变质岩石学

5. 造山变质作用：
（区域动热变质作用或狭义的区域变质作用） 与造山作用密切相关，大规模分布于前寒武纪结晶基底 （面状）和显生宙造山带（带状）的变质作用。变质因 素复杂，P/T比范围宽（三种压力类型）并与构造环境 密切相关，变质机制为变质（重）结晶和变形。形成的 变质岩常见面理和线理构造。
图 1-8日本的变质双带及形成模式
图 1-9 洋底等温面的分布及洋底变质作用
（Turner ，1981)
图 1-10新西兰岛南部Otago区域埋藏变质作用
8. 混合岩化作用:
在高级区域变质地区，由部分熔融产生的低熔物质（新 成体）与变质岩基体（古成体）混合形成混合岩的过程。 它是变质作用向岩浆作用的过度类型,又称超变质作用
图 1-11 混合岩
2. 动力变质作用:
分布于断裂带，由构造作用导致的变质作用。主要 控制因素是应力，通常具较高的P/T比。变质机制以变形 和动态重结晶或动态变质结晶为主
3. 冲击变质作用:
陨石冲击地表产生强大的冲击波所导致的变质作用。 主要因素是瞬时高压和高温。变质机制以变形和伴随的 部分熔融为主。
4. 交代变质作用:
分布于侵入体接触带及其附近和火山活动区，主要 由岩浆热液引起的异化学变质作用。主要因素是流体活 动组分化学位。变质机制主要为交代作用。Leabharlann 图 1-6 接触变质带示意图
图 1- 7 接触变质 带各带粒度变化
内 带
中 带 biotite cordierite quartz muscovite andalusite
内容： 方法： 目的：
岩类学；岩理学；成矿岩石学。 多学科交叉与现代技术的应用 基本特征；基本理论；基本方法。
图1. 变质岩形成及研究的框架图
1.变质作用的现代概念 2.变质作用的影响因素 3.变质作用的类型 4.变质作用的研究范畴
1). 是与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用。 2). 地壳已存岩石在基本保持固态条件下的转变过程. 3). 在特殊条件下，还可以产生重熔（溶），形成部 分流体相（岩浆） 4). 变质作用是一个动态过程。
1. 变质作用的下限：与成岩作用的界限-埋藏变质作用 2. 变质作用的上限：与岩浆作用的界限-混合岩化作用 岩浆作用 magmatism 变质作用 metamorphism 成岩作用 diagenesis
700-900oC 150-200oC
混合岩化作用 migmatism 埋藏变质作用 burial metamorphism
一、 温 度
二、压 力 (静压力和流体压力)
1. 静 压 力
概念：负荷压力，单位帕（Pa）；在 40km 范围 内与深 度关系为0.0275GPa / km（P=gh）. 范围：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 深度大于5 km， 压力高于0.1GPa，按压力大小分为不同的压力型 （低压、中压、高压、超高压）
变质作用的温度下限应稍微低于200℃。据Kisch(1969, 1974)报道，在 变质作用产生浊沸石的最低温度下，对应煤化过程，达到气焰煤（gasflame coal）有时达到气煤（gas coal）级，在镜质煤中挥发性组份分别低 于40％和30％。另外，Frey & Niggli (1971)把尹利石的结晶度与煤的转变 对比，他们证明在变质作用（对应浊沸石出现）开始时，尹利石的结晶度 较低，Kubler级为7.5，随变质温度升高，尹利石的结晶度升高。在油田中 ，与煤级对应的变质作用开始界限，构成石油的死亡线。因此，变质作用 开始的界限有很大的经济意义。 变质作用的上限是与岩浆作用的界限。在温度较高时，变质岩石可以发生 部分熔融，出现混合岩化作用，当熔体达到一定量时就过渡为岩浆作用。 岩石发生部分熔融的温度随岩石类型、含水量和压力等因素不同而变化。 因此变质作用的上限温度有很大的变化范围，一般为700－1000℃。 变质作用的压力范围也有很大变化，其下限为0.02－0.2GPa，上限为3.0－ 4.0GPa。
四、流 体
在较高温压条件下, 具有较大的活性。主要作用如下： 1. 溶剂和媒介（载体）作用。 2. 控制变质反应方向。例如 Cc + Q Wo + CO2 3. 降低岩石熔点。 长英质岩: 无水9500C, 含水6400C 4. 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 10000C条件下, 须时近四天, 只有26%转化； 在湿体系 4600C条件下, 只须时间几分钟, 就全部转化。
变质作用分类简表
分类依据: 分布规模 / 地质背景或物化条件
局部变质作用
1.接触变质作用. : 2.动力变质作用 3.冲击变质作用 4. 交代变质作用
区域变质作用
1. 造山变质作用 2. 洋底变质作用: 3. 埋藏变质作用: 4. 混合岩化作用:
1. 接触变质作用：
分布于岩浆侵入体与围岩接触带，主要由岩浆热导 致的变质作用。主要因素是温度，压力较低，应力不明 显。变质机制以静态重结晶或静态变质结晶为主。
三、应 力
图 1-2 张应力（s3）及应变特点 产物主要是张性断裂、拉断组构 (Winter, 2001)
三、应 力
图 1-3 压应力（s3）及应变特点 主要是均匀压扁或褶皱 (Winter, 2001)
三、应 力
图 1-4 剪应力（s 2）及应变特点 沿一组平行的面滑动或旋转 (Winter, 2001)
图1-1 不同变质作用类型压力分布范围
二、压 力 (静压力和流体压力)
CaCO3 + SiO2
105Pa, 4700C 108pa, 6700C
CaSiO3 + CO2
二、压 力 (静压力和流体压力)
三、应 力
• • • • 一种侧向压力（各方向压力不等） 应变：岩石遭受应力作用所产生的反应。 （弹性变形、永久变形） 分类：张应力、压应力、剪应力（图） 作用 1. 机械改造。是岩石优选组构的主要因素。 2. 影响变质反应、重结晶作用、流体活性。 3. 产生构造超压，增加静压力。
变质作用（Metamorphism）一词是由法国学者Boue (1820)年首次 提出来的，后来由英国学者C. Lyell(1833) 在他的名著《地质学原理》中 比较系统地进行了论述 。系指在地壳形成和发展的过程中，由于物理 化学条 件的改变，早先形成的岩石(包括岩浆岩和沉积岩）在固态条件 下所发生的矿物成分、结构构造的变化，称变质作用。
对变质作用与沉积成岩作用的界限可从两个方面考虑：一个基于沉积岩 石学的观点，另一个基于变质岩石学的观点。当基于前者考虑时，沉积物 中相互连通孔隙的完全封闭是成岩作用结束、变质作用开始的标志，因此 测定沉积岩石的孔隙度就可以确定这一界限。当基于变质岩石学的观点时， 强调真正变质矿物组合的出现是变质作用开始的重要标志。这些变质矿物 包括浊沸石、硬柱石、钠云母和叶腊石等。 根据目前认识，最低温的变质矿物是浊沸石，在较高压力下为硬柱石。 浊沸石出现的变质反应为： CaAl2Si7O186H2O = CaAl2Si4O124H2O+3SiO2+2H2O 片沸石 浊沸石 石英 水 然而，在～200℃时，这一反应的速度太慢以致于在低压时不能进行实 验模拟。如果水压升高，片沸石分解形成硬柱石（CaAl2Si2O7(OH)2），而 不是浊沸石。Nitsch(1968)对反应片沸石＝硬柱石＋石英＋水的实验条件为 185±25℃、0.7GPa。在较低压力下（低于0.3±0.05GPa），片沸石分解形 成浊沸石时，温度应该低于200℃，可能为175℃。
1．变质作用的影响因素有哪些，它们之间的相互 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 用因素。 3．简述变质作用的类型及其特点
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，这种改造发生在风化带和胶结带以下， 原岩经过改造后在固态下转变为一种新的岩石。如果原岩为沉积岩，变 质后的岩石称为副变质岩；如果原岩为岩浆岩，变质后的岩石称为正变 质岩。 （ 2 ）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， 这一点与岩浆作用不同。后者强调的是矿物从硅酸盐熔融体中结晶，所 涉及的是晶体－液态的平衡，并强调温度的下降过程。当变质作用温度 较高时，岩石可发生部分熔融，出现一定数量的熔体，这些熔体与固态 残余物之间可发生混合岩化作用。当熔体数量较多时转变为典型的岩浆 作用。广义的变质作用概念包括岩石在固态下的变质作用和有部分熔体 出现的混合岩化作用。
6. 洋底变质作用:
在大洋中脊附近，洋壳岩石在上升的热流和海水的作用 下发生的规模巨大的变质作用. 变质因素主要是温度、 流体及活动组分化学位，P/T比低。变质机制是变质（重） 结晶作用和交代作用。产物的面理和线理不发育。
7. 埋藏变质作用:
一套巨厚的岩层被快速埋藏到地下深处所发生的大规模 的很低级且无明显变形的变质作用。它是成岩作用与变 质作用的过度类型，独立分布于强烈坳陷盆地的沉积底 部或造山变质、洋底变质的很低级部分。产物变质程度 低且面理和线理不发育。
五、相互关系---相互促进又相互制约
1.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: 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: 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，此外还控制着变质反应的速度和规模； 4.流体:是变质作用得以实现的基本因素，但温度又是流体 具有活动性的前提。