变质作用基本概念

变质作用的的基本概念念图17-9P2591--白云母花岗岗岩在过量量水条件下下的固相线线2--白云母花岗岗岩在过量量水条件下下的液相线线3--白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的固相相线4--白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的液相相线5--拉斑玄武岩岩在过量水水条件下的的固相线6--拉斑玄武岩岩在过量水水条件下的的液相线7--拉斑玄武岩岩在无水添添加条件下下的固相线线8--拉斑玄武岩岩在无水添添加条件下下的液相线线岩浆作用与与变质作用用的过渡关关系白云母花岗岩在过量水条件下的固相线白云母花岗岩在过量水条件下的液相线图17-9P2591--白云母花岗岗岩在过量量水条件下下的固相线线2--白云母花岗岗岩在过量量水条件下下的液相线线3--白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的固相相线4--白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的液相相线5--拉斑玄武岩岩在过量水水条件下的的固相线6--拉斑玄武岩岩在过量水水条件下的的液相线7--拉斑玄武岩岩在无水添添加条件下下的固相线线8--拉斑玄武岩岩在无水添添加条件下下的液相线线岩浆作用与与变质作用用的过渡关关系白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的固相相线白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的液相相线图17-9P259可见：1）流体的加加入可以显显著降低部部分熔融的的起始温度度2）在流体的的作用下岩岩浆作用与与变质作用用之间的界界线将显著著偏向低温方方向岩浆作用与与变质作用用的过渡关关系白云母花岗岗岩在过量量水条件下下的固相线线白云母花岗岗岩在过量量水条件下下的液相线线白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的固相相线白云母花岗岗岩在无水水添加条件件下的液相相线图17-9P259可见：1）基性岩的的部分熔融融和完全熔熔融均难于于酸性岩2）流体作用用异常显著著地降低了了基性岩的的熔融温度度岩浆作用与与变质作用用的过渡关关系拉斑玄武岩岩在过量水水条件下的的固相线拉斑玄武岩岩在过量水水条件下的的液相线拉斑玄武岩岩在无水添添加条件下下的固相线线拉斑玄武岩岩在无水添添加条件下下的液相线线一、变质作作用定义(definition)指岩石为适适应物理化化学条件的的变化,在基本保持固固态条件下发生生的矿物组组成,结构构造和和化学组成成等方面的的调整.***注意点(pointstoconsider)1)基本保持固固态(subsolidus),但是不排除除有少量的的流体相(如熔体)2)变质作用发发生时的物物化条件不不同于地表表条件,也不同于地地表以下的的成岩环境境.3)变质以前的的岩石称为为原岩(protolith),变质以后的的岩石称为为变质岩(metamorphicrock)二、变质作作用方式1.变质结晶（（metamorphiccryatallization）2.变形(deformation)3.变质分异(metamorphicdifferentiation)变质作用的的方式1.变质结晶（（metamorphiccryatallization）2.变形(deformation)3.变质分异(metamorphicdifferentiation)定义:岩石在变质质条件下的的结晶作用用称变质结晶作作用（metamorphiccrystallization）。★重结晶作作用(recrystallization)等化学变质质作用：变质前后岩岩石的总化化学成分不不发生改变变的变质作作用★交代作用用(metasomatism)异化学变质质作用：变质前后岩岩石的总化化学成分发发生改变的的变质作用用矿物重新组组合变质反应1．1重结晶作用用重结晶作用用（recrystallization）指岩石在基基本保持固固体状态下下的矿物重新组组合和通过化学反应形成新矿物物的过程。。重结晶前前后，岩石石总化学成成分（除H2O、CO2等挥发分外外）保持不不变(即岩石为封封闭系统)。只涉及矿物物形状、大大小、空间间位置变化化而无新矿矿物的生成成.重新组合使使得同种矿矿物颗粒粒粒度增大，，相对大小小均匀，颗颗粒外形规规则。在理想的单单矿物岩石石中，三连连点结构，，即相邻颗颗粒间的晶晶面夹角为为120º，是结构最最稳态的表表现，也是是化学平衡衡的表现。。Exp.1矿物重新组组合Fig.1辉长岩体周周围的变燧燧石岩中,粒度与距岩岩体距离之之间的关系系Fig.2含石英大理理岩的结构构随温度的的演化a.低温下Cc+Q平衡结构；；b.温度超越Cc+Q=Wo+CO2↑↑反应温度时时，粒度增增大的同时时Q与Cc反应，形成成Wo反应边。在在Wo集合体内有有少量Q残留，不平平衡结构；；c.反应完全，，粒度进一一步增大，，形成新的的高温条件件下稳定的的矿物组合合Cc+Wo和平衡结构构Exp.2变质反应石英方解石硅灰石补充一：变变质反应应的基本类类型:固-固反应有流体参加加的反应★多形转变★固溶体出出溶★纯固相之之间的反应应(连续反应与与不连续反反应)★H2O,CO2参与的反应应★化学活动动性流体参参与的反应应方解石+石英=硅灰石+CO2白云母+石英=钾长石+夕线石+H2O石墨＝金刚刚石石石英英＝柯柯石英方解石＝硅硅灰石＋石石英条纹长石的的生成反应应补充二：：连续反应应和不连续续反应根据反应物物与生成物物之间的关关系，变质质反应可分分为不连续续反应和连连续反应两两类。不连续反应应：偏离了平衡衡条件，不不是反应物物消失（生生成物稳定定）就是反反应物稳定定（生成物物消失）。。连续反应或滑动反应：在双变区中中，成分不不断调整，，反应的P-T条件取决于于岩石成分分。硬玉+石英=钠长石不连续反应应石榴石+H2O=绿泥石+石英连续反应1.2交代作用（metasomatism/replacement）定义：指固体岩石石在化学活活动性流体体作用下通通过组分带带入带出而而使岩石总总化学成分分（除H2O、CO2等挥发分外外）和矿物物成分发生生变化的过过程。岩石石在交代过过程中为一一开放系统统,但系统保持持体积不变变。交代作用的的方式:渗透（infiltration）:组分在压力差驱动下，借借助溶液的的流动，从从压力高处处向压力低低处迁移。。扩散（diffusion）:组分在浓度差驱动下，从从浓度高处处向浓度低低处迁移。。二、变质作作用方式1.变质结晶（（metamorphiccryatallization）2.变形(deformation)：岩石在应力力作用发生生形变应变变。3.变质分异(metamorphicdifferentiation)形变类型:弹性变形:永久变形:应变在应力力施加时立立即发生，，应力撤消消时，岩石石立即恢复复至原先未未变形状态态脆性变形(brittledeforma-tion)塑性变形(plasticdeformation)当应变增加加并超越弹弹性极限时时岩石产生生不可恢复复的变形。晶内塑性变变形晶界塑性变变形恢复作用动态重结晶作作用静态重结晶作作用直线滑移双晶扭折位错蠕变压溶颗粒边界滑移移塑性变形机制制Figure23-27.Proposedmechanismsforthedevelopmentoffoliations.AfterPasschierandTrouw(1996)Microtectonics.Springer-Verlag.二、变质作用用方式1.变质结晶（metamorphiccryatallization）2.变形(deformation)3.变质分异(metamorphicdifferentiation)：使原先均匀的的岩石发育成成分层的变质质过程（Raymond,1995）变质分异产生生成分层的机机理主要有下下列三种解释释（1）成分层代表表扩散反应带带（2）成分层的发发育是构造重重结晶的结果果（3）成分层是强强烈压扁（塑塑性变形）的的结果变质分异作用用实质上是微微观尺度的离离子扩散。不同元素离子子的迁移能力力存在差异，，从而导致在在空间上元素素结合和矿物物成核生长能能力的差异。。扩散的发生可可以发生在:化学上不相容容的两种岩石石之间（浓度度梯度自发引引起)一个均匀岩石石中由于温度度梯度产生的的粒间溶液中中活动组分化化学位梯度引引起。局部应力场（（如剪切）控控制的物质溶溶解和再沉淀淀（扩散流动动）。三、变质作用用因素温度（Temperature）压力（Pressure）化学活动性流流体（activefluids）时间（time）原岩性质(bulkcomposition)差异应力(deviatoricstress)变质作用=复杂化学体系系内的物理化化学反应+/-变形1.温度(T)和压力(P)1.1温度（T）温度升高有利利于吸热反应应(如脱水反应)，温度降低反反应向放热方方向进行。温度升高还可改变变岩石的变形形行为，从脆脆性变形向塑塑性变形转化化。温度升高还会会通过脱水反反应、脱碳酸酸反应形成变变质热液作为为催化剂、搬搬运剂和热媒媒介对变质作作用施加影响响。温度升高还会会导致部分熔熔融而发生混混合岩化。变质作用温压压范围1.2压力(P)压力的标准国国际单位为Pa(帕斯卡)、GPa(=109Pa)，地质上也常常用bar(巴)和Kbar(=103bar)。它们之间的的关系为：1bar=105Pa,1Kbar=0.1GPa.概念静水压力(hydrostaticpressure)负荷压力(lithostaticpressure)定向压力(directedpressure)流体压力(fluidpressure)1km厚的岩石柱产产生的压力增增值估算：花岗岩：P=2700kgm-3·9.8ms-2·1000m=264×105Pa=264bar玄武岩：P=3000kgm-3·9.8ms-2·1000m=294×105Pa=294bar橄榄岩：P=3300kgm-3·9.8ms-2·1000m=323×105Pa=323bar洋壳（以5km厚计）底部的的负荷压力约约为0.15GPa。陆壳的(平均厚度33km计)底部的负荷压压力约为1.0GPa。增厚陆壳(以70-80km计)，底部的负荷荷压力可达2Gpa左右。作用于单位岩岩石的不同压压力类型简图图偏应力平均应力构造超压流体超压超高压俯冲带或大陆陆碰撞带及其其附近变质的的岩石，看来来似乎在100km或更深的地幔幔深度结晶。。指示如此超高压（ultrahigh-pressure）条件的矿物物是柯石英（（Coe）和金刚石（（Dia）。它们在约约3.0GPa以上的压力下下稳定（图17-9）。2．流体成分（（x）变质岩中含H2O矿物（云母、、角闪石等））、碳酸盐矿矿物及这些矿矿物包裹体的的存在，特别别是流体包裹裹体的存在，，是变质作用用过程中存在在流体相的直直接证据。变质作用P—T条件通常大于于临界点（CP），因此流体体相呈超临界状态（super-criticalstate）。在这种状状态下，区分分不出流体和和气体。0.05GPa（1）和0.1Gpa（2）下随着温度度降低流体不不混溶图解3．时间（t）变质作用时间间因素通常从从两个角度理理解：一是变变质作用发生生的地质时代代，即不同时时代变质作用用的特点不同同，这是由地地球发展的方方向性和不可可逆性决定的的；二是一次次变质作用自自始至终所经经历的时间，，不同时间变变质作用的特特点不同，关关于这一点下下面进一步阐阐述。一个基本保持持固体状态下下的转变过程程岩石是如何在在这种状态下下实现矿物成成分、结构构构造甚至化学学成分变化的的呢？这就是是变质作用机机制问题。与与岩浆作用、、沉积作用相相比，变质作作用机制较复复杂多样，主主要包括变质质结晶、变形形和变质分异异等3类。此外，在在高级变质中中还可出现部部分熔融，在在埋藏变质中中甚至可出现现压实作用，，它们主要分分属