变质作用与变质岩

nullnullnull 第五章 变质作用与变质岩 Metamorphism and metamorphic rock ●分布:占地壳总体积的27.4%;主体在中、下地壳,地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 较少 ●大别山超高压变质矿物的发现，改写了经典板块构造理论。 ●研究目的：了解地球深部地质过程（HP的蓝闪石、红帘石， UHP的柯石英、金刚石);恢复原岩;阐明变质作用机制和 过程;寻找矿产资源(“玉自变质来”；各种名贵宝石，原 料均来自变质岩。多数金属矿产，都经历过变质，变质 使矿变富变大。前寒武纪含铁石英岩型铁矿占世界铁储 量70%, 我国的鞍山式铁矿属此类型。我国缺金铜铁铀） 第一节 变质作用基本特征 一.变质作用的定义: 由于温度（T）、压力（P）的改变和化 学活动性流体的作用，使固态岩石的矿物成分、化学成分、 结构构造都发生了变化，这种地质作用叫变质作用。null● 变质作用主要发生在地壳深部，一般>10 km。 ● 变质三要素:T,P,流体, 温度最重要。但陨石撞击 及高压变质，主导因素则是压力。 ● 热源主要来自地球内部（岩浆热能与放射热能） ● 通过变质作用形成的岩石叫变质岩。 ●正、副变质岩 原岩为火成岩的叫正变质岩； 原岩为沉积岩的叫副变质岩。 二.变质作用的三大因素 1.温度 ● 变质温度:150°C-900°C 低于150°C为常温，高于900°C则地壳岩石熔化 ● 温度的作用：非晶体→结晶体;结晶体→重结晶; 物质与结构重组，一种矿物→另一种矿物null● 变质温度四来源： 地热增温（1°C/33m）、构造运动热、岩浆热、放射热 2.压力 ●静压力(垂或侧):由上复岩石重量引起，随深度增加而增加 ●流体压力:封闭系统的流体压力等于上复岩石的静压值； 开放系统的流体压力等于流体本身的重量. 流体是物质成分进行交换的自由市场。 ●压力单位换算 bar Pa(帕斯卡) Mpa兆帕 GPa吉帕 1 105 10-1 10-4 1atm=101325Pasca≈105Pa=0.1Mpa（兆帕） 1Gpa=103Mpa=10Kbar=109Pa, 1Mpa=106Pa, 1Kb=100Mpa 1巴≈1atm（100万因达/cm2=0．986923标准大气压） 1Pa=1牛顿（≈100克/m2）=100克/10000 cm2=0.01克/ cm2null●蓝片岩，蓝闪石+钠长石,产在地壳上部，但压力很大,为 LT/HP产物，为古俯冲-碰撞带的重要标志。 ●榴辉岩,镁铝榴石+绿辉石,产在地下40km±深,压力为10Kb =10吨/cm2!（参见P.124, Hamblin;10Kb=109Pa=107克/cm2） ●超高压岩，含柯石英、金刚石的榴辉岩,压力更大,埋藏更 深（30Kb,>100km);全世界只有中国大别山、法意边境西阿 尔卑斯极少数地区被保存。诞生了大陆深俯冲的科学新理论。 a -同轴挤压力 b-同轴剪切力 定向压力可形成片理:矿物定向排列.应区别纯剪(同轴)与简单剪切(非同轴) 定向压力 null3.具化学活动性的流体 a.成分:以H2O、CO2为主，并含其它易挥发和易流动物质 b.流体分布:存在于岩石粒间或裂隙中的主要是H2O；矿 物结构中的是H2O、CO2；从岩浆分逸出来的是K, Na,S,F,H2O,CO2,SiO2等. C.岩浆流体:深部岩浆上升至浅部,T、P降低,分逸出易挥 发和易流动的物质K、Na、S、F、H2O、CO2、SiO2等 第二节 变质作用中原岩的变化 一.化学成分的变化 1. T、P变化时 ● 岩石通过释放或获得某些挥发分而达到平衡，形成新 的矿物.null如 高岭土(吸热)→红柱石+石英+水（高岭土脱水） 方解石+石英(吸热)→硅灰石（放射状）+CO2↑(脱碳酸） ● 体积大、密度小的矿物变为体积小、密度大的矿物。 (1)橄榄石 + 钙长石→石榴子石 42.6 101.0 119 （分子体积） 3.3 2.76 3.52 （比重） (2)石英→（30Kbar）柯石英→(120Kbar)斯石英 2.65 2.93 4.35 (比重) 2.交代作用：固态下，岩石中物质成分进出的交换作用。 例:中酸性岩浆侵入冷的灰岩时,其SiO2、Al2O3等热流体就会进 入灰岩,并从灰岩中将CaO、MgO带出,于是在接触带形成矽卡岩 3.重结晶作用 Recystalization 定义：小晶体在温度升高的情况下长成更大晶体的作用。 ● 石灰岩CaCO3→大理岩CaCO3（质纯、洁白的称汉白玉） ● 石英砂岩(加温)→石英岩null4.变质分异：岩石从均匀构造到不均匀条带构造的变质。 5.韧性剪切作用：发生在地壳中深部位较高温度和定向应 力条件下的一种变质变形作用。 ●其结果是矿物在被软化的塑性状态下发生不对称旋转和 剪切,形成新的岩石和组构。其岩石称糜棱岩。 ●最终可形成大型韧性剪切带，盛产大中型糜棱岩型金矿。 ●韧性剪切带定义：由高度应变过的岩石构成的线性变质 变形带。从该带一侧进入另一侧,岩 石被扭曲,两侧岩块发生了明显剪切 位移,但无明显断面。透入性构造贯 穿全带(拉伸线理、剪切面理、组构)。 二. 矿物的变化 片理和变质矿物是变质岩的两大重要特征！ 变质矿物：在变质作用过程中形成的独有矿物. 主要有:兰闪石、红帘石、红柱石、蓝晶石、矽线石、十 字石、堇青石、硅灰石、柯石英、金刚石(罕见)━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ null日本三波川蓝片岩 null新疆冰达坂眼球状花岗片麻岩 null矽卡岩，接触变质（伊犁巩留，石炭系）null片麻岩的眼球状构造，动力变质null 糜棱片麻岩与拉伸线理(武功山) Lineation and mylonitic gneiss (Wugongshan)null条带状混合岩null加拿大苏必利尔 枕状玄武岩null加拿大苏必利尔深海硅质岩null浙西Pt3变余玄武岩，气孔构造明显 null新疆托克逊O2变闪长岩 null三.变质岩的结构 指矿物、变斑晶自身特征、形态、大小,与邻近颗粒的关系 1.变晶结构：原岩发生重结晶或交代作用而形成新矿物的结构 （前者有大理岩;后者有石榴石片岩(有新生矿物石榴石） 2.变余结构：尚残留部分原岩结构者称之，为浅变质结构 （如板岩特有的变余泥质结构、砂质结构） 四.变质岩的构造：指矿物之间的关系、空间展布方式 1．变成构造：原岩构造（如层理）消失，形成变质岩 特有的构造.如片理、片麻理等 随变质程度加深: 斑点状(spotted)→板状构造(slate) →千枚状构造（phyllite）→片状构造（schist） →片麻状构造（gneiss）→块状构造(quartzite， 矿物无明显定向）null2.变余构造：变质岩中残留有原岩的构造。 如变余层状、气孔、条带构造等 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 （类型：接触交代、区域、动力、混合岩化） 一.接触变质（包括接触交代、接触热变质） 定义：火成岩侵入围岩而造成的变质作用,形成新岩石。 如砂岩→石英岩;石灰岩→大理岩; 泥岩→角岩（Hornstone,灰黑坚硬致密;苏州灵山） ●矽卡岩：发生在中酸性岩浆与冷围岩之间,通过流体交代、 物质成分的交换而形成的变质岩。 ●变质矿物: 硅灰石、石榴石、黄铜矿、闪锌矿、白钨矿 ●外带：碳酸钙高,有方解石；内带：二氧化硅高,有石英null法国中央高原黑山花岗岩中堇青石 nullnull二.区域变质 1．定义:在T、P、流体的综合作用下,区域范围内发生的变质 2.代表性岩石：板岩（赣北浙西瓦板岩）→千枚岩→片岩→ 　　　　　　　斜长角闪岩→片麻岩→麻粒岩→榴辉岩 3. 代表性矿物： 超高压、高温: C→金刚石diamond 高压、低温:角闪石、钠长石→兰闪石glaucophane 高温、低压:黏土矿物→红柱石(Al2SiO5 )Andalousite 高温、高压:黏土矿物→矽线石(Al2SiO5 )Sillimanite 中温、中压:黏土矿物→兰晶石(Al2SiO5 )Disthene 4.变质程度：不同的变质岩，原岩可能是同一个,称等化学系 如 黏土岩或页岩→板岩→千枚岩→片岩→片麻岩 (世界著名的巴罗变质带)null法国中央高原黑山矽线片岩null镁铝榴石 绿辉石 绿辉石 法意边境超高压榴辉岩null新疆榆树沟麻粒岩中辉石变形双晶纹null板块的俯冲带 和碰撞带 变质环境及其温度、压力关系图解 null三.混合岩化作用 migmatization and migmatite ●定义:区域高级变质岩进一步变质，发生高温部分熔融（酸 化）现象，形成基体+脉体的特殊变质岩石（混合岩） ●基体：变质岩(暗色)；脉体：熔融体（长石,石英，浅色） ●原岩经彻底改造→花岗岩(称混合花岗岩),具复杂扭曲构造 如闽北蒲城县，新疆青河县, 极其典型 ●如交代不彻底：基体>脉体→肠状、条带状； 脉体>基体→浅色>深色,混合岩化花岗岩 四.韧性剪切变形-动力变质岩：80年代形成的科学新理论 ●定义: 伴随构造活动而产生的变质作用(构造角砾岩不是 动力变质岩），以韧性剪切变质变形为代表。 ●糜棱岩 Mylonite：韧性剪切变形条件下形成的变质岩。 本质是位错 Dislocation。 片理发育，强波状消光，细粒化、核幔构造，不对称组构、 亚颗粒（矿物边界发生迁移而成，而非研磨粉碎）。null变质岩的肠状褶皱 null长 英 质 脉 体 斜 长 角 闪 岩 基 体 斜 长 角 闪 岩 基 体 新疆阿尔泰O1混合岩 null 地质作用与三大类岩石之间的演化图解