ppt课件-m1岩石学基础宝石10(变质作用及变质岩的基本概念-第一章).ppt

Metamorphic Rocks,第三部分 变质岩,“水成论”与“火成论”两大学派的争论持续了大约三十年，最后以“火成论”胜利告终。现在我们知道，组成地球的岩石，不仅有“水成”的沉积岩，“火成”的岩浆岩，还有 经变质作用形成的变质岩。 岩浆岩占地壳总体积的64.7%； 沉积岩占地壳总体积的7.9%， （占陆地表面积的75%） 变质岩占地壳总体积的27.4%。,红柱石角岩,第一章 变质作用及变质岩的基本概念,一、变质作用及变质岩的概念 二、变质作用的因素 三、变质作用类型 四、变质作用的方式 五、变质岩的物质成分 六、变质岩的结构和构造 七、变质岩的分类,1、变质作用在地球内力作用下，使地球已经形成的岩石发生成分和结构构造变化的作用。 (1) 已经形成的岩石包括先期形成的三大岩类 (2) 内力作用指物理化学条件的改变:温度、压力、流体等 (3) 使得原来岩石发生改变包括化学成分、矿物成分、结构、构造等 (4) 变质作用的条件：基本上为固态，但是在高级变质作用过程中，可以发生部分熔融，形成流体相（混合岩化作用）类似于岩浆作用,一、变质作用及变质岩的概念,2、变质岩由变质作用形成的岩石，即为变质岩。 3、变质岩的类型 正变质岩：由岩浆岩经过变质作用形成的变质岩 副变质岩：由沉积岩 叠加（复）变质岩：由变质岩- 4、变质岩的重要地位 (1)前寒武纪之前的岩石几乎均为变质岩，占大陆面积的1/5 (2)变质岩在我国分别很广，而且有大量的金属和非金属矿产 例如：鞍山式铁矿含铁石英岩型 石英脉型金矿如山东,一、变质作用及变质岩的概念,变质作用的因素指决定变质作用的物理、化学条件，即外部因素。包括： 1、温度（T）：150180到800900 2、压力（ P）: 0.11.2GPa或3-40km 3、流体（F） 4、时间（t）,二、变质作用的因素,1、温度 温度升高有利于物质重新排列，发生吸热反应、脱水反应和新矿物组合，以及加快变质反应速度、导致部分熔融和混合岩化作用。 （1）引起岩石的重结晶作用（晶粒由小变大） 石灰岩(沉积岩) 大理岩(变质岩),二、变质作用的因素,T升高,泥晶灰岩,大理岩,1重结晶作用非晶质岩石变成结晶质岩石；隐晶质变成显晶质；晶粒细小变成晶粒粗大。,泥晶灰岩显微镜下,大理岩显微镜下,1、温度 （2）促进矿物成分间的化学反应（变质反应）。 Al4Si4O10(OH)8 2Al2SiO4O+2SiO2+4H2O KAl2AlSi3O10(OH)2 +SiO2 = KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O,二、变质作用的因素,T升高,高岭石,吸热,红柱石,放热,石英,白云母,石英,钾长石,红柱石/矽线石/蓝晶石,平衡曲线代表了在水饱和(pH2O = PLithostatic) 条件下反应物和生成物之间的平衡,导致温度升高的热源 (1) 地热增温 10-30/km ，一般地区为25/km， 在Moho附近800 /km (2) 岩浆侵入：岩浆侵入冷却散热 (3) 构造运动：摩擦作用 (4) 地球内部物质的相变释放能量 (5) 放射性元素的衰变能：U，ThPb,二、变质作用的因素,2、压力 （1）静岩压力：上覆岩石的重力引起。有利于形成分子体积较小的矿物。 钠长石=硬玉+石英 NaAlSi3O8=NaAlSi2O6+SiO2 （2）粒间流体压力：存在于岩石的颗粒间、显微裂隙和毛细孔隙中的流体，包括水、CO2，O2等。流体压力增加，变质反应的温度增加，可促使岩石颗粒的重结晶。 （3）构造应力：是一种定向压力，和地壳活动带的构造运动有关，主要表现为对岩石和矿物进行机械改造，使其发生破裂和定向排列。,二、变质作用的因素,压力单位及换算,帕斯卡（符号Pa）是压强单位，简称帕。它等于一牛顿每平方米。以法国数学家、物理学家兼哲学家布莱士帕斯卡命名。 1 Pa = 1 N/m = 1（mkgs-）/m = 0.00001巴（bar，近似于1个大气压） = 十万分之一（公斤力/平方厘米） 1MPa=106 Pa=10 bar 1GPa=1000 MPa=10000 bar(即1万个巴） 【一个标准大气压大约相当于76厘米汞柱，1.01325105Pa，约等于10米深水产生的压强，即1米深水产生0.1大气压】 对于岩石，1米深约产生0.25-0.30个（平均0.275个）大气压，1km深相当于275bar，或=27.5MPa=0.0275GPa,钠长石转变为硬玉的压力至少需要0.7GPa（相当于25多公里深静压力）,属于高压变质作用!（高压0.5GPa，中压0.30.5 GPa，低压0.10.3GPa),不同压力作用下矿物颗粒的排列状况,（静压力）围压,定向压力,3、具化学活动性流体 （1）具化学活动性流体粒间流体约占岩石体积的1-2%，其成分除H2O、CO2、O2外，还有其他成分，如盐酸、硫化氢等，具有很大的化学活动性。 （2）具有化学活动性流体对岩石变质的作用 流体压力能影响变质作用的温度 溶剂：促进岩石中一些组分的溶解、迁移 流体直接参与变质反应： 镁橄榄石+ +H2O=蛇纹石+水镁石 黑云母+H2O=绿泥石+绢云母,二、变质作用的因素,4、时间 实验室的化学反应瞬间 地球系统的化学反应漫长 在实验室短时间内无法发生的变质反应和变质作用（以天、月计算），在地球系统的地质演化历史中是可以发生的（以Ma为单位），以百万年为单位。 归纳变质作用因素为：T、P、流体、时间,二、变质作用的因素,考虑以上的变质作用因素和地质条件，可以分为： 1、 区域变质作用 2、 接触变质作用 3、 混合岩化作用 4、 气液变质作用 5、 动力变质作用 6、其他类型变质作用,三、变质作用类型,1、区域变质作用 是大面积发生的区域性的变质作用，是在地壳活动带发生的变质作用。 主要因素：复杂，T、P、流体都有 结果：使岩石强烈变形或片理化 分布：古老的结晶基底、造山带，常与混合岩化作用伴生。,三、变质作用类型,2、接触变质作用 在岩浆岩体边缘和围岩接触带上，由于高温、溶液的影响使岩石发生的变质作用。 分布位置：岩体或岩体附近 分为：热接触变质作用 接触交代变质作用,三、变质作用类型,3、混合岩化作用 在区域变质作用的基础上，地壳内部热流升高，产生深部岩石部分熔融，熔浆渗透、交代、贯入于变质岩中形成混合岩的作用，是区域变质作用中的高级作用。,三、变质作用类型,4、气液变质作用 具有化学活动性的热水溶液和气体对岩石进行交代，而使岩石发生变质的作用 主要因素：化学活动性流体， 温度来源：岩浆的挥发分，地壳内的热水 结果：岩石化学成分变化,三、变质作用类型,5、动力变质作用 在构造运动产生的压力下，使岩石发生破碎的变质作用。 分布位置：断层，破碎带 导致结果：使岩石发生变形、 破碎，还有轻微的重结晶现象,三、变质作用类型,6、其他类型变质作用 冲击变质作用陨石冲击地球，产生高温高压，如石英相变为柯石英和斯石英。在自然界发现是60年代由华人赵景德在美国亚利桑那州的梅蒂尔陨石坑发现柯石英和斯石英，是冲击变质作用产物。 复变质作用不同阶段、多次叠加的变质作用。,三、变质作用类型,变质作用的类型及与构造环境的关系,按照岩石发生变质的途径或方式，可以分为： 1、重结晶作用 2、变质结晶作用和变质反应 3、交代作用 4、变质分异作用 5、变形和碎裂作用,四、变质作用的方式,1、重结晶作用 同种矿物，经过重新溶解、组分迁移，再结晶形成原矿物的方式。重结晶作用的结果是晶粒由小变大 受控因素：成分愈单一、粒度愈小，愈容易发生 举例：石灰岩大理岩 硅质石英砂岩石英岩,四、变质作用的方式,2、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、压力范围内，在原岩基本保持固态条件下使旧矿物消失、新矿物形成的变质方式。这种方式是通过特定的化学反应来实现，这种化学反应称为变质反应。包括同质多象转变和形成新的矿物组合。 举例：红柱石=矽线石=蓝晶石Al2SiO5；金刚石=石墨 方解石+ 石英 硅灰石+ CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 白云石+石英+水 =滑石+方解石+CO2,四、变质作用的方式,Al2SiO5 的转变(Ky=And=Sil),High pressure,High temperature,Low P-T,3、交代作用 由于流体的迁移使固态岩石与外界产生复杂物质交换，从而改变岩石化学成分的一种变质方式。 举例： 橄榄石(Mg2SiO4)+H2O蛇纹石(H4Mg3Si2O9)+水镁石(Mg(OH)2) Na+KAlSi3O8NaAlSi3O8+K+ 带入 钾长石 钠长石 带出,四、变质作用的方式,4、变质分异作用 在变质作用过程中，原来均一的岩石发育出不同矿物集合体，使岩石出现不均一的现象，称为变质分异作用。 原因：某些组分在间隙溶液中扩散、不均匀聚集的结果 如：原来的基性岩石 斜长角闪岩，形成暗色和浅色条带。,四、变质作用的方式,5、变形作用和碎裂作用 在应力作用下的一种变质方式 （1）变形作用岩石和矿物所受的应力超过弹性限度时产生的塑性变形，即为变形作用 结果岩石和矿物基本保持原来的连续性，无破碎现象，应力消失后，不能恢复原来的状态。 （2）破碎作用在地壳浅部，岩石和矿物所受的应力超过其弹性限度时，会发生破裂、裂开的变质作用方式。,四、变质作用的方式,（一）变质岩的化学成分 1. 泥质变质岩：源于泥质沉积物；例如：云母片岩 2. 长英质变质岩：包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩；例如：片麻岩 3. 钙质变质岩：源于灰岩和白云岩（可含石英、粘土矿物等杂质）等钙质沉积物；例如：大理岩 4. 基性变质岩：由基性岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、Al、Fe、Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩；例如：绿片岩，斜长角闪岩 5. 镁质变质岩：源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其它富含Mg、Fe的沉积物。例如：蛇纹岩,五、变质岩的物质成分,（二）变质岩的矿物成分 1、变质岩中矿物成分 比沉积岩、岩浆岩矿物成分复杂得多，而且有很大差别。 按照成因划分 稳定矿物(新矿物)变质结晶作用、重结晶 作用形成的矿物 不稳定矿物(残余矿物)反应不彻底而保存 下来的原岩矿物,五、变质岩的物质成分,（二）变质岩的矿物成分 1、 变质岩中矿物成分 按稳定范围划分 特征变质矿物仅稳定存在于很狭窄的P-T条件内的矿物，对外界条件的变化反映很灵敏，因此是变质岩形成条件的指示矿物，如红柱石-蓝晶石-矽线石。 贯通矿物在很宽的P-T范围内都稳定存在的矿物，如方解石、石英，不具有指示意义,五、变质岩的物质成分,（二）变质岩的矿物成分 2、变质岩中矿物特征： (1) 出现一些岩浆岩、沉积岩中都不出现的特征变质矿物，如红柱石、堇青石、十字石、矽线石、蓝晶石、硅灰石等，它们分别产出于不同的P-T条件。 (2) 广泛发育纤维状、鳞片状、长柱状、针状矿物，如矽线石、绢云母等。 (3) 出现比重大、分子体积小的矿物，如石榴石、绿辉石。 (4) 变质岩中的矿物常发育变形现象。 (5) 变质岩中含（OH）的矿物与岩浆岩相比更发育。 (6) 变质岩中的石英，长石等矿物常具波状消光，裂纹也较发育。,五、变质岩的物质成分,红柱石角岩,（二）变质岩的矿物成分 3、变质岩中矿物成分的控制因素 包括2个方面原岩的化学成分和变质条件(P-T，流体等) (1) 原岩成分是决定因素，决定了变质岩可能出现何种矿物。如，原岩为硅质石灰岩，成分为CaO、CO2、SiO2，变质后形成大理岩可以含有方解石、石英、硅灰石。 (2) 变质条件(P-T,流体等)决定了具体何种矿物出现。例如上述的硅质石灰岩，经热接触变质作用后，若P=1bar T470 C，形成方解石、硅灰石，或者石英+硅灰石,五、变质岩的物质成分,（一）概念 1、概念： 结构指构成岩石的各矿物颗粒的大小、形状以及它们之间的相互关系。 构造岩石中各组分在空间上的排列、分布方式。 2、变质岩结构与构造的继承性可以保留原岩的部分结构、构造，也可在不同变质作用下形成新的结构、构造。,六、变质岩的结构和构造,（一）概念 3、研究变质岩结构、构造的重要意义 (1)反映形成过程； (2)反映变质作用类型、因素、方式、变质程度，例如动力变质作用具有碎裂结构； (3)为原岩恢复提供证据，如变余杏仁构造； (4)可以作为命名的依据，如片麻状构造岩石命名为片麻岩； (5)对水文和工程有影响，如应力下板理、片理等有利于水文，而不利于工程。,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 分为4大类： 变余结构 变晶结构 碎裂结构 交代结构,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 1、变余结构由于变质、重结晶作用不完全，原来岩石的矿物成分和结构特征被部分地保留下来形成的结构。常见于变质程度较浅的变质岩中，是恢复原岩的重要证据。与原岩性质关系粒度愈粗、矿物成分愈稳定，愈易形成变余结构。 (1) 原岩为岩浆岩的变余结构变余斑状结构，变余辉绿结构，变余花岗结构。 (2) 原岩为沉积岩的变余结构如：变余砂状结构：保留砂岩外貌，但是胶结物已变为绢云母、绿泥石等。,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 2、变晶结构岩石在固态条件下，由重结晶和变质结晶作用形成的结构。是变质岩中最常见之结构。 由变质结晶产生的变质矿物叫作变晶（blast），变晶的形状、大小、相互关系反映的结构统称为变晶结构（blastictexture），这是变质岩中最普遍的结构类型 其外貌上与岩浆岩的结晶结构相似，但是有区别： 变晶结构各个矿物颗粒几乎是同时生长，变斑晶与 变基质同时； 变晶矿物中常含有较多的包体，特别是变斑晶中； 变晶结构中矿物自形程度并不表示结晶的先后顺序， 而是代表矿物结晶能力的大小。,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 2、变晶结构 （1）按变晶矿物相对大小分 （2）按变晶矿物绝对大小分 （3）按变晶矿物形态划分 （4）按照变晶矿物相互关系分,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 2、变晶结构 （1）按变晶矿物相对大小分 等粒变晶结构近于相等 不等粒变晶结构连续变化 斑状变晶结构变斑晶,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 2、变晶结构 （2）按变晶矿物绝对大小分 粗粒变晶结构：mm 中：-1mm 细：1mm 显微：0.01mm,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 2、变晶结构 （3）按变晶矿物形态划分 粒状变晶结构（花岗变晶） 鳞片变晶结构：如云母片岩 纤状变晶结构：角闪石片岩 角岩结构：热接触,六、变质岩的结构和构造,红柱石角岩,（二）变质岩的结构 2、变晶结构 （4）按照变晶矿物相互关系分 包含变晶结构 筛状变晶结构 残缕结构,六、变质岩的结构和构造,（二）变质岩的结构 3、碎裂结构机械破坏而产生的结构（变形结构） (1)角砾状结构轻微破碎 (2)碎裂结构矿物有裂纹，