变质岩岩石学教案

城心火宫YANGTZEUNIVERSITY授课教案及讲稿课程名称: 变质岩岩石学总学时: 32总学分:2课程类别:专业课任课教师: 至强 单位: 地球科学学院职称: 副教授 授课专业:地质学授课班级：一地质1100171004 2012—2013学年第1学期

课题第一章绪论学时2学时教学目标与要求1掌握变质岩、变质作用的概念了解变质作用的影响因素了解变质作用的方式和类型了解变质岩的研究历史和发展方向重点.变质岩的基本概念:.变质作用的影响因素.变质作用的类型难点1变质作用的影响因素2变质作用的类型教学方法与手段1多媒体演示,用大量照片展开分析,提出问题,解决问题2设问式教学，先提出问题,再根据学生回答情况解释和讲解参考资料董申保等,1986,中国变质作用及其与地壳演化的关系。北京:地质出版社韩郁菁,1993,变质作用P-T-t轨迹。武汉:中国地质大学出版社钱祥麟、王仁民，1994,华北北部麻粒岩带地质演化。北京:地震出版社桑隆康、王人镜、张泽明、王强、何斌,2000,九资河ー天堂寨地区燕山晚期花岗岩与大别造山带核部隆升。地质学报,74(3)：234—246索书田、桑隆康、韩郁菁、游振东等,1993,大别山前寒武纪变质地体岩石学与构造学。武汉：中国地质大学出版社王仁民、游振东、富公勤,1989,变质岩石学。北京:地质出版社徐树桐、刘贻灿、江来利、苏文、季寿元，1994,大别山的构造格局和演化。北京：科学出版社徐学纯，1998,麻粒岩相变质流体和流体ー岩石相互作用。地学前缘,5(4)：284-290游振东、陈能松、张泽明,1996,中国桐柏大别构造带变质演化的岩石学证迹,地球学报，17(增刊)：16—22游振东、韩郁菁、杨巍然、张泽明、韦必则、刘陳，1988,东秦岭大别高压超高压变质带。武汉:中国地质大学出版社教学内容及过程第一章绪论ー、变质岩与变质作用的基本概念:.变质岩:在地壳发展演化过程中,已存在的各种岩石,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,使原来岩石所处的地质环境及物理化学条件发生改变，为了适应这种变化，在基本保持固态的情况下，岩石的结构构造、物质成分发生变化而形成的ー种新的岩石。.变质岩石学：是研究变质岩的成分、结构、构造、产状、分布、分类、命名、共生组合和变质岩的形成、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：在地壳形成和演化过程中,由于地球内力的变化，使已存的地壳岩石，在基本保持固态的条件下，从原岩的化学成分、矿物组成和结构构造等方面进行了调整，在特殊情况下，还可产生重熔或重溶,形成部分流体相的各种作用的总和。三点说明:变质作用作为ー•种地质作用,其发生发展与地壳的发生发展有关，特别与地幔与地壳的相互作用有关。变质作用、岩浆作用、构造运动的联系服从于地壳形成与发展的总过程，并受地幔与地壳相互作用支配三者是平行的,在不同情况下呈现不同的内在联系。变质作用形成的变质岩是ー种转化岩石。二、变质作用的影响因素:.温度温度是体系热状态的直接标志。热状态的改变是导致变质发生的最重要的因素之一。温度范围:150℃-250℃~650℃-1100℃指示矿物:浊沸石、蓝闪石、硬柱石、叶腊石原因:地热增温上地幔热流的运动岩浆活动带来的热能摩擦作用产生的热能放射性元素衰变释放热能的积累.压カ静压カ:定向压カ负荷压カ（P、）:上覆岩层的重力单位-b、kb、Pa、GPa范围:l-2kb〜7-8kb据计算每加深1公里,压カ增加0.0275GPa接触变质和动カ变质：3-5km,Pi<0.IGPa区域变质和动カ变质：>5km,低压:Pi0.1-0.3GPa!中压:Pi0.3-0.5GPa髙压:Pi>0.5GPa:超高压：Pi>lGPa负荷压カ的效应:Mg2[SiO4]+Ca[Al2Si2Ox]-CaMg2Ab[SiO4b镁橄榄石 钙长石 石榴石43.9 101.1 1213.3 2.76 3.52形成密度（比重）大,体积小的矿物。.流体压カ:流体相尸「表示:各组分的分压力表示,例如尸H20，PcO,其数值与各自在流体相中相对物质的量成正比（等于各组分分压之和）。P（=Ph2o+Pco+…关系:Pf=pl（地壳深部）Pf<pt （地壳浅部）Pf>pt （侵入体附近）.应カ:侧向压カ可更新应カ：指能够不受应力松驰和逐渐释放应变能的影响而连续起作用或者在环境变化后还能重新起作用的ー种应カ。不可更新应カ指那些具初始应变能一经释放应カ立刻消失的ー种应カ。主要有：挠曲应カ、薄膜应カ、热应カ。.具化学活动性流体流体相组成:H20,C02,K,Na,Si,Mg,02Al,Fe,Cl,F,S,CH3,CH,流体相存在状态:低温ー气态或液态超临界状态-高密度气体流体相来源:岩浆活动变质作用提供的流体板块俯冲带入的海水未变质的原岩中会保存流体.时间变质作用发生的地质时代变质作用发生到终止所经历的时间三、变质作用的方式.重结晶作用嫌念:在变质作用条件下,原先存在的矿物颗粒的重新组合，只有形状大小的变化,而不涉及新矿物的生成。类型:初始帀结晶次生重结晶影响因素:.原岩成分和结构的控制碳酸盐类岩石 硅质岩 砂岩和粉砂岩.外界因素一温度、压カ、活动性流体痔征:粒度不断加大,相对大小均匀化,颗粒外形变得规则。.变质结晶作用綴念:在变质作用的温度、压カ范围内,在原岩基本保持固态条件下，新矿物相的形成过程，与此同时必有相应的原有矿物趋于消失。特征:变质反应前后，岩石的总成分保持不变.交代作用綴念:在变质条件下，由变质原岩以外的物质带入和原岩物质的带出，而造成的ー种矿物被另外一种化学成分上与其不同的矿物所置换的过程。特征:变质反应前后，岩石的总成分保持不变新矿物形成与旧矿物消失是同时进行固态为主，有流体相的存在.变质分异作用糜念:指成分均匀的原岩，在岩石总成分不变的前提下,造成矿物组合不均匀的ー种变质作用。机理:结核原理一说明变斑晶的形成过程不稳定组分的局部溶解最稳定组分的沉淀及局部富集.变形及碎裂殲念:各种岩石在应力的作用下,当应カ超过塑性屈服强度时，就会出现塑性变形现象,当应カ超过其弹性极限时就会发生破碎裂开。机理:应カ作用下组分运动的结果（山德）变形和碎裂是变质过程中的一种重要作用,它既与岩石（包括组成它们的矿物）的力学性质有关,又与变形岩石所处的深度、应力的大小强度等因素有关。四、变质作用的类型.局部变质作用是分布局限（据Raymond（1995）,其体积小于100km'）的变质作用。它局限分布在ー个具体的地质构造（断裂带、接触带等）,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。Q）接触一热变质作用:分布在侵入体与围岩接触带,主要由岩浆热而导致的变质作用。特点:主要控制因素为温度;主要变质机制为重结晶:具有很低"T比。②动カ变质作用：分布在断裂带,在构造作用下导致的变质作用。特点:主要控制因素为偏应カ；主要变质机制为变形及动态重结晶。具有高至低收比，但通常とク比较高。③冲击变质作用：分布在陨石坑附近,在陨石冲击地表的强大冲击波作用下产生的变质作用。特点:主要控制因素为瞬时髙温、髙压；主要变质机制为变形及部分熔融。④交代变质作用：局限分布于侵入体接触带及其附近和火山喷气活动区,主要由岩浆热液引起的异化学变质作用。特点:主要控制因素为流体中的活动组分;主要变质机制为交代作用。.区域变质作用是在岩石圈范围由规模巨大（Raymond,1995.其体积大于数千kn?）的变质作用。①造山变质作用:大规模分布在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带的变质作用,与造山作用有密切的成因联系。面积数百一数千平方公里。在前寒武结晶基底呈面状,在显生宙造山带呈带状分布。点:主要控制因素为温度、压カ;主要变质机制为重结晶、变形;具有很宽P/T比。②洋底变质作用：洋壳岩石在大洋中脊附近上升热流和海水作用下产生的规模巨大的变质作用。特点:主要控制因素为温度和活动组分；主要变质机制为重结晶和交代。具有低P/T比。③埋藏变质作用:无明显变形的大规模很低级（很低温）变质作用。它通常出现在区域变质和洋底变质的很低级部分,或独立出现在强烈坳陷的盆地沉积的底部特点:主要控制因素为压カ；主要变质机制为重结晶。シ7比变化范围很大。④混合岩化作用:髙级区域变质（造山变质）伴随的部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩（古成体）混合形成混合岩的大规模变质作用。类型ー温度★前进变质作用：由增温而引起的变质作用,其特征是以稳定的髙温矿物组合代替较低温的矿物组合退变质作用:指低级变质叠加于原有的髙级变质作用而引起的变质。是低温矿物组合取代较髙温的矿物组合的过程。退变质作用常见于大的断裂带。复变质作用：多次不同温压条件的变质事件的叠加。类型ー压カ髙压型:地温梯度10'C/km左右。髙压过渡型:地温梯度10-20,0/km»中压型:地温梯度20C/km左右。低压过渡型:地温梯度20-30C/km。低压型:地温梯度＞30C/km。五、研究历史和发展现状:★描述阶段：十九世纪末，应用显微镜研究变质岩，分类与描述；罗森布什、格鲁赛曼、尼格里等；理论研究阶段:20世纪初巴洛,哈克等提出了正常递增变质作用及应カ矿物的概念。把变质岩的空间强度分带与区域构造地质环境联系起来,奠定了变质岩岩理学基础。实验研究阶段:第二次世界大战前就开始了变质矿物的人工合成的实验研究。约德尔,温克勒等;★多学科的渗透和边缘学科的形成阶段:高精度微区、微量分析测试技术、电子计算机技术的引进,不平衡体系热力学、统计热力学,化学动力学、固溶体热力学、固体物理学、金属物理学及微量元素、稀土元素、同位素地球化学等近代学科理论与变质岩研究的互相渗透,变质岩的研究已进入ー个崭新的阶段。在宏观上形成了变质地质学方向,微观上形成了一系列与变质岩岩石学有关的新的研究方向。例如,变质实验岩石学、矿物共生的相柘扑学、岩组学、变质化学动力学及变质矿物物理学等。六、岩石分布和研究意义前寒武纪地盾区：面积占18%,大部分麻粒岩相显生宙造山带:分布于前寒武纪地盾、地台边缘,主要为沸石相及蓝闪石片岩相。大洋盆地:发生于洋中脊及附近，主要为变质玄武岩和辉长岩类。地热区现代变质作用:现代岛弧和洋中脊,变质结晶和重结晶作用。变质岩与矿产变质矿床的矿产种类繁多金属矿产-主要有铁、金、铀、铜、铅、锌等非金属矿产ー滑石、菱镁矿、硼、磷、石墨等ー些变质矿床分布广、储量大变质铁矿床储量占全球铁矿总储量的2/3以上变质金ー铀砾岩矿床则是金和铀的主要来源七、课程目的和基本要求变质岩岩石学是一门地质学的专业基础课。通过本课程的学习,使学生掌握变质质作用和变质岩的基本理论、概念:熟悉变质岩的物质组分、结构构造等方面的特征:对不同类型变质岩的矿物组合和矿物本身的特点、不同变质相之间的区别与联系及变质岩的成因有较深的了解:能通过肉眼或利用偏光显微镜正确鉴定常见的变质岩类型。了解变质质作用和变质岩的基本理论、概念和术语：熟悉变质岩的物质组分、结构构造等方面的特征,学会利用共生图解解进行变质矿物共生分析:掌握主要类型变质岩的基本定义、分类、命名和基本特征,学会肉眼和利用偏光显微镜鉴定常见变质岩,本部分的重点是区域变质岩、混合岩和动カ变质岩。掌握变质岩的原岩恢复和相系判定方法,了解地质温度计与地质压カ计的概念和方法,学会如何利用变质岩石学资料进行韧性剪切带研究和变质作用历史的分析。并了解板

块运动与变质作用的关系,前寒武纪变质岩与早期地壳演化的关系,变质建造的概念:掌握变质作用的时代分布特征。作业布置.什么是变质岩?什么是变质作用?.变质岩与岩浆岩、沉积岩各形成于何种环境?.影响变质作用的因素有哪些?如何影响?.变质岩的基本类型有哪些?课后小结

课题第二章变质反应学时4学时教学目标与要求1掌握变质反应的基本类型2掌握固ー固反应的原理3掌握固ー液反应的原理4掌握变质因素对变质反应的制约5了解变质反应动力学的基本概念重点!固ー固反应的原理2固ー液反应的原理难点!固ー固反应特点及机理2固ー液反应特点及机理教学方法与手段1多媒体演示,用大量照片展开分析,提出问题,解决问题2设问式教学,先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解参考资料张泽明，1992,大别山榴辉岩带的岩石学研究，岩石学论文集。武汉:中国地质大学出版社。197—205钟增球、郭宝罗,1991,构造岩与显微构造。武汉:中国地质大学出版社周髙志、J.GLiou、刘源骏等,1996,湖北北部髙压、超髙压变质带。武汉:中国地质大学出版社Miyashiro,A.,1973,变质作用与变质带。周云生译,1979,北京,地质出版社Passchier,C.W.,Meyrs,J.S.,Kroner,A.,1990,髙级片麻岩区野外地质工作方法。朱志澄、张家声、游振东译,1992,北京:地质出版社Vernon,R.H.,1976,变质反应与显微构造。游振东、王仁民等译,1988,北京:地质出版社Winkler,H.G.F.,1976,变质岩成因。张旗、周云生译,1980,北京，科学出版社Arzi,A.A.,1978,Criticalphenomenaintherheologyofpartiallymeltedrocks.Tectonophys.,44:173—184Best,M.G,1982,IgneousandMetamorphicPetralogy,W.H.Freeman&Company,NewYork:529—558Blatt,H.AndTracy,R.J.,1995,PetrologyIgneous,Sedimentary,andMetamorphic.SecondEdition,W.H.FreemanandCompany,NewYork.教学内容及过程第二章变质反应一.变质反应的类型变质反应的概念:岩石在变质过程中最主要的变化是矿物成分的变化,而矿物成分变化都是通过特定的化学反应实现的。这种发生在变质作用条件下的化学反应称作变质反应分类:参与反应的物相种类 反应物与生成物关系固-固反应 连续反应有流体相参加的反应 不连续反应书写变质反应方程式原则♦高温矿物组合写在右侧,低温矿物组合写在左侧♦正向反应:升温过程从左至右的反应♦逆向反应:降温过程自右至左的反应水化反应VS脱水反应?脱碳酸反应VS碳酸化反应?化学反应在平衡时的基本热力学方程是:d（J0=O=CK1P—ns”式中:4G为反应的吉布斯自由能的变化;/S为反应的嫡变;△ド为反应的摩尔体积变化。Clausius-Clapeyron方程dP/dT^AS/AVdP/dT为尸?图解上的反应曲线斜率♦固体ー固体的反应♦特点:反应物与生成物均为固体受温度、压カ控制ー温压指示计P-T图解为直线Clausius-Clapeyron方程dP/d^AS/AVdP/dT为尸7图解上的反应曲线斜率・类型:.同质多相变体的转变ー多形转变化学组成相同的固体,在不同的热力学条件下,常会形成晶体结构不同的同质异构体,这种现象叫同质多晶或同质多相现象。同质多相变体的转变ー多形转变实例:红柱石（And）蓝晶石（Ky）夕线石（Sil）ALSiOs（红柱石）-Al2SiO5（矽线石）Ky=And；Ky=Sil；And=SilVta<i=51.5；VSii=49.90；Vk,=44.09；

200 400 600 800Temperature℃6284L1〇〇(eQ.0》Bnssald200 400 600 800Temperature℃6284L1〇〇(eQ.0》Bnssald(Bdgejnsse』ユ500 600 700 800Temperature℃.固溶体的出溶出溶:髙温时固溶体矿物为均一的ー相,当温度降低到固溶体分解曲线之下,就会分解为成分不同的两相。出溶的两相往往呈页片状、条纹状交生体,也可最终分解为两个矿物单晶。变质岩中常见的条纹长石、具斜方辉石页片的单斜辉石及晕长石都是固溶体出溶结果。.矿物有序状态的转变长石中的Al-Si、某些铁镁矿物中的Mg-Fe、髙镁方解石和白云石中的Ca-Mg均存在占位有序度。.纯固相之间的反应反应物和生成物是化学成分不同的纯固相矿物例:NaAlSi2O6+SiO2=NaAlSi3O8Jd（硬玉）QAb该反应有较平缓的正斜率,是较好的地质压カ计:矿物组合Jd+Q的出现是髙压的标志。有流体相存在的反应这类反应有流体相的参加,变质反应中起重要作用的流体相主要是ル0、C02、&。其控制因素除了T、尸外，体系的流体相的的。、物2、%等起着重要的作用。一般不是良好的温压指示计。△5、△ド都明显受尸、7的影响,△夕△ド不是ー个常数，所以,在P7图解上,有流体相参加的反应是斜率不断变化的曲线。类型:Greenwood（1967）.简单的脱水反应标准式为B=D+H2。 平衡温度随着％20增加而增髙,当易。=1时平衡温度最髙。.简单的脱碳酸反应标准式为B=D+C02 平衡温度随着％。2增加而增髙，当％。Z=1时平衡温度最髙。.脱水-脱碳酸反应含泥的碳酸盐岩及含碳酸盐矿物的其它成分的岩石常发生的矿物相变化标准式为B=D+H20+C02rX平衡曲线为上凸形。当"。2=国ノ（ル。+次。2）时平衡温度最髙。

.碳酸盐化ー脱水反应标准式为 B+C0尸D+HzO尸X平衡曲线为S形。平衡温度随％2。增加而增加,扁0=1时平衡温度最髙.水化-脱碳酸反应标准式为B+H20=D+C02万X平衡曲线为反S形。平衡温度随協增加而增加,厶=1时平衡温度最高DD★类型一本教材:.脱水反应含水矿物常发生的矿物相变化例:ALSiiOio（0H）2=A12Si05+3Si02+H20PrL（叶腊石） And（红柱石）平衡温度随着施。增加而增髙，加20=1时平衡温度最高。KAl2[AlSi3Oio]（OH）2+SiO2=KAlSi3O8+A12SiO5+H2OMS（白云母）Q Or（正长石）Ais（铝硅酸盐）中级变质组合 高级变质组合高级变质与中级变质的临界反应400 500 600 700 800400 500 600 700 800T

400 500 600 700 800400 500 600 700 800T.脱碳酸反应含碳酸盐质岩石常发生的矿物相变化例:CaCOa+Si02=CaSiOa+COzCc Wo（硅灰石）平衡温度随着ね2增加而增高,AC02=1时平衡温度最高。中级变质与高级变质的临界反应低级变质与中级变质的临界反应例:CaMg(C03)2+2SiO2=CaMgSi2O6+2CO2Dol Di(透灰石)200 400 , 600 800 200 400 （ 600 800Cc+Q=Wo+C02（实线）和Dol@Di+C02（虚线）的『7メ图.脱水和脱碳酸的反应是含钙变质岩的常见反应，也是低级变质与中级变质的临界反应。Ca2Mg5SinO22（OH）2+3CaCO3+SiO2=5CaMgSi3Qt+3c（MftOTr（透闪石） CcQ Di（透辉石）当・〇ナ加ノ（加+52）=?时平衡温度最高。odcydd0300400 500 600 700300 400 500 600odcydd0300400 500 600 700300 400 500 600反应Tr+3Cc+Q=5Di+3C02+H20的タ-7ース图（左）和尸0.2GPa下的T-X图（右）.氧化ー还原反应含有变价元素的矿物存在,因倉的变化发生的变质反应

6Fe2()3二4Fe3()4+02赤铁矿磁铁矿2Fe3O<+3SiO2=3Fe2siO4+O2磁铁矿铁橄榄石连续反应和不连续反应不连续反应:反应物和生成物之间的关系是突变的,在给定压力和流体成分条件下,反应在ー个特定的温度发生。在尸7,尸x,尸x等双变量图解上反应物、生成物只能在单变反应线上共生。偏离了平衡条件,不是反应物消失（生成物稳定）就是反应物稳定（生成物消失）,这样的反应称为不连续反应。400 500 600 700 800400 500 600 700 8003（Fe,Mg）Al2SiO5（OH）2+3（Fe,Mg）3Al2Si3O2+21Al2SiO5=6（Fe,Mg）iAIA[SiO<]<（OH）2+19SiO2Cid（硬绿泥石） Gt（石榴石） Ais（红柱石） St（十字石）连续反应:成分可变的固溶体,反应物与生成物之间的关系是渐变的，在给定压カ和流体成分条件下,反应在ー个温度范围内连续发生。在尸八AX、尸オ等双变量图解上,反应物和生成物在双变反应区内共存。在双变区中，成分不断调整,反应的PT条件取决于岩石成分。这样反应称为连续反应或滑动反应。Crd>AlmI".0700rCrd>AlmI".0700r3(Mg,Fe)2ALSi50i8=2(Mg,Fe)aAhSisOMALSiOs+SSiaCrd（堇青石） Gt（石榴石）Sil（矽线石）二、变质因素对变质反应的制约.温度:温度升髙有利于吸热反应的进行,也有利于脱流体相反应的进行,更有利于自由能较髙的矿物组合的稳定，温度升髙还可以大大提髙变质反应的速率。温度不是孤立的对变质作用起影响,而是同其他变质因素一起控制着变质反应的进行。例如,流体相的存在就是十分重要的条件。如果没有流体相的存在，即使温度很髙，变质反应也很难进行,就是能进行,反应的速率也很缓慢。.负荷压カ（そ）:总体说，压力增加有利于生成摩尔体积小的矿物组合，不利于脱流体相反应的进行。对于具体变质反应平衡温度的影响，视反应在尸ー7双变图上的斜率不同,作用是不ー样的。在P-7图解上，单变反应的斜率dP/dr正值,尸增大,会使反应的平衡温度升髙;相反,dP/d/为负值时，尸增大会降低反应的平衡温度。.流体压カ:流体压カR与匕的关系在变质作用中情况复杂当尸尸尸I时,R并不独立起作用,对变质反应的效应同れ。在开放体系中れ<凸,在髙级变质条件下部分融熔的发生，消耗了一部分流体相,也会出现,此时,对于脱流体相反应则会大大有利。使反应的平衡温度降低，甚至会使反应由正斜率变为负斜率。Wal!和Essene计算了叶腊石分解反应:Al2Si<Oio（OH）2=Al2Si05+3Si02+H20Prl（叶腊石） Ky（蓝晶石）当品o/R,分别为1.0,0.5,0.1时单变线在尸ー7图上的位置。当出现局部流体相的构造超压时，A>A,此时,一般不利于脱流体反应的进行，会使反应的平衡温度升髙。.流体相组成如流体相是圧0和COz的混合相，此时血或ら的大小,也是控制脱ル0及脱COク反应的独立变量。例如,当硅质石灰岩受热变质时,会发生反应:CaC03+SigCaSia+COz格林伍德（1967）曾对这一反应在不同的あ2值时在P-T图上单变线的位置作过研究，当及。。由0-1时，在0.IGPa的总压カ下,平衡温度提髙了250C,在压カ为0.2GPa时，平衡温度提髙了350C。.氧逸度加对含变价元素矿物的变质反应效应最显著,对含え0的变质反应的效应也很重要。对含え。的化学反应，当あ增加时，使氧化矿物稳定。为保持加值不变,ユ就要不断补充。。2最大的来源是上。的分解。为保持心就要使含HQ的矿物脱水，因此,在氧化反应进行时,若急的增大,会导致促进脱水反应的进行。三、变质结晶作用的动力学基本概念1.成核速率（N）;单位体积中、单位时间内形成的新矿物相的晶核数目。N=dn/dt成核作用可分均态成核和非均态成核两种。均态成核作用在均匀介质中进行,在整体介质中成核的可能性相同,N=D°exp（-EノKT）。式中:其中D。为速率常数,&为成核激活能,相当于成核作用消耗的体系的吉布斯函数改变值K是波尔兹曼常数，T是开尔文温度

非均态成核作用,在异相界面上发生,即只在有利的介质中进行,例如颗粒界面和裂隙处、气液包裹体界面上，外来杂质的加入等。其各相成核的机率是不相同的,其成核速率的影响因素就更复杂,主要有应力的作用、晶体颗粒界面的形态、晶体内部缺陷的状态、杂质的种类及多少等因素。.晶体生长速率(G)：单位时间内晶体粒度的增加。G=dr/dt变质结晶过程中T、t及晶体粒度可综合考虑。成核速率开始随温度按指数率增加,然后按指数率随温度增加而减小。只要超过某ー“临界温度”，晶体粒度随时间而增加。只要超过某ー’‘临界温度”,晶体生长速率随温度而增加。.固相反应机理固相反应的特点-在较低的7下，固体中质点也可能扩散迁移并且扩散的速度随温度的升高以指数率增长。固相之间可以进行反应，在界面上生成新相的厚度(幻与反应时间(か成正比关系。x=Klnt+c其中:ぜ为积分常数，C为厚度常数泰曼认为:固态物质间的反应是直接进行的,气相或液相没有或不起重要作用;固相反应开始的温度远低于反应物的熔融或体系的低共熔温度;当反应物之一存在多形转变时,则转变温度也是反应开始明显加快的温度。相界面上的化学反应一般经历三个过程:第一、反应物之间的混合接触并产生表面效应。第二、化学反应,并形成新相的晶核。第三、晶核逐渐长大，但结构上仍是不完整的具有很多缺陷，随着温度升髙，这些晶格缺陷得到校正和调整而最终导致新矿物相的形成。作业布置.为什么固ー固反应是较好的地质温度计?.为什么说与脱碳酸反应相比,脱水反应是较好的地质温度计?.说明连续反应的特点?.为什么当扁。=0时,在アー7图解上脱水反应一般是负斜率的直线?课后小结

课题第三章共生分析和变质相学时2学时教学目标与要求!掌握共生分析的基本原理:2掌握成分ー共生分析的思路;3掌握封闭体系的矿物相率:4了解开放体系的矿物相率;5掌握ACF图、A'KF图的编绘过程:6了解AFM图的编绘过程:7掌握ACF、A，KF的计算公式:8掌握变质相的内涵,及变质相带的划分方法;重点!共生组分分析的基本原理;2成分-共生分析的基本思路;3ACF图的编制方法；4A'KF图的编制方法；5变质相的概念及内涵;6变质相的划分及名称;难点1成分-共生分析的思路;2共生分析的原理3ACF,A'KF图的编制方法4变质相的内涵教学方法与手段1多媒体演示,用大量照片展开分析,提出问题,解决问题2设问式教学,先提出问题,再根据学生回答情况解释和讲解参考资料England,P.C.andThompson,A.B.,1984,Pressure-Temperature-timepathsofregionalmetamorphismI.HeattransferduringtheevolutionofregionsofthickenedcontinentalcrustJournalofPetrology,25(4):894—928Harley,S.L.,1989,Fheoriginsofgranulites:ametamorphicperspective.Geol.Mag.,126:215—247Mason,R.,1990,Petrologyofmetamorphicrocks,secondedition,UniwinHymanItd,LondonMason,R.,1999,Metamorphicpetrology.ChinaUniversityofGosciencesMassonne,H.J.&Schreyer,W.,1989,Stabilityfieldofthehigh-Prhessureassemblagetalc-phengiteandtwonewphengitebarometers.Eur.J.Mineral.,1:391—410Miyashiro,A.,1994,MetamorphicPetrology.UCLPrhess,LondonOkay,A.I.,Xu,S.,Segor,A.M.C.1989,CoesitefromtheDabieShaneclogites,CentralChina.Eur.J.Mineral,(1):595—598Raymond,L.A.,1995,Petrology:theStudyofIgneous,Sedimentary,Metamorphicrocks,WCBPublishers,NewYorkSchreyer,W.,1988,Subductionofcontinentialcrusttomantledepths:petrologicalevidences.Episodes,11(1):97-104教学内容及过程第三章共生分析和变质相ー、共生分析的原理.吉布斯相率:从热力学角度看,ー个天然结晶岩石就是ー个复杂的非均匀系统。对绝大多数变质岩而言,其热峰条件下形成的矿物组合往往非常接近化学平衡,这使得岩石矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间的关系应服从吉布斯相律。吉布斯相律:在平衡体系中相的数目P、自由度f和组分数C有如下关系:p+f=c+2式中:P为平衡共生相的数目，岩石系统的相数等于该系统共生组合中矿物数。f为自由度数,即相平衡系统内能在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数。C为组分数，即描述系统各相组成所需独立物质的最小数目。c、p、f是相平衡系统的重要性质和特征，常以其划分系统类型。如一元系（c=D、二元系（c=2）,三元系（c=3）;零变系（f=0）、单变系（f=l）＞双变系（f=2）一元三相系（c=l,最大相数为3）,三元五相系（c=3,最大相数为5）。例1：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2为二元四相该平衡系统P=4。但用CaO、SiP、CO2三物质足以描述系统全部四相组成,所以c=3,是ー个三元系。f=c+2-4=l,系统是单变的。即该反应是ー个单变反应。即温度、压カ两个变量,只有一个能独立改变,另ー个不是不能改变,否则将会引起相的种类和数目的变化。例2：AkSiOs系（红柱石，蓝晶石,矽线石）这是一个一元三相系,c=l（ALSiOs）»若f=0,则p=3,这点上红柱石,蓝晶石,矽线石三相共生通常称该点为零变点。°200 400 600 800T/XALSiO,系相图若f=L则p=2,这是三条线上的情况,两相共生,通常称这些线为单变线。若f=2,则p=L这是图中三条线所限定的三个区的情况,在三个区中,均仅有一相,稳定自由度为2,即温度，压カ均可在一定范围内独立改变而不至于引起相的变化。通常称这些区域为双变区。.共生分析的基本思路从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化规律出发,应用相律,可以分析矿物组合与岩石化学成分和物化条件的关系（共生分析）。这是变质岩石学研究的基本方法。封闭系统的Goldschmidt矿物相律在封闭条件下岩石系统达平衡时服从Gibbs相律由于变质作用常常是在一定温度和压カ区间内进行并达平衡的,必定至少有两个自由度,即92。由吉布斯相律公式可得:戶c+2-p22。因此,pWcGoldschmidt矿物相律:在一定温度、压カ范围内平衡的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。它是Gibbs相律的地质学形式。例如：ALOs-SiG二元系,可出现的矿物很多：刚玉、多铝红柱石、红柱石、蓝晶石、夕线石、。一石英、£ー石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯石英等。但由于F2,所以pよ2。即在平衡条件下,不太可能有三、四矿物组合,更不可能有4个以上的矿物共生。注意：Goldschmidt矿物相律描述的是P-T图解上双变区内或变质地体的变质带内的矿物共生规律。而P-T图解的单变线上或变质地体等变线上出现的矿物相数要比矿物相律允许的相数多1。开放系统的Korzhenskii矿物相律.局部平衡ー交代系统的每个极小局部,P、T、组分化学位等变量是固定的,当这些数值不随时间改变则可建立平衡.组分活动差异性C-Ci+c・Cー组分数,CL惰性组分数，CL活动组分数。.活动组分化学位与温、压カー样,是可变的。f》cm+2因此:pMi在温度、压カ和活动组分化学位的一定范围内能稳定平衡共存于一开放系统的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与活动组分无关。应用:交代分带现象二、矿物组合与共生分析确定矿物共生组合是共生分析的第一步，因为这是应用相律的先决条件。然而，由于不能排除天然变质岩系统存在不平衡状态，又由于在由沉积岩变来的变质岩中，在小范围内,化学成分亦可能有变化，因此,在ー块变质岩标本中，甚至ー块薄片范围内见到的所有矿物有可能属几个共生组合。必须根据详细的岩石学观察,正确判断矿物共生组合标志!:只有相互接触的矿物オ可以看作是ー个矿物共生组合。标志2：一个矿物共生组合的各矿物，相互间无反应和交代现象标志3：一个矿物共生组合中，同种矿物的化学成分及光性常数特征应相近，如有环带,则其边部化学成分及光性特征近似。标志4Sー个矿物共生组合中的ー对矿物之间元素的分配符合Nernst分配定律，即各处元素的分配系数近相等标志5:矿物共生组合中矿物共生关系应符合矿物相律，矿物相数不超过惰性组分数。（a）（a）标准1是一定的化学成分的标志。由于原岩化学成分不均匀,ー个薄片中可出现几个矿物组合。此时可据标准1将它们区分开来。若以三组分为三角形顶点,则七个矿物按化学组成可分别标在相应位置上,纯组分矿物表示在三角形三个顶点上（A,B,C）,两组分组成的矿物表示在三角形的三条边上（D,E,F）,三组分组成的矿物表示在三角形内部。①若任意ー组成位于连接三矿物的小三角形内（如i）,达平衡时，为三相共生（A+D+E）,即p=3;这时,不可能有G,因为A+G=D+E。②若成分点位于共生线上（如j）,则平衡时为两矿物共生（F+C）,p=2；这时,不可能有B,因为B+C=F。③若成分点恰位于某矿物投影点,则平衡时仅ー相存在,p=l。如a组成,平衡时仅ー相。大多数变质矿物是具有相当大成分范围的固溶体（A、B,E、F、G）,它们在成分ー共生图解中以线段（两组分固溶体,如A、E）或面积（三组分固溶体,如B、F、G）表示。当岩石成分点位于矿物成分点、线段或面积中时，相数为1,当岩石成分点落在一条共生线上时,两相共生，当三相共生时，共生关系以图解中一个一定的小三角形表示。1.成分ー共生图解成分ー共生图解:如果一个岩石系统由三组分组成，根据Godlschmidt矿物相律,在普遍观察到的组合中,矿物数应是3、2或1,这意味着当这种岩石的矿物成分用一个三顶点为三组分的三角图解表示时，把该图解分成一系列小三角形就能直观地表示矿物共生关系,这种图解共生图解①组分分析:绝大多数变质岩具有复杂的化学组成,是一个多相平衡系统,而不是简单的三元系。然而,在ー个二维的平面上，我们只能表示最多三四个组分的系统的矿物共生关系。因此,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，オ有可能作出成分ー共生图解，表示岩石化学成分与矿物组合的关系,这ー过程叫做组分分析。组分分析思路:★微量组分:如SrO、BaO>CuO、NiO……等,它们一般不形成独立的矿物,不影响矿物共生,因而在共生分析时可不考虑。副矿物:如磁铁矿、钛铁矿、楣石、金红石、钻石、磷灰石和硫化物等。由于成分ー共生图解目的主要在于说明较多量矿物的共生,因此对这些副矿物和其中所含的TiOz、ZrO,P2O5和S共生分析时也可不考虑。完全活动组分:该类组分在间隙溶液中的浓度或化学位与T、P一样是岩石系统的外部条件。成分一共生图解表示的是一定外部条件下的矿物组合。所以,外部条件在图解中不表示。当外部条件改变引起矿物组合的变化时，用新的图解表示新条件下的新的ー套矿物组合。通常的变质岩,只要考虑Si。2、AI2O3、Fe2O3,FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O,k2o,co2、h2〇这n个氧化物。这u个组分，按其化学特征和对矿物共生的影响，可分为:过剩、类质同象和有效独立组分。过剩组分:原岩中大量存在的组分。通常在参与形成其它共生矿物之后能以过剩状态形成单独的矿物相(过剩矿物)。出现于该类岩石的共生组合之中。过剩组分含量多少,只会影响过剩矿物含量多少，而不影响岩石的其它矿物共生。因此,作共生图解时可不考虑过剩组分。而把过剩矿物放在共生图解之外。类质同象组分:是互成类质同象替换的组分，它们的相对含量一般可在一定范围内变化而不致于影响其它矿物的共生关系。在共生分析时,可将互成类质同象代替的组分合并为ー个独立组分。如：由于A13+==Fe",Fe2+==Mg2+==Mn2+的类质同象置换关系,可将它们合并为(Fe,Mg,Mn)O,(Al,Fe)2O3>分别作为一个独立组分。有效独立组分:除上述几类组分之外的其它组分(包括由类质同象组分合并的独立组分)。它们之间的比例对矿物共生组合起决定性的作用。矿物共生组合中出现的矿物数目与完全活动组分、微量组分、次要的类质同象组分无关。在不考虑副矿物情况下,矿物共生组合中矿物最大数目等于有效独立组分数加上过剩组分数之和。但过剩组分多少不改变矿物共生,决定矿物共生组合多样性的是有效独立组分。因此,以有效独立组分为顶点作出的成分ー共生图解可以表示系统的矿物共生关系。三、成分-共生图解Eskola(1915)设计ACド图以表示成分范围广泛的含石英变质岩(包括泥质、长英质、基性、钙质、镁质)的矿物共生。.含石英变质岩的组分分析对普通的含石英变质岩，不考虑微量组分和孤立组分，通常包括SiO2、A12O3、Fe2O3,FeO、MnO、MgO、CaO、Na2〇、K2〇、CO2,H2O等11个组分，这些组分按其化学特征和对矿物共生的影响可分为:完全活动组分:H20、CO2(Eskola把它们处理为过剩组分)。共生图解中不予考虑。过剩组分:Sgz共生图解中不予考虑,把过剩矿物Q放在图解之外。类质同象组分:岩石中存在两种类质同象。一类是Al2Ch与Fe2c)3类质同象和FeO、MnO、MgO类质同象,它们普遍出现在造岩矿物中,因而将它们合并处理为两个独立组分:(Al,Fe)2O3和(Fe,Mg,Mn)〇;另ー类是Na2。与CaO类质同象，仅出现在斜长石中而不出现在其他含钙矿物中。因此不能将它们合并。Eskola的处理办法是:由于Na20只在斜长石中作为CaO的类质同象组分出现,其含量多少有无只影响斜长石号码,而不会增加或减少ー个矿物相。因此,Na2O不是独立组分,可不予以考虑,把钠长石放在图解之外。有效惰性组分:经过上述组分分析后，得出4个有效惰性组分,（Al,Fe）2（）3、CaO、L〇、（Fe,Mg,Mn）〇。为了把组分数减至3,以便于图解表示，Eskola把K?O作为过剩组分,不予以考虑,把钾长石放在图解之外。这样一来，使得该图解出现一个明显的缺点:区分不了低温下泥质变质岩中K,O过剩与K2O不足的两类组合。AC戶图编制Eskola将上述三个有效惰性组分为顶点的成分ー共生图解命名为ACド图。其中:A=[Al2O3]4-[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]+[MgO]+[MnO]A+C+F=100.在三角形图解上,按矿物组成的ACF比值标绘矿物后,按矿物的实际共生关系连接共生线即完成了ACダ图解，ACF图能表示较多的重要硅酸盐矿物,但K和Na的硅酸盐和二氧化硅不饱和的硅酸盐除外。A”图表明:在一定温度压力条件下形成并达内部平衡的岩石,其矿物共生组合取决于原岩的总化学组成，并随着原岩的总化学组成的变化呈现有规律的变化。将矿物化学式写成氧化物形式，易于计算矿物的AC尸值,从而便于标绘矿物。And（红柱石）Al2O3SiO24=100Crd（堇青石）2(Mg,Fe)02Al20ゴ5Si(h4=50,「=50An（钙长石）CaOAl2O3-2SiO24=,C=Di（透辉石）CaO(Mg,Fe)O-2SiO2C=,F=Gro（钙铝榴石）3CaOAl2O3-3SiO24=,C-Wo（硅灰石）CaOSiO24=,C—注意：ー是图中An位置实际上并不是钙长石，它与图解外的Abー起代表某一号码的斜长石:二是Ms（白云母）、Bi（黑云母）都是含钾矿物,它们在共生组合中是否出现在很大程度上受岩石的K2〇组分控制,图中所有组合都可出现Ms、Bi。4cダ图不能表示K2〇对矿物共生的影响,因而,严格说来,它们不应该表示在ACF图上。岩石成分的标绘一成分矫正将岩石的组成标绘在成分ー共生图解上,可以预测该岩石的矿物共生组合。然而,由于在编制ACF图过程中，未考虑钾长石、钠长石和副矿物因此，在根据岩石化学分析资料于ACダ图上标绘岩石时,需从化学分析中扣除包含在这些矿物中的（ALFe）2O3、CaO、（Fe,Mg）〇的量。①用副矿物含量校正岩石化学分析根据薄片测定副矿物钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、楣石的实际含量（体积％）,并将测定矿物的体积％转换成WB%；WB%=相对密度X体积％。换算时可使用下列矿物相对密度值：磁铁矿5.2,楣石3.5,钛铁矿4.7,黄铁矿5.0,赤铁矿5.1。然后，对岩石化学分析作下列校正：如：磁铁矿（Fe30弱含有31.0%的FeO和69.0%的Fe2O3.因此,独立组分计算时要从:FeO重量%中减去磁铁矿重量％的31%；Fe2ch重量%中减去磁铁矿重量％的69%。对其它副矿物进行类似校正。②计算氧化物的摩尔数把校正过的岩石化学分析的各个氧化物般％(可不考虑SiO2和ル0)除以其分子量再乘以100〇,换算成氧化物的摩尔数。如:[CaOKaO恥％X1000/Ca0分子量。③用钾长石、钠长石校正摩尔数[A1B],用磷灰石校正[CaO],用方解石校正[CaO]：假定岩石所有的KzO、NazO均组成钾长石和斜长石的钠长石分子。由于钾长石的[K2O]=[A12O3].钠长石中[Na20]=[Al203],因此,要在岩石的[A1B]中扣除钾长石、钠长石中的[ALOd,只须在[AIB]中减去([K20]+[Na20])即可。磷灰石的化学式为9CaO•3PA•CaF2,所以磷灰石的!^^0]=3.332〇5];方解石化学式为CaO-CO2所以，方解石的[CaO]=1(X)2]。为了扣除岩石中含在少量磷灰石和方解石中的[CaO],只须从岩石的[CaO]中减去(3.3[P20s]+[CO.])副矿物校正后岩石的4び值计算方案总结如下:^[AlaOs]4-[FejQj]-([N&0]+[K2〇])O[CaO]-(3.3[PA]+[CO*])月[FeO]+[MgO]+[MnO]为了用图解表示,把值换算为ん+C+4100,即用摩尔百分数表示。练习:成分散晶石白云母片岩緑片岩黑云制长片麻岩篮内石英大理号SiO264.6552.1366.9527.55TiO20.030.780.691.28ALO,27.8919.8014.415.37F.O?0.022.441.633.73FeO0.726.183.981.44MnO0.000.230.180.03MgO0003.242.381.85CaO0.207.462.8430.21Na2O0.041.902.843.26KQ0.012.001.960.15H2O6.120.961.240.80P2O50.000.300.140.15co20.081.910.0423.97.『ぴ图解问题的提出:芬兰奥里耶维地区接触变质岩区有两类矿物组合明显不同的岩石,ー类含富铝矿物：红柱石、堇青石而不含钾长石;另ー类含钾长石而不含富铝矿物。虽然钾长石和富铝矿物在该区都是稳定的，却不能共生。艾斯科拉认为这是原岩"〇含量不同造成的。第一类岩石为"〇不足的，第二类岩石为ん〇过剩。&〇不足的岩石为泥质岩,过剩岩石通常为富钾泥质岩及长英质岩石。泥质变质岩石的组分通常是贫钙的,且CaO主要含在斜长石的钙长石分子中。因此，CaO不是有效独立组分。而ん〇的过剩与不足对该类岩石的矿物共生有重大影响。ル〇应作为有效独立组分。对泥质变质岩系统有效独立组分为(Fe,Mg,Mn)〇,(Al)Fe)^ん〇,因此,用ACF图不能反映该类泥质变质岩的矿物共生关系。参考ACF图,根据泥质变质岩有效独立组分特征｛(Al,Fe)203,K20,(Fe,Mg,Mn)〇｝,艾斯科拉设计了〃肝图,来研究该类泥质变质岩的矿物共生关系以(Al.Fe)4,&O,(Fe,Mg,Mn)〇三组分为端元:〃=[Al203]+[Fe2O3]-RO][IGO]2FeO+MgO+MnOA'W/t100作成成分共生图解,称为ス’〃・图。注意:由于泥质变质岩中钾长石是最富钾矿物,因而在W图上钾长石是标在《顶点的。即是将钾长石的｛值作为!00,ス值作为〇的。而钾长石分子式中摩尔数[A1203rR0],因此计算ス值时,必须扣除钾长石中的[ALOJ,这样，ス的意义与スび图不同故将ス改为A',称为@底图。注意:理想成分的白云母(K2O•3Al2O3•SiO2•H2O)不是标在｛：H=1:3的位置,而是标在此A'=1:2(佇33、A'=67)的位置上。同样,理想成分的黑云母标在后14、尸86位置。由于黑云母中有些(Fe,Mg)可被Al替代，所以其成分可渐变到イ=15、后14、后71的位置在H心图上标绘岩石时，也要进行校正。用副矿物含量校正岩石化学分析的方法基本上同スび图。在经过此项校正后，将氧化物冊%换算为摩尔数。由于イ肝图不考虑斜长石(由钠长石分子和钙长石分子组成),因此必须在A,中扣除斜长石中的[A1G],即扣除与[Na2O]+[CaO]等量的[A1A]«〃1的计算方案为：4'=[Al203]+[Fe203]-([Na20]+[K20]+[CaO])K=[ル0]F=[FeOl+[MgO]+[MnO]A9+杆/2=100.か獣图解汤普逊设想在四面体的一个面上投影。由于泥质变质岩中的大多数矿物都位于被面上及其附近,因而选⑷的面作为投影面。由于白云母在泥质变质岩中分布非常广泛，因此,把讨论限于含白云母的岩石。这样，在成分ー共生图解中就不必表示白云母而选理想成分的白云母KALOsiKAbSisOioSH)ク作投影点。凡在四面体内的矿物都从理想化白云母成分点MS向板面投影。投影面包括々物三个角顶，但并不以阴线为限。只有左户长総小四面体内的矿物,才会投影在板面上不超过阴线。否则，投影点会位于阳线外。上述投影过程，实际工作中是用计算进行的。把分析的版%换算为氧化物摩尔数之后,按下式计算投影坐标ル和〃：ホ([A1A]-3[№0])/([Al203]-3[KzO]+[FeO]+[MgO])*=[MgO]/([MgO]4-[FeO])减3[K20]的意义是减去投影点Ms中的[ALG](=3[K2〇])AFM图的改进髙温时由于白云母分解,钾长石在泥质变质岩中普遍存在。为了表示含钾长石和石英的髙温变质岩莱因哈特设计制作了另一种AFM图,该图中矿物和岩石投影点是从钾长石成分点向FM面投影得出的,该图解的三个参数为：A=[AlzOj-([K2O]+[Na20]+[CaO])F=[FeO]-[Fe2O3](-[TiQ])M=[MgO]A+F+M=1OO.成分共生图解综述各图解的优缺点ACF图解:一般地说,ACF图解可以表示几乎所有的常见变质岩和主要造岩矿物,说明其相互关系,这是它的最大优点。其主要缺点是不能表示中低温时由于ル〇过剩与不足引起的钾长石与富铝贫钾矿物不共生关系、FeO/MgO比值对共生组合的影响、铁镁矿物的化学成分变化。A'KF图解:A，KF图的最大优点是能反映由于№0过剩与不足引起的钾长石与富铝贫钾矿物不共生关系。主要缺点是只适用于泥质、长英质岩石、不能表示FeO/MgO比值对共生组合的影响、铁镁矿物的化学成分变化。ACF图解和A，KF图解可以相互补充，所以通常将它们联用,作成双三角形图解,以取得更完整的结果。AFM图:AFM图把泥质变质岩看作ALOa-IGO-FeO-MgO四元系,把FeO、MgO作为独立组分,因而比ACF图和A'KF图更严格、合理，可很好地表示岩石的FeO/MgO比值与矿物共生组合的关系和铁镁矿物的化学成分变化。AFM图的缺点是仅适用于泥质变质岩和长英质变质岩一汤普逊的图解仅适用于含白云母和石英的泥质变质岩石。应用中应该注意的问题L考虑图解的适用范围:使用时一定要注意每个图解的适用范围。.根据独立组分特征设计图解:究竟选择什么图解取决于所研究岩石系统的有效独立组分。一定要作组分分析，找出系统的有效独立组分,以正确选择或自行拟定共生图解。.在共生图解上标绘岩石成分时,都必须进行校正。在化学分析中扣除设计图解时未考虑的副矿物和其它矿物。这是必要的，然而又是复杂的。完全严格的校正是不可能的，前面所述的校正方法只是考虑了最主要的因素。Winkler对ACF图和AKF图提出了更严格也更复杂的校正方法,可作为参考。四、变质相变质相是在热峰附近一定尸尸UH2。范围内达到化学平衡的所有变质岩,其矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的关系。(or)变质相是一定温度和压カ范围内形成的各种化学组成的变质岩中的一套变质矿物组合,它们在时间上、空间上反复共生,且矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的对应关系。说明:.ー个变质相是一个等物理系，它包括热峰附近一定物理化学条件范围内形成的各种化学成分的变质岩。因而,变质相与岩石化学成分无关。.“时间上、空间上反复共生”指每个变质相的ー套矿物组合可在不同时代、不同地区重复出现。即变质反应达到平衡且全球可以对比。.“矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的对应关系’意思是在ー个变质相中,对应不同的岩石化学成分有不同的矿物组合。因而,给定岩石化学成分,可以预测相应矿物组合。ー个变质相内岩石化学成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,成分ー共生图解可以表示这种关系。.变质相的标志是矿物组合。通常用基性变质岩矿物组合划分变质相,并以相应的基性变质岩石对变质相命名。如角闪岩相就是以该相条件下基性变质岩中出现的斜长石一角闪石组合为标志划分,并把角闪岩和与之相同的尸7条件下形成的所有变质岩命名为角闪岩相。由于不同岩石对温压条件变化敏感程度不同,ー个变质相内的岩石（如泥质岩）的矿物组合还可能有变化，因此，ー个变质相可包括一个至几个变质带或亚相。.变质相的界线是特定的变质反应标定。由于很多反应涉及固溶体的连续反应,因此在P-T图解上为ー个带,又由于不同化学成分的岩石中发生的反应不同，这些反应在P-T图解上不可能相互重合。因此，变质相的界线是渐变的,相邻两相之间有过渡带。变质相的划分变质相的分类及各变质相甚性变质岩的临界矿物组合表产状变质相代号茗性变质岩的临界矿物共生組合接的K球南角岩相(albite-epidotehomfdsbctes)AEH衲长石+緑帘石+旧起石+緑泥石收普通角闪石角岩相(hornblendehornfelsfacies)HH科长石+普通角闪石变理石角岩相(pyroxene-honifelsfaaes)PH斜长石+透辉石+紫苏辉石质透长岩相(sanidinitefacies)S高温斜长石+普通辉石+易变辉石沸石相(zeolitefacies)Z柄长石+浊沸石+葡萄石+绿泥石区・有石緑轩石相(prehnite-pumpellytefacies)P-P衲长石+葡萄石+緑舒石+緑泥石硬柱石的长石缘泥石相凜柱石+衲长石+緑泥石(lawsomte-aibite-chlontefaaes)や4壁片岩相(blueschistfaaes)BS钠长石+瑟闪石+绿泥石变绿片岩相(greenschistfacies)OS钠长石+緑帘石+阳起石+緑泥石绿帘角闪岩相(epidote-amphibolitefaciei)EA最长石+緑帘石+普通角闪石+阳起石质角闪岩相(amphibolitefacies)A科长石+普通角闪石麻粒岩相(granulitefaaes)0科长石+透辉石+發苏辉石柳舞岩相(eclogitefacies)E1I铁铝榴石分子的石榴石+綠輝石♦特征矿物的概念指稳定的P-T范围较窄,反映外界条件变化灵敏的矿物。特征矿物能指示P-T条什,常作为划分等变线的标志,因而有巨大的岩石学意义。如AhSiOs三种多形变体:红柱石指示低压、蓝晶石指示髙压、矽线石指示高温等物理系可主要按温度分为很低级（很低温）、低级（低温）、中级（中温）和髙级（高温）四个等级。各等级的特征矿物如下:很低级:浊沸石、葡萄石、绿纤石;很低级ー低级:绢云母、绿泥石,硬绿泥石、绿帘石,阳起石、滑石、蛇纹石,中级:十字石、蓝晶石、普通角闪石、铁铝榴石高级:矽线石、紫苏辉石、正长石。♦变质相的研究方法变质相研究的基本任务是从变质矿物共生组合出发，通过地质调査,共生分析,结合有关实验资料,査明变质作用物化条件及其变化特点。研究ー个地区的变质相的工作程序大致分为野外地质调査

室内测试工作矿物共生分析综合总结作业布置1•判断变质岩中矿物平衡的标志有哪些?.决定矿物共生组合多样性的组分是什么?为什么?.比较:①スび图、A,や图;②变质带、变质相、变质级、变质相系.为什么岩石的ACF值计算公式中,A值要减去［⑹〇］与［N&0］之和?而岩石的A'KF值计算公式中,A,值要减去RO］、［Na#］和［CaO］之和？课后小结

课题第四章变质岩的成分特征学时2学时教学目标与要求1掌握变质岩的化学成分特征;2掌握变质岩的矿物成分特征;3掌握Turner的化学成分分类;4掌握等物理系列及等化学系列的概念;5掌握五大化学岩的基本特征；重点!变质岩的化学成分特征；2变质岩的矿物成分特征;3等物理系列及等化学系列的概念;4五大化学岩的基本特征;难点1五大化学岩的基本特征；2等物理系列及等化学系列的概念；教学方法与手段1多媒体演示,用大量照片展开分析,提出问题,解决问题2设问式教学,先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解参考资料王仁民、游振东、富公勤,1989,变质岩石学。北京:地质出版社徐树桐、刘贻灿、江来利、苏文、季寿元,1994,大别山的构造格局和演化。北京:科学出版社徐学纯,1998,麻粒岩相变质流体和流体ー岩石相互作用。地学前缘,5（4）：284-290游振东、陈能松、张泽明,1996,中国桐柏大别构造带变质演化的岩石学证迹,地球学报,0（增刊）：16—22Turner,F.J.,1981,MetamorphicPetrology.2nded.,MeGraw-HillBookCompanyWang,F.&Chen,N.,1996,RegionalandThermodynamicMetamorphismoftheWesternHills,Beijing.GeologicalPublishingHouse.Wang,X.,Liu,J.G,andMao,H.K.,1989,Coesite-bearingeclogitefromDabieMountainsincentralChina.Geology,17:1085—1088KoP^€hhckhh,4.C.,1973, TeopcTMMecKHeocHOBbiana.uu3anerpo-reiie3HCOBMHtiepanoB.113n."HayKa"，MocKBaKopHKOBCKHM, C.H.,1979, （l）aUMMMCiaMOp（|）M3Ma MCTailCJIHTOB. M3A.HayKa,MocKBa:8-23MapaKyuieB,A.A.,1993,Herporpa（|）Hsi.H34.M「yMocKBa:267-319教学内容及过程第四章变质岩的成分特征ー、变质岩的化学成分特征.变质岩的化学成分与岩浆岩、沉积岩相比,变质岩化学成分变化范围大,与岩浆岩、沉积岩成分变化总范围相当。根据原岩的化学组成在变质作用过程中是否发生改变,可以把变质作用划分等化学变质作用和异化学变质作用。等化学变质作用:是指变质作用过程中,不伴随有交代作用,原岩组分除ル0和CO2以外,其它组分基本保持不变的变质作用，如接触变质、区域变质。异化学变质作用、则伴随有交代作用,在变质作用过程中有元素带入带出,其组分有明显变化,系统是开放的。如气ー液变质及一部分混合岩化作用。等化学变质情况下,变质岩化学成分取决于原岩化学成分,根据变质岩化学成分可恢复原岩类型。从原岩角度，变质岩分为:正变质岩一原岩为火成岩鬲究瞪原岩为沉积岩复交窟岩一已形成的变质岩再遭受变质疋变质若与扇变质若一的化学成分差别SiO2：正变质岩34-80%,副变质岩0-95%以上;A12O3：正变质岩不超过40%,副变质岩髙达90%Fe2O3+FeO：正变质岩一般＜15%,副变质岩可＞30%,形成富铁岩石;MnO:正变质岩含量少（＜2%）, 副变质岩可髙达20%以上（富镒岩石）；CaO:正变质岩不超过23%, 但富钙的副变质岩则常见,可达50%以上K2O/Na2O:正变质岩中K2O/Na20Vl的情况常见,副变质岩常＞1,可达2-3。在异化学变质情况下,变质岩的化学成分既取决于原岩的化学特征,又取决于交代作用的类型和强度。用岩石化学方法研究交代变质岩的化学成分特点,可推断原岩成分特点、了解交代过程中元素带入带出的情况，査明交代作用的特点和强度。变质作用过程中,原岩的矿物成分、结构构造都要发生改变。甚至变得面目全非。然而,一般变质作用则基本不改变原岩的主要化学成分。即使是异化学变质，也或多或小可追索出原岩化学成分变异的某些特点。因而变质岩化学成分是恢复原岩和划分对比变质地层的重要标志。等化学系列:是指具有同一原始化学成分的所有岩石，其中矿物组合不同是由变质作用类型和强度决定的。等物理系列:是指同一变质条件下形成的所有岩石,其矿物组合的不同是由原岩化学成分决定的,如一个变质相或变质带的岩石。Turner提出ー个简明的等化学分类,将常见的变质岩归纳为5个化学类型:泥质变质岩:源于泥质（铝质）沉积物;长英质变质岩:包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩；钙质变质岩:源于灰岩和白云岩（可含石英、粘土矿物等杂质）等钙质沉积物;基性变质岩:由基性岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、Al、Fe,Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩;镁质变质岩，源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其它富含Mg、Fe的沉积物。5大类变质岩特征:温压敏感性:泥质和基性岩石〉富钙和镁质岩石＞长英质岩石;岩石强度:镁质〉基性〉长英质〉钙质〉泥质原岩性质:泥质、钙质、镁质易确定,而长英质、基性很复杂。二、变质岩的矿物成分特征变质岩的矿物成分的影响因素变质岩矿物成分取决于岩石（原岩）化学成分和变质作用条件。一方面,相同变质条件下不同化学类型岩石会出现不同的变质矿物组合,另ー方面，同一化学类型原岩在不同的变质条件下也会出现不同的矿物组合。变质岩矿物成分首先取决于原岩化学成分如硅质灰岩,主要成分为CaC03和Sia,经变质后可出现石英、方解石、硅灰石等碳酸盐和钙硅酸盐矿物,而不会出现红柱石、蓝晶石、タ线石等富铝矿物。成分为纯Sia的硅质岩,在变质作用过程中仅出现石英,形成纯的石英岩。因此如不伴随明显的交代作用,则一定化学类型的变质岩与一定矿物成分相对应。这意味着,研究岩石的矿物成分可推断岩石的化学类型。1.竽。2对变质岩的矿物组合影响明显。如果竽〇2不饱和,就会出现硅不饱和矿物刚玉、尖晶石、橄榄石这些硅不饱和矿物通常不与石英共生。五大类常见岩石通常都含石英，属SiCh饱和一过饱和岩石Z.ALOsIM）:变质岩AI2O3、KO饱和程度对矿物共生有重要影响ー类含富铝矿物红柱石、堇青石而不含钾长石另一类含钾长石而不含富铝矿物。虽然钾长石和富铝矿物在该区都是稳定的,但却不能共生。因此，泥质变质岩划分为两个化学类型:ー类为k2o不足泥质变质岩，原岩为髙岭石粘土岩、蒙脱石粘土岩;另ー类为KQ过剩）泥质变质岩,原岩主要为水云母粘土岩结论:变质岩的矿物组合是一定ル7-X条件下化学平衡产物因而变质条件是影响变质岩矿物成分的重要因素,但是变质岩中的矿物并不都是热峰条件下达到平衡的结果。由于反应不彻底,可有热峰前矿物残留,它们通常呈热峰矿物的包裹体产出。而热峰后退变质阶段再平衡是一个降温过程,反应速率小,往往反应不彻底。所以退变质矿物通常以热峰矿物的不彻底反应物形式出现，常局部分布在热峰矿物的边缘或裂隙中。识别岩石中热峰前矿物、热峰矿物、热峰后退变质矿物,査明其形成P-T条件，是建立P-T轨迹的岩石学方法。矿物成分特点一与岩浆岩对比变质岩中广泛出现铝的硅酸盐类矿物，如红柱石、蓝晶石，矽线石（AbSiOj等；变质岩中可出现不含铁的镁硅酸盐类矿物,如镁橄榄石（MgzSiO,）和复杂的钙镁铁锦铝的硅酸盐类矿物（如石榴石类）,而岩浆岩中一般是铁镁呈类质同象的正硅酸盐；可出现铁镁铝的铝硅酸盐类矿物（堇青石，十字石）,岩浆岩中只出现钾钠钙铝硅酸盐类矿物,如各种长石纯钙的硅酸盐如硅灰石（CaSiOO为变质岩所特有；变质岩中含（0H）矿物比岩浆岩多见；变质岩中碳酸盐类矿物分布广泛。变质岩中层状、链状构造的矿物较多,常发育有较多的纤维状、鳞片状、柱状、针状矿物,且这些矿物的平均延展性比岩浆岩中同类矿物大。如黑云母在岩浆岩中的延展性一般为L5左右,而在变质岩中达7-10变质岩中常发育有分子排列极紧密的矿物,这种矿物具有较小的分子体积和较大的比重，如石榴石反应式: MgzSiO,+CaALSi208 CaMgzA12Si3012矿物 橄榄石钙长石 石榴子石分子体积:43.9 101.1 121♦矿物内部结构和其它特点变质岩中同质异象矿物发育,如红柱石,蓝晶石斜长石的环带结构在变质岩中较少见变质岩中矿物的变形现象发育五大化学类型变质岩的化学成分矿物成分特点• 泥质变质岩化学成分:Al2o3,K2O含量髙,K,O,Al203相对含量变化大;矿物成分:是云母含量髙,石英常见,两个亚类矿物成分有明显差别:AI2O3过剩的泥质变质岩一富铝系列:特点:★A12O3>K2O+Na2O+CaO（分子数）★含富铝矿物（红柱石、蓝晶石、タ线石等）；★中低温时无钾长石;★髙温时（麻粒岩相、辉石角岩相等）出现钾长石K20过剩的泥质变质岩,特点是:★含钾长石;★中低温时无富铝矿物;★髙温时出现富铝矿物（タ线石、堇青石等）中低温时富铝矿物与钾长石不共生,两类泥质岩矿物组合明显不同。高温时富铝矿物与钾长石共生,两类泥质岩矿物组合相同,仅矿物含量有差别长英质变质岩化学成分:SiO2含量髙，通常K2〇过剩、A12O3不足矿物成分:以石英、长石为主,矿物组合与k2〇过剩的泥质变质岩相同钙质变质岩化学成分:CaO含量髙,可含一定量的MgO、FeO、A12O3、SiO2»矿物成分:以碳酸盐矿物（方解石、白云石等）和钙镁硅酸盐矿物（硅灰石、透辉石、阳起石、透闪石、滑石等）为主，可含一定量钙铝硅酸盐矿物（绿帘石、方柱石、钙质斜长石、钙铝ー钙铁榴石、符山石等）及石英镁质变质岩化学成分:富MgO、FeO,贫CaO、A12O3、SiO2。矿物成分:缺乏长石、石英，富含富镁铁的矿物（蛇纹石、滑石、水镁石、菱镁矿、直闪石、镁铁闪石、紫苏辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、黑云母、铁铝ー镁铝榴石等。变质岩矿物的成因分类不稳定矿物-残余矿物概念:在一定变质条件下超越平衡条件而存在的早先已有矿物的准稳定残余矿特征:与其它矿物之间存在明显的置换关系常见于低级变质岩和退变质岩稳定矿物概念:在一定变质