变质研究方法简介

.,变质岩岩石学第十一章变质研究方法简介,.,本章重点,1.掌握变质矿物共生组合、变质变形历史分析的要点；2.掌握变质原岩恢复的主要依据；3.了解矿物共生组合图解。,.,本章难点,1.变质矿物共生组合、变质变形历史分析的要点；2.变质原岩恢复的主要依据。,.,11变质研究方法简介,涉及变质研究的方法众多，研究特点各不相同。限于学时仅一般提及，目的在于引导，同时对已学知识有一定拓展，便于后续学习和工作。,.,11.1变质岩原岩的判别,变质岩原岩的判别是研究变质岩的一项基础工作，也是一项有难度的研究。特别是变质较深、具有多解性、叠加变质复杂时，原岩性质的确定可能争论不休。然而原岩的恢复在经历了长期的探索、总结后，也有一些较为认同的原则和工作方法。归纳起来为“三大任务、四个方面、五项原则”。,.,11.1变质岩原岩的判别,1主要任务1）原岩类型及其成因；2）原岩组合（原岩建造）及形成环境；3）含矿分析及成矿预测。,.,11.1变质岩原岩的判别,2主要研究方面1）地质产状及岩石共生组合（建造研究）主要是在野外调查变质岩系内部各岩石之间的产状、接触关系、分布位置及岩石组合的成因关系，即搜集原岩建造的证据，但对深变质、强变形的变质区则较困难，不过也有成功的例子。,.,11.1变质岩原岩的判别,2）岩相学标志主要是查明原岩结构、构造及矿物成分与组合（变余特征研究），变晶矿物成分、共生组合及其递变关系。在这方面，要特别注意“从众”与“个别”关系的正确认识。“从众”反映普遍规律，对多数变质特征适用；而“个别”可能代表特殊性，是提高认识的突破点，但应得到其它方面的映证。,.,11.1变质岩原岩的判别,3）岩石化学及地球化学特征研究变质岩化学成分特征的前提是属于“等化学系列”，如有明显的交代作用则会存在组分更替，原岩化学成分已有改变。同时也要注意到，不同的成因类型的原岩可能具有相似的化学成分。因此，岩石化学的判别不是惟一的判据，只能综合映证。,.,11.1变质岩原岩的判别,一般来说，正、副变质岩在SiO2、Al2O3、Fe、MgO、Na2O、K2O上有不同的特点，利用多种图解的方法可以进行直观、简便的判别，有时也可综合采用数据方法，如判别式、统计法、趋势分析等，确定原岩的类型（包括砂岩泥岩的区分）、成因、环境。通常为提高判别的准确性，应选用几种不同的图解或不同方法来相互验证。有关这方面的方法、文献较多，此不一一例举。,.,11.1变质岩原岩的判别,4）副矿物主要是副矿物的种类、组合、标型、颗粒等方面的特征确定原岩的成因类型，故为判别原岩的重要依据之一。综上所述，四个方面的研究应相互配合，相互验证，既要以“从众”为依据，又不能忽视“个别”的特殊现象。因此，应有科学的态度和严密的思维。,.,11.1变质岩原岩的判别,3基本原则1）变余特征优先变余特征应是判别原岩最有说服力的依据。当然准确认定变余特征则是关键的第一步。如变余含砂质泥质结构、变余晶屑凝灰结构与变余斑状结构存在一定的相似特点。,.,11.1变质岩原岩的判别,2）岩套类比（岩层、地层对比）主要以历史分析方法的“将今论古”从宏观上进行比较，可以避免一些局部的偏差对原岩判别的误导，特别是局部“扰动”强烈的地带。,.,11.1变质岩原岩的判别,3）等化学原则将变质过程作为封闭系统来考虑时，可以从成分上基本确定化学类型（五个原岩系列），在此基础上，进一步细致分析。此原则对交代变质岩的使用应特别慎重。,.,11.1变质岩原岩的判别,4）惰性组分原则依据化学成分及矿物成分的变化，综合确定惰性组分，并以这些组分为指标来恢复原岩。,.,11.1变质岩原岩的判别,5）相关性与趋势性分析主要是从数据统计的角度出发，一般以“从众”及“趋势方向”为判别依据。但对少数或个别现象，不要轻易放弃，因为“噪点”可能是某些特殊性的体现，当然也可能是某些误差。,.,11.2变质矿物共生组合分析,变质研究的重要内容之一是变质条件的研究，而矿物共生组合则反映了一定的变质条件。因此矿物共生组合的分析是重要的方面。,.,11.2变质矿物共生组合分析,1矿物共生组合的确定标志（四个标志）呔楆敬丠瑯畯摮潃瑮湥祔数整瑸漯瑣瑥獕牥刭瑥牵摯湯整瑮湥瑧飍軿一：A-B、B-C、A-C，即三矿物共生；如仅有A-B、B-C时，则意味着A、C间可能不平衡共生（即存在反应关系）。当然，在寻找矿物接触类型时应尽可能的广泛。,.,.,11.2变质矿物共生组合分析,2）同种矿物不同颗粒的边缘成分相当这里的同种矿物是指在成分上有一定变化的系列矿物，如类质同像、固溶体系列矿物。矿物中心的成分可能是继承的，或是不同变质条件下形成的。当普遍发育交代现象时，即开放体系条件下，该标志不适用。,.,11.2变质矿物共生组合分析,3）不同部位矿物之间的氧同位素比值确定的温度一致矿物形成时，相对与一定的变质温压条件，其氧同位素比值，即fO2的分配系数是一定的，故用其确定的共生矿物之间的温度应是一致的，从而可分辨出不同变质条件下矿物的世代及其关系。,.,11.2变质矿物共生组合分析,4）矿物相数符合相律一般情况下，共生矿物相数为35个，太多则意味着存在非平衡组合或分属不同的平衡共生体系，即表明存在叠加变质的不完全取代关系。,.,11.2变质矿物共生组合分析,在薄片研究时，上述1）、2）、4）可运用，初步确定出变质前的（残余）矿物组合、变质（标型）矿物共生组合及后期改造（叠加变质）的矿物组合。如：M423.1薄片残余矿物组合：Pl+Q（+M）（碎斑）主变质时的共生组合：Ab+Q+Mu+Ep（一期，具韧性流的碎基）叠加变质组合：Ep+Chl+Mu（二期）。,.,11.2变质矿物共生组合分析,2组分分析组分分析一般是确定控制矿物共生组合的独立组分及数量，研究分析这些组分在变质过程中的性质和行为。一般按岩石中组分的性质分为两大类：1）活动组分包括H2O、CO2流体，通常为完全活动组分；,.,11.2变质矿物共生组合分析,2）惰性组分不易在变质条件下成为活动的组分，进一步分为五种：杂质组分：通常为微量元素（如：Sr、Ba、Ni、Co、Cu等）的氧化物，含量极少，一般不出现独立的矿物相；共生分析时可不考虑。孤立组分：可以单独出现并形成独立矿物相，或进入其他矿物相，但都不影响共生关系；如：C、P2O5、ZrO等。,.,11.2变质矿物共生组合分析,类质同像组分：在一定的含量范围内的类质同像替换，不影响矿物的共生关系，故这样的阳离子对可合起来视为一个组分。如：Al3+Fe3+、Ca2+（Mg2+，Fe2+）等。过剩组分：为各矿物主要组分，同时亦为单独矿物相出现。如：石英岩中的SiO2，大理岩中的CaO等。有效惰性组分：决定共生组合的独立组分。一般有Al、Fe、Mg、Ca（大理岩除外）、K、Na等，但原岩及变质条件不同时，可以有变化。,.,11.2变质矿物共生组合分析,3共生图解共生图解表明特定物化条件下，变质岩中矿物平衡共生组合与原岩中有效惰性组分之间对应关系的图示。通常采用的是等边三角形或直角三角形的三组分图解。,.,11.2变质矿物共生组合分析,共生图解的图形及作图方法,.,11.2变质矿物共生组合分析,一般做图时，将矿物的组分按比例投在图上，并连接共生线，若连出的所有线无交叉，则这些矿物是平衡共生的，否则存在反应关系，或为不平衡的。然后将岩石化学成分换算成三组分比，再投影，若投点落入共生区内，则表明平衡的，反之为不平衡或组分选择有误。,.,11.2变质矿物共生组合分析,常用的图解有三个：1）ACF图解用A、C、F为顶点的等边三角形图解，三组分的涵义为：AAl2O3Fe2O3（Na2OK2O）CCaO3.3P2O5FMgOFeOMnOACF100各氧化物在列式前均应先进行必要的校正。,.,11.2变质矿物共生组合分析,此图解可表示除K、Na硅酸盐和SiO2不饱和硅酸盐矿物以外的较多重要矿物，对贫K2O的岩石比较精确。而含黑云母、白云母及钠云母的岩石为富钾的，使用前应做校正和补充。,.,11.2变质矿物共生组合分析,2）AKF图解用A、K、F为顶点的等边三角形图解，三组分的涵义为：AAl2O3Fe2O3（Na2OK2OCaO）KK2OFMgOFeOMnOAKF100各氧化物在列式前均应先进行必要的校正。,.,11.2变质矿物共生组合分析,此图解将对富K2O的岩石适用，但对含Ca岩石则无法表示，且只有在全岩化学分析数据中，假定CaO全部进入钙长石中，否则图解有误差。,.,11.2变质矿物共生组合分析,3）AFM图解用A、F、M为顶点的等边三角形图解，三组分的涵义为：AAl2O3FFeOMMgOAFM100各氧化物在列式前均应先进行必要的校正。,.,11.2变质矿物共生组合分析,此图解将Fe、Mg视为独立组分，对泥质岩较为适用。图解中同样将SiO2视为过剩组分，但实际矿物组合中可有石英白云母的存在；H2O的存在在该图中不重要。,.,11.2变质矿物共生组合分析,有研究者将上述涉及的组分和三个图解合并为AFMK四面体图，图示较复杂，但可直观的表示出常见岩石中暗色矿物的共生问题。此外，还有一些其它的图解，此不详述。上述及有关图解的做法可参阅下列文献：王仁民等，1987，变质岩原岩图解判别法，地质出版社贺同兴等，1988，变质岩岩石学，地质出版社,.,11.2变质矿物共生组合分析,小结实际上，共生组合分析的深入研究，不仅可以解决变质条件研究的问题，还可以了解原岩及变质过程的组分变化情况；同时对矿物组合来说，深入的共生分析后就会发现复杂的组成往往是一个简单的共生组合，只不过有不同期次或不同原岩罢了。,.,11.3变质历史分析,变质历史分析确定地壳演化过程中变质事件的时间、过程、特征及其产物。变质历史的分析必然涉及到变质地区变质的次数、类型、先后关系及成因联系等，即与变质作用期次有关。,.,11.3变质历史分析,1变质作用期次的划分标志（三个）1）存在不同的变质特征主要是不同的变质作用类型、变质相、变质相系，以及伴生的岩浆活动和构造运动等。2）存在不整合接触关系有明显的不整合面，其面上有下伏变质岩的砾石和碎屑。,.,11.3变质历史分析,3）存在不同的原岩建造在原岩组合、构造特征、岩脉活动及花岗质发育程度等方面存在较明显的差异。说明：上述划分标志必须在区域地质背景的分析基础上使用，才能得出较为合理的认识。,.,11.3变质历史分析,2变质变形的关系变质变形关系：在变质结晶和重结晶过程中，变形的发育特点及其与变质的时序关系。确定的关键是了解变质过程中温度、压力是先后独立的、还是共同的。一般情况下，可以通过薄片中变质结晶和重结晶的矿物颗粒形态、排列、相互关系和粒内显微构造、组构等特征来判定。按照变质与变形的先后关系，可以将变质过程中的结晶作用分为三种类型：,.,11.3变质历史分析,1）变形前的结晶作用在变质结晶和重结晶后才发生变形作用。在该过程中，结晶作用发生时，温度为独立因素（T1），或温度与压力为共同因素（T1-P1）；其后有压力为独立因素（P2）的作用。其特点有三个：,.,11.3变质历史分析,矿物发育裂开、碎裂、扭折、双晶弯曲、波状消光等；变斑晶为后期片理包绕，粒内的残缕与后期片理方向不一致或不贯穿，以变斑晶为核可形成压力影或旋斑；有片理切割现象（后期片理延续性更好，早期的通常被切断为断续状或有偏转），或发育有皱纹线理、挠曲片理及片理褶皱等。,.,11.3变质历史分析,.,11.3变质历史分析,.,11.3变质历史分析,2）同变形的结晶作用结晶作用与变形同时进行的过程。此时的温度和压力为作用的共同因素。其特点有两个：变质结晶和重结晶的矿物多沿最大压应力面或拉伸方向呈明显的定向生长，形成各种片理、线理，同种矿物粒内的光轴定向性好；变斑晶内的残缕与外面的片理相连，或发育同样的弯曲、褶皱和旋转等；可见带状石英、长石等的形成。,.,11.3变质历史分析,.,11.3变质历史分析,.,11.3变质历史分析,.,11.3变质历史分析,3）变形后的结晶作用发生于变形之后的变质结晶和重结晶过程。过程中先有P1的独立因素的作用，其后为T2或T2-P2的改造。其特点有三个：结晶矿物定向性差，有延长方向的矿物（如：片状、柱状等）其生长方向与原片理可不平行；矿物较自形或自形，粒内无变形现象；变斑晶的残缕与片理一致，但片理不包绕变斑晶，而是被变斑晶截断或改造。,.,11.3变质历史分析,.,11.3变质历史分析,.