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第三篇 变质岩岩石学变质岩石学的内容/方法/目的内容： 岩类学；岩理学；成矿岩石学。 方法： 多学科交叉与现代技术的应用目的： 基本特征；基本理论；基本方法第一章 变质作用概述（2学时）第二章 变质岩的基本特征（3学时）第三章 变质岩的分类命名（1学时）第四章 变质岩的形成作用(4学时)第五章 变质反应和变质带(2学时) 第六章 共生分析和变质相（4学时）第七章 变质作用与大地构造(2学时) 实习一 变质岩的结构构造和特征变质矿物 (4学时)实习二 富铝系列变质岩（4学时）实习三 镁铁质系列变质岩（4学时）实习四 其它岩石类型（2学时）实习五 岩石类型鉴定 (2学时)实习六 矿物共生组合分析及演化（6学时）第一章 变质作用概述1.变质作用的现代概念2.变质作用的影响因素 3.变质作用的类型4.变质作用的研究范畴变质作用的现代概念1). 是与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用。2). 地壳已存岩石在基本保持固态条件下的转变过程. 3). 在特殊条件下，还可以产生重熔（溶），形成部分流体相（岩浆）4). 变质作用是一个动态过程。变质作用（Metamorphism）一词是由法国学者Boue (1820)年首次提出来的，后来由英国学者C. Lyell(1833) 在他的名著地质学原理中比较系统地进行了论述 。系指在地壳形成和发展的过程中，由于物理化学条 件的改变，早先形成的岩石(包括岩浆岩和沉积岩）在固态条件下所发生的矿物成分、结构构造的变化，称变质作用。关于变质作用的概念应强调以下几点:（1）变质作用是一种改造作用，这种改造发生在风化带和胶结带以下，原岩经过改造后在固态下转变为一种新的岩石。如果原岩为沉积岩，变质后的岩石称为负变质岩；如果原岩为岩浆岩，变质后的岩石称为正变质岩。 （2）变质过程中岩石基本上保持固态，并且强调温度的递增过程，这一点与岩浆作用不同。后者强调的是矿物从硅酸盐熔融体中结晶，所涉及的是晶体液态的平衡，并强调温度的下降过程。当变质作用温度较高时，岩石可发生部分熔融，出现一定数量的熔体，这些熔体与固态残余物之间可发生混合岩化作用。当熔体数量较多时转变为典型的岩浆作用。广义的变质作用概念包括岩石在固态下的变质作用和有部分熔体出现的混合岩化作用。变质作用的影响因素原岩化学成分； 地质条件； 物理化学环境一、 温 度1. 温度范围: 200 - 8000 C， 超高压可达10000 C。2. 变化原因: 岩浆；深部热流；地壳放射热；机械摩擦；地热增温（正常情况 25-30 C / km)。 3. 主要作用：可导致重结晶、变质反应、重熔；增加流体活性； 改变岩石变形性质等。 它是变质作用的主导因素二、压 力 (静压力和流体压力)1. 静 压 力 概念：负荷压力，单位帕（Pa）；在 40km 范围 内与深 度关系为0.0275GPa / km（P=rgh）. 范围：动力变质作用和接触变质作用多在5 km 范围内， 压力低于0.1GPa；区域变质作用 深度大于5 km， 压力高于0.1GPa，按压力大小分为不同的压力型 （低压、中压、高压、超高压）图1-1 不同变质作用类型压力分布范围作 用: （1）控制变质反应方向，影响变质反应温度（2）有利于形成分子体积小、密度大的矿物（3）改变岩石的熔点2. 流 体 压 力 岩石系统中常存在少量的流体相, 它们所具有的内压称流体压力。对变质作用的影响分两种情况:(1). 流体压力与静压力相等：流体压力不构成独立的控制因素；(2). 流体压力与静压力不相等：流体压力则构成独立的控制因素。三、应 力一种侧向压力（各方向压力不等） 应变：岩石遭受应力作用所产生的反应。（弹性变形、永久变形）分类：张应力、压应力、剪应力（图） 作用 1. 机械改造。是岩石优选组构的主要因素。 2. 影响变质反应、重结晶作用、流体活性。 3. 产生构造超压，增加静压力。四、流 体1. 溶剂和媒介（载体）作用。2控制变质反应方向。例如 Cc + Q Wo + CO23. 降低岩石熔点。 长英质岩: 无水9500C, 含水6400C4. 变质反应的催化剂。例如铁橄榄石的合成实验： 2 MgO + SiO2 Mg2SiO4 在干体系 10000C条件下, 须时近四天, 只有26%转化； 在湿体系 4600C条件下, 只须时间几分钟五、相互关系-相互促进又相互制约1.温度: 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；2.压力: 影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定作用；3.应力: 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；4.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。变质作用类型分类依据: 分布规模 / 地质背景或物化条件1.接触变质作用. : 2.动力变质作用3.冲击变质作用4. 交代变质作用1. 造山变质作用2. 洋底变质作用:3. 埋深变质作用:4. 混合岩化作用:局部变质作用区域变质作用1. 接触变质作用：分布于岩浆侵入体与围岩接触带，主要由岩浆热导致的变质作用。主要因素是温度，压力较低，应力不明显。变质机制以静态重结晶或静态变质结晶为主。2动力变质作用: 分布于断裂带，由构造作用导致的变质作用。主要控制因素是应力，通常具较高的P/T比。变质机制以变形和动态重结晶或动态变质结晶为主3. 冲击变质作用陨石冲击地表产生强大的冲击波所导致的变质作用。主要因素是瞬时高压和高温。变质机制以变形和伴随的部分熔融为主。4. 交代变质作用: 分布于侵入体接触带及其附近和火山活动区，主要由岩浆热液引起的异化学变质作用。主要因素是流体活动组分化学位。变质机制主要为交代作用。5. 造山变质作用（区域动热变质作用或狭义的区域变质作用）与造山作用密切相关，大规模分布于前寒武纪结晶基底（面状）和显生宙造山带（带状）的变质作用。变质因素复杂，P/T比范围宽（三种压力类型）并与构造环境 密切相关，变质机制为变质（重）结晶和变形。形成的变质岩常见面理和线理构造。6. 洋底变质作用在大洋中脊附近，洋壳岩石在上升的热流和海水的作用下发生的规模巨大的变质作用. 变质因素主要是温度、流体及活动组分化学位，P/T比低。变质机制是变质（重）结晶作用和交代作用。产物的面理和线理不发育。7. 埋深变质作用: 一套巨厚的岩层被快速埋藏到地下深处所发生的大规模的很低级且无明显变形的变质作用。它是成岩作用与变质作用的过度类型，独立分布于强烈坳陷盆地的沉积底部或造山变质、洋底变质的很低级部分。产物变质程度低且面理和线理不发育。8. 混合岩化作用在高级区域变质地区，由部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩基体（古成体）混合形成混合岩的过程。它是变质作用向岩浆作用的过度类型,又称超变质作用第二章 变质岩的基本特征影响因素: 原岩特点 变质作用的物化条件基本特征：两重性-继承性和独特性 主要内容: 化学成分 矿物成分 结构构造第一节 变质岩的化学成分一. 体系的封闭程度封闭体系：化学成分取决于原岩的化学成分;开放体系：除原岩的化学成分外，还与元素在变质作用过程中的行为有关.二. 元素在变质作用中的行为1. H2OCO2等挥发份含量变化最大，随温度升高减少。2. 大多数亲铜元素（CuPbZnAgAsTeSbHgRbSrBa） 等随温度升高活动性增大，被变质热液带出带入。 3. 一些亲铁元素（FeCrCoNi）稳定性较大，而一些难溶的铂族元素（PtPa）稳定性更大。4. 主要造岩氧化物含量在一般变质作用中无明显变化，基本上可视为等化学过程。三. 等化学系列概念和类型（一）等化学系列概念辉长-辉绿岩玄武岩铁质白云质灰岩基性凝灰质砂岩中级变质作用斜长角闪岩低级变质作用 绿 片 岩高级变质作用基性麻粒岩图 1-1. 等化学系列概念说明图解 指具同一原始化学成的所有变质岩，其矿物组合 的不同是由变质作用的类型和强度所决定的。（二）等化学系列类型 按变质岩化学成分特点可分为五个等化学系列：1. 富铝系列：化学成分特征是富铝; 贫钙; 铁, 镁低; 钾 钠. 原岩主要是泥质岩石（泥岩、页岩）及少量的火山凝灰岩.2. 长英质系列：化学成分特征是富硅; 贫钙, 铁, 镁; 铝含量也较低. 原岩主要是各种砂岩, 粉砂岩和中酸性火成岩.3. 碳酸盐系列：化学成分特征是富钙, 镁; 铝, 铁, 硅含量较低且变 化范围大. 原岩石灰岩和白云岩.4. 铁镁质系列： 化学成分特征是贫硅; 富铁, 镁, 钙; 钠 钾；含 一定量的铝. 原岩是基性火山岩; 火山碎屑岩; 辉长-辉绿岩; 铁 质白云质泥灰岩; 基性岩屑砂岩等.5. 超铁镁质系列：化学成分特征是 极富镁，铁含量高；贫钙, 铝, 硅. 原岩是超基性侵入岩; 超基性火山岩和极富镁的沉积岩一. 变质岩矿物成分一般特征1、三大岩类常见的主要造岩矿物都是长石, 石英, 角闪石, 辉石等.2、变质岩中特有矿物：硬绿泥石、十字石、堇青石、 铁铝榴石、红柱石、蓝晶石、矽线石硅灰石等.3、与岩浆岩中的矿物相比, 变质岩中的矿物在内部结构和结晶习性等方面, 有如下特点:1) 层状和链状晶格的矿物较普遍, 其延展性也较大.2) 出现一些分子排列紧密，分子体积小, 密度大的高压矿物.3) 出现红柱石, 蓝晶石, 矽线石等同质异相矿物.4) 矿物的变形现象发育.5) 斜长石的环带结构在变质岩中少见.二.矿物成分与原岩化学成分的关系1. 富铝系列: 硬绿泥石、十字石、堇青石、铁铝榴石、红柱石、蓝晶石、矽线石。2. 长英质系列: 极少出现富铝系列特征变质矿物.3. 碳酸盐系列:方解石、白云石、滑石、蛇纹石、镁橄榄石、透辉石、透闪石、硅灰石、金云母、钙铝榴石。4. 铁镁质系列:辉石、角闪石、绿泥石、阳起石、绿帘石,等大量铁镁矿物。5. 超铁镁质系列:滑石、蛇纹石、透闪石、橄榄石、镁铝榴石、尖晶石、辉石、镁铁闪石等。三.矿物成分与变质条件的关系-等物理系列(一）等物理系列的概念 对于特定成分的原岩体系来说，决定变质岩中矿物组合的因素是 变质条件，为了描述不同的变质条件及其对应的产物特征，引入了等物理系列的概念. 指相同或特定变质条件下形成的所有变质岩。同一系列变质岩矿物成分的不同决定于原岩的总化学成分.(一）等物理系列的概念基性系列的原岩-斜长角闪岩中级变质富铝系列的原岩-十字石黑云母片岩(一）等物理系列的划分 Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) : 很低级, 低级, 中级, 高级（1）很低级变质: 低限以变质基性岩中浊沸石出现为志。其他标志性矿物有葡萄石, 绿纤石，硬柱石等。 温度区间为200-3500C.（2）低级变质: 低限以变质基性岩中葡萄石或绿纤石与绿泥石反应形成黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C。常见矿物：（3）中级变质: 标志是泥质岩石中十字石(堇青石)出现和绿泥石消失. 在变质基性岩中以普通角闪石+斜长石(An17)为特征.温度区间为550-6500C.（4）高级变质: 标志是泥质岩石中白云母和石英反应形成矽线石和钾长石组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件), 温度区间 6500C.四.有关术语解释1. 稳定矿物:在特定变质条件下新形成的矿物或虽是原岩中的矿物,但在新的P-T条件下仍然保持稳定的矿物.2. 不稳定矿物:指对某一变质作用的P-T条件来说是不平衡的原岩中的矿物,因变质反应不彻底而保留下来.3. 特征变质矿物: 有些矿物稳定存在的温度和压力范围较窄,因而能较好地反映特定的温度和压力条件.4. 贯通矿物：大部分矿物稳定存在的温度和压力范围较宽, 对温度和压力不敏感,.变质岩结构的概念和分类概念： 是指岩石中矿物晶体的粒度(绝对大小和相对大小）, 形态、自形程度以及矿物晶体之间的相互关系. 按成因分四类： 变余结构, 变晶结构,变形结构和交代结构.一.变余结构变质作用和变形作用进行的不彻底，原岩中部分结构保留下来，形成变余结构。1) 与正常沉积岩有关的变余结构：变余砂状结构、变余砾状结构、变余泥状结构。2) 与火成岩有关的变余结构：变余斑状结构、变余花岗结构、变余辉长-辉绿结构、变余环带结构、变余交织结构等。3) 与火山碎屑岩有关的变余结构：变余晶屑结构、变余岩屑结构、变余玻屑结构。二.变晶结构 由变质重结晶和变质结晶作用所形成的结构称为变晶结构 变晶结构与结晶结构的区别1) 变晶结构的岩石为全晶质,没有非晶质组分;2) 同一时代矿物没有明显的先后结晶顺序,相对自形程度不定;3) 变斑晶的形成一般稍晚于基质矿物的结晶,故变斑晶中常有大量基质矿物包体;4) 柱状,片状及放射状矿物发育,切其延展性大,常定向排列,矿物变形现象也较普遍.由变质重结晶和变质结晶作用所形成的结构称为变晶结构 变晶结构的分类依据及主要类型 分类依据：大小, 形态, 自形程度, 交生关系. （1）按矿物粒度的绝对大小分为： a. 粗 粒 变 晶 结 构（ 3 mm） b. 中 粒 变 晶 结 构（ 1 - 3 mm）c . 细 粒 变 晶 结 构（0.1 -1 mm）d. 显 微 变 晶 结 构（ 30%; 粒状矿物 以石英为主 (长石50%)、云母(30%)等. 岩石类型: 石英片岩、绢云石英片岩等.（5）钙质片岩：矿物组成: 透闪石、绿帘石、云母、石英等. 岩石类型: 透闪绿帘片岩、绿帘透闪片岩等.（6）镁质片岩：矿物组成: 叶蛇纹石、滑石、绿泥石等. 岩石类型: 蛇纹石片岩、滑石片岩等.4.片麻岩(具有片麻状构造) 矿物组成: 长石+石英 70% ; 暗色矿物 25% .(1)富铝片麻岩矿物组成:长石(以钾长石为主), 石英, 黑云母及富铝特征 变质矿物(蓝晶石, 矽线石, 堇青石,铁铝榴石等).命名原则: 特征变质矿物+片柱状矿物+长石种类+片麻岩.(2)长英质片麻岩矿物组成:长石, 石英, 黑云母,角闪石,少量辉石,石榴子石.基本不出现富铝特征变质矿物.岩石类型: 钾长片麻岩; 二长片麻岩; 斜长片麻岩.(3)钙质片麻岩 矿物组成为斜长石,石英,云母, 透闪石,透辉石, 阳起石,帘石, 及一定数量的碳酸盐和富钙的铝硅酸盐矿 物 (方解石, 方柱石, 钙铝石榴子石).5.糜棱岩(具有糜棱构造) 可按成分或变形程度做进一步划分.例如 长英质糜棱岩; 云母质糜棱岩; 角闪质糜棱岩; 钙质糜棱岩等.6.碎裂岩(具有碎裂构造) 可按碎裂程度做进一步划分为:碎裂岩;碎斑岩;碎粒岩.注意糜棱岩与碎裂岩的区别二. 以矿物组合及其含量命名的变质岩系列1. 石英岩:、 矿物组成: 石英75%. 少量长石、云母、帘石、闪石等. 岩石类型: 纯石英岩; 长石石英岩; 磁铁石英岩.2. 大理岩: 矿物组成: 方解石+白云石（50%）. 其它矿物有硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、镁橄榄石、金云母等. 岩石类型: 透闪石大理岩、滑石大理岩石墨大理岩.3. 斜长角闪岩: 矿物组成: 角闪石(5090%)和斜长石. 可含石榴石、透辉石、黑云母、绿帘石等. 岩石类型: 石榴斜长角闪岩; 透辉斜长角闪岩等.4.麻粒岩: 矿物组成: 紫苏辉石+斜长石. 可含有透辉石,石榴石、角闪石、黑云母、石英等. 岩石类型: 紫苏麻粒岩; 透辉麻粒岩; 二辉麻粒岩.5. 榴辉岩: 石榴石 + 绿辉石. 不含斜长石 . 可含有透辉石、蓝晶石、石英、金红石、金刚石等.6. 超铁镁质岩: 铁镁质矿物 90% 的岩石。例如角闪石岩；辉石岩7.混合岩: 变质岩基体 + 花岗质脉体组成.可根据构造进一步命名： 如眼球状混合岩; 条带状混合岩等.第三节.其它常用的岩石名称1.变粒岩和浅粒岩 矿物成分与片麻岩相似，但一般具有块状构造，细粒近等粒状变晶结构，按国际惯例已经归入片麻岩类。2.角岩 指具有典型等粒粒状变晶结构的接触变质岩的统称. 明确岩石为接触变质岩后方可应用该名称.3.灰色片麻岩:一般为太古代所特有，指颜色发灰、成分近于英云闪长岩的一类片麻岩。4:钙硅质岩:目前已经归入钙质片岩和钙质片麻岩中.5:矽卡岩:特指由中酸性岩浆侵入体与钙镁质碳酸盐岩接触时, 由接触交代作用形成的变质岩第四章 变质岩的形成作用变质岩的形成主要有五种方式： 1变质重结晶作用 2变质结晶作用（变质反应） 3变形作用 4变质分异作用5交代作用（岩石流体相互作用）第一节 变质重结晶作用一.概念 特点 实例概念:指在变质条件下, 同种矿物间的溶解, 组分迁移, 再沉淀结晶的改造作用. 这此过程中, 没有新的矿物相出现。特点:原岩中某些矿物的个体形态, 大小, 空 间位置等发生变化, 即造成岩石结构构造方面的变化.一般发生于组成矿物单一的岩石中。如灰岩和石英砂净岩。实例:二.影响因素: 原岩特点; 环境物理化学条件(1) 原岩成分: 成分越简单, 越纯净, 越利于重结晶作用.(2) 粒度: 同种矿物粒度小, 表面能小, 越利于重结晶作用.(3) 形态: 外形不规则的矿物颗粒易于发生重结晶作用.(4) 温度: 温度升高矿物溶解度增大,组分在溶液中的扩散 速度扩散距离随之增大, 利于发生大规模的重结晶作用.(5) 应力: 应力使岩石破碎、变形,、利于发生重结晶作用三.类型-静态重结晶; 动态重结晶1.静态重结晶:一般发生在低应变区或应力消失以后, 是在没有应力或应力较弱的条件下发生的重结晶作用. 产物特点: 形成的矿物近等轴粒状, 无定向组构, 同种矿物之间往往发育三边平衡结构图1-2 颗粒边界能与矿物接触关系示意图 边界能与A-B边界能接近时A- ,形成三边平衡结构q=1200A-A边界能大于A-B边界能时, q 减小第一节 变质重结晶作用三.类型-静态重结晶; 动态重结晶2.动态重结晶 一般发生在强应变区,是在有较强应力作用条件下发生的重结晶作用.可以分为两个阶段：1初始重结晶（恢复）阶段:无应变的新颗粒取代具有高应变能的变形颗粒，产生细粒化作用。2）次生重结晶（结晶）阶段：新生无应变能颗粒取代具高应变能变形颗粒后继续生长，颗粒加粗加大的过程三.变质重结晶作用类型-静态重结晶; 动态重结晶1.静态重结晶:一般发生在低应变区或应力消失以后, 是在没有应力或应力较弱的条件下发生的重结晶作用.产物特点: 形成的矿物近等轴粒状, 无定向组构, 同种矿物之间往往发育三边平衡结构.2.动态重结晶:作用方式(机制)一般可以分为两种类型:1）迁移动态重结晶：已变形的矿物颗粒开始溶解并被新生的同种矿物定向生长取代的过程，结果产生定向组构。2）旋转动态重结晶：在剪应力作用下，矿物旋转变形与重结晶作用同时发生，结果形成一种独立的亚颗粒结构（由许多细小的同种矿物颗粒组成，它们光性不同，界限不清）。第二节 变质反应（变质结晶作用）变质反应的概念指在变质作用的温度压力范围内, 原岩在基本保持固态的条件下, 岩石中原有矿物被新生矿物所取代的过程. 变质结晶作用多是通过特定的反应来实现的,因此变质结晶作用也称变质反应.变质反应的研究意义在于可以了解矿物成分的变化过程并获取变质条件信息。 代表人物 Winker，根据实验资料确定了14个特定的变质反应，使变质作用物理化学条件的测定由定性研究转为定量研究。变质反应的影响因素:原岩成分；结构构造; 环境的物化条件变质反应平衡时的基本热力学方程变质变质反应是在一定的体系内，一定的温度、压力、组分浓度等条件下进行的，当变质反应达到平衡时，遵从的基本热力学方程为：d（ G）= 0 = VdP- SdT 即 dP / dT = S /V （Clausius-Clapeyron方程） G -反应的吉布斯自由能变化， S - 反应的熵变， V 反应的体积变化式中的dP / dT是P-T图解上变质反应曲线的斜率，根据S 和V 的变化可以确定P-T图解的斜率，正向反应S一般为正值，所以斜率的正负取决于V 。变质反应的基本类型1.固体-固体反应 2 脱-吸流体（H2O和CO2)反应3氧化-还原反应4 不连续反应和连续反应5离子交换反应6去水熔融反应固体固体反应1反应物与生成物都是固相，没有流体相出现；2 变质反应因素只有 T、P，是比较好的P-T指示计；3 固体的S 和V 变化很小,计算时可近似看作常数；dP / dT近似为常数，反应曲线为直线；4 变质岩石中的固-固反应无论具有正斜率， 还是负斜率，其斜率的绝对值都比较低，在P-T图上这些反应的单变线比较平缓，因此, 常用这类反 应确定变质岩石的压力类型 1.多形转变 Al2SiO5 Cos-Q Dia-Gra。柯石英和金刚石出现的压力在3.0GPa以上(100km)是良好的超高压指示矿物2.一般的固态反应这种反应在变质岩中出现很多，例如Ab= Jd + Q Hy+Pl=Cpx+Ga+Q Grs + 2Ky+ Q = An3.固溶体的溶离反应:高温时相互混溶的固溶体，在温度降低至临界温度时发生溶离，如由KNa-1交换构成的碱性长石固溶体在温度降低时分解为富钠碱性长石和富钾碱性长石两种固溶体脱-吸流体（H2O和CO2)反应1 变质反应中出现了流体相，影响因素复杂，要考虑流体相的浓度。2 流体相比固体相有较大的熵值，反应熵变DS0，反应的体积变化DV则随压力变化而不同。在低压下（3kb）时，DV很小，反应单变线近于与压力轴平行，反应温度不随压力变化而变化；当反应压力很大时，DV0，这类反应单变线变为负斜率。 在中压区域变质作用范围内（310kb），脱水反应单变线与压力轴近平行，这些脱水反应是划分变质作用温度范围主要依据。 脱（吸）流体反应的一般特征 五种类型划分（1）简单脱水反应（2）简单脱碳酸反应（3）脱水-脱碳酸反应（4）碳酸盐化-脱水反应（5）水化-脱碳酸反应 Greenwood ,1967. 引自Winter, 2001 脱（吸）水反应的一般特征 Ms + Qtz = Kfs + Al2SiO5 + H2O 脱（吸）水反应的常见类型 Mis + Q = Kf + Al2SiO5 + H2O Hb + Q = Hy + Cpx + Pl + H2O Hb = Cpx + Gt + H2O 注意：正向反应-脱水反应一般指示温度升高脱碳酸（碳酸盐化）反应的一般特征:CaCO3+ SiO2 = CaSiO3 + CO2 Cal Qtz Wo 脱碳酸（酸盐化）反应的常见类型: Cc + Q = Wo + CO2 . Dol + Q = Di + CO2 脱（吸）水-脱碳酸（酸盐化）反应:Dol + Q+H2O = Tr + Cc + CO2 Tr +Cc + Q = Di + CO2 + H2O 氧化-还原反应6Fe2O3 =4Fe3O4 + O2 2Mt + 3Q = 3Fe-Fo + O2 连续反应和不连续反应(1)不连续反应:反应物与生成物间是一种突变关系。当反应脱离了平衡的P-T 条件（单变线）后,不是反应物稳定就是生成物稳定，其性质是不连续的。(2)连续反应: 当反应物和生成物都不是纯相，存在成分可变的固溶体矿物时，变质反应将变的十分复杂。例如:3(Mg,Fe)2Al4Si5O18=2(Mg,Fe)3Al2Si3O12+4Al2SiO5+5SiO2 Cord Ga Sill Q Cord 与Ga都是固溶体, Ga的生成并没有导致Cord 的消失, 只是使Cord 的成分发生了变化. 因此他们可以在一定的 PT范围内共存, 这种变质反应称为连续反应.图示一个连续反应 Chl + Qtz Grt + H2O 组合Chl + Qtz + Grt 在 一定的 PT范围内共存, .静转移反应和交换反应： (1)静转移反应反应前后矿物的原子数发生变化（前述各例）(2)交换反应： 反应前后矿物的原子数不发生变化，仅引起共存 矿物间原子（如Fe、Mg)交换。交换反应引起的系统体 积改变小，对压力不敏感，是很好的地质温度计。Bi-Gt 温度计： LnKD = ( 2089 + 0.0096P ) / T - 0.782 例如共存的 Bi-Gt 之间的Fe/Mg交换反应 Mg3Al2Si3O12+KFe3Al2Si3O1 0= Fe3Al2Si3O12+KMg3Al2Si3O10第三节 变质分异作用变质分异作用指原来矿物成分均匀的岩石经历变质作用后,转变为矿物成分不均匀的岩石的各种作用的总和成因可能主要有以下几种方式 1 压力不均匀引起的侧分泌作用2 表面能差异引起的变质分异作用 3 与剪应力有关的变质分异作 4 与变质反应有关的变质分异作用第四节 变形作用类型脆性变形:在应力的作用下，岩石将会发生应变，当岩石遭受应力的作用超过其塑性屈服强度时，岩石就会发生塑性变形； 当应力超过其弹性极限时，岩石就会发生破裂脆性变形。影响因素岩石性质、应力状态和强度、温度、压力等 岩石能否变形及岩石变形性质，主要取决于岩石本身的物理性质和其所处的外部环境。例如,长英质岩石比铁镁质岩石易发生塑性变形较高的温度和静压力条件利于发生塑性变形等.脆性变形变形条件：地壳浅部、低温低压和应力快速作用；变形特点：组成岩石的矿物来不及调整颗粒的形状及本身的位置，甚至来不及拆开颗粒边界上彼此铰合的结构就发生了总体破裂。表现形式：形成断层角砾和断层泥，固结后形成各种断层角砾岩和碎裂岩。塑性变形变形条件： 在地壳深部，较高的围压和温度慢应变速率等变形特点：变形岩石不发生破裂而仅改变其形状，岩石保持空间 的整体性和连续性，如发生褶曲和扭曲等。表现形式：（1）塑性变形可引起矿物晶体出现内部晶格滑动和位错，发育波状消光、亚颗粒、扭折、机械双晶及变形纹等变形结构。（2）由于岩石内部所受的应力不均匀引起组分化学位的梯度变化。从而形成岩石内部的扩散流。与之有关的结构现象有如压溶现象、压力影和糜棱结构等。（3）在应力作用下，变质岩石中的矿物出现优选定向)，从而形成变质岩石所特有的结晶片理。1 晶界塑性变形包括晶体颗粒之间的滑动和扩散流动（特点如下） （1）颗粒边界具有较大的Gibbs自由能，比起其他部位不稳定； （2）化学迁移从应力较大的颗粒边界向其他部位迁移并生长。 （3）改变了晶体的形状，但没有改变晶体的内部结构。 （4）若有粒间溶液参加，通过粒间溶液的扩散称压溶变形方式： 晶界塑性变形、晶内塑性变形2 晶内塑性变形包括直线滑移、双晶滑移、晶体的扭折（1）直线滑移 晶格滑移的距离是结晶学基本单位的整数倍，滑移结果是仅改变矿物外形,，不改变晶格方位。（2）双晶滑移-晶格滑移的距离是结晶学基本单位的分数，滑移结果是晶格方位也发生改变，结果产生机械双晶。（3）扭折滑移中发生旋转，导致滑移面弯曲产生扭折。 名词提示-位错：已滑动部分与未滑动部分的分界线组分运动（知识扩充）： 直接运动、间接运动1 组分的直接运动包括晶体内部的滑动和晶体颗粒之间的相对运动（1刚性矿物颗粒的旋转:例如石榴石变斑晶的旋转及其内部产生的“S”形残缕结构（2晶内塑性变形:晶体各组成部分通过晶体内部的一些脆弱面做相对滑动.结晶片理的成因：随着应力增强, 颗粒之间将发生相对旋转, 引起相邻矿物晶 格方位的改变, 又将出现新的滑动 面, 如此反复,将使矿物的 外形和光性方位出现不同的定向特征而形成2 组分的间接运动在应力的作用下, 造岩组分以离子或原子形式, 通过在间隙溶液中溶解,扩散及再次沉淀等方式进行的一种运动形式.组分产生间接运动的可能原因有:2 组分的间接运动（1）矿物在较大压应力方向趋于溶解, 迁移扩散到低压应力地区沉淀结晶成新矿物. 结果, 矿物定向生长, 形成结晶片理。.（2晶体不同方向的生长速度不同, 如果某一结晶中心生长速度快的方向处于 “S” (片理面 ) 面内, 则易于快速生长,其它方向的结晶中心则趋于消失, 结果, 产生定向构造.（3许多晶体的结构都具有力学非均一性, 抗压强度不同, 同种矿物不同颗粒的结晶轴和应力轴的方位关系也不同, 因此, 只有某些特定方位的颗粒能稳定存在并不断生长, 其它方位的颗粒不稳定而趋于分解,结果产生矿物的变质结晶作用-变形作用相互关系利用变斑晶内部包体排列方向 ( Si ) 和岩石片理或片麻理( Se ) 之间的关系, 结合矿物的形态特征和空间分布等特征, 可区分出: 1. 构造期前变质结晶作用: 变质发生于变形作用之前。 2. 同构造期变质结晶作用：变质与变形基本同时发生。 3. 构造期后变质结晶作用：变质发生于变形结束之后构造期前变质结晶作用(1).矿物常出现变形现象, 如波状消光, 双晶弯曲,变形纹等.(2).Se斜切变斑晶内的Si, 则变斑晶形成早于Se而晚于Si(3).早期形成的变斑晶被后期Se所围绕, 变斑晶两端常见有压力影构造。(4).后期形成的Se穿切早期形成的矿物。(5).变斑晶矿物具有压力溶解现象(溶蚀、压溶结构)同构造期变质结晶作用(1). 变斑晶中的Si呈“S”形弯曲并与Se相连, 表明变斑晶生长时发生了旋转应变.(2). 变斑晶中的Si朝向晶体边缘逐渐发生偏转, 并与Se相连.(3) Si在变斑晶中间较平直, 向晶体边缘, 其褶皱程度趋于紧密并与Se相连. 表明变斑是基质发生褶皱时形成的.(4) 与变形同时生长的矿物常具有方向性排列, 构成片理.(5) 变斑晶具有推开片理的生长现象, 变斑晶两端也具有压力影构造, 这种现象与构造前变斑晶不易区别构造期后变质结晶作用(1). 变斑晶中的Si与Se基质相连, 如果Se较平直, Si也较平直; 如果Se褶皱Si也具有相同程度的褶皱.(2). 矿物分布是任意的, 无优选方位, 常常切割早期片理.(3). 具有定向构造的岩石中,会出现晚期形成的呈放射状排列的矿物集合体,它是典型的构造期后矿物的特点.(4). 变斑晶两端无压力影现象.变质结晶作用与变形作用的相互联系:互相促进、互为依赖。例如变形作用使岩石破碎，为流体提供了通道；变形作用使矿物颗粒减小，增加了颗粒接触机会，增大了接触颗粒的自由能；应力增加了元素的扩散速度和扩散距离；它们都使变质反应变的容易。变质反应会产生一些更容易变形的新矿物，进变质反应会产生流体以及引起岩石体积的变化，这些都可以改变岩石的力学性质，从而促进变形作用的发生和发展。第五节 交代作用指在变质条件下，由变质岩以外的物质的带入和原岩物质的带出，而造成的岩石中一种矿物被另一种化学成分不同的矿物所置换的过程。在此过程中，尽管岩石基本处于固态，但以H2O和CO2为主的流体流体的存在是必要条件。交代作用产物: 有混合岩、矽卡岩、气热变质岩等第五章 变质带问题的提出及有关术语变质岩石的分带现象：在一定变质时期形成的变质岩系中，变质程度不同的岩石, 在空间上往往呈有规律的带状分布特征，即所谓分带现象。不同带的岩石以矿物成分、结构构造等特征相区别。如何认识变质岩石的空间分带现象？ 曾经提出过不同的理论，例如深度带 / 变质带 / 变质级 / 变质反应级等，其中变质带这一术语得到了广泛的应用。变质带的概念及划分标志疏于解释: 在一定变质时期形成的变质岩系中，根据特定变质原岩中出现的特征变质矿物，可以将这些变质程度不同的带划分出来，同一个带的变质岩大致代表相同的变质条件，这些指示变质程度的带称为变质带。划分标志: 特定原岩中出现的特征变质矿物(需特别注意）代表人物: G.Barrow(1893),Tilley (1925), Harker (1932)等变质带是研究变质作用强度空间变化的最有效最方便的方法 泥质变质岩的递增变质带 研究意义 泥质变质岩源于富铝的沉积岩，对研究变质作用、变形作用的动力 学过程具有重要意义。因为 泥质变质岩的原岩由细粒含水的矿物组成，随温度和压力的升高不 稳定；含有流体相，促进变质反应和部分熔融的规模和速度。 经历了如下过程：原岩形成于地球表面-被埋藏到地壳深部并保 持 一段时间抬升到地壳表面 主要内容 巴洛式递增变质带、中压高温变质带、巴肯式递增变质巴洛式递增变质带英国地质学家George Barrow (1893)，在研究苏格兰高地加里东期的Dalradian 片岩时，以泥质岩石中新矿物的首次出现为标志划分了三个变质带，即十字石带、蓝晶石带和夕线石带。后来Barrow（1912）、Tilley (1925)和Harker (1932)进一步肯定并扩展了这一研究工作，在Dalradian片岩中划分出六个变质带： 绿泥石带黑云母带石榴石带十字石带蓝晶石带 夕线石带 这六个变质带依次以绿泥石、黑云母、富铁铝榴石的石榴石、十字石、蓝晶石和夕线石的首次出现划分出来， 每一个特征矿物首次出现的点的连线称为等变线（Isograd）。并且较高级变质带都是在前一个变质带组合基础上发育形成，因此，这一变质带系列称为递增变质带(Progressive metamorphic zones), 也称为巴洛型变质带。 . Barrow 根据泥质变质岩中首次出现的特征变质矿物划分出六个变质带:Chl Bi Ga St Ky SillChl Bi Ga St Ky Sill绿泥石带黑云母带铁铝榴石带十字石带蓝晶石带夕线石带T0C(1). 绿泥石带: 典型矿物组合 Chl + Ser + Q + Ab(2). 黑云母带: 典型矿物组合 Bi+Chl+Ms+Qz+Ab 特征是红棕色的黑云母开始出现。 黑云母等变线反应: 6Ms + 3Chl = 6Bi + 3 (富铝) mg-Chl + 14Q + H2O (连续反应) Phn (多硅白云母) + Chl = Bi + Ms + Q + H2O (连续反应) Stp(黑硬绿泥石) + Phn = Bi + Chl + Q + H2O (连续反应) 注意: 不同反应的条件不同. 另外对于连续反应而言, 黑云母出现的早晚取决于原岩中的铁/镁比值(3). 铁铝榴石带: 典型矿物组合 Gt+Bi+Ms+Chl+Pl+Qz 特征是铁铝榴石开始出现，它和黑云母，白云母，