变质地质课件之变质作用基本概念

1、变质岩岩石学第一讲变质岩岩石学第一讲第一讲 变质作用基本概念变质作用的概念变质作用的分类变质作用机制变质作用因素变质作用P-T-t轨迹变质作用的概念变质岩岩石学：研究变质岩的成分、结构、构造、产状、分布、分 类、 命名、共生组合和变质岩形成、演化的机制与条件以及其在 地球（天体）形成、演化中的地位及作用、与矿产的关系等内容的 独立的学科变质作用及有关概念变质岩：在地壳发展演化过程中，原来已经存在的各种岩石（可以 是沉积岩、岩浆岩及变质岩），由于地壳的构造运动、岩浆活动、 地热流的变化等内力地质作用，使原来的岩石所处的地质环境及物 理、化学条件发生变化，为了适应这种变化，在基本保持固体状态 的情

2、况下，岩石的结构、构造、物质成分发生变化而形成的一种新 的岩石。使岩石发生这种变化的地质过程就总称为变质作用变质岩岩石学：研究变质岩的成分、结构、构造、产状、分布、分局部变质作用：局部变质作用（local metamorphism）是分布 局限（据Raymond（1995），其体积小于100km3）的变质作 用。它局限分布在一个具体的地质构造（断裂带、接触带）， 往往一个因素起主导作用。在局部变质地区可清楚观察到变质 岩与未变质岩石的渐变过渡。主要分为四类： （1）接触热变质作用（contact-thermal metamorphism） （2）动力变质作用（dynamic metamorph

3、ism） （3）冲击变质作用（impact metamorphism） （4）交代变质作用（metasomatic metamorphism）变质作用的地质分类局部变质作用：局部变质作用（local metamorph区域变质作用：区域变质作用（regional metamorphism）是在岩石圈范围由规模巨大（据Raymond（1995），其体积大于数千km3）的变质作用。其变质因素复杂，往往是温度、压力、偏应力和流体综合作用，P/T比范围很大，高、中、低、很低都有。其变质机制也多样，主要是重结晶和变形，有时还伴有明显的交代和部分熔融。在区域变质地区，难找到变质岩与未变质岩的界线。区域变质

4、作用地质环境多样，可发生在大陆地壳、大洋地壳甚至发生在岩石圈地幔中（Mason, 1990; Miyashiro, 1994）。区域变质作用可划分为4个地质类型区域变质作用：区域变质作用（regional metamo区域变质作用四个地质类型：（1）造山变质作用（orogenic metamorphism)（2）洋底变质作用（ocean floor metamorphism）（3）埋藏变质作用（burial metamorphism）（4）混合岩化作用（migmatization）变质作用的其它分类：按照变质作用过程中的温度变化分类按照区域变质作用的压力类型分类区域变质作用四个地质类型：变质结

5、晶作用：岩石在变质条件下的结晶作用称变 质结晶作用 （metamorphic crystallization），变质结晶的主要机制包括重结晶作用和交代作用与岩浆作用、沉积作用相比，变质作用机制较复杂多样，主要包括变质结晶、变形和变质分异等3类 变燧石岩粒径对距辉长岩接触带距离图解 （引自Raymond, 1995） 重结晶作用变质作用机制变质结晶作用：与岩浆作用、沉积作用相比，变质作用机制较复杂含石英大理岩的结构演化（Mason（1999）绘，有修改补充） 1. 石英；2. 方解石； 3. 硅灰石 a. 低温下Cc+Q平衡结构b. 温度超越Cc+Q=Wo+ CO2反应温度时，粒度增大的同时Q与

6、Cc反应， 形成Wo反应边。在Wo集合体内有少量Q残留，不平衡结构c. 反应完全，粒度进一步增大，形成新的高温条件下稳定的矿物组合 Cc+Wo和平衡结构含石英大理岩的结构演化（Mason（1999）绘，有修改补充交代作用（metasomatism或replacement）指固体岩石在化学活动性流体作用下通过组分带入带出而使岩石总化学成分（除H2O、CO2等挥发分外）和矿物成分发生变化的过程。岩石在交代过程中保持体积不变活动组分等化学变质作用异化学变质作用 4(Mg, Fe)2SiO4 + H2O + CO2(Mg, Fe)3Si4O10(OH)2 + 5(Mg, Fe)CO3 Ol(橄榄石)

7、Tc(滑石) Bre(铁菱镁矿)交代作用（metasomatism或4(Mg, Fe)2Si橄榄石的蛇纹石化 Mg2SiO4 + 4H2O2H4Mg3Si2O9 +（4MgO+SiO2） Fo Ser 溶液中 3Mg2SiO4 + 4H2O + (SiO2) 2H4Mg3Si2O9 Fo 溶液中 ser 橄榄石的蛇纹石化 Mg2SiO4 + 4H2O2H4Mg3变形 弹性行为岩石永久变形在近地表低温低压和较高应变速率条件下，岩石显示脆性行为(brittle behavior)，永久变形机制为脆性变形，表现为岩石沿裂缝破裂，产生碎裂和断裂脆性变形塑性变形在地下高温高压特别是当应变速率低时，岩石显

8、示塑性行为(plastic behavior)，岩石永久变形主要由于塑性流动(plastic flow)产生，导致矿物畸变和褶皱而没有破裂(Miyashiro,1994) 变形 弹性行为岩石永久变形在近地表低温低压和较高应变速率条地下较高温压条件下塑性流动导致的永久变形主要有晶内塑性变形 ( intracrystalline plastic deformation) 和晶界塑性变形 (intercrystalline plastic deformation) 两种机制晶内塑性变形包括直线滑移（translation gliding）、双晶(twinning)滑移和单个晶体的扭折(kinking

9、)，它们与晶体位错(dislocation)移动相联合 晶界塑性变形包括颗粒边界的滑移和扩散流动(diffusive flow) 地下较高温压条件下塑性流动导致的永久变形主要有晶内塑性变形 变质分异（ metamorphic differentiation ）就是使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程（Raymond, 1995） 从现有资料看，变质分异产生成分层的机理主要有下列三种解释（1）成分层代表扩散反应带。（2）成分层的发育是构造重结晶的结果。（3）成分层是强烈压扁（塑性变形）的结果。 变质分异（ metamorphic differentiat变质地质课件之变质作用基本概念变质作用因素

10、岩石变质的根本原因是地质环境的改变，应该说，控制变质作用的根本因素是地质因素，如：大地构造位置（岛弧、海沟、洋中脊等）、构造过程（沉降、隆升等）、岩浆作用等。然而，从物理化学角度看，尽管控制变质作用的地质因素多种多样，但都可以抽象出温度（T）、压力（P）、流体成分（x）、时间（t）等物化因素，这也是将物理化学引入岩石学的出发点 岩石变质的根本原因是地质环境的改变，应该说，控制变质作用的根18 实验确定的白云母花岗岩(14)和拉斑玄武岩(58)的熔融间隔。实线表示无水添加条件，虚线表示过量水条件(引自Miyashiro,1994)。这样，对白云母花岗岩，过量水条件下的固相线和液相线分别为1、2，

11、无水添加条件下的固相线和液相线分别为3、4；对拉斑玄武岩，过量水条件下的固相线和液相线分别为5、6，无水添加条件下的固相线和液相线分别为7、8。DG.成岩作用条件；MG.岩浆作用条件；MT.变质作用条件；NU.自然界未知的条件。变质作用条件(MT)与岩浆作用条件(MG)间有一个范围广大的P-T过渡区，在熔融曲线18之间 变质作用温压范围18 实验确定的白云母花岗岩(14)和拉斑玄武岩(5变质作用P-T-t轨迹所谓P-T-t轨迹（P-T-t path）就是“岩石在变质作用过程中P-T条件随时间（t）的变化而变化的历程（course）或在P-T图解中表示该历程的曲线” （Miyashiro, 1994）P-T-t 轨迹概念的提出，是变质作用理论研究的重大突破，它使得人们从动态的观点，重新审视变质岩石学领域的一些重大问题和基本概念，是标志着变质作用研究进入地球动力学（geodynamics）阶段的里程碑 所谓P-T-t轨迹（P-T-t path）就是“岩石在变质作变质地质课件之变质作用基本概念思 考 题区分：重结晶与变质结晶；变质分异与交代；动态重结晶