变质岩的形成过程 (1).

举例：判断以下反应是交代作用与变质重 结晶机制？
纯橄榄岩蛇纹岩 重结晶机制（无主要造岩成分得失）：
2Mg2SiO4+3H2O→H4Mg3Si2O9+Mg(OH)2 Fo(镁橄榄石) Ser(蛇纹石) Brc(水镁石)
交代机制（有主要造岩成分得失）：
3Mg2SiO4 + 4H2O + (SiO2) →2H4Mg3Si2O9 Fo 溶液中 Ser
交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。
交代作用也可在成岩阶段发生，称成岩交代作用；在变质 条件下发生的交代作用称为变质交代作用。
活动元素（组分）与惰性元素（组分）；
活动组分：可带入带出，岩石中该组分的绝对含量交代前 后的含量发生改变，除H、F、Cl、S、C等挥发份组分 以外，碱金属Na、K、Rb、Cs和碱土金属类元素Be、
脆性变形使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离 破碎），岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征。
沉积岩：表生环境 ，外力作用，风化、搬运、沉积； 岩浆岩：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结 晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；
变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组 构转变
变质作用——在地壳环境中，先存岩石（原 岩,protolith）在固态下（下固相线subsolidus） 发生的成分、组构转变过程的总和； 变质岩——原岩成分与组构经固态转变过程（变 质作用）而形成的新岩石。 原岩为岩浆岩—正变质岩（ortho-） 原岩为沉积岩—副变质岩（para-） 原岩为变质岩—复变质岩（poly-）
变质岩石学
Metamorphic Petrology
第一讲 变质岩的形成过程（1）
本讲基本问题
问题（1）变质作用与变质岩概念（what）
问题（2）变质岩是如何形成的呢？（How）
问题（3）变质作用机制因何而启动和进行？ （Why） 问题（4）变质作用发生的地质构造环境 （Where）
一、变质作用与变质岩概念
未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；
c. 反应后：因石英方解石，石英被全部消耗，未参与反应的Cc和新生长的Wo
粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（Cc+Wo） 。
挪威Oslo裂谷二叠纪接触变质晕内沉积岩向变质岩的转变露头照片 （据Kurt Rucher &Rodney Grapes, 2011）
Ca、Mg、Sr、Ba 、Si等常见；
惰性组分：基本不发生带入带出，交代前后组分的绝对含 量不发生改变，以重金属、稀土或超场强元素（HFSEs） 常见；主量元素中包括Fe、Al、Mn、Ti等。
某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体情况而定！
交代机制——交代作用中的活动组分：组分受压力差驱动，随溶液流
（1）狭义重结晶： (Recrystallization ,Raymond, 2002)
矿物成分不变下的结构调整： 纯灰岩（沉）大理岩（变） 纯石英砂岩（沉） 石英岩 （变） 粗 粒 大 理 岩 细 粒 大 理 岩
纯 灰 岩
单矿物原岩 结构变化成分不变
Raymond, 2002
（2）变质反应：（Neocrystallization， Raymond, 2002 ）
石 英 方解 石
方解 石 石 英 方解石
硅灰 石
细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据Mason，1999）
a. 反应前：低温下，微晶方解石Cc（CaCO3）与碎屑石英Q（SiO2） ，通过重结晶 改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；
b. 在碎屑石英边缘上生长出Wo（称反应边）：
Cc+Q=Wo（CaSiO3）+ CO2↑
二、变质作用机制（How）
变质作用机制：变质结晶、变形、变质分 异；
深熔作用（anatexis）与部分熔融 （partial melting——岩浆岩成因术语）； 埋藏变质（burial metamorphism）与 成岩作用（diagenesis）过程的压实、重结晶 和交代作用，属于沉积作用范畴）。
1. 变质结晶作用 （Metamorphic crystallization）
变质结晶作用：先存岩石（原岩）在变
质作用温度压力条件范围内新矿物的结 晶生长。包括：
重结晶作用（等化学过程，封闭）
交代作用（异化学过程，开放）
1.1 重结晶作用（recrystallization）
——在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反 应形式的再造过程。重结晶前后，岩石的造岩组分（除 H2O、CO2等挥发分外）基本保持不变。特点： 等化学过程 封闭体系 矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制 可分狭义重结晶和变质结晶（变质反应）两种(Raymond, 2002)
动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中;
扩散（diffusion）：组分受浓度差驱动，从高浓度域
向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中； 粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或化学位梯度是运移 和交代的主要动力；
交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交
代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。
（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的 含化石灰岩结核. （右） 近岩体处，页岩变 质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石+透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳
1.2 变质交代作用 （metasomatism）
交代作用指在变质作用条件范围内，在以化学活动性流体为主
要因素的作用下，使岩石中的造岩组分发生不同程度的带入 或带出，使新形成岩石的化学成分（除H2O、CO2等挥发分 外）部分或全部变化的变质过程。在交代过程中，岩石的体 积基本保持不变。
思考题：地质学和岩相学证据？
2. 变形 （Deformation)
岩石在变质作用的温压条件范围内，受到超过
其最高弹性模量的应力作用，将发生永久变形，
使岩石的结构和构造受到破坏，岩石化学成分
可变可不变，从而形成变质岩的地质作用过程。
依据变形性质可分脆性变形和韧性变形两种。
脆性变形（brittle deformation）