变质岩-第5讲共生分析变质相与变质相系ppt课件

1、5 5讲讲: : 共生分析、变质相和变质相系共生分析、变质相和变质相系 矿物共生组合矿物共生组合 共生分析的基本思路共生分析的基本思路 变质相和变质相系变质相和变质相系二共生分析的基本思路二共生分析的基本思路矿物相律矿物相律 系统达平衡时，岩石矿物组合相与岩系统达平衡时，岩石矿物组合相与岩石化学成分组分和物理化学条件自由石化学成分组分和物理化学条件自由度之间的关系应服从度之间的关系应服从GibbsGibbs相律相律P相数）相数） f自由度数）自由度数）= c组分数）组分数） 2P=平衡共生相的数目， 一种矿物一个相F=自由度数， 一定范围内独立改变，而不引起相的种类和数目发生改变的独立变量C=

2、组分数，描述系统和相组成所需独立物质的最小数目。 c=3: CaO, SiO2, CO2f=2: T, P (xCO2=1)P=c+2-f=3+2-2=3P相数）相数） f自由度数）自由度数）= c组分数）组分数） 2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 在封闭的变质岩石系统中，变质作用常在封闭的变质岩石系统中，变质作用常常是在一定温度和压力区间内进行并达平衡的，因常是在一定温度和压力区间内进行并达平衡的，因此可以独立变化的变量一般都大于此可以独立变化的变量一般都大于2个，即个，即f2。由。由Gibbs相律公式可得：相律公式可得：f=c2p2。因此。因此pc 在一定在一定T、P范围内平衡

3、的矿物相数不大于该岩石范围内平衡的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是系统的独立组分数。这就是Goldschmidt矿物相律矿物相律,是是Gibbs相律的地质学形式相律的地质学形式C1： Al2SiO5 一元系一元系 f=2, p=1221f=1, p=c+2-f =1+2-1=2f=0, p=12-03f=2, p=1221f=2, p=1221补充说明：1.如果系统没有流体相，P 就代表矿物相数；如果有一个流体相，矿物相数就等于p1。 2. 独立组分数目的确定十分重要。独立组分数的确定要根据岩石系统中的实际情况来确定如果系统没有流体相，如果系统没有流体相，p就代表矿物相数；如果就代

4、表矿物相数；如果有一个流体相，矿物相数就等于有一个流体相，矿物相数就等于p1？ 在共生分析中，把一定化学成分岩石达化学平衡时的在共生分析中，把一定化学成分岩石达化学平衡时的矿物成分称为矿物组合或矿物共生、矿物共生组合矿物成分称为矿物组合或矿物共生、矿物共生组合, ,确定矿物共确定矿物共生组合的主要标准如下：生组合的主要标准如下：（1 1一个矿物共生组合中的各种矿物都有相互接触的关系一个矿物共生组合中的各种矿物都有相互接触的关系（2 2一个矿物共生组合的各矿物，相互间无反应和交代现象一个矿物共生组合的各矿物，相互间无反应和交代现象（3 3一个矿物共生组合中，同种矿物的化学成分及光性特征应一个矿物

5、共生组合中，同种矿物的化学成分及光性特征应相近。如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似相近。如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似（4 4一个矿物共生组合中的一对矿物之间元素的分配符合一个矿物共生组合中的一对矿物之间元素的分配符合NernstNernst分配定律，即各处元素的分配系数近相等分配定律，即各处元素的分配系数近相等（5 5矿物共生组合中矿物共生关系应符合矿物相律，即矿物相矿物共生组合中矿物共生关系应符合矿物相律，即矿物相数不超过惰性组分数数不超过惰性组分数( (通常矿物种类不超过五、六种）通常矿物种类不超过五、六种） CcQCc Wo，QWoCc WoQCcWo斜长石牌号斜长石牌

6、号= 100 An/(An+Ab)1二维成分图解的表示方法二维成分图解的表示方法（1确定独立组分数做成三角图以Cc+Q=Wo+Co2为例 独立组分：CaO, SiO2, CO2 (2) 确定矿物投影点确定矿物投影点根据矿物化学分析资料或矿根据矿物化学分析资料或矿物分子式计算出各组分的摩物分子式计算出各组分的摩尔百分含量，据此将各个矿尔百分含量，据此将各个矿物标绘在相应的位置上物标绘在相应的位置上（如右图）（如右图）方法同确定矿物投影点。目的方法同确定矿物投影点。目的是验证投影点是否与实际矿物是验证投影点是否与实际矿物组合投影点所确定的范围一致。组合投影点所确定的范围一致。并且原岩的化学组成可以

7、被限并且原岩的化学组成可以被限定在各个小三角形之内定在各个小三角形之内SiO2过剩CaO过剩每一种组分岩石类型每一种组分岩石类型一般对应一套由三种不同一般对应一套由三种不同矿物构成的矿物组合，矿物构成的矿物组合，例如例如A成分的岩石的三个共成分的岩石的三个共生矿物为生矿物为 x, xy, x2z( f =2,p=c)(f) 成分点的岩石矿物组合成分点的岩石矿物组合如何？如何？ (6) 固溶体矿物投影固溶体矿物投影不再是一个点不再是一个点, ,而是一个区域而是一个区域C3P3 1 2(1)组分分析为了对成分复杂的岩石作共生分析，有必要对岩石系统各组为了对成分复杂的岩石作共生分析，有必要对岩石系统

8、各组分作具体分析，找出对矿物共生组合影响最大的三四个组分，分作具体分析，找出对矿物共生组合影响最大的三四个组分，把多组分岩石系统简化为三组分或四组分系统，才有可能作把多组分岩石系统简化为三组分或四组分系统，才有可能作出成分出成分- -共生图解，表示岩石化学成分与矿物组合的关系，这共生图解，表示岩石化学成分与矿物组合的关系，这一过程叫做组分分析。一过程叫做组分分析。矿物矿物ACF值的计算及标定值的计算及标定 And(红柱石红柱石) Al2O3 SiO2 A = 100 Cord(堇青石堇青石) 2(Fe,Mg)O 2Al2O3 5SiO2 A = 50 F = 50 An(斜长石斜长石) CaO

9、 Al2O3 2SiO2 A = 50 C = 50 Di(透辉石透辉石) CaO (Fe,Mg)O 2SiO2 C = 50 F = 50 Gro(钙铝榴石钙铝榴石) 3CaO Al2O3 3SiO2 A = 25 C = 75 Wo(硅灰石硅灰石) CaO SiO2 C = 100 连接共生线及注意事项连接共生线及注意事项按矿物实际共生关系连接共生线即完成了按矿物实际共生关系连接共生线即完成了ACF 图解。图解。矿物在矿物在ACFACF图解上的投影图解上的投影注意问题注意问题 1 1AnAn位置不是钙长石而是包含图解外位置不是钙长石而是包含图解外AbAb的斜长石；的斜长石； 2 2不能表示

10、含不能表示含K2 OK2 O的矿物，因此不能的矿物，因此不能区分低温下泥质岩中区分低温下泥质岩中K2 OK2 O过剩与不足的过剩与不足的两类组合。两类组合。52341678910泥质富铝长英质基性岩钙质镁质五大类变质岩在五大类变质岩在ACFACF图解上的分布区域图解上的分布区域泥质变质岩中常见变质矿物的投影泥质变质岩中常见变质矿物的投影(AKF(AKF图解图解) ) After Eskola (1915) and Turner (1981) Metamorphic Petrology. McGraw Hill.Fo - Mg2SiO4Per - MgOEn - MgSiO3Qtz - SiO2

11、 Di - CaMgSi2O6Cc - CaCO3 定义说明定义说明 （1） 一个变质相是一个等物理系一个变质相是一个等物理系. 因此，变因此，变质相与岩石化学成分无关质相与岩石化学成分无关意思是在一个变质相中，对应意思是在一个变质相中，对应不同的岩石化学成分有不同的不同的岩石化学成分有不同的矿物组合。因此，给定岩石化矿物组合。因此，给定岩石化学成分，可以预测相应矿物组学成分，可以预测相应矿物组合。一个变质相内岩石化学成合。一个变质相内岩石化学成分与矿物组合的这种关系是岩分与矿物组合的这种关系是岩石系统达化学平衡的必然结果，石系统达化学平衡的必然结果，用成分用成分- -共生图解可很好地表共生图

12、解可很好地表示这种关系示这种关系带或亚相带或亚相变质相的分类及各变质相基性变质岩的临界矿物组合表变质相的分类及各变质相基性变质岩的临界矿物组合表标注本课程重点要求掌握的变质相 标志是浊沸石和钠长石开始出现为下限，温度稍高可以出现葡萄石。标志是浊沸石和钠长石开始出现为下限，温度稍高可以出现葡萄石。 主要变质反应有主要变质反应有 方沸石方沸石+石英石英=钠长石钠长石200 ， 2kb） 片沸石片沸石=浊沸石浊沸石+3石英石英+2H2O稍低于稍低于200 ， 2kb） 典型矿物组合：典型矿物组合： （1浊沸石浊沸石+绿泥石绿泥石+钠长石钠长石+石英；石英； （2浊沸石浊沸石+葡萄石葡萄石 +绿泥石绿

13、泥石+钠长石钠长石+石英；石英； （3葡萄石葡萄石+绿泥石绿泥石+方解石方解石+石英石英 形成条件实验资料）：形成条件实验资料）：PH2O=1-3kb，T=200-300。 极低级变质极低级变质 标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石400）将分解。）将分解。 要变质反应有要变质反应有 浊沸石浊沸石+绿泥石绿泥石+方解石方解石 =葡萄石葡萄石+石英石英+CO2+H2O （温度稍低）（温度稍低） 浊沸石浊沸石+葡萄石葡萄石 +绿泥石绿泥石 = 绿纤石绿纤石+石英石英+H2O （360 ， 2kb ） 典型矿物组合：典型矿物组合： （1绿纤石绿纤石+葡

14、萄石葡萄石+绿泥石绿泥石+钠长石钠长石+石英变质硬砂岩）石英变质硬砂岩） （2绿纤石绿纤石+绿泥石绿泥石+绿帘石绿帘石+钠长石钠长石+石英变质基性岩）石英变质基性岩） 形成条件实验资料）：形成条件实验资料）：PH2O=1-3kb，T=300-360。 极低级变极低级变质质 特征：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉等。特征：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉等。 要变质反应多）：例如要变质反应多）：例如 浊沸石浊沸石=硬柱石硬柱石+石英石英+H2O （200-300 ， 2.6-3.3kb ） 绿泥石绿泥石+阳起石阳起石+钠长石钠长石=蓝闪石蓝闪石+ H2O （200-350 ， 5-7kb

15、 ） 钠长石钠长石=硬玉硬玉+石英石英(硬砂岩硬砂岩) (（200-300 ， 7.5- 9.5 kb ） 典型矿物组合：典型矿物组合： 中压：硬柱石中压：硬柱石+钠长石钠长石+绿泥石绿泥石+（石英，方解石，多硅白云母）（石英，方解石，多硅白云母） 高压：硬柱石高压：硬柱石+蓝闪石蓝闪石+钠长石钠长石+霰石无石英时可以出现硬玉）霰石无石英时可以出现硬玉） 极高压：硬柱石极高压：硬柱石+蓝闪石蓝闪石+硬玉硬玉+石英石英 形成条件实验资料）：温度形成条件实验资料）：温度200-450 压力压力 3-5kb，可达，可达10kb 。注：近来实验研究表明：蓝闪石对压力并不敏感，是否出现主要取决与岩注：近

16、来实验研究表明：蓝闪石对压力并不敏感，是否出现主要取决与岩石的化学成分。硬柱石是典型的低温中高压矿物，霰石代替方解石出石的化学成分。硬柱石是典型的低温中高压矿物，霰石代替方解石出现代表更高压力，硬玉现代表更高压力，硬玉+石英代替钠长石指示极高压力。石英代替钠长石指示极高压力。c浊沸石浊沸石帘石帘石绿纤石绿纤石片沸石片沸石绿泥石绿泥石葡萄石葡萄石文石文石硬柱石硬柱石钠云母钠云母硬玉，蓝闪石硬玉，蓝闪石 标志是变质基性岩中的绿纤石消失，出现黝帘石标志是变质基性岩中的绿纤石消失，出现黝帘石/斜黝帘石斜黝帘石 (Winkler, 1976)，可能的变质反应为：，可能的变质反应为： 绿纤石绿泥石石英黝帘

17、石阳起石绿纤石绿泥石石英黝帘石阳起石H2O 这一反应的实验条件这一反应的实验条件Nitsch，1977为：为： 0.25GPa , 34520; 0.4GPa , 35020; 0.7GPa, 37020. 不同岩石系列在绿片岩相的矿物组合为：不同岩石系列在绿片岩相的矿物组合为： 基性岩石：基性岩石： 绿帘石阳起石绿泥石钠长石石英方解石绿帘石阳起石绿泥石钠长石石英方解石 泥质岩石：泥质岩石： 白云母绿泥石石英白云母绿泥石石英 硬绿泥石硬绿泥石 泥质岩石：泥质岩石： 白云母黑云母绿泥石石英白云母黑云母绿泥石石英 硬绿泥石硬绿泥石 相关资料相关资料: Winkler(1976)在讨论从很低级到低级

18、变质作用的转变时，特别强调了在讨论从很低级到低级变质作用的转变时，特别强调了帘石类矿物的变化，即在很低级变质作用条件下，帘石为富铁的绿帘帘石类矿物的变化，即在很低级变质作用条件下，帘石为富铁的绿帘石，而在低级变质条件下，帘石为贫铁的黝帘石或斜黝帘石。石，而在低级变质条件下，帘石为贫铁的黝帘石或斜黝帘石。 在国内目前教科书中也都以黝帘石或斜黝帘石的出现作为绿片岩相的标在国内目前教科书中也都以黝帘石或斜黝帘石的出现作为绿片岩相的标志，但是实际上自然界中大多数绿片岩中的帘石都是富铁的绿帘石，志，但是实际上自然界中大多数绿片岩中的帘石都是富铁的绿帘石，并非贫铁的黝帘石或斜黝帘石魏春景，并非贫铁的黝帘石

19、或斜黝帘石魏春景，1993）。）。 因此绿片岩相开始的标志应强调矿物组合的变化，因此绿片岩相开始的标志应强调矿物组合的变化， 即出现绿帘石阳即出现绿帘石阳起石共生，并伴随着绿纤石的消失起石共生，并伴随着绿纤石的消失Liou et al., 1985)。 ACFEpChtChlCcActTcMusBiMicFAPyrKCht-硬绿泥石硬绿泥石Pyr叶蜡石叶蜡石Tc滑石滑石Mic微斜长石微斜长石特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。可能的变质反应为：可能的变质反应为： 阳起石斜黝帘石绿泥石石英普通角闪石阳起石斜黝帘石绿泥石石英普通角

20、闪石H2O 硬绿泥石绿泥石石英铁铝石榴石硬绿泥石绿泥石石英铁铝石榴石H2O 白云母绿泥石石英铁铝石榴石黑云母白云母绿泥石石英铁铝石榴石黑云母H2O 据据Liou等等1982对第一个反应的实验条件为对第一个反应的实验条件为0.5GPa时，时，T约约500不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为：不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为： 基性岩石：普通角闪石绿帘石绿泥石钠长石基性岩石：普通角闪石绿帘石绿泥石钠长石 石英石英 泥质岩石：铁铝石榴石黑云母白云母石英泥质岩石：铁铝石榴石黑云母白云母石英 泥质岩石在这一变质条件下硬绿泥石和绿泥石都可能出现。这一变质相的泥质岩石在这一变质条件下硬绿泥石和绿泥石都可

21、能出现。这一变质相的温度为温度为500560，压力为，压力为0.31.0GPa。 AACKF FMusEpHbCcTcBiGrtChtMicPyr标志是泥质岩石中出现十字石中压和堇青石低压和在白云母存在标志是泥质岩石中出现十字石中压和堇青石低压和在白云母存在时富铁绿泥石及硬绿泥石的消失为标志，可能的变质反应为：时富铁绿泥石及硬绿泥石的消失为标志，可能的变质反应为： 绿泥石白云母十字石黑云母石英绿泥石白云母十字石黑云母石英H2O 该反应的实验条件为：该反应的实验条件为： PH2O0.4GPa时时 T54015 PH2O0.7GPa时时 T56515 绿泥石白云母石英堇青石黑云母绿泥石白云母石英堇

22、青石黑云母Al2SiO5H2O 实验条件为：实验条件为： PH2O0.1GPa T51510 PH2O0.2GPa T52510 PH2O0.4GPa T55510低角闪岩相的温度为低角闪岩相的温度为550650，压力为，压力为0.31.0GPa。在变质基性岩中，Turner & Verhoogen1960强调斜长石从An=5到An=17的成分的跃迁为标志，Turner1966以斜长石An30 为界。泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为：泥质岩石中压） 十字石铁铝石榴石黑云母白云母石英斜长石 蓝晶石铁铝石榴石黑云母白云母石英斜长石 泥质岩石低压） 堇青石红柱石黑云母白云母石英斜长石铁铝石

23、榴石 基性岩石普通角闪石斜长石An30）黑云母绿帘石石英 AACKF FMusAnHbCcBiGrtMicKyDiStauGroGrt石榴石石榴石Gro钙铝榴石钙铝榴石Stau十字石十字石 AACKF FMusAnHbCcCumBiMicAndDiGroCord镁铁闪石标志是泥质岩石中的白云母石英不稳定，转变为钾长石标志是泥质岩石中的白云母石英不稳定，转变为钾长石Al2SiO5 白云母石英钾长石夕线石白云母石英钾长石夕线石/红柱石红柱石H2O这一反应的实验条件为：这一反应的实验条件为： PH2O0.1GPa T580 PH2O0.3GPa T660Winkler(1976)指出这一反应发生在指

24、出这一反应发生在PH2O0.35GPa，岩石中有斜长石存在时，片麻岩就会发生深熔作用。，岩石中有斜长石存在时，片麻岩就会发生深熔作用。白云母石英斜长石白云母石英斜长石H2O熔体由钾长石钠质斜长石石英组成）熔体由钾长石钠质斜长石石英组成）钙质斜长石或石英取决于其原始含量）钙质斜长石或石英取决于其原始含量）Al2SiO5+H2O溶解在溶解在熔体中）熔体中）所以，片麻岩中发生深熔，出现混合岩化作用也是高角闪岩相开始的标志所以，片麻岩中发生深熔，出现混合岩化作用也是高角闪岩相开始的标志高角闪岩相的温度为高角闪岩相的温度为650700，压力为，压力为0.31.0GPa。高角闪岩相的特征矿物组合为：高角闪

25、岩相的特征矿物组合为：泥质岩石中压）：泥质岩石中压）： 夕线石石榴石黑云母钾长石石英斜长石夕线石石榴石黑云母钾长石石英斜长石泥质岩石低压）泥质岩石低压） 红柱石堇青石黑云母钾长石石英斜长石红柱石堇青石黑云母钾长石石英斜长石 基性岩石基性岩石 普通角闪石斜长石透辉石石英普通角闪石斜长石透辉石石英 A ACKF FMusAnHbCcAnthBiGrtMicSillDiGroCord AACKF FAnHbCcAnthBiGrtOrKyDiGroMus 温度大于温度大于7000C. 大致相当于基性岩中的二辉石带大致相当于基性岩中的二辉石带, 典型的高级变质典型的高级变质, 都城按照压力变化分为都城按

26、照压力变化分为:(1). 低压麻粒岩相：以基性变质岩中橄榄石和斜长石共生为特征，不出现低压麻粒岩相：以基性变质岩中橄榄石和斜长石共生为特征，不出现铁铝榴石。铁铝榴石。(2). 中压麻粒岩相：以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和斜长石共生，出现中压麻粒岩相：以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和斜长石共生，出现铁铝榴石铁铝榴石+蓝晶石组合为特征蓝晶石组合为特征.(3). 高压麻粒岩相：以镁铝榴石高压麻粒岩相：以镁铝榴石+单斜辉石单斜辉石+石英代替紫苏辉石石英代替紫苏辉石+钙长石出钙长石出现为特征。现为特征。基性岩中以出现紫苏辉石为标志。基性岩中以出现紫苏辉石为标志。 普通角闪石石英紫苏辉石透辉石斜长石普通角闪

27、石石英紫苏辉石透辉石斜长石H2O 压力较高时，出现：紫苏辉石斜长石石榴石透辉石石英压力较高时，出现：紫苏辉石斜长石石榴石透辉石石英泥质岩石进入麻粒岩相的标志泥质岩石进入麻粒岩相的标志 夕线石黑云母不稳定，转变为石榴石堇青石。夕线石黑云母不稳定，转变为石榴石堇青石。麻粒岩相的特征矿物组合为：麻粒岩相的特征矿物组合为： 基性岩石中压）：紫苏辉石透辉石斜长石石英角闪石基性岩石中压）：紫苏辉石透辉石斜长石石英角闪石 基性岩石高压）：透辉石石榴石斜长石石英基性岩石高压）：透辉石石榴石斜长石石英 泥质岩石：夕线石石榴石堇青石钾长石石英斜长石泥质岩石：夕线石石榴石堇青石钾长石石英斜长石麻粒岩相的温度为麻粒岩

28、相的温度为700900，压力为，压力为0.3-1.2GPa。 AACKF FAnHbCcHyGrtOrSill/KyDi高压变质相，温度范围很宽，高压变质相，温度范围很宽， 400900，压力一般超过，压力一般超过1.0GPa在基性岩中的特征矿物组合为：绿辉石石榴石，此外有含量不等的石英、在基性岩中的特征矿物组合为：绿辉石石榴石，此外有含量不等的石英、蓝晶石、角闪石、帘石和金红石等，不出现斜长石。蓝晶石、角闪石、帘石和金红石等，不出现斜长石。在变质泥质岩石特征矿物组合为：蓝晶石滑石，还可以出现多硅白云母、在变质泥质岩石特征矿物组合为：蓝晶石滑石，还可以出现多硅白云母、石榴石、富镁的硬绿泥石等，

29、称为白片岩石榴石、富镁的硬绿泥石等，称为白片岩Schreyer, 1973, 1985, 1987)。近年来，在榴辉岩中发现柯石英和金刚石等超高压矿物指示其最高压力可近年来，在榴辉岩中发现柯石英和金刚石等超高压矿物指示其最高压力可达到达到2.83.5GPaChopin, 1984)。 铁铝-镁铝榴石（1浊沸石相浊沸石相(Z): 温压条件为温压条件为P0.20.3GPa, T=200150）300。（2葡萄石绿纤石相葡萄石绿纤石相(PP): 温度为温度为300360，压力为，压力为0.25-0.35GPa。（3低绿片岩相低绿片岩相(LGS): 温度为温度为350500，压力为，压力为0.3-0.

30、8GPa。 (4) 高绿片岩相高绿片岩相(HGS): 温度为温度为500560，压力为，压力为0.3-1.0GPa。（5低角闪岩相低角闪岩相LA): 温度为温度为550650，压力为，压力为0.3-1.0GPa。（6高角闪岩相高角闪岩相 (HA): 温度为温度为650700，压力为，压力为0.31.0GPa。（7麻粒岩相麻粒岩相(G): 温度为温度为700900，压力为，压力为0.3-1.2GPa。（8蓝片岩相蓝片岩相 (GL): 温度范围很宽，温度范围很宽，200450，压力，压力0.3-1.2GPa。（9榴辉岩相榴辉岩相 (E): 温度范围很宽，温度范围很宽，400900，压力一般超过，压力一般超过1.0GPa，1 1简述矿物共生组合的确定标志。简述矿物共生组合的确定标志。2 2简述成分共生图解的编制方法。简述成分共生图解的编制