2025年变质地质学试题带答案

2025年变质地质学试题带答案一、名词解释（每题5分，共30分）1.变质反应结构：变质作用过程中，原岩矿物通过化学反应形成新矿物时，因反应程度、动力学条件差异而保留的结构痕迹。常见类型包括反应边结构（如镁橄榄石外围被蛇纹石或透闪石环绕）、筛状变晶结构（新生矿物包裹未完全反应的残余矿物）等，是推断变质反应路径和P-T条件演变的关键证据。2.压力影构造：变质岩中刚性矿物（如黄铁矿、石榴子石）周围，因差异应力作用形成的对称或不对称的纤维状、片状矿物集合体（如石英、云母）。压力影的形态（对称型、不对称型）和矿物组成可反映变形时的应力状态（压溶-扩散机制）及变质温压条件（低温下多为石英，中高温下可能出现角闪石）。3.退变质作用：岩石在经历峰期变质后，因构造抬升或流体参与，温压条件降低导致的矿物组合向更低变质级别转变的过程。典型表现为峰期矿物（如石榴子石、蓝晶石）被绿泥石、绢云母等低温矿物交代，形成冠状结构（如石榴子石外围出现绿泥石+石英的反应边）或后成合晶（如角闪石分解为绿泥石+斜长石的细粒集合体）。4.变晶结构：变质岩中矿物在固态重结晶或变质结晶作用下形成的结构，与岩浆岩的结晶结构（先成矿物被后成矿物包裹）不同，变晶结构中矿物生长受空间限制，常见自形程度差异（如片状矿物定向排列形成片理）、包裹关系（如石榴子石包裹早期石英、黑云母）等，是判别变质作用类型（区域变质、接触变质）的重要标志。5.变质相系：一定构造背景下，不同变质相（如绿片岩相、角闪岩相）在P-T空间上的自然组合，反映变质作用的温压梯度。常见类型包括巴罗型（中压相系，区域变质典型，P-T梯度20-30℃/km）、低压红柱石-硅线石型（接触变质或高热流区域，梯度>40℃/km）、高压蓝闪石-硬玉型（俯冲带，梯度<10℃/km），其差异与构造环境（俯冲、碰撞、伸展）直接相关。6.流体-岩石相互作用：变质过程中，流体（以H₂O、CO₂为主，含少量盐类）与岩石发生物质交换、化学反应及力学耦合的过程。流体可降低矿物熔点促进重结晶，携带组分（如Ca²⁺、Mg²⁺）引发交代作用（如夕卡岩化），或通过溶解-沉淀机制参与变形（压溶作用）。其活跃程度受温压（高温下流体以超临界状态存在，活动性增强）、岩石渗透率（片理发育岩石更易流体运移）控制。二、简答题（每题10分，共50分）1.简述区域变质作用与接触变质作用的主要差异。答：区域变质作用与接触变质作用的核心差异体现在构造背景、温压条件、影响范围及矿物组合四方面：（1）构造背景：区域变质多与板块碰撞、造山带形成相关（如喜马拉雅造山带），由构造应力、地热增温共同驱动；接触变质则与岩浆侵入体（如花岗岩）的热扩散相关，受局部岩浆热场控制。（2）温压条件：区域变质温压范围广（T=200-800℃，P=0.2-1.5GPa），P-T梯度中等（20-30℃/km）；接触变质以高温低压为特征（T=300-800℃，P<0.3GPa），梯度高（>40℃/km）。（3）影响范围：区域变质规模大（数百至数千km²），常形成变质岩系（如片麻岩、片岩）；接触变质范围小（数米至数km²），围绕侵入体呈环带状分布（如角岩、大理岩）。（4）矿物组合：区域变质因多阶段变形-变质叠加，常见定向构造（片理、线理）及特征矿物（蓝晶石、十字石）；接触变质以静态重结晶为主，构造定向弱，特征矿物为红柱石、堇青石（低压）或硅灰石（高钙）。2.说明变质岩中矿物共生组合的主要控制因素。答：矿物共生组合是变质岩中稳定共存的矿物集合体，其形成受以下因素控制：（1）原岩成分：决定初始元素丰度（如泥质岩富Al、K，易形成云母、石榴子石；基性岩富Fe、Mg，易形成角闪石、绿帘石），是共生组合的物质基础。（2）温压条件（P-T）：不同矿物对温压敏感（如红柱石-蓝晶石-硅线石为Al₂SiO₅三相变体，分别对应低压、中压、高温条件），P-T直接控制矿物的稳定域。（3）流体成分（XCO₂、XH₂O）：流体中CO₂/H₂O比值影响碳酸盐-硅酸盐反应（如方解石+石英→硅灰石+CO₂，高XCO₂利于方解石稳定），H₂O活度影响含水矿物（黑云母、角闪石）的分解。（4）氧逸度（fO₂）：控制变价元素（Fe³⁺/Fe²⁺）的存在形式（如高fO₂下磁铁矿易氧化为赤铁矿，低fO₂下出现磁黄铁矿）。（5）时间-动力学：变质反应需一定时间完成（如低温下反应速率慢，可能保留未平衡的残余矿物），快速冷却（如接触变质）可能导致亚稳态矿物（如雏晶）保存。3.简述P-T-t轨迹的研究意义及其主要研究方法。答：P-T-t轨迹（温压-时间轨迹）是变质岩在地质历史中经历的P-T条件随时间的变化路径，其研究意义及方法如下：（1）研究意义：①反演构造热事件过程（如俯冲带岩石的“顺时针”轨迹反映深埋后抬升，碰撞带的“逆时针”轨迹反映快速加热-缓慢冷却）；②约束变质作用机制（如轨迹斜率反映地热梯度，陡峭段对应快速抬升/沉降）；③连接变质作用与构造演化（如造山带的P-T-t轨迹可区分同碰撞变质与后碰撞折返）。（2）主要方法：①矿物对温度计/压力计（如石榴子石-黑云母温度计、garnet-omphacite压力计）：通过矿物间元素分配计算峰期及退变质阶段的P-T；②矿物生长环带分析（如石榴子石的Mn、Fe环带）：利用扩散动力学模拟环带形成时的P-T变化；③同位素定年（如U-Pb定年锆石、独居石，Ar-Ar定年白云母）：确定变质事件的时间节点（如峰期变质年龄、退变质年龄）；④相平衡模拟（THERMOCALC软件）：结合岩石成分与实验相图，限定矿物组合稳定的P-T范围，构建连续轨迹。4.以绿片岩相和角闪岩相为例，对比二者的矿物组合及变质条件。答：绿片岩相和角闪岩相是区域变质中常见的两个变质相，分属低-中级变质，差异如下：（1）变质条件：绿片岩相T=300-500℃，P=0.2-0.6GPa，对应地热梯度20-30℃/km（中压相系）；角闪岩相T=500-700℃，P=0.3-1.0GPa，温压均高于绿片岩相。（2）泥质岩矿物组合：绿片岩相以绿泥石、绢云母、钠长石、石英为主（如绿泥石+绢云母+钠长石+石英），可出现少量硬绿泥石（低温）或阳起石（基性岩）；角闪岩相则以黑云母、斜长石（中长石）、石榴子石、十字石（中压）或蓝晶石（高压）为主（如黑云母+斜长石+石榴子石+石英），可见普通角闪石（基性岩）。（3）基性岩矿物组合：绿片岩相为绿帘石、阳起石、钠长石、石英（绿帘阳起片岩）；角闪岩相为普通角闪石、斜长石（更长石-中长石）、石英（角闪斜长片麻岩），可含少量石榴子石（中高压）。（4）构造特征：绿片岩相因低温下岩石脆性增强，片理发育但矿物定向性较弱；角闪岩相因高温下塑性变形显著，片麻理更发育，矿物（如角闪石）自形程度更高。5.说明变质岩中片理构造的形成机制及其与变质作用的关系。答：片理构造（面状构造）是变质岩中矿物定向排列形成的透入性面理，其形成机制与变质作用密切相关：（1）形成机制：①矿物重结晶定向：片状（云母）、柱状（角闪石）矿物在应力作用下沿垂直主压应力方向生长，形成优选方位；②压溶-迁移机制：低温下（绿片岩相及以下），矿物在压应力区溶解（如石英被压溶），溶解物质迁移至张应力区沉淀，形成由不溶残余（云母）定向排列的片理；③动态重结晶：中高温下（角闪岩相及以上），矿物（如石英）通过位错滑移-动态重结晶，形成定向的亚颗粒或新颗粒集合体。（2）与变质作用的关系：①温压条件控制片理类型：低温（绿片岩相）以压溶片理（如千枚理）为主，中温（角闪岩相）以重结晶片理（片理）为主，高温（麻粒岩相）因矿物塑性增强，片理减弱（转为片麻理）；②变形-变质同步性：片理常与变质矿物生长同步（同构造变质），如片岩中的黑云母定向与峰期变质同时发生，反映构造应力对变质反应的驱动（应力降低矿物反应能垒）；③片理是变质相带划分的标志：不同变质相带的片理发育程度（如绿片岩相片理密集，角闪岩相片麻理稀疏）可辅助判别变质级别。三、论述题（每题20分，共60分）1.以泥质岩为例，论述中级区域变质作用的矿物演化序列及其与P-T条件的关系。答：泥质岩（原岩为黏土岩、页岩）在中级区域变质作用（对应绿片岩相→角闪岩相→部分麻粒岩相）中，矿物演化严格受P-T条件控制，其序列及P-T关联如下：（1）绿片岩相（低中级，T=300-500℃，P=0.2-0.6GPa）：初始矿物为黏土矿物（高岭石、伊利石）、石英、少量长石。随温度升高，黏土矿物脱水分解：伊利石+石英→白云母（绢云母）+H₂O（T≈300℃），形成千枚岩，片理发育；绿泥石+白云母+石英→石榴子石（铁铝榴石）+黑云母+H₂O（T≈400℃），标志进入绿帘石-角闪岩相过渡带，石榴子石开始出现（Mn含量高，核心富Mn）；基性成分较高时，可出现硬绿泥石（Fe-Mg-Al硅酸盐，T=350-450℃，P=0.3-0.6GPa），但硬绿泥石稳定域较窄，随P-T升高易分解为石榴子石+黑云母。（2）角闪岩相（中级，T=500-700℃，P=0.3-1.0GPa）：峰期矿物组合以黑云母、斜长石（中长石）、石榴子石为主，随P-T进一步升高，出现特征变质矿物：十字石（Fe-Mg-Al硅酸盐）的稳定域为T=500-650℃，P=0.4-0.8GPa（中压相系），反应式为：绿泥石+白云母+石英→十字石+石榴子石+黑云母+H₂O；当压力较高（P>0.6GPa），十字石被蓝晶石（Al₂SiO₅）替代，反应式：十字石+石英→蓝晶石+石榴子石+黑云母+H₂O（T≈550℃）；温度继续升高（T>600℃），白云母开始分解：白云母+石英→钾长石+硅线石+H₂O（低压相系）或白云母+石榴子石→钾长石+蓝晶石+黑云母（中高压相系），硅线石（Al₂SiO₅高温变体）出现标志进入高角闪岩相。（3）退变质阶段（T降低，P可能同步或滞后降低）：峰期矿物（如石榴子石、蓝晶石）被低温矿物交代：石榴子石边缘或裂隙中出现绿泥石（石榴子石+石英→绿泥石+铁闪石，T<500℃）；蓝晶石被白云母+石英交代（蓝晶石+石英→白云母，低压条件）；黑云母边缘出现绿泥石（黑云母→绿泥石+磁铁矿+石英，fO₂升高）。总结：泥质岩中级区域变质的矿物演化本质是脱水-脱羟基反应的递进，从黏土矿物→绢云母+绿泥石→石榴子石+黑云母→十字石/蓝晶石→硅线石，对应T从300℃升至700℃，P从0.2GPa升至1.0GPa，矿物组合的变化直接反映了P-T条件的连续演变，是划分变质相带（如巴罗变质带：绿泥石带→黑云母带→石榴子石带→十字石带→蓝晶石带→硅线石带）的核心依据。2.结合实例说明变质岩中构造变形与变质作用的耦合关系。答：构造变形与变质作用是造山带演化中相互作用的两个过程，二者的耦合体现在时间同步性、空间叠加性及机制互馈性，以喜马拉雅造山带的高喜马拉雅结晶岩系（HHC）为例：（1）时间同步性：HHC的变质作用与主碰撞期（约40-25Ma）的构造挤压同步。锆石U-Pb定年显示，HHC中的片麻岩峰期变质年龄（约30-25Ma）与主中央逆冲断层（MCT）的活动时间一致，表明构造挤压导致的地壳增厚（埋深增加）为变质作用提供了温压条件（P=0.8-1.2GPa，T=650-750℃）。（2）空间叠加性：构造变形的强弱控制变质程度的分带。MCT上盘（HHC）因强烈挤压剪切，发育深熔作用（部分熔融形成淡色花岗岩），对应高角闪岩相-麻粒岩相（T>700℃）；而MCT下盘（低喜马拉雅岩系）变形较弱，仅达绿片岩相-低角闪岩相（T=400-550℃）。变形强度（剪切应变）与变质温度呈正相关，反映构造热效应（剪切生热）对变质的贡献。（3）机制互馈性：变形促进变质反应：剪切应力降低矿物晶格能垒，加速扩散和重结晶（如HHC中石英的动态重结晶促进长石-云母的交代反应）；变质矿物增强变形：峰期变质形成的片状矿物（黑云母、白云母）定向排列，降低岩石强度，使变形集中于片理面（如HHC中的韧性剪切带沿片麻理发育）；变质流体参与变形：变质脱水反应释放的H₂O流体（如黑云母分解出H₂O）降低岩石摩擦系数，促进压溶-迁移（如HHC中的石英脉沿剪切面分布，记录流体辅助的变形过程）。（4）后期折返中的解耦：约20Ma后，HHC因印度-欧亚板块碰撞后的伸展作用（南迦巴瓦穹隆）快速抬升，构造变形以脆性断裂为主，而变质作用进入退变质阶段（石榴子石被绿泥石交代），此时变形机制（脆性）与变质机制（静态退变质）不再同步，体现了构造-变质耦合的阶段性。综上，喜马拉雅造山带的实例表明，构造变形通过控制埋深、提供应力和热（剪切生热、地壳增厚增温）驱动变质作用，而变质作用通过改变岩石物理性质（矿物定向、流体释放）反作用于变形，二者在造山带演化的主碰撞期表现为强耦合，后期折返阶段则逐渐解耦。3.分析变质流体在变质反应中的作用机制及其对成矿的影响。答：变质流体（以H₂O、CO₂为主，含盐类、金属络合物）是变质反应的关键介质，其作用机制及成矿影响可从以下方面阐述：（1）作用机制：①物质传输载体：流体通过扩散（分子扩散）或渗流（沿裂隙、片理流动）携带组分（如K⁺、Na⁺、Fe²⁺），促进矿物间的物质交换。例如，在基性岩的绿片岩相变质中，流体携带Ca²⁺从斜长石（高Ca）迁移至绿帘石（低Ca），导致斜长石牌号降低（钠长石化）。②反应催化剂：流体分子（H₂O）可进入矿物晶格，降低反应活化能，加速脱水/水化反应。如泥质岩中白云母脱水提供钾长石+硅线石的反应（白云母+石英→钾长石+硅线石+H₂O）需H₂O参与，流体的存在使反应在较低温度（600℃vs无流体时700℃）即可发生。③压力平衡介质：流体压力（Pf）与围压（P）的关系影响矿物稳定域。当Pf=P时（流体饱和），含水矿物（角闪石）稳定；当Pf<P（流体欠饱和），矿物易分解（如