1、变质岩石学全册配套完整变质岩石学全册配套完整 教学课件教学课件 第三篇第三篇 变质岩石学变质岩石学 变质岩变质岩-火成岩火成岩-沉积岩的联系与区别沉积岩的联系与区别 形成过程形成过程 A-火成岩火成岩原岩原岩熔融熔融结晶结晶 B-沉积岩沉积岩原岩原岩风化风化搬运搬运沉积沉积 C-变质岩变质岩原岩原岩P、T、C变质变质 特征特征继承与改造继承与改造 特征变质矿物的出现特征变质矿物的出现 变质岩石学的内容变质岩石学的内容/ /方法方法/ /目的目的 内容：内容： 岩类学；岩理学；成矿岩石学。岩类学；岩理学；成矿岩石学。 目的：目的： 基本特征；基本理论；基本方法。基本特征；基本理论；基本方法。 图
2、图1. 变质岩形成及研究的框架图变质岩形成及研究的框架图 变质作用变质作用 变变 质质 岩岩 原原 岩岩 变质岩形成过程变质岩形成过程 T. P. C 变质岩研究层次变质岩研究层次 地球动力学地球动力学 变质岩研究的意义、任务和方法变质岩研究的意义、任务和方法 一、变质岩研究的意义 变质岩是地壳的重要组成部分，是来自地壳深部的使 者，给我们带来了地壳深部的有关信息。 其研究意义是： 了解深部地壳的组成和早期地壳演化； 恢复变质时期地壳的热力学演化历史； 恢复原岩建造； 指导找矿。 变质岩研究的意义、任务和方法变质岩研究的意义、任务和方法 二、变质岩石学的任务 对不同类型的变质岩进行全面、系统的
3、岩石学研究 研究变质作用的发生及其演化过程 研究变质与变形的关系 研究变质作用的时代 三、变质岩的研究方法 地质学方法、实验变质岩石学方法、理论综合方法 第一节第一节 变质作用和变质岩变质作用和变质岩 为什么我们现在所见到的岩石不仅仅是岩浆岩和沉积 岩这两大类呢？ 第一章 变质作用概述 第一节 变质作用及变质岩的基本概念 第二节 变质作用的因素 第三节 变质作用的类型 第四节 变质作用机制 原因原因：地球动力学事件使早先存在的岩石所处的地质环境和物理 化学条件发生变化，偏离其初始形成时的地质环境及物理化学条 件。 在地壳形成和发展、演化过程中，早先形成的岩石 (包括岩浆岩、沉积岩以及先存的变质
4、岩)在地壳一定深 处，为适应新的地质环境和物理化学适应新的地质环境和物理化学条件，在基本保持固 态的条件下发生的矿物组成、结构构造甚至化学成分的变 化称为变质作用变质作用( (Metamorphism) )。 一词是由法国学者一词是由法国学者Boue (1820)年首次提出来的，后来由英国年首次提出来的，后来由英国 学者学者C. Lyell(1833) 在他的名著在他的名著地质学原理地质学原理中比较系统地进行中比较系统地进行 了论述了论述 。 * 地质环境和物化条件的改变可由地壳的构造运动、 岩浆活动、区域热流变化、应力变化等引起。 * 特殊条件下可发生部分熔融产生一定量的流体 相。 关于变质
5、作用的概念应强调以下几点关于变质作用的概念应强调以下几点: (1) 变质作用是一种改造作用变质作用是一种改造作用，这种改造发生在这种改造发生在风化带风化带和和胶结带胶结带以以 下下，原岩原岩经过改造后在固态下转变为一种新的岩石经过改造后在固态下转变为一种新的岩石。 正变质岩和副变质岩正变质岩和副变质岩 关于变质作用的概念应强调以下几点关于变质作用的概念应强调以下几点: (2) 变质过程中岩石基本上保持固态变质过程中岩石基本上保持固态，并且强调温度的递增过程并且强调温度的递增过程， 这一点与岩浆作用不同这一点与岩浆作用不同。后者强调的是后者强调的是矿物从硅酸盐熔融体中矿物从硅酸盐熔融体中 结晶结
6、晶，所涉及的是晶体液态的平衡所涉及的是晶体液态的平衡，并强调温度的下降过并强调温度的下降过 程程。当变质作用温度较高时当变质作用温度较高时，岩石可发生部分熔融岩石可发生部分熔融，出现一定出现一定 数量的熔体数量的熔体，这些熔体与固态残余物之间可发生混合岩化作这些熔体与固态残余物之间可发生混合岩化作 用用。 低温高压带 高温高压带 高温低压带 大陆壳 洋壳 岩石圈 (据Tarbuck and Lutgens, 1997) 变质作用的温度、压力范围 现代岩石学通常把变质作用限定为一种内生地质作用内生地质作用， 是地壳演化过程中原先形成的岩浆岩和沉积岩在地壳地壳 一定深处一定深处所发生的一种固态转变
7、固态转变。 发生于地壳一定深处地壳一定深处和固态转变固态转变是变质作用的两个基 本点，也是区别于其他矿物转变作用的关键所在。 * 地壳一定深处的含义：地壳一定深处的含义：是指变质作用发生于一定的温度 和压力范围，通常是T=200800，P=0.021.5GPa。此 温度范围大致位于温度范围大致位于成岩后生作用和岩浆作用之间，压力范压力范 围表明它要求处于围表明它要求处于地壳一定深处，即风化带之下。 * *变质作用变质作用不包括各种表生作用。 第二节第二节 变质作用的因素变质作用的因素 第一章 变质作用概述 第一节 变质作用及变质岩的基本概念 第二节 变质作用的因素 第三节 变质作用的类型 第四
8、节 变质作用机制 控制变质作用的根本因素是控制变质作用的根本因素是地质因素地质因素，如：大地构造位置，如：大地构造位置(岛弧、岛弧、 海沟、洋中脊等海沟、洋中脊等)、构造过程、构造过程(沉降、隆升等沉降、隆升等)、岩浆作用等。、岩浆作用等。 从物理化学角度看从物理化学角度看 （物理化学因素）（物理化学因素） 1. 温度（温度（T） 、压力（、压力（P） 2. 流体成分（流体成分（x） 3. 时间（时间（t） 1. 温度温度(T )、压力压力(P) (1) 温度范围温度范围： 200 - 800， 超高压可达1000 。 (2) 变化原因变化原因：岩浆；深部热流；地壳放射热；机械摩擦； 地热增温
9、(正常情况 25-30 / km)。 (3) 主要作用主要作用：可导致重结晶、变质反应、重熔；增加流体 活性； 改变岩石变形性质等。 它是变质作用的主导因素。 1. 温度温度 温度升高增加了岩石矿物分子运动能力和化学活动性， 使那些没有结晶的矿物结晶，已结晶的矿物晶体由小变大， 产生粗粒结晶结构。 由于温度的升高，加速了化学反应的进程，产生新的矿物组合。 温度升高，变质反应伴随着脱水脱水而形成变质热液变质热液。这 些热液积极参加反应，从而加速变质反应的速度，使其呈 指数倍增加。 热液可将原岩中某些组分迁移到较远距离迁移到较远距离或使其相对 富集。 在某些情况下，问题的进一步升高可使原岩在变质结
10、 晶的基础上进一步选择性重溶，引起混合岩化现象引起混合岩化现象。 温度升高，变质反应伴随着脱水脱水而形成变质热液变质热液。这 些热液积极参加反应，从而加速变质反应的速度，使其呈 指数倍增加。 热液可将原岩中某些组分迁移到较远距离迁移到较远距离或使其相对 富集。 在某些情况下，问题的进一步升高可使原岩在变质结 晶的基础上进一步选择性重溶，引起混合岩化现象引起混合岩化现象。 在变质作用中，引起温度升高的热能来源是多方面的，主 要有以下几种： (1) 岩浆侵入体所带来的岩浆热，使围岩发生接触变质作用。 (2) 地热增温，随深度增加而增高。不同地区的地热增温率有 差异，通常地热增温率为3050m/。
11、(3) 上部地壳放射性元素蜕变引起的放射热。 (4) 深部物质重力分异而产生的热，其热流值为500700 。 (5) 构造运动产生的摩擦热。 (6) 地壳中物质相转变而释放出来的热能。 2压力压力 除了温度条件外，岩石发生变质还需要在一定的压力 条件下进行。 根据根据作用的方式和性质作用的方式和性质分为：分为： (1) 静压力 (2) 定向压力 (3) 粒间流利压力 (1) 静压力静压力 负荷压力，指各个方面相等的围压，主要是由上覆岩石 重量引起的，其大小随深度的增加而增大。单位帕(Pa)；在 40km 范围 内与深度关系为0.0275GPa / km(P=gh。 范围：范围：动力变质作用和接
12、触变质作用动力变质作用和接触变质作用多在5 km 范围内， 压力低于0.1GPa； 区域变质作用区域变质作用 深度大于5 km，压力高于0.1GPa， 按压力大小按压力大小分为不同的压力型(低压、中压、高压、超高压) 作 用: 1）控制变质反应方向，影响变质反应温度 2）有利于形成分子体积小、密度大的矿物 3）改变岩石的熔点 CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 105Pa, 4700C 108pa, 6700C (1) 静压力静压力 如橄榄石和钙长石在一定的压力下就会形成石榴子石， 如下式： (2) 定向压力定向压力 是由构造运动或岩浆作用产生的一种侧向压力，也称 为动压力。
13、岩石在定向压力作用下，将发生变形和破碎变形和破碎，使岩石 产生节理、破裂面等。 组成岩石的矿物在定向压力作用下，也会发生变形、 破裂、转动以及引起光学性质的改变破裂、转动以及引起光学性质的改变(云母的扭折，石英 的压碎、由一轴晶变为二轴晶等。)，从而可导致岩石在 结构构造的变化。 (3) 粒间流体压力粒间流体压力 是指存在于岩石颗粒之间、岩石的显微裂隙及毛细孔 中的流体性质，主要为水、二氧化碳、氧等。 流体压力的总和为各组分分压之和 Pf=PH2O+PCO2+PO2+. 变质岩中含H2O矿物、碳酸盐矿物及这些矿物包裹 体的存在，特别是流体包裹体的存在，是变质作用过程 中存在流体相的直接证据。
14、早先，人们认为下地壳和上地幔下地壳和上地幔是缺乏流体的。然 而，近30年来变质岩和上地幔岩的流体包裹体研究证 明，即使在麻粒岩和地幔岩中流体也是广泛存在的。 对整个岩石圈而言，H2O、CO2是流体的最主要成 分，可近似看成流体相由H2O和CO2组成。 流体成分流体成分 由图由图17-11，不同成分流体在温度大于，不同成分流体在温度大于300400可以彼此完全混溶。因此，可以彼此完全混溶。因此， 在通常变质作用在通常变质作用P-T条件下，流体相为均一的一相。不同成分（条件下，流体相为均一的一相。不同成分（H2O，CO2）彼此）彼此 起稀释作用。以摩尔分数表示其浓度，则起稀释作用。以摩尔分数表示其
15、浓度，则 这个表达式可近似表达岩石圈中流体组成这个表达式可近似表达岩石圈中流体组成 图17-11 0.05GPa（1）和0.1Gpa（2）下随着温度降低流体不混溶图解 （引自Marakushev，1991） 1 22 COoH XX 在较高温压条件下在较高温压条件下, 具有较大的活性。具有较大的活性。主要作用如下主要作用如下： a. 溶剂和媒介（载体）作用。溶剂和媒介（载体）作用。 b. 控制变质反应方向。例如控制变质反应方向。例如 Cc + Q Wo + CO2 c.降低岩石熔点。降低岩石熔点。 长英质岩长英质岩: 无水无水950, 含水含水640 d. 变质反应的催化剂。例如铁橄榄石的合成
16、实验：变质反应的催化剂。例如铁橄榄石的合成实验： 2 MgO + SiO2 Mg2SiO4 在干体系在干体系 10000C条件下条件下, 须时近四天须时近四天, 只有只有26%转化；转化； 在湿体系在湿体系 4600C条件下条件下, 只须时间几分钟只须时间几分钟, 就全部转化。就全部转化。 流体成分流体成分 变质作用过程中流体主要来源：变质作用过程中流体主要来源： 原岩中的流体原岩中的流体 主要是沉积岩中的孔隙流体，在埋藏变质中起主要是沉积岩中的孔隙流体，在埋藏变质中起 重要作用重要作用 海水海水 在洋底变质和俯冲带变质中起重要作用在洋底变质和俯冲带变质中起重要作用 变质流体变质流体 源于变质
17、过程中脱流体反应，广泛出现在各类变质源于变质过程中脱流体反应，广泛出现在各类变质 环境环境 岩浆流体岩浆流体 在接触变质和交代变质中起重要作用；在接触变质和交代变质中起重要作用； 深源流体深源流体 主要来自地幔放气作用，是高级变质的流体相主要主要来自地幔放气作用，是高级变质的流体相主要 来源来源 1.温度温度: 一般是最重要因素，它不仅控制着变质作用的发生和发展， 也制约着流体的活性和岩石变形性质； 2.压力压力: 影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定作用；影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定作用； 3.应力应力: 不是物化平衡的独立因素，但它是变质岩组构的最重要因 素，此外还
18、控制着变质反应的速度和规模； 4.流体流体: 是变质作用得以实现的基本因素，但温度又是流体具有是变质作用得以实现的基本因素，但温度又是流体具有 活动性的前提。活动性的前提。 相互关系相互关系-相互促进又相互制约相互促进又相互制约 3时间（时间（t） 变质作用时间因素通常从两个角度理解： a. 变质作用发生的地质时代，即不同时代变质作用的特 点不同， 这是由地球发展的方向性和不可逆性决定 的 b. 一次变质作用自始至终所经历的时间，不同时间变质 作用的特点不同，关于这一点下面进一步阐述。 因为在后生成岩过程中也会产生一些在变质作用中形 成的矿物。因此，在区别成岩作用与变质作用时，典型矿矿 物共生
19、组合物共生组合更为重要。如绿泥石是成岩作用和变质作用中 都能出现的矿物，但绿泥石与葡萄石、黝帘石或斜黝帘石 的共生则是变质作用的范畴。 成岩后生作用与变质作用之间没有成岩后生作用与变质作用之间没有截然的界限截然的界限 变质作用的发生过程主要是一个升温过程升温过程， 先存岩石伴随温度升高发生变质反应产生新的矿物 组合，或者发生重结晶改变原有的结构构造；而岩 浆作用主要是降温过程降温过程，是高温岩浆在温度下降条 件下不断晶出矿物的过程。 变质作用与岩浆作用的区别：变质作用与岩浆作用的区别： 变质作用主要是在固态条件下的矿物转变固态条件下的矿物转变，而岩浆作 用则是在液态条件下的矿物晶出液态条件下的
20、矿物晶出。 这一点明显地表现在岩石结构上，变质岩变质岩是固态下矿 物成核、生长的产物，多呈变晶结构变晶结构，晶粒的自形程度取 决于矿物的结晶势或成面能，而与矿物的结晶顺序无关； 岩浆岩岩浆岩中晶出的矿物，其自形程度与矿物自熔体中结晶出 的顺序关系密切。 当温度升高、变质岩中存在一定量流体的情况下，岩 石可能发生“部分重熔”，出现数量不等的熔体，这就是 所谓的“混合岩化”。混合岩化可以看作是变质作用与岩 浆作用之间的过渡环节。 变质作用与岩浆活动之间也没有一条截然的界线变质作用与岩浆活动之间也没有一条截然的界线 第三节第三节 变质作用的类型变质作用的类型 第一章 变质作用概述 第一节 变质作用及
21、变质岩的基本概念 第二节 变质作用的因素 第三节 变质作用的类型 第四节 变质作用机制 根据变质作用的根据变质作用的地质成因地质成因和和变质作用因素变质作用因素将变质作用将变质作用 分以下的分以下的5种类型：种类型： 1. 热接触变质作用热接触变质作用 2. 动力变质作用动力变质作用 3. 气液变质作用气液变质作用 4. 区域变质作用区域变质作用 5. 混合岩化作用混合岩化作用 (1) 接触变质作用接触变质作用 发生在侵入岩体与围岩的接触带上的变质作用。 根据引起接触变质接触主要因素和方式因素和方式，接触变质作 用可进一步分为两种情况。 热接触变质作用热接触变质作用 指围岩受岩浆高温的影响而发
22、生的变质 作用。温度是主要因素，压力次之，变质作用的方式主要 是重结晶和变质反应重结晶和变质反应。典型的接触热变质岩称为角岩。 接触交代变质作用接触交代变质作用 如果变质因素除温度压力之外，还有 大量来自岩浆的挥发组分参与，就会使接触带附近的侵入 岩和围岩发生明显的交代作用，从而形成变质岩。 (2) 动力变质作用动力变质作用 指岩石受定向压力的作用而产生破碎、变形、重结晶 的变质作用。其特点是低温、高应变速率、重结晶不强烈， 往往与断裂带有关。 根据变质环境和方式不同，可分为碎裂变质和韧性变 形两种类型。 碎裂变质碎裂变质 在地壳的浅部，岩石呈脆性，当应力超过岩石 强度极限时，岩石便会被压碎或
23、磨碎，产生碎裂变质，有有 代表性的岩石是构造角砾岩代表性的岩石是构造角砾岩。 韧性变形韧性变形 在地壳中、深部，温度和压力较高，岩石具塑 性，在断裂带中的岩石一般不发生明显的破裂，而是以强 烈韧性剪切变形或塑性流动为主，有代表性的岩石是糜棱有代表性的岩石是糜棱 岩岩。其特征是细粒化，并具有明显的定向构造。 (3) 气液变质作用气液变质作用 有化学活动性的气态或液态溶液，对岩石进行交代而 使岩石发生变质的一种作用。 常发生于一些热液矿床或矿脉周围以及侵入体与围岩 的接触带上，前者称围岩蚀变，后者称接触交代变质作用。 除流体外，温度、组分的化学势是主要的控制因素，交代交代 作用和变质反应是作用和变
24、质反应是其主要的变质方式其主要的变质方式。 (4) 区域变质作用区域变质作用 指在大范围内，由于温度、压力和化学活动性流体等 因素的综合作用下而产生的变质作用。 浅变带浅变带：温度和静压力不大，以定向压力为主，板理 发育，主要形成板岩、千枚岩。 中变带中变带：压力较大，温度也较高，常形成各种结晶片 岩。 深变带深变带：静压力较大，温度高，重结晶显著，形成各 种片麻岩和混合岩。 (5) 混合岩化作用混合岩化作用 在区域变质作用基础上地壳内部热流继续升高，便产 生深部热液或局部重熔熔浆的渗透、交代、贯入渗透、交代、贯入于变质岩 中，形成混合岩。 从变质岩经深熔而形成混合岩的过程称为混合岩化。 亦称
25、超变质作用超变质作用。 下图表明了上述变质作用的温压及相互关系下图表明了上述变质作用的温压及相互关系 图图 变质作用的主要类型及其温度、压力范围示意图变质作用的主要类型及其温度、压力范围示意图 (6) 其他类型的变质作用其他类型的变质作用 在地壳演化过程中，变质作用常常具有多期次特点， 称之为复变质作用。 复变质作用：又称叠加变质作用又称叠加变质作用，指岩石经受不同期 次变质作用的叠加。 进一步可分为两种： 退变质作用退变质作用：原来比较高温的变质矿物共生组合被较 低温的矿物组后所取代的复变质作用。 进变质作用进变质作用：与退变质作用相反。 (6) 其他类型的变质作用其他类型的变质作用 此外，
26、还有一些特殊的或局限的变质作用，如： 洋底变质作用洋底变质作用：在大洋中脊形成的富钠质和水的中- 低级变质矿物组合的变质作用。 冲击变质作用冲击变质作用：陨石坠落于地表形成的瞬时高温压 矿物组合的变质作用。 高热变质作用高热变质作用：也称为烘焙变质作用，为岩流底部 使地表岩石产生高温接触变质的变质作用。 极低级变质作用：介于后生成岩作用与低级变质作 用之间。 洋底变质作用洋底变质作用 洋壳岩石在大洋中脊附洋壳岩石在大洋中脊附 近上升热流和海水作用下产近上升热流和海水作用下产 生的规模巨大的变质作用。生的规模巨大的变质作用。 温度和流体（海水）中活动温度和流体（海水）中活动 组分化学位（或浓度）
27、是主组分化学位（或浓度）是主 要的变质因素。要的变质因素。P/T比很低。比很低。 变质作用机制是重结晶作用变质作用机制是重结晶作用 并伴随有交代作用，岩石面、并伴随有交代作用，岩石面、 线理不发育。是线理不发育。是区域规模的区域规模的 异化学变质作用异化学变质作用。 典型的洋底变质岩为典型的洋底变质岩为绿绿 岩，岩，是一种主要由是一种主要由Ab、Ep 和和Act、Chl组成的绿色块状组成的绿色块状 区域变质岩区域变质岩。 是分布在陨石是分布在陨石 坑附近，在陨石冲坑附近，在陨石冲 击地表的强大冲击击地表的强大冲击 波作用下产生的变波作用下产生的变 质作用质作用 瞬时的高压、高瞬时的高压、高 温
28、条件是其控制因素。温条件是其控制因素。 变形和伴随的部变形和伴随的部 分熔融是其主要的变分熔融是其主要的变 质机制。质机制。 冲击变质作用冲击变质作用 也称为烘焙变质作用，为岩流底部使地表岩石产 生高温接触变质的变质作用。 高热变质作用高热变质作用 介于后生成岩作用与低级变质作用之间。 极低级变质作用极低级变质作用 第四节第四节 变质作用的机制变质作用的机制(方式方式) 第一章 变质作用概述 第一节 变质作用及变质岩的基本概念 第二节 变质作用的因素 第三节 变质作用的类型 第四节 变质作用的机制 变质作用变质作用是岩石在基本保持固态状态基本保持固态状态下发生转变的 过程，那么岩石是如何在这种
29、状态下实现矿物成分、结构 构造甚至化学成分变化的呢？ 与岩浆作用和沉积作用相比，与岩浆作用和沉积作用相比，变质作用机制变质作用机制更为复 杂，主要包括变质结晶、变形和变质分异3类。 变质作用是一个基本保持固体状态基本保持固体状态下的转变过程。 1. 变质结晶变质结晶 (Meta. crystallization) 2. 变形变形 (Deformation) 3. 变质分异变质分异 (Meta. differentiation) 此外，在高级变质中还可出现部分熔融部分熔融主要属于岩岩 浆作用范畴；浆作用范畴； 在很低级变质(埋藏变质)中甚至可出现压实作用压实作用主 要属于沉积作用范畴沉积作用范畴
30、。 一、变质作用的机制一、变质作用的机制 变质结晶作用：变质结晶作用：岩石在变质条件下的结晶作用。 主要机制包括1.1重结晶作用和1.2交代作用 一、变质作用的机制一、变质作用的机制 固态下成核固态下成核多为在有成核剂存在下的非均匀成核。成核剂成核剂 可以是一个先成的固体颗粒界面或某一变形构造等。 固态下晶体生长固态下晶体生长受表面能驱使，通过粒度增大和均匀化、 颗粒界面平直化(多边形化)而不断降低表面能，以达到表面能达到表面能 最低的结构稳定状态最低的结构稳定状态。 与岩浆结晶类似，变质结晶作用也包括与岩浆结晶类似，变质结晶作用也包括成核成核和和生长生长。 1.1 重结晶作用重结晶作用 re
31、crystallization 岩石在基本保持固体状态下的矿物重新组合矿物重新组合和通过 化学反应形成新矿物的过程形成新矿物的过程。重结晶前后，岩石总化学 成分不变(除H2O、CO2外，封闭系统)。 变质结晶主要有变质结晶主要有重结晶重结晶和和交代交代两种机制两种机制 图17-1 变燧石岩粒径对距辉长岩接触带距离图解 单矿物单矿物Si/Ca质岩质岩 的重结晶的重结晶 矿物的重组合，无变 质反应、无矿物成分 变化，仅结构变化仅结构变化 当达到最低颗粒界面 能的情况下，相邻晶 面之间的面间角约为 120 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
32、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 a b c 多矿物岩的重结晶多矿物岩的重结晶 发生变质反应，导致矿物成分和结构变化发生变质反应，导致矿物成分和结构变化 渗透：渗透：裂隙溶液中组分迁移驱动力为压力差裂隙溶液中组分迁移驱动力为压力差 固体岩石在化学活动性流体作用下化学活动性流体作用下通过组分带入带带入带 出出而使岩石总化学成分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(开放系统)。 扩散：扩散：粒间孔隙溶液中组分迁移驱动力为浓度差粒间孔隙溶液中
33、组分迁移驱动力为浓度差 1.2 交代作用交代作用 replacement 可以在系统中带入带出的组分称为可以在系统中带入带出的组分称为活动组分活动组分。 流体相是完全活动组分流体相是完全活动组分。 通常的变质作用也会造成岩石的通常的变质作用也会造成岩石的 H2O、CO2和和Fe的价态变化，岩石系统为的价态变化，岩石系统为封闭系统封闭系统，从化学角，从化学角 度称为度称为等化学变质作用等化学变质作用 。 伴随交代作用，系统除伴随交代作用，系统除H2O、CO2 、O2等挥发分之外，等挥发分之外， K+、 Na+、Ca2+、Mg2+、Si4+等金属阳离子也成为活动组分可带入带等金属阳离子也成为活动组
34、分可带入带 出时，岩石系统是出时，岩石系统是开放系统开放系统，其它组分也发生变化的变质作用，其它组分也发生变化的变质作用 称为称为 异化学变质作用异化学变质作用 。 重结晶重结晶 交代交代 封闭系统封闭系统 开放系统开放系统 无组分带入带出无组分带入带出 组分带入带出组分带入带出 矿物成分矿物成分可可不变不变 矿物成分改变矿物成分改变 岩石总化学成分不变岩石总化学成分不变 岩石总化学成分改变岩石总化学成分改变 体积改变体积改变 体积不变体积不变 变质结晶作用机制变质结晶作用机制 对对 比比 2 变形变形 不同环不同环 境条件境条件 不同变不同变 形行为形行为 a. 近地表低温低压和较高应变速率
35、条件下近地表低温低压和较高应变速率条件下，岩石显，岩石显 示示脆性行为脆性行为，永久变形机制为脆性变形，表现为岩，永久变形机制为脆性变形，表现为岩 石沿裂缝破裂，产生碎裂和断裂石沿裂缝破裂，产生碎裂和断裂 b. 地下高温高压特别是当应变速率低时地下高温高压特别是当应变速率低时，岩石显示，岩石显示 塑性行为塑性行为，岩石永久变形主要由于塑性流动产生，岩石永久变形主要由于塑性流动产生， 导致矿物畸变和褶皱而没有破裂导致矿物畸变和褶皱而没有破裂 偏应力施加于岩石，当应变增加至超越弹性极限，岩石就会产生永久变形偏应力施加于岩石，当应变增加至超越弹性极限，岩石就会产生永久变形 在过渡区，岩石变形行为既有
36、脆性特征，又有塑性特征 ，永 久变形由于碎裂流动而产生。变形岩石宏观上显塑性变形特征， 微观上显脆性变形特征。 单个晶体的扭折单个晶体的扭折 直线滑移直线滑移 双晶滑移双晶滑移 颗粒边界的滑移颗粒边界的滑移 扩散流动扩散流动 diffusive flow 晶内塑性变形晶内塑性变形 晶界塑性变形晶界塑性变形 地下较高温压条件下塑性流动导致的永久变地下较高温压条件下塑性流动导致的永久变 形形(塑性变形塑性变形)机制机制 不改变晶格方位不改变晶格方位 改变晶格方位改变晶格方位 产生机械双晶产生机械双晶 粒内变形不均匀而在粒内变形不均匀而在 滑移中发生旋转，导滑移中发生旋转，导 致滑移面弯曲扭折致滑移
37、面弯曲扭折 通过粒间流体相的扩通过粒间流体相的扩 散流动称为压溶散流动称为压溶 pressure solution 化学迁移从晶体的较大应化学迁移从晶体的较大应 力边界区向其他部位迁移力边界区向其他部位迁移 并在那里产生晶体生长并在那里产生晶体生长 机械的机械的 化学的化学的 这种伴随变形而发生的重结晶称为动态重结晶动态重结晶。 包括包括恢复恢复和和重结晶重结晶两个阶段。两个阶段。 动态重结晶初始阶段称为恢复称为恢复，是使变形晶体降低应变能而 回到未变形状态。 变形晶体有大量位错大量位错，储集了变形施加的应变能，因 而不稳定而力图通过重结晶力图通过重结晶以消除以变能恢复到稳定的稳定的 无应变状
38、态无应变状态。 新颗粒首先从高应变区开始发育，通过亚颗粒的旋转及新颗粒首先从高应变区开始发育，通过亚颗粒的旋转及 其边界迁移、消耗老颗粒而生长。重结晶颗粒比亚颗粒稍大其边界迁移、消耗老颗粒而生长。重结晶颗粒比亚颗粒稍大 但仍较细，颗粒形态为压扁拉长状，原始边界被破坏，显示但仍较细，颗粒形态为压扁拉长状，原始边界被破坏，显示 不稳定态。进一步重结晶使颗粒粒度增大，呈矩形状而达稳不稳定态。进一步重结晶使颗粒粒度增大，呈矩形状而达稳 定态定态 重结晶重结晶 恢复恢复 使变形晶体降低应变能而使变形晶体降低应变能而 回到未变形状态的过程。回到未变形状态的过程。 特征：在变形晶体中产生特征：在变形晶体中产
39、生 大量细小大量细小(粒径一般小于粒径一般小于 0.020.03mm) 的亚颗粒的亚颗粒 剩余应变能的消耗过程剩余应变能的消耗过程 特征：发育和生长无应特征：发育和生长无应 变新颗粒变新颗粒 图17-7 在偏应力影响下的变质作用过程中单矿物岩石 结构变化理想序列简图 (Raymond，1995) 原始颗粒 (这里是石英砂) 第一阶段 发育变形带 第二阶段 颗粒边缘多边形化 第三阶段 粒度加大 伴随颗粒边界变直 3.变质分异变质分异 使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程 (成分层：条带状或透镜状矿物集合体成分层：条带状或透镜状矿物集合体) 变质分异产生成分层的
40、机理主要有：变质分异产生成分层的机理主要有： (1) 成分层代表扩散反应带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成分层的发育是构造重结晶的结果(优先成核、压溶优先成核、压溶) (3) 成分层是强烈压扁成分层是强烈压扁(塑性变形塑性变形)的结果的结果 图17-9 高级片麻岩区四种典型的露头尺度进变形所有这些递进变形都形成相同的平行层状的片麻岩 岩脉网络的 均匀变形 岩石碎块的 均匀变形 粒度不均匀的均 质火成岩（如斑 状花岗岩）的均 匀变形 均质火成岩 （如辉长岩） 的不均匀变 形 思考题思考题 1变质作用的影响因素有哪些，它们之间的相互变质作用的影响因素有哪些，它们之间的
41、相互 关系如何？关系如何？ 2总结不同变质作用类型中起主要作用的变质作总结不同变质作用类型中起主要作用的变质作 用因素。用因素。 3简述变质作用的类型及其特点简述变质作用的类型及其特点 第二章 变质岩的基本特征 主要内容主要内容: 化学成分化学成分* 矿物成分矿物成分* 结构构造结构构造* 基本特征：基本特征：两重性两重性-继承性和独特性继承性和独特性. 影响因素影响因素: 原岩特点原岩特点 变质作用的物化条件变质作用的物化条件 图图 1. 变质岩形成的框架图变质岩形成的框架图 . 变质作用变质作用 变变 质质 岩岩 原原 岩岩 T . P. c *重重 点点 基本特征基本特征 指已经形成的岩
42、石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）因物指已经形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）因物 理化学条件的改变，使原岩的理化学条件的改变，使原岩的矿物成分、结构、构造发生矿物成分、结构、构造发生 变化而形成的岩石变化而形成的岩石。 正变质岩：正变质岩：由岩浆岩变质而成的由岩浆岩变质而成的 副变质岩：副变质岩：由沉积岩变质而成的由沉积岩变质而成的 一一. . 体系的封闭程度体系的封闭程度 第一节第一节 变质岩的化学成分变质岩的化学成分 封闭体系：封闭体系：化学成分取决于原岩的化学成分化学成分取决于原岩的化学成分; 开放体系：开放体系：除原岩的化学成分外，还与元素除原岩的化学成分外，还与元素 在变质作用过程中的
43、行为有关在变质作用过程中的行为有关. 二二. . 元素在变质作用中的行为元素在变质作用中的行为 第一节第一节 变质岩的化学成分变质岩的化学成分 1. H2OCO2等挥发份含量变化最大，随温度升高而减少。等挥发份含量变化最大，随温度升高而减少。 2. 亲石元素：大部分元素保持稳定。亲石元素：大部分元素保持稳定。 3. 亲铜元素（亲铜元素（CuPbZn-中低温中低温 AgAsTeSbHgSe-低温低温）：大）：大 部分在不同的热力学条件下，都可以变为活动组分，被变部分在不同的热力学条件下，都可以变为活动组分，被变 质热液带出、带入。质热液带出、带入。 4. 亲铁元素（亲铁元素（FeCrCoNi）：
44、大部分表现稳定性，一些难溶的铂）：大部分表现稳定性，一些难溶的铂 族元素（族元素（PtPa）稳定性更大。）稳定性更大。 5. 造岩组分活动性相对序列：造岩组分活动性相对序列： H2O-CO2-K2O-Na2O-CaO-MgO-FeO-Fe2O3-SiO2-Al2O3 6. 主要造岩氧化物含量在一般变质作用中无明显变化，主要造岩氧化物含量在一般变质作用中无明显变化， 基本上可视为等化学过程基本上可视为等化学过程封闭体系。封闭体系。 三三. . 变质岩化学成分研究的意义变质岩化学成分研究的意义 1- 元素的时空分布及其共生规律元素的时空分布及其共生规律了解地壳发展的历了解地壳发展的历 史；地层、建
45、造的划分和对比。史；地层、建造的划分和对比。 2- 变质成矿作用研究。变质成矿作用研究。 3- 原岩恢复研究。原岩恢复研究。 4- 变质岩的分类研究变质岩的分类研究等化学系列。等化学系列。 第一节第一节 变质岩的化学成分变质岩的化学成分 四四. . 等化学系列概念和类型等化学系列概念和类型 第一节第一节 变质岩的化学成分变质岩的化学成分 （一）等化学系列概念（一）等化学系列概念 指原始总化学成分特征相同的所有变质岩。同一化学系列变质指原始总化学成分特征相同的所有变质岩。同一化学系列变质 岩中矿物组合的不同，只取决于变质作用的物理化学条件。岩中矿物组合的不同，只取决于变质作用的物理化学条件。 辉长辉长-辉绿岩辉绿岩 玄武岩玄武岩 铁质白云质灰岩铁质白云质灰岩 基性凝灰质砂岩基性凝灰质砂岩 中级变质作用中级变质作用 斜长角闪岩斜长角闪岩 低级变质作用低级变质作用 绿绿 片片 岩岩 高级变质作用高级变质作用 基性麻粒岩基性麻粒岩 图图 1-1. 等化学系列概念说明图解等化学系列概念说明图解 四四. . 等化学系列概念和类型等化学系列概念和类型 第一节第一节 变质岩的化学成分变质岩的化学成分 （二）等化学系列类型（二）等化学系列类型 按变质岩化学成分特点可分为五个等化学系列： 1.富铝系列：富铝系列：化学成
