性太大时，则富含铁的硅酸盐如绿帘石等也难以出现，只有磁铁矿、赤铁矿等才是稳定矿物。出现，只有磁铁矿、赤铁矿等才是稳定矿物。 近来研究证实流体相中和泥质变质岩中黑云母、白云母、近来研究证实流体相中和泥质变质岩中黑云母、白云母、石榴石和堇青石等矿物的稳定范围及其成分中石榴石和堇青石等矿物的稳定范围及其成分中MgOMgOFeOFeO比值关比值关系很大。系很大。当当

37、PoPo2 2低时，这些矿物会出现较早，且其低时，这些矿物会出现较早，且其MgOMgOFeOFeO比值较低，比值较低，即较富含铁；即较富含铁；相反当相反当PoPo2 2较高时，则这些矿物出现较晚，且相同较高时，则这些矿物出现较晚，且相同P-TP-T条件下，条件下，MgOMgOFeOFeO比值较高，即较富含镁。比值较高，即较富含镁。（3 3）二氧化碳的作用）二氧化碳的作用 流体流体 (Xco(Xco2 2) )成分对碳酸盐化与脱碳酸反应具有重成分对碳酸盐化与脱碳酸反应具有重要的控制作用，特别是对碳酸盐岩发育地区，局部要的控制作用，特别是对碳酸盐岩发育地区，局部流体中流体中XcoXco2 2很高外

38、，高级变质很高外，高级变质地体形成时地体形成时XcoXco2 2也很高。也很高。 所以近年来有的学者强调所以近年来有的学者强调XcoXco2 2在形成麻粒岩和紫苏花岗岩方在形成麻粒岩和紫苏花岗岩方面起着决定性的作用。面起着决定性的作用。自然界自然界COCO2 2并不能迅速逃逸。并不能迅速逃逸。一方面，一方面，XcoXco2 2取决于原岩及环取决于原岩及环境；境；XcoXco2 2愈高，脱碳酸反应的愈高，脱碳酸反应的起始温度也愈高。一般情况下起始温度也愈高。一般情况下在同样的流体压力下硅灰石的在同样的流体压力下硅灰石的形成温度比形成温度比XcoXco2 2=1=1的平衡温度的平衡温度大约要低大约

39、要低10301030。另一方面，随着脱碳酸反应的另一方面，随着脱碳酸反应的进行，局部进行，局部XcoXco2 2便会增高，反便会增高，反转来要求反应温度也愈来愈高，转来要求反应温度也愈来愈高，XcoXco2 2和反应互为因果。在和反应互为因果。在PtPt图图解上反应物和生成物四相共存解上反应物和生成物四相共存于于Xco2=0和和Xco2=1之间的一个双之间的一个双变反应带之中，而不是一条简变反应带之中，而不是一条简单的单变反应线。单的单变反应线。 4 4、时间、时间 由于变质反应往往极其缓慢，所以外由于变质反应往往极其缓慢，所以外界环境需要在适宜反应的条件下保持足够界环境需要在适宜反应的条件下

40、保持足够长的时间，（一般要几百万年），反应才长的时间，（一般要几百万年），反应才得以发生。换言之，外界条件改变的速率得以发生。换言之，外界条件改变的速率要小于变质反应的速率，才能发生变质反要小于变质反应的速率，才能发生变质反应。应。 在在108Pa、8300C下加热下加热滑石，随着时间各种矿滑石，随着时间各种矿物的消长情况物的消长情况.Tc-滑石、滑石、Ant-直闪石、直闪石、En-顽火辉石、顽火辉石、Q-石英石英矿物含量 1.1.温度温度: : 一般是最重要因素，它不仅控制着变质作用的发一般是最重要因素，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；生和发展，也制约着流

41、体的活性和岩石变形性质；2.2.压力压力: : 影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定作用；作用；3.3.应力应力: : 不是物化平衡的独立因素，但它是变质岩组构的最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；重要因素，此外还控制着变质反应的速度和规模；4.4.流体流体: :是变质作用得以实现的基本因素，但温度又是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。具有活动性的前提。相互关系相互关系-相互促进又相互制约相互促进又相互制约四、变质作用P-T-t轨迹 1P-T-t轨迹的概念

42、1977年England和Richardson在一篇论述侵蚀作用对造山带区域变质作用演化过程的影响的论文中提出的，当初称作P-T轨迹(P-T path)。以后，England和Thompson在对大陆增厚事件中经受区域变质作用岩石的P-T演化规律全面热模拟研究基础上，正式提出P-T-t轨迹这一术语(England and Thompson，1984）； 岩石在变质作用过程中岩石在变质作用过程中P-TP-T条件随时间条件随时间(t)(t)的变化而变化的历程或在的变化而变化的历程或在P-TP-T图解中表示该历程图解中表示该历程的曲线的曲线”(Miyashim(Miyashim，1994)1994)

43、。P-T-tP-T-t轨迹时一个非常主要的概念轨迹时一个非常主要的概念变质作用的变质作用的P-T-t轨迹是上世纪轨迹是上世纪80年代，在年代，在研究研究造山带变质作用的基础上提出的造山带变质作用的基础上提出的P-T-t轨迹的研究是从地球动力的角度研究造山轨迹的研究是从地球动力的角度研究造山带变质作用带变质作用P-T-t轨迹变质作用理论的提出被认为是变质岩轨迹变质作用理论的提出被认为是变质岩石学理论研究的一个重大突破，石学理论研究的一个重大突破，它使得人们从它使得人们从动态的观点，重新审视变质岩石学领域的一些动态的观点，重新审视变质岩石学领域的一些重大问题和基本概念，是标志着变质作用研究重大问题

44、和基本概念，是标志着变质作用研究进入地球动力学阶段的里程碑。进入地球动力学阶段的里程碑。P-T-t轨迹是表示变质作用过程中压力轨迹是表示变质作用过程中压力(P)、温度、温度(T)随时间随时间(t)变化的历程，在平面图上用曲线来变化的历程，在平面图上用曲线来表示变质历程（轨迹）表示变质历程（轨迹） 变质地体的热模拟和变质岩经历的变质地体的热模拟和变质岩经历的P-T-tP-T-t轨轨迹、热演化及构造演化之间的关系研究成果表迹、热演化及构造演化之间的关系研究成果表明，岩石经历的实际明，岩石经历的实际P-T-tP-T-t轨迹的特点与变质轨迹的特点与变质作用构造环境密切相关。作用构造环境密切相关。 下面

45、以大陆碰撞造山带为例，介绍下面以大陆碰撞造山带为例，介绍P-T-tP-T-t轨轨迹与构造迹与构造- -热演化过程的关系及有关基本概念。热演化过程的关系及有关基本概念。2.PTt2.PTt轨迹轨迹 A.B.Thompson1976A.B.Thompson1976，提出随着深度，提出随着深度( (压力压力) )的增加，的增加，变质温度级可能提高，也可能反而降低，这取决于古变质温度级可能提高，也可能反而降低，这取决于古温度梯度与古压力梯度之间夹角的大小以及古侵蚀面温度梯度与古压力梯度之间夹角的大小以及古侵蚀面与现侵蚀面之间的相对关系。与现侵蚀面之间的相对关系。 因而变质相系列的分布和成因也是一个受许

46、多因因而变质相系列的分布和成因也是一个受许多因素控制的复杂问题。如逆掩模型、侵入模型、侵蚀模素控制的复杂问题。如逆掩模型、侵入模型、侵蚀模型。，这些事件都会使岩石实际所经历的型。，这些事件都会使岩石实际所经历的PTtPTt轨迹与轨迹与该地区的稳态地热梯度严重偏离。该地区的稳态地热梯度严重偏离。 岩石一般经历三个阶段：一是掩埋阶段，在碰撞岩石一般经历三个阶段：一是掩埋阶段，在碰撞带和造山带都假定掩埋期是很迅速的；带和造山带都假定掩埋期是很迅速的； 二是从扰动地热梯度向稳态地热梯度转化的过程，二是从扰动地热梯度向稳态地热梯度转化的过程，称为热弛豫效应，一般是明显的加热效应；称为热弛豫效应，一般是明

47、显的加热效应； 三是抬升与侵蚀过程，使岩石重新冷却。三是抬升与侵蚀过程，使岩石重新冷却。19841984年年P PC CEnglandEngland和和A.B.ThompsonA.B.Thompson对大陆增厚带对大陆增厚带的的PTtPTt轨迹做了全面总结。轨迹做了全面总结。低温高压变质相系的轨迹：低温高压变质相系的轨迹： ACAC代表快速沉降又快速抬升的情形，岩石最大埋代表快速沉降又快速抬升的情形，岩石最大埋深处经历最高温度，整个过程时间较短，几乎没有深处经历最高温度，整个过程时间较短，几乎没有热弛豫过程。热弛豫过程。中压相系的轨迹：中压相系的轨迹： ABDABD伴有中等的伴有中等的热弛豫和

48、中等的抬热弛豫和中等的抬升侵蚀速率，在此升侵蚀速率，在此最大埋深略浅处经最大埋深略浅处经历最高温度历最高温度高温低压变质相系的轨迹：高温低压变质相系的轨迹： ABEABE伴有充分的热，在显著的侵蚀作用开始前，伴有充分的热，在显著的侵蚀作用开始前，岩石已接近于稳态地热梯度。如果诱发熔融事件和岩石已接近于稳态地热梯度。如果诱发熔融事件和一次相当规模的岩浆侵入活动，则一次相当规模的岩浆侵入活动，则PTtPTt轨迹便可能穿轨迹便可能穿过稳态地热曲线过稳态地热曲线而到达高温一侧。而到达高温一侧。3、碰撞造山带的变质作用、碰撞造山带的变质作用碰撞造山带的形成：碰撞造山带的形成：碰撞期碰撞期深变质期深变质期

49、褶返期褶返期高压低温变质期高压低温变质期高压高温变质期高压高温变质期退变质期退变质期埋藏期埋藏期加热期加热期冷却期冷却期PT1)埋藏期埋藏期在这一阶段由于逆在这一阶段由于逆冲、褶皱等构造原冲、褶皱等构造原因使地壳因使地壳(或岩石圈或岩石圈)缩短增厚，发生构缩短增厚，发生构造埋藏。造埋藏。2)加热期或热松弛加热期或热松弛期，这是侵蚀作用期，这是侵蚀作用开始阶段。开始阶段。3)冷却期冷却期热峰过后，随着较热峰过后，随着较迅速地侵蚀，岩石迅速地侵蚀，岩石越来越接近地表，越来越接近地表，因为热的散失量超因为热的散失量超过加入量而出现冷过加入量而出现冷却期。却期。 也有人把变质作用的其它因素考虑进去，有

50、研也有人把变质作用的其它因素考虑进去，有研究究 P-T-x 轨迹和轨迹和P-T-D轨迹等。轨迹等。x 代表某种流体组分，代表某种流体组分，D代表变形作用代表变形作用4、几个概念、几个概念进变质进变质：单个岩石样品中变质作用程度随时间单个岩石样品中变质作用程度随时间而增加，不同变质程度发生在不同的时间而增加，不同变质程度发生在不同的时间递增变质递增变质：一个地区同时形成的一套变质岩石一个地区同时形成的一套变质岩石在空间上沿某一方向变质程度增强的现象在空间上沿某一方向变质程度增强的现象退变质退变质：随温度降低岩石由高温矿物组合逐渐随温度降低岩石由高温矿物组合逐渐向低温矿物组合转化的作用向低温矿物组

51、合转化的作用退化变质退化变质：在高温相变质矿物组合上叠加了低在高温相变质矿物组合上叠加了低温变质作用，表示了不同的变质事件温变质作用，表示了不同的变质事件四、变质作用的方式四、变质作用的方式 变质作用的方式是指使岩石发生变质的变质作用的方式是指使岩石发生变质的途径或形式。变质作用的方式是复杂多样的，途径或形式。变质作用的方式是复杂多样的，主要有重结晶作用、变质结晶作用和变质反主要有重结晶作用、变质结晶作用和变质反应、交代作用、变质分异作用以及变形作用应、交代作用、变质分异作用以及变形作用和碎裂作用等。和碎裂作用等。1 1、重结晶作用、重结晶作用 同种矿物经过重溶使组分迁移，然后再同种矿物经过重

52、溶使组分迁移，然后再沉淀结晶而不形成新矿物相的变质方式称为沉淀结晶而不形成新矿物相的变质方式称为重结晶作用。岩石经重结晶作用后，主要表重结晶作用。岩石经重结晶作用后，主要表现为晶粒由小变大。一般来说，原岩的成分现为晶粒由小变大。一般来说，原岩的成分愈单一、粒度愈小，则愈易发生重结晶作用。愈单一、粒度愈小，则愈易发生重结晶作用。 2 2、变质结晶作用和变质反应、变质结晶作用和变质反应 变质结晶作用是指在变质作用的温度、变质结晶作用是指在变质作用的温度、压力范围内，在原岩基本保持固态条件下，压力范围内，在原岩基本保持固态条件下，使旧矿物消失、新矿物形成的一种变质方使旧矿物消失、新矿物形成的一种变质方式，这种方式是通过特定的化学反应来实式，这种方式是通过特定的化学反应来实现的，这种化学反应通常称为变质反应。现的，这种化学反应通常称为变质反应。1)固体-固体反应 多形转变 Al2SiO5 = Al2SiO5 蓝晶石或红柱石 夕线石 固溶体的出溶 许多固溶体矿物在低温下生成条纹状交生体。 (K,Na)AlSi3O8- (K,Na)AlSi3