变质岩-变质相

1、 主要内容主要内容第六章第六章 变变 质质 相相 变质相概念的提出变质相概念的提出 变质相的基本概念及划分标志变质相的基本概念及划分标志 变质相的变质相的划分方案划分方案及代表人物及代表人物 主要区域变质相的基本特征主要区域变质相的基本特征 变质相概念的提出变质相概念的提出 1911年，年，戈尔德斯密特戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发现研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次把相律应这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次把相律应用到变质岩的研究中。用到变质岩的研究中。 1915年芬兰地质学家年芬兰地质学

2、家爱斯克拉爱斯克拉，在研究芬兰奥里耶维地区的接触变质，在研究芬兰奥里耶维地区的接触变质岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。 爱斯克拉到戈尔德斯密特的实验室工作，对比了两个地区的变质矿物爱斯克拉到戈尔德斯密特的实验室工作，对比了两个地区的变质矿物组合。发现两个地区化学成分基本相同的岩石具有不同的矿物组合（见表组合。发现两个地区化学成分基本相同的岩石具有不同的矿物组合（见表1）。他认为是其物理化学条件不同所致。）。他认为是其物理化学条件不同所致。 变质相概念的提出变质相概念的提出 变质带是以特定原岩中的特征变质矿物的首次出现来划分的变

3、质带是以特定原岩中的特征变质矿物的首次出现来划分的. 对于一对于一个变质地区个变质地区, 变质岩的原岩类型及总的化学成分是多种多样的变质岩的原岩类型及总的化学成分是多种多样的, 在相同的在相同的变质条件下变质条件下, 将形成不同的矿物组合将形成不同的矿物组合, 即出现不同的变质带名称即出现不同的变质带名称. 例如：例如： 变质条件相似的蓝晶石带和基性岩石中的斜长石变质条件相似的蓝晶石带和基性岩石中的斜长石-角闪石带角闪石带 为了表示相同变质条件下形成的所有变质岩为了表示相同变质条件下形成的所有变质岩, 引入了变质相的概念引入了变质相的概念. 芬兰奥里耶维地区芬兰奥里耶维地区挪威奥斯陆地区挪威奥

4、斯陆地区白云母石英白云母石英红柱石钾长石红柱石钾长石白云母黑云母白云母黑云母堇青石钾长石堇青石钾长石黑云母普通角闪石黑云母普通角闪石紫苏辉石斜长石紫苏辉石斜长石直闪石直闪石紫苏辉石紫苏辉石表表1芬兰奥里耶维和挪威奥斯陆地区接触变质岩石矿物组合对比芬兰奥里耶维和挪威奥斯陆地区接触变质岩石矿物组合对比 变质相的基本概念变质相的基本概念P.Eskola, P.Eskola, （1920)1920)的定义：的定义： 一个变质相是指类似的温度、压力条件下达到化学平衡的所有岩石的一个变质相是指类似的温度、压力条件下达到化学平衡的所有岩石的总和（不论其结晶方式），一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改总和

5、（不论其结晶方式），一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作有规律的改变变，其矿物组合作有规律的改变”Turner（1966）的提法：）的提法： “一个变质相指一定的温度、压力区间内的一整套变质矿物共生组合，一个变质相指一定的温度、压力区间内的一整套变质矿物共生组合，它们在时、空上反复出现并密切伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合它们在时、空上反复出现并密切伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合和岩石总体化学成分之间有着固定的因而也是可以预测的对应关系和岩石总体化学成分之间有着固定的因而也是可以预测的对应关系”。 变质相的基本概念变质相的基本概念变质相的现代概念变质相的现代概念变

6、质作用过程中同时形成的一套矿物共生组合及其形成时的物理变质作用过程中同时形成的一套矿物共生组合及其形成时的物理化学条件化学条件. . 每个变质相都是一个等物理系列。其每个变质相都是一个等物理系列。其矿物组合和岩石化学成分之矿物组合和岩石化学成分之间在达到化学平衡后间在达到化学平衡后, 有着可以预测的对应关系有着可以预测的对应关系.一个变质相应包括一套具有各种原岩化学成分的矿物组合一个变质相应包括一套具有各种原岩化学成分的矿物组合, 它们在它们在时间和空间上彼此之间密切共生时间和空间上彼此之间密切共生, 且在不同地区重复出现且在不同地区重复出现变质相的划分标志变质相的划分标志: 矿物组合矿物组合

7、, 通常用基性变质岩的矿物组合划分通常用基性变质岩的矿物组合划分变质相变质相, 并以相应的基性变质岩命名并以相应的基性变质岩命名一个变质相往往具有一个较宽的温度压力区间一个变质相往往具有一个较宽的温度压力区间, 可以进一步划分不可以进一步划分不 同的亚相同的亚相 变质相的基本概念变质相的基本概念相关术语提示相关术语提示:变质级（变质带）变质级（变质带）Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列等物理系列) : 很低级很低级, 低级低级, 中级中级, 高级高级.很低级变质很低级变质: 特征是变质基性岩中出现浊沸石浊沸石,硬柱石硬柱石

8、, 葡萄石葡萄石, 绿纤石绿纤石等矿物的出现为标志, 温度区间为200-3500C.低级变质低级变质: 以变质基性岩中硬柱石, 葡萄石,绿纤石等矿物反应形成黝帘石和阳起石黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C中级变质中级变质: 标志是泥质岩石中十字石十字石( (堇青石堇青石) )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.1)高级变质高级变质: 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矽线石和钾长石组合组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件), 温度区间 6500C. 变质相的划分方案变质相的划分方案Escol

9、a （1920）最初提出的是五个变质相：绿片岩相、角闪岩相、角岩相、最初提出的是五个变质相：绿片岩相、角闪岩相、角岩相、透长石相和榴辉岩相。透长石相和榴辉岩相。1939年年Escola又增加了三个变质相：绿帘角闪又增加了三个变质相：绿帘角闪岩相、麻粒岩相和蓝闪石片岩相，并把角岩相改为辉石角岩相，还附岩相、麻粒岩相和蓝闪石片岩相，并把角岩相改为辉石角岩相，还附带了一个带了一个“沸石的结晶作用沸石的结晶作用”， 蓝闪石片岩相蓝闪石片岩相 榴辉岩相榴辉岩相压压 麻粒岩相麻粒岩相力力绿片岩相绿片岩相 绿帘角闪岩相绿帘角闪岩相角闪岩相角闪岩相辉石角岩相辉石角岩相升升 沸石结晶沸石结晶作用作用 透长石相透

10、长石相高高 温温 度度 升升 高高 表表2 变质相与温度和压力的关系变质相与温度和压力的关系 （据（据 Escola, 1939） 变质相的划分方案变质相的划分方案Coombs （1960年）年）根据新西兰很低温变质岩的研究成果，提出了沸石相、根据新西兰很低温变质岩的研究成果，提出了沸石相、葡萄石绿纤石变质杂砂岩相。葡萄石绿纤石变质杂砂岩相。长春地院董申葆等长春地院董申葆等 ：“中国中国1:400万变质地质图万变质地质图”划分方案划分方案Turner变质相分类：变质相分类： Turner （1960）建议把接触变质和区域变质两个系）建议把接触变质和区域变质两个系列的变质相名称分开，在接触变质相

11、中分出了钠长绿帘角岩相和普通列的变质相名称分开，在接触变质相中分出了钠长绿帘角岩相和普通角闪石角岩相。角闪石角岩相。1968年年Turner将绿帘角闪岩相改为绿片岩相之中的一将绿帘角闪岩相改为绿片岩相之中的一个高温亚相，把蓝闪石片岩相改为蓝闪石硬柱石片岩相。这样共分出个高温亚相，把蓝闪石片岩相改为蓝闪石硬柱石片岩相。这样共分出十一个变质相，它们在十一个变质相，它们在PT图上的位置见图上的位置见图图1。Turner的分类在世界各国出版的有关书籍中得到了广泛应用的分类在世界各国出版的有关书籍中得到了广泛应用 变质相的划分方案变质相的划分方案图图1-1.1-1.变质相分类的变质相分类的 P-T 图图

12、 （TurnnerTurnner，1968)1968)一、沸石相一、沸石相 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 标志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。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 +绿泥石绿泥石+钠长石钠长石+石英；石英； （3）葡萄石）葡

13、萄石+绿泥石绿泥石+方解石方解石+石英石英 形成条件形成条件（实验资料）：（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=200-300。 极低级变质极低级变质二、葡萄石二、葡萄石-绿纤石相绿纤石相 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 标志标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石（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

14、典型矿物组合： （1）绿纤石）绿纤石+葡萄石葡萄石+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） 形成条件形成条件（实验资料）：（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=300-360。 极低级变质极低级变质三、蓝闪石三、蓝闪石-硬柱石相（蓝片岩相）硬柱石相（蓝片岩相） 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 特征特征：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉、霰石等。：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉、霰石等。 要变质反应（多）：例如要变质反应（多）：例如 浊沸石浊沸石=硬柱

15、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 ） 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：中压：硬柱石硬柱石+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：高压：硬柱石硬柱石+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：极高压：硬柱石硬柱石+蓝闪石蓝闪石+硬玉硬玉+石英石英 形

16、成条件形成条件（实验资料）：温度（实验资料）：温度200-450 压力压力 3-5kb，可达，可达10kb 。注：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+石英代替钠长石指示极高压力。 主要区域变质相特征主要区域变质相特征c图图1-2.1-2.矿物共生图解矿物共生图解a. 沸石相沸石相 b. 葡萄石葡萄石-绿纤石相绿纤石相 c. 蓝闪石蓝闪石-硬柱石相硬柱石相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，蓝闪石四、低绿片

17、岩相四、低绿片岩相 相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带. 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 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： 绿纤石绿泥石石英绿纤石绿泥石石英黝帘石黝帘石阳起石阳起石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

18、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绿帘石阳起石绿泥石钠长石石英石英方解石方解石 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 硬绿泥石硬绿泥石四、低绿片岩相四、低绿片岩相 相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带. 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 相关资料相关资料: Winkler(1976)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，帘石为富铁的绿帘石，而在低级变质条件下，帘石为贫

19、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，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， 即出现绿帘石阳起石共生，并伴随着绿纤石的消失（Liou et al., 1985)。图图1-3.1-3.低绿片岩相的低绿片岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 ACFEpChtChlCcActTcMusBiMicFAPyrKCht-硬绿泥石硬绿泥石Pyr叶蜡石叶

20、蜡石Tc滑石滑石Mic微斜长石微斜长石五、五、 高绿片岩相高绿片岩相 相当于巴洛变质带的铁铝榴石带相当于巴洛变质带的铁铝榴石带 主要区域变质相特征主要区域变质相特征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

21、.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：基性岩石：普通角闪石绿帘石绿泥石钠长石普通角闪石绿帘石绿泥石钠长石 石英石英 泥质岩石：泥质岩石：铁铝石榴石黑云母白云母石英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。图图1-4.1-4.高绿片岩相的高绿片岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 AACKF F

22、MusEpHbCcTcBiGrtChtMicPyr六、六、 低角闪岩相低角闪岩相 相当于巴洛变质带的蓝晶石带相当于巴洛变质带的蓝晶石带 主要区域变质相特征主要区域变质相特征标志是泥质岩石中出现十字石（中压）和堇青石（低压）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：可能的变质反应为： 该反应的实验条件为： PH2O0.4GPa时 T54015 PH2O0.7GPa时 T56515 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

23、闪岩相的温度为550650，压力为，压力为0.31.0GPa。六、六、 低角闪岩相低角闪岩相 主要区域变质相特征主要区域变质相特征在变质基性岩中，Turner & Verhoogen（1960）强调斜长石从An=5到An=17的成分的跃迁为标志，Turner（1966）又以斜长石An30 为界限。泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为：泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为：泥质岩石（中压）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）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榴石 基性岩石基性岩石普通角闪石斜长石（A

24、n30）黑云母绿帘石石英图图1-5.1-5.中压低角闪岩相的中压低角闪岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 AACKF FMusAnHbCcBiGrtMicKyDiStauGroGrt石榴石石榴石Gro钙铝榴石钙铝榴石Stau十字石十字石图图1-6.1-6.低压低角闪岩相的低压低角闪岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 AACKF FMusAnHbCcCumBiMicAndDiGroCord镁铁闪石七、七、 高角闪岩相高角闪岩相 主要区域变质相特征主要区域变质相特征标志是泥质岩石中的白云母石

25、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，即：，即： 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 T660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。白云母石英斜长石白云母石英斜长石H2O熔体熔体（由钾长石钠质斜长石石英组成）钙质斜长石或石英钙质斜长石或石英（取决于其原始含量）Al2SiO5+H2O（溶解在熔体中）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

26、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。七、七、 高角闪岩相高角闪岩相 主要区域变质相特征主要区域变质相特征高角闪岩相的特征矿物组合为：高角闪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 基性岩石基性岩石 普通角闪石斜长石透辉石石英 图图1-7.1-7.低压高角闪岩相的低压高角闪岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征A ACKF FMus

27、AnHbCcAnthBiGrtMicSillDiGroCord 图图1-8.1-8.中压高角闪岩相的中压高角闪岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征AACKF FAnHbCcAnthBiGrtOrKyDiGroMus八、麻粒岩相八、麻粒岩相 主要区域变质相特征主要区域变质相特征 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照压力变化分为:(1). 低压麻粒岩相：低压麻粒岩相：以基性变质岩中橄榄石和斜长石共生为特以基性变质岩中橄榄石和斜长石共生

28、为特征，不出现铁铝榴石。征，不出现铁铝榴石。(2). 中压麻粒岩相：中压麻粒岩相：以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和斜长石以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和斜长石共生，出现铁铝榴石共生，出现铁铝榴石+蓝晶石组合为特征蓝晶石组合为特征.(3). 高压麻粒岩相：高压麻粒岩相：以镁铝榴石以镁铝榴石+单斜辉石单斜辉石+石英代替紫苏辉石石英代替紫苏辉石+钙长石出现为特征。钙长石出现为特征。八、麻粒岩相八、麻粒岩相 主要区域变质相特征主要区域变质相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

29、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）：基性岩石（中压）：紫苏辉石透辉石斜长石紫苏辉石透辉石斜长石石英石英角闪石角闪石 基性岩石（高压）：基性岩石（高压）：透辉石石榴石斜长石石英透辉石石榴石斜长石石英 泥质岩石：泥质岩石：夕线石石榴石堇青石钾长石石英夕线石石榴石堇青石钾长石石英斜长石斜长石麻粒岩相的温度为麻粒岩相的温度为700900，压力为，压力为0.3-1.2GPa。 图图1-9.1-9.麻粒岩相麻粒岩相的的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 主要区域变质相特征主要区域变质相特征AACKF FAnHbCcHyGrtOrSill/KyDi九、榴辉