变质岩——7第二十二讲中P-T高温和高P-T型变质岩_2014-1(1)

1、第二十二章第二十二章 中中P/TP/T高温和高温和 高高P/TP/T区域变质岩区域变质岩（1）变质条件：）变质条件：T700，P0.3GPa （红框区红框区）（2）标志性矿物组）标志性矿物组合：合：基性变质岩矿物组合中基性变质岩矿物组合中出现出现Ca-Cpx+ Opx（二）（二） 麻粒岩相麻粒岩相G Gv Hb分解反应分解反应在相当大的在相当大的T区间内区间内连连续进行续进行，在反应带含水矿物，在反应带含水矿物Hb仍仍然稳定，因而在然稳定，因而在G相低温部分相低温部分，基，基性变质岩具有向性变质岩具有向A相过渡的矿物组相过渡的矿物组合如合如Pl+Hb+HyDiGt+Qv 温度进一步升高，温度进

2、一步升高，Hb将完全消失，将完全消失，因而在因而在麻粒岩相高温部分麻粒岩相高温部分，基性变，基性变质岩具有无水矿物组合如质岩具有无水矿物组合如Pl+Di+Hy+Gt+QHb+Alm Q HbAlm+Q OpxPlCpxVOpxPlCpxVMs+QAls+Or+Q+VSil-Or带带 Crd-Gt-Or带带 Bi+AlsCrd+Gt+Or+VAG1G2普通角闪石反应为紫苏辉石的反应结构证据（据普通角闪石反应为紫苏辉石的反应结构证据（据Bucher &Frost, 2006）v 泥质变质岩泥质变质岩中中A相与相与G相相相界反应相界反应为为Ms分解反应分解反应，Or与富铝矿物与富铝矿物Sil

3、、Gt等共生，出现等共生，出现Sil-Or带带，源自铝，源自铝过剩或铝不足原岩的矿物组合相同；过剩或铝不足原岩的矿物组合相同；v T进一步升高，进一步升高，Bi也变得不稳定，也变得不稳定，Bi分解反应是分解反应是G相低温与高温亚相相低温与高温亚相界线界线，出现，出现Crd-Gt-Or或或Hy-Qr-Gt组合组合Sil-Or带 Crd-Gt-Or带带 Hb+Alm Q HbAlm+Q OpxPlCpxVOpxPlCpxVMs+QAls+Or+Q+VSil-Or带 Crd-Gt-Or带带 Bi+AlsCrd+Gt+Or+VAG1G2v （3）矿物化学特征）矿物化学特征v Opx为为Hy，含，含Al

4、2O3可达可达6-10%，有较强的粉红，有较强的粉红淡绿色多色性；淡绿色多色性；v Cpx为为Ca-Cpx：Di、Aug（普通辉石）等，也含普通辉石）等，也含Al2O3，即含即含Jd分子分子（NaAlSi2O6）和）和Ca-Ts（钙契尔马克分子，钙契尔马克分子，CaAl2Si2O6）；）；v Gt：PyrAlm质质, Gro成分含量低；成分含量低；Sil-Or带带 Crd-Gt-Or带带 G1G2v Bi是含是含Mg、Ti高的红褐色高的红褐色Bi； v Hb是含是含Ti、Al高的褐色高的褐色Hb；v Kf是是Or，常常是条纹长石。成分上，常常是条纹长石。成分上富富Na ；Pl是奥长石是奥长石中

5、长石，含中长石，含K，常常是反条纹长石。有时长石呈暗蓝、常常是反条纹长石。有时长石呈暗蓝、蓝绿或褐绿、米黄色；蓝绿或褐绿、米黄色；v Q有时具暗蓝色或蓝灰色；有时具暗蓝色或蓝灰色； v Al2SiO5矿物矿物在中在中低低P/T下为下为Sil，高高P/T下为下为Ky；v 含含Ti的副矿物的副矿物通常是金红石和钛铁矿，通常是金红石和钛铁矿，只有在钙质岩中才出现榍石；只有在钙质岩中才出现榍石；v（4）岩石结构构造特征）岩石结构构造特征v 高温退火使得高温退火使得变余结构构造已完全消失；变余结构构造已完全消失；v 高温脱水反应使岩石中的高温脱水反应使岩石中的Ms、Bi、Hb分解，导致岩分解，导致岩石这

6、些片状、纤状矿物中减少和消失，因此麻粒岩石这些片状、纤状矿物中减少和消失，因此麻粒岩相岩石的相岩石的典型结构为花岗变晶结构典型结构为花岗变晶结构（等粒或不等（等粒或不等粒），粒），典型构造为片麻状至块状构造；典型构造为片麻状至块状构造；v 由于形成于地下深处高由于形成于地下深处高T条件下，它们现今出露地表条件下，它们现今出露地表曾经历过过较宽的降温和降压过程，因而在麻粒岩曾经历过过较宽的降温和降压过程，因而在麻粒岩相变质岩常见相变质岩常见反应结构反应结构，主要有两种，主要有两种 ：麻粒岩相变质岩中麻粒岩相变质岩中反应结构：反应结构：IBC型型与与IBC近等压冷却轨迹有关的反应结构实例近等压冷却

7、轨迹有关的反应结构实例 （ Harley1989） a 反应边（冠状体）结构反应边（冠状体）结构指示岩石指示岩石中发生近等压冷却反应中发生近等压冷却反应 Opx+Pl Gt+Cpx+Qb 出溶结构出溶结构指示岩石中发生近等指示岩石中发生近等压冷却反应压冷却反应 高高Al-Px低低Al-Px+Gt麻粒岩相变质岩中麻粒岩相变质岩中反应结构：反应结构：ITD型型b. Gt与与Q 之间的之间的Pl、Opx反应边反应边，指示岩石中发生近等温减压反应指示岩石中发生近等温减压反应 Gt+3Q=6Opx+3Pl 与与ITD（近等温减压）轨迹有关的反应结构实例（近等温减压）轨迹有关的反应结构实例 （ Harle

8、y1989） a. Gt分解为分解为Opx-Pl后成合晶后成合晶，Cpx具具Opx环边，指示岩石中发生环边，指示岩石中发生近等温减压反应近等温减压反应 Gt+Cpx+Q=Pl+Opx（1）泥质泥质（组合（组合1，2）低温亚相低温亚相（Sil-Or带）带）Sil-Gt-Or片麻岩（组片麻岩（组合合，可含，可含Bi）Gt-Bi-Or片麻岩（组片麻岩（组合合）高温亚相高温亚相（Crd-Gt-Or带）带）Bi消失，出现消失，出现Crd、HySil-Crd-Gt-Or片麻岩片麻岩（组合（组合）Hy-Gt-Or片麻岩（组片麻岩（组合合）（5）代表性矿物）代表性矿物组合和岩石组合和岩石12）长英质长英质 （

9、组合（组合1,2)矿物组合与泥质同矿物组合与泥质同 ,但但长石、石英含量高，为长石、石英含量高，为各类长英麻粒岩各类长英麻粒岩低温亚相低温亚相（Sil-Or带）带）Sil-Gt长英麻粒岩（图长英麻粒岩（图22-11a，组合，组合，可含，可含Bi）Gt-Bi长英麻粒岩（图长英麻粒岩（图22-11a，组合，组合）高温亚相高温亚相（Crd-Gt-Or带）带）Sil-Crd-Gt长英麻长英麻粒岩（图粒岩（图22-11b，组合，组合）Hy-Gt长英麻粒岩（图长英麻粒岩（图22-11b，组合，组合）3）基性）基性 （组合（组合3)辉石麻粒岩辉石麻粒岩 低温亚相低温亚相：含：含Hb Gt-Pl-Hb-二辉石

10、麻粒二辉石麻粒岩岩高温亚相高温亚相：Hb消失消失Gt-Pl-二辉石麻粒岩二辉石麻粒岩4）钙质）钙质 （组合（组合4)通常通常无无Wo、Gro 泥灰岩泥灰岩：Cc-Pl-Di粒岩粒岩不纯灰岩不纯灰岩 ：Pl-Di大理大理岩岩5）镁质）镁质二辉石岩二辉石岩尖晶石尖晶石-二辉橄榄岩二辉橄榄岩 Co-Sil-Qr GneissSilOrCov 变质作用向岩变质作用向岩浆作用过渡的浆作用过渡的类型，混合岩类型，混合岩具有具有介于变质介于变质岩和岩浆岩之岩和岩浆岩之间的地质学、间的地质学、岩石学特征岩石学特征（二）混合岩（二）混合岩（1）分布：大面积分布在前寒武纪地盾区和显生宙岛弧带、大碰撞带、大陆拉张带

11、低中P/T区域变质区，与中、高级区域变质岩及花岗岩类深成侵入体共生和相互过渡 ,习称区域混合岩1、混合岩的一般特点、混合岩的一般特点 中色体中色体mesosome古成体古成体paleosome暗色体暗色体melanosome浅色体浅色体leucosome暗色体暗色体melanosome中色体中色体mesosome古成体古成体paleosomev（2）结构组分：）结构组分：混合岩由混合岩由基体基体substrate和和脉体脉体vein material两个两个基本组成部分基本组成部分组成组成 新成体新成体neosome基体基体Substrate脉体脉体vein material基体基体subst

12、rate四个混合岩区浅色体四个混合岩区浅色体CIPW标准矿物标准矿物Q-Ab-Or成分对比图成分对比图 （3）在化学成分上，）在化学成分上，浅色体为长英质浅色体为长英质的，常具有的，常具有Q-Ab-Or系统共结点或同结系统共结点或同结线成分，说明它们是部分熔线成分，说明它们是部分熔融产物。融产物。古成体可包括泥质、古成体可包括泥质、长英质、钙质、基性、镁质长英质、钙质、基性、镁质等各种化学类型变质岩等各种化学类型变质岩。但。但以长英质片麻岩和斜长角闪以长英质片麻岩和斜长角闪岩最常见；岩最常见； 在相同混合岩化作用条件在相同混合岩化作用条件下，下，泥质、长英质泥质、长英质变质岩比变质岩比基性变质

13、岩明显易受混合改基性变质岩明显易受混合改造（造（易熔易熔），而），而钙质、镁质钙质、镁质变质岩一般不受混合岩化影变质岩一般不受混合岩化影响（响（抗熔抗熔）；）； v （4）岩石）岩石结构：结构：v 古成体古成体具鳞片花岗变晶结构等变晶结构和交代结构，多显著定向构造；具鳞片花岗变晶结构等变晶结构和交代结构，多显著定向构造；新成体新成体具半自形粒状结构等熔体结晶结构和交代结构，定向性较古成体弱。具半自形粒状结构等熔体结晶结构和交代结构，定向性较古成体弱。v 部分熔融的结构证据部分熔融的结构证据：古成体中交代结构往往是：古成体中交代结构往往是部分熔融结构部分熔融结构，而新，而新成体和片麻状花岗岩中的

14、交代结构往往是成体和片麻状花岗岩中的交代结构往往是熔融残留结构熔融残留结构 部分部分熔融熔融的结的结构证构证据据 （5）混合岩构造：混合岩构造：基体与脉体的空间排布方式。基体与脉体的空间排布方式。Mehnert（1968）将混合岩按构造分为）将混合岩按构造分为12类。最常见的混合岩有类。最常见的混合岩有角砾状混合角砾状混合岩、眼球状混合岩、条带状混合岩和云染状混合岩（云染岩）岩、眼球状混合岩、条带状混合岩和云染状混合岩（云染岩）等等4类类角砾状网状碎块状细脉状条带状香肠状褶皱状肠状眼球状斑块状析离状云染状magmatitestriped migmatiteAugen migmatite？Str

15、iped & Augen migmatite1、地质产状：、地质产状：产于海沟带和大陆碰撞带二、二、 高高P/TP/T区域变质岩区域变质岩超高压变质岩全球分布（产地下的数字代表超高压变质岩全球分布（产地下的数字代表年龄值年龄值/Ma)(据据Maruyama et al., 2010）智利北部的安第斯俯冲带和变质带(S. Dutch, 2003)（一）一般特征（一）一般特征2、变质相和变质相系：、变质相和变质相系：有有 LA、BS、E等变质相，为高压变质地等变质相，为高压变质地体特有，其中的体特有，其中的LA、BS相属于很低级变质相，相属于很低级变质相，E相见于中相见于中-高温的高温的高

16、高P/T变质相；与洋壳俯冲有关的海沟带常发育变质相系变质相；与洋壳俯冲有关的海沟带常发育变质相系Z LABS E。单个变质相带比中或低。单个变质相带比中或低P/T变质地体的要宽。变质地体的要宽。3、岩浆作用与混合岩化：高压变质地体不发育岩浆作用、岩浆作用与混合岩化：高压变质地体不发育岩浆作用和混合岩。与俯冲相关的岩浆作用绝大多数发育于岛和混合岩。与俯冲相关的岩浆作用绝大多数发育于岛弧区弧区1 1、硬柱石、硬柱石- -钠长石钠长石- -绿泥石绿泥石相相 LALA 位于位于Z相与相与BS相之间，仅代相之间，仅代表一个小的表一个小的P-T范围：范围：P0.3-0.4Gpa，T150-300，很低，很

17、低级变质相；级变质相；以以Lw+Ab+Ch（硬柱石（硬柱石+钠长钠长石石+绿泥石）组合为特征，绿泥石）组合为特征，无无Z相特征矿物相特征矿物Lm（浊沸石），（浊沸石），也也无无BS相特征矿物相特征矿物Gl（蓝闪（蓝闪石），可石），可出现出现P-P相特征矿物相特征矿物Pu（绿纤石）；（绿纤石）； 变余结构构造发育变余结构构造发育 岩石：硬柱钠长绿泥片岩、硬岩石：硬柱钠长绿泥片岩、硬柱石变砂杂砂岩柱石变砂杂砂岩（二）变质相特征（二）变质相特征2 2、蓝片岩相、蓝片岩相 BSBSv BS相特征矿物是蓝闪石类相特征矿物是蓝闪石类Na-Am，包括蓝闪石包括蓝闪石（Glaucophase）GlNa2(Mg

18、, Fe)3Al2Si8O22(OH)2、青铝闪、青铝闪石石(Crossite) CrsNa2(Mg, Fe)3(Al, Fe3+)2Si8O22(OH)2和和镁钠闪石镁钠闪石(Magnesio-Riebeckite) Mg- RieNa2(Mg, Fe)3 Fe23+Si8O22(OH)2,它们构它们构成成Al-Fe3+连续类质同象系列，连续类质同象系列，常统常统称为蓝闪石称为蓝闪石v 镜下镜下Gl与与Crs不容易区分，它不容易区分，它们都具有们都具有蓝紫棕褐的多色蓝紫棕褐的多色性性、角闪石式解理和、角闪石式解理和小的消光小的消光角，角，但但GL为正延性，为正延性，Crs延性延性可正可负。可

19、正可负。v 以硬柱石以硬柱石Lw分解反应分解反应为为界，界，BS相分为两个亚相：相分为两个亚相：Lw-BS相和相和Ep-BS相相v Lw-BS又称作又称作Franciscan型。特征矿型。特征矿物组合为物组合为Na-Am+Lw+Ab（或（或Jd），），可含可含Pu但无但无Ep。Na-Am是是Gl和和Crsv Ep-BS可称为三波川型可称为三波川型或大别型或大别型 。与。与Lw-BS相相比，相对低压高温。特比，相对低压高温。特征矿物组合为征矿物组合为Na-Am+Ep+Ab，无，无Lw、Jd和和Pu。Na-Am是是Crs和和Mg-Rie，罕见，罕见Gl，可，可含含Ca-Am（Act），），具具有有

20、BS相与相与GS相过渡性相过渡性质质 蓝片岩相典型岩石蓝片岩相典型岩石： BS相岩石相岩石变余结构构造变余结构构造发育，如变余碎屑结构，变发育，如变余碎屑结构，变余辉长余辉长辉绿结构、变余层理构造、变余枕状构造等。辉绿结构、变余层理构造、变余枕状构造等。 由于俯冲带由于俯冲带强烈的构造变形强烈的构造变形，岩石构造面理发育，有，岩石构造面理发育，有的地段可以出现构造混杂现象，形成的地段可以出现构造混杂现象，形成混杂岩混杂岩melangeGl-Ep-Ms-Ab 片岩片岩湖北木兰山湖北木兰山3 3、榴辉岩相（、榴辉岩相（E E） v 高压（高压（P1.0 GPa）条件下）条件下形成的温度条件形成的温

21、度条件500oC以上以上的变质相，以典型岩石榴辉的变质相，以典型岩石榴辉岩岩eclogite而得名而得名v 榴辉岩是主要由红榴辉岩是主要由红红棕色红棕色Gt和草绿色和草绿色Omp组成的高压组成的高压基性变质岩，基性变质岩，可含可含Ky、Q，但无原生但无原生Plv 高压变质岩可进一步以普通高压变质岩可进一步以普通石英转变为柯石英的反应划石英转变为柯石英的反应划分高压和超高压两类；或以分高压和超高压两类；或以温度高低划分为低温（温度高低划分为低温（450-550、550-900、900-1600oC划分为低温、中温、划分为低温、中温、高温榴辉岩相（高温榴辉岩相（ Carswell，1990）v G

22、t是是Alm-Pyr-Gro 的成分复的成分复杂固溶体杂固溶体v Omp是榴辉岩的指示矿物，是榴辉岩的指示矿物，化学成分上，是化学成分上，是Di-Ca-Ts-Jd-Ac（锥辉石）的成分复锥辉石）的成分复杂的杂的Cpx，可看作可看作富铝含钠富铝含钠的的Ca-Cpx。手标本上呈草手标本上呈草绿色，镜下呈淡绿色，不与绿色，镜下呈淡绿色，不与Pl共生共生。要多观察并记住。要多观察并记住Omp的肉眼和镜下的颜色的肉眼和镜下的颜色Gaoqiao eclogiteEclogite from Donghai 榴辉岩的形成榴辉岩的形成与高与高P/TP/T基性麻粒岩（基性麻粒岩（Gt-CpxGt-Cpx麻粒岩）有

23、关麻粒岩）有关 随着随着压力增加压力增加，高，高P/TP/T基性麻粒岩中基性麻粒岩中PlPl将发生分解将发生分解 NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8 NaAlSi NaAlSi2 2OO6 6 + SiO + SiO2 2 Ab Jd Q Ab Jd Q CaAl CaAl2 2SiSi2 2O O8 8 CaAl CaAl2 2SiOSiO6 6 + SiO+ SiO2 2 An Ca-Ts Q An Ca-Ts Q反应导致反应导致PlPl消失消失，产生的，产生的JdJd分子进入分子进入CpxCpx，形成，形成OmpOmp。Ca-TsCa-Ts分子则主要进入分子则主要进入GtGt 3CaAl3CaAl2 2SiOSiO6 6 + 2SiO + 2SiO2 2 Ca Ca3 3AlAl2 2SiSi3 3OO1212 + 2Al + 2Al2 2SiOSiO5 5 Ca-Ts Q Gro Ky Ca-Ts Q Gro Ky反应反应伴有伴有Ky生成生成，这样就形成具，这样就形成具Gt+Omp+Ky+Q组合的榴辉组合的榴辉岩。这是岩。这是为什么与基性麻粒岩相比，榴辉岩中的