变质相的划分方案
变质岩石学-变质相
• 主要區域變質相特徵
一、沸石相
標誌是濁沸石和鈉長石開始出現為下限，溫度稍高可以出現葡萄石。 主要變質反應有
方沸石+石英=鈉長石（200 ℃， 2kb） 片沸石=濁沸石+3石英+2H2O（稍低於200 ℃， 2kb） 典型礦物組合： （1）濁沸石+綠泥石+鈉長石+石英； （2）濁沸石+葡萄石 +綠泥石+鈉長石+石英； （3）葡萄石+綠泥石+方解石+石英 形成條件（實驗資料）：PH2O=1-3kb，T=200-300℃。 極低級變質
例如： 變質條件相似的藍晶石帶和基性岩石中的斜長石-角閃石帶 為了表示相同變質條件下形成的所有變質岩, 引入了變質相的概念.
• 變質相的基本概念
P.Eskola, （1920)的定義：
一個變質相是指類似的溫度、壓力條件下達到化學平衡的所有岩石的 總和（不論其結晶方式），一個變質相內部，隨著岩石總體化學成分的改 變，其礦物組合作有規律的改變.
• 每個變質相都是一個等物理系列。其礦物組合和岩石化學成分之 間在達到化學平衡後, 有著可以預測的對應關係.
• 一個變質相應包括一套具有各種原岩化學成分的礦物組合, 它們在 時間和空間上彼此之間密切共生, 且在不同地區重複出現．
• 變質相的劃分標誌: 礦物組合, 通常用基性變質岩的礦物組合劃分 變質相, 並以相應的基性變質岩命名.
白雲母＋石英＋斜長石＋H2O＝熔體（由鉀長石＋鈉質斜長石＋石英組成 ）＋鈣質斜長石或石英（取決於其原始含量）＋Al2SiO5+H2O（溶解在 熔體中）
所以，片麻岩中發生深熔，出現混合岩化作用也是高角閃岩相開始的標誌
变质带变质相
(after Miyashiro,1994)
Buchan’s Area
Barrow’s Area 变 质 带
夕 线 石 带
蓝 晶 石 带
红 柱 石 带
(十字石)
石 榴 石 带 黑 云 母 带 绿 泥 石 带
第一节 变 质 带
• 巴洛式递增变质带
G. Barrow 根据泥质变质岩中首次出现的特征变质矿物划 分出六个变质带:
2. 钠长石—阳起石带:
阳起石的出现是进入这个带的标志. 阳起石主要由绿 泥石脱水反应形成. Chl + Cc + Q Act + C2O + H2O 典型矿物组合: Ab + Act + Epi + Chl ± Cc ± Q ±
第一节 质 带
• 基性变质岩的递增变质带 3. 钠长石—普通角闪石带: 标志是出现蓝绿色的普
第二节 变 质 相
(二). 变质相分类
变质相的划分方案 Eskola(1939), Turner(1969), 都城(1973)等. “中国1:400万变质地 质图”划分方案
图4.变质相分类 P-T 图 （Winter，2001)
第二节 变 质 相
(二). 变质相分类
“中国1:400万变质地质图”划分方案
Chl Bi Ga St Ky Sill
Chl
Bi
Ga
St
Ky
Sill
T0C 图 1 . 巴 洛 式 递 增 变 质 带 示 意 图
第一节 变 质 带
• 巴洛式递增变质带
(1). 绿泥石带: 典型矿物组合是 (2). 黑云母带:
Chl + Ser + Q + Ab
变质岩-第8章.变质相及变质相系
2019/7/28
变质带和变质相
10
变质带划分
英国地质测量学家乔治·巴洛（George Barrow） 于1893年第一个成功地在苏格兰高地加里东造山 带东南部Dalradian地区绘制出递增变质带图。他 是以变泥质岩中随变质程度（温度）增高而依次 出现的新矿物（称为指示矿物）为标志划分变质 带的，因而称该变质带为指示矿物带（index mineral zone）。是以指示矿物出现的线作为等 变线划分变质带的。
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变质带和变质相
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一、变质带的概念
在变质岩分布区，变质程度不同的岩石 在空间上往往呈有规律的带状分布。根 据变质岩矿物、矿物组合、结构构造等 特点，可将这些变质程度不等的带划分 出来。同一个带的变质岩在一个基本相 同的P-T-X范围内形成，这些指示变质 程度的带称为变质带（metamorphic zone）。带与带之间的界线称为等变线 （isograd）。
浊沸石相的典型矿物组合是在变质杂砂岩中出现：
浊沸石＋绿泥石＋石英 浊沸石＋葡萄石＋绿泥石＋石英 浊沸石相的温压条件为P＝0.2－0.3GPa, T=200（150）－300℃。
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变质带和变质相
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（2）葡萄石－绿纤石相
Turner(1968)称之为葡萄石－绿纤石变质硬砂岩相，从浊沸石相进入葡萄石－ 绿纤石相的标志是浊沸石转变为绿纤石，在变质杂砂岩中的矿物组合为：
变质相-变质相系列
6. 角闪岩相(A或AM): 中温温度约500-700。C，压 力0.3-0.8GPa,普通角闪石和斜长石的共生是本相的 标志,可以有透辉石没有斜方辉石。泥质岩中除了石 英，白云母和黑云母外，低压相系含红柱石，堇青 石和夕线石，中压相系含十字石，蓝晶石和铁铝榴 石。高温部分夕线石，铁铝榴石开始与正长石稳定 共生。 7. 麻粒岩相(G): 高温温度700-900。C，压力0.31.2GPa,出现斜方辉石为标志岩石主要由无水矿物所 组成，少量黑云母和普通角闪石一般是富Ti的变种。 8. 榴辉岩相(E): 高压温度300-900。C，压力大于 1GPa,特征矿物组合：绿辉石+石榴子石不含长石。 一般呈不大的块体在其它岩石中作为包体。温度范 围很宽，压力极大。
A(K)FM Diagram
Biotite (from Ms): KMg2FeSi3AlO10(OH)2 A = 0.5 - 3 (0.5) = - 1 F =1 M =2 To normalize we multiply each by 1.0/(2 + 1 - 1) = 1.0/2 = 0.5 Thus A = -0.5 F = 0.5 M=1
共生分析、变质相与变质相系列
一、矿物相律 1. 共生分析的基本思路： 大多数变质岩在变质过程处于化学平 衡，因此，其形成的矿物组合（相）、 与化学成分（组分）和物理化学条件 （自由度）之间服从Gibbs相律：
P（相数）+f（自由度数）=C（组分数）+2
从研究变质岩矿物共生组合出发，应用 相律，以分析矿物组合、岩石化学成分 和物化条件的关系。这是变质岩石学研 究的基础，称为共生分析（Paragenesis analysis） 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 PC 3. 开放系统的Korzhenskii矿物相律 PCi；Ci为惰性组分
变质岩岩石学-5 变质相变质带和变质相系2010
矿物平衡共生组合的定义 封闭体系的吉布斯相律和Goldschmidt矿物相律 开发体系下的Korzhinskii 矿物相律---在一定的温 度压力范围内，在开放体系下同时共存的平衡共生 矿物相的最大数目等于独立有效惰性组分数，而与 活动组分和杂质组分等无关。
共生图解：
– ACF、A‘KF和AFM图解有哪些特点？分别适用于何种类型 （或成分）的岩石？ – 如何把矿物成分和原岩成分投影在这些图解上？ – 如何用这些图解进行变质矿物共生分析？
The stability field of andalusite occurs at pressures less than 0.37 GPa (~ 10 km), while kyanite sillimanite at the sillimanite isograd only above this pressure
在世界造山带也发育有类似的变质带系列，这 些变质带也称之为巴洛带Barrovian zones The P-T conditions referred to as ―Barrovian-type‖ metamorphism (fairly typical of many belts) = line that separates the zones (An isograd is meant to indicate a line in the field of constant metamorphic grade)
第五章 变质带、变质相和 变质相系
Metamorphic zones, facies, and facies series
本章要点：
1、何为变质带（递增变质带），有几种类型？ 2、何为变质相？ 3、接触变质作用有哪些变质相？其主要变质反应和矿物组合如何？ 4、区域变质作用有哪些变质相？其主要变质反应和矿物组合如何？ 5、何为变质相系？主要有几种类型？与大地构造的关系？
变质岩——第二十讲矿物共生组合与变质相概念_2014.
2。 沉积相
一定沉积环境中的沉积物或沉积岩的 岩石学 和 生物 特征
的总和。从大的方面可分为陆相和海相，陆相与海相又各自 可分为……。
如：河流相主要为砂砾岩或粉砂岩组成，具交错层理， 有植物树干化石而无植物叶化石。
又如：湖泊相常有暗色泥岩或细粉砂岩组成，水平纹理， 含植物叶及淡水动物化石。
3、变质相概念及其划分
变质相：角闪岩相（区域变质岩） 普通角闪石角岩相（接触变质岩）
1 Ky+Ms+Alm+Pl+Qtz Ky+Ms+Bi+Pl+Qtz
2 Kf+Qtz+Pl+Ms+Bi 2’ Ms+Bi+Kf+Qtz+Pl 3 Alm+Pl+Qtz 4 Hb+Pl+Alm+Qtz 5 Hb+Pl+Qtz 6 Hb+Di(Cpx)+Pl+Qtz 7 Pl+Cpx+Qtz 8 Pl+Cpx+Grs+Qtz 9 Grs+Cpx+Qtz 10 Cc+Cpx+Grs+/-Qtz
次火山相
侵 入 体
火山通道相 火山颈.
岩管/岩筒
火山岩相示意图（据 邱家骧，1985）
2。沉积相
沉积环境——沉积物堆积场所的地貌特征与沉积作用特 征的总和。
河流环境的地貌特征为下切的沟谷（具有一定坡度）， 沟内有阶地、边滩或心滩，沉积作用为流动的水体（水 流）。
又如：湖 泊环境的地貌 特征为陆地上 具一定面积的 积水洼地，沉 积作用为波浪、 沿岸水流及淡 水生物活动等。
023变质带及变质相
样品 SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
CO2
H2O
其它
1
2 3
21.41 1.89
99.10 5.04
0.96
1.07
14.91 24.32
20.27 0.48 0.38 0.25 4.31 0.94 0.68 0.72 1.62 4.02
沸石相 葡萄石-绿纤石相
编 号 1 2
蓝闪片岩相
区域变 质相 绿片岩相 绿帘角闪岩相 角闪岩相
蓝闪石-硬柱石片岩相*
钠长绿帘角闪岩相* 绿片岩相 绿帘角闪岩相
3
4 5 6
麻粒岩相
榴辉岩相 钠长绿帘角岩相* 接触变 质相 普通角闪石角岩相* 角岩相 透闪石相 辉石角岩相
7
8 9 10 11 12
2013-7-9
2013-7-9
9
2013-7-9
10
第二节
一、变质相的概念
变质相和变质相系
变质相是指在变质作用过程中同时形成的一套矿 物共生组合及其所反映的形成时的物理化学条件。
变质相的几点说明：
同一变质相具有相同的P-T区间，属于一个等物 理系列
同一变质相的岩石是由一套各种化学成分的原 岩形成的变质矿物组合组成的，这些变质矿物 组合在时间和空间上密切共生。
2013-7-9
质岩区的原岩建造，主要由成层的沉积、火山 一沉积岩系,侵入岩、岩脉（墙）等组成。它们在经 受多期变形变质后，在矿物组合、结构构造、化学 成分、形态及原始空间等方面，都发生不同程度的 改造和变化。
研究变质岩的原岩建造类型主要为:
变质沉积岩-火山沉积岩系=表壳岩
变质地质图需编制的基本内容
变质地质图需编制的基本内容（一）变质相、相组、相系（型）(详见下表)表1. 变质相、变质相型特征简表①注记中温压条件仅供参考；②B：基性岩；③P：泥质岩（二）关于变质相系的地温梯度范围，根据Miyashiro的分类稍加修正：（三）变质作用的分类的划分（以变质作用形成的大地构造环境，结合变质作用形成的热动力条件（温、压条件）进行初步的综合划分，编图及总结时进一步总结修改补充）甲：主要类型1. 埋深变质作用，见于克拉通内断陷盆地，拗拉槽等地，有浊沸石相型（甚低温，低-中压）和葡萄石-绿纤石相型（极低温，中压），相当于浅-中深地壳位置，实例：准噶尔华里西变质带。
2．克拉通（或大陆地盾区）基底区域变质作用——区域中高温变质作用（以单相，面状为主），实例：华北克拉通可能出现的变质相型有：（1）绿帘-角闪岩相型（2）角闪岩相型（3）麻粒岩相型（a）低-中压麻粒岩相型（b）高压麻粒岩相型（见于冀西北淮安地区）（c）超高温麻粒岩相型（见于内蒙古中南部和土贵乌拉等地）（4）角闪岩相-麻粒岩相过渡型华北的高压麻粒岩究竟是造山带的深俯冲折返还是下地壳的快速抬升的产物，这需要在编图过程中加以总结。
3．造山带区域变质作用（1）区域低压变质作用国内典型的低压变质带很少，且往往和中压型绞合在一起，但从变质作用的机制看，低压变质作用需要有热平流（heat advection），常与伸展体制有关，这与其他类型不同。
（2）区域中压变质作用是碰撞造山带的特征，热流传递以传导为主，可能出现的变质相型有：（a）绿帘-角闪岩相型（b）角闪岩相型（c）偶尔也见有麻粒岩相型（d）两种类型的过渡型以上真正的中压变质作用不多，往往与低压变质作用连在一起，往往以出现递增变质带为主，如武夷山-云开加里东变质带和川西华里西变质带，塔里木早元古变质带等。
（3）深俯冲区域高压-超高压变质作用有陆壳俯冲型和洋壳俯冲型，陆壳俯冲型如苏鲁-大别高压-超高压变质带，洋壳俯冲如天山、北祁连造山带。
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变质相的划分方案1.Escola （1920）最初提出的是五个变质相：绿片岩相、角闪岩相、角岩相、透长石相和榴辉岩相。
1939年Escola又增加了三个变质相：绿帘角闪岩相、麻粒岩相和蓝闪石片岩相，并把角岩相改为辉石角岩相，还附带了一个“沸石的结晶作用。
主要区域变质相特征（一）沸石相标志是浊沸石和钠长石开始出现为下限，温度稍高可以出现葡萄石。
主要变质反应有：方沸石+石英=钠长石（200 ℃， 2kb）片沸石=浊沸石+3石英+2H2O（稍低于200 ℃， 2kb）典型矿物组合：（1）浊沸石+绿泥石+钠长石+石英；（2）浊沸石+葡萄石 +绿泥石+钠长石+石英；（3）葡萄石+绿泥石+方解石+石英形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=200-300℃。
极低级变质。
（二）葡萄石-绿纤石相标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石（400℃）将分解。
主要变质反应有：浊沸石+绿泥石+方解石 =葡萄石+石英+CO2+H2O （温度稍低）浊沸石+葡萄石 +绿泥石 = 绿纤石+石英+H2O （360 ℃， 2kb ）典型矿物组合：（1）绿纤石+葡萄石+绿泥石+钠长石+石英（变质硬砂岩）（2）绿纤石+绿泥石+绿帘石+钠长石+石英（变质基性岩）形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=300-360℃。
极低级变质（三）蓝闪石-硬柱石相（蓝片岩相）特征：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉、霰石等。
主要变质反应（多）：例如浊沸石=硬柱石+石英+H2O （200-300 ℃， 2.6-3.3kb ）绿泥石+阳起石+钠长石=蓝闪石+ H2O （200-350 ℃， 5-7kb ）钠长石=硬玉+石英(硬砂岩)(（200-300 ℃， 7.5- 9.5 kb ）典型矿物组合：中压：硬柱石+钠长石+绿泥石+（石英，方解石，多硅白云母）高压：硬柱石+蓝闪石+钠长石+霰石（无石英时可以出现硬玉）极高压：硬柱石+蓝闪石+硬玉+石英形成条件（实验资料）：温度200-450℃，压力 3-5kb，可达10kb 。
注：近来实验研究表明：蓝闪石对压力并不敏感，是否出现主要取决与岩石的化学成分。
硬柱石是典型的低温中高压矿物，霰石代替方解石出现代表更高压力，硬玉+石英代替钠长石指示极高压力。
（四）低绿片岩相相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带.标志是变质基性岩中的绿纤石消失，出现黝帘石/斜黝帘石(Winkler, 1976)，可能的变质反应为：绿纤石＋绿泥石＋石英＝黝帘石＋阳起石＋H2O这一反应的实验条件（Nitsch，1977）为：0.25GPa , 345±20℃;0.4GPa , 350±20℃;0.7GPa, 370±20℃.不同岩石系列在绿片岩相的矿物组合为：基性岩石：绿帘石＋阳起石＋绿泥石＋钠长石±石英±方解石泥质岩石：白云母＋绿泥石＋石英± 硬绿泥石泥质岩石：白云母＋黑云母＋绿泥石＋石英± 硬绿泥石相关资料:Winkler(1976)在讨论从很低级到低级变质作用的转变时，特别强调了帘石类矿物的变化，即在很低级变质作用条件下，帘石为富铁的绿帘石，而在低级变质条件下，帘石为贫铁的黝帘石或斜黝帘石。
在国内目前教科书中也都以黝帘石或斜黝帘石的出现作为绿片岩相的标志，但是实际上自然界中大多数绿片岩中的帘石都是富铁的绿帘石，并非贫铁的黝帘石或斜黝帘石（魏春景，1993）。
因此绿片岩相开始的标志应强调矿物组合的变化，即出现绿帘石＋阳起石共生，并伴随着绿纤石的消失（Liou et al., 1985)。
（五）高绿片岩相相当于巴洛变质带的铁铝榴石带特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。
可能的变质反应为：阳起石＋斜黝帘石＋绿泥石＋石英＝普通角闪石＋H2O硬绿泥石＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋H2O白云母＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋黑云母＋H2O据Liou等（1982）对第一个反应的实验条件为0.5GPa时，T约500℃不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为：基性岩石：普通角闪石＋绿帘石＋绿泥石＋钠长石±石英泥质岩石：铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英泥质岩石在这一变质条件下硬绿泥石和绿泥石都可能出现。
这一变质相的温度为500－560℃，压力为0.3－1.0GPa。
（六）低角闪岩相相当于巴洛变质带的蓝晶石带，标志是泥质岩石中出现十字石（中压）和堇青石（低压）和在白云母存在时富铁绿泥石及硬绿泥石的消失为标志，可能的变质反应为：绿泥石＋白云母＝十字石＋黑云母＋石英＋H2O该反应的实验条件为：PH2O＝0.4GPa时T＝540±15℃PH2O＝0.7GPa时T＝565±15℃绿泥石＋白云母＋石英＝堇青石＋黑云母＋Al2SiO5＋H2O，实验条件为：PH2O＝0.1GPaT＝515±10℃PH2O＝0.2GPaT＝525±10℃PH2O＝0.4GPaT＝555±10℃低角闪岩相的温度为550－650℃，压力为0.3－1.0GPa。
在变质基性岩中，Turner & Verhoogen（1960）强调斜长石从An=5到An=17的成分的跃迁为标志，Turner（1966）又以斜长石An>30 为界限。
泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为：泥质岩石（中压）：十字石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石蓝晶石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石泥质岩石（低压）：堇青石＋红柱石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石±铁铝石榴石基性岩石：普通角闪石＋斜长石（An>30）±黑云母±绿帘石±石英（七）高角闪岩相标志是泥质岩石中的白云母＋石英不稳定，转变为钾长石＋Al2SiO5，即：白云母＋石英＝钾长石＋夕线石/红柱石＋H2O这一反应的实验条件为： PH2O＝0.1GPaT＝580℃PH2O＝0.3GPaT＝660℃Winkler(1976)指出这一反应发生在PH2O<0.35GPa的条件下，如果PH2O>0.35GPa，岩石中有斜长石存在时，片麻岩就会发生深熔作用。
白云母＋石英＋斜长石＋H2O＝熔体（由钾长石＋钠质斜长石＋石英组成）＋钙质斜长石或石英（取决于其原始含量）＋Al2SiO5+H2O（溶解在熔体中）所以，片麻岩中发生深熔，出现混合岩化作用也是高角闪岩相开始的标志高角闪岩相的温度为650－700℃，压力为0.3－1.0GPa。
高角闪岩相的特征矿物组合为：泥质岩石（中压）：夕线石＋石榴石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石泥质岩石（低压）：红柱石＋堇青石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石基性岩石：普通角闪石＋斜长石±透辉石±石英（八）麻粒岩相温度大于700C.大致相当于基性岩中的二辉石带,典型的高级变质,都城按照压力变化分为:(1). 低压麻粒岩相：以基性变质岩中橄榄石和斜长石共生为特征，不出现铁铝榴石。
(2). 中压麻粒岩相：以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和斜长石共生，出现铁铝榴石+蓝晶石组合为特征.(3). 高压麻粒岩相：以镁铝榴石+单斜辉石+石英代替紫苏辉石+钙长石出现为特征。
基性岩中以出现紫苏辉石为标志。
普通角闪石＋石英＝紫苏辉石＋透辉石＋斜长石＋H2O压力较高时，出现：紫苏辉石＋斜长石＝石榴石＋透辉石＋石英泥质岩石进入麻粒岩相的标志夕线石＋黑云母不稳定，转变为石榴石＋堇青石。
麻粒岩相的特征矿物组合为：基性岩石（中压）：紫苏辉石＋透辉石＋斜长石±石英±角闪石基性岩石（高压）：透辉石＋石榴石＋斜长石＋石英泥质岩石：夕线石＋石榴石＋堇青石＋钾长石＋石英±斜长石麻粒岩相的温度为700－900℃，压力为0.3-1.2GPa。
（九）榴辉岩相高压变质相，温度范围很宽， 400－900℃，压力一般超过1.0GPa在基性岩中的特征矿物组合为：绿辉石＋石榴石，此外有含量不等的石英、蓝晶石、角闪石、帘石和金红石等，不出现斜长石。
在变质泥质岩石特征矿物组合为：蓝晶石＋滑石，还可以出现多硅白云母、石榴石、富镁的硬绿泥石等，称为白片岩（Schreyer, 1973, 1985, 1987)。
近年来，在榴辉岩中发现柯石英和金刚石等超高压矿物指示其最高压力可达到2.8－3.5GPa （Chopin, 1984)。
主要区域变质相温度压力范围（1）浊沸石相(Z): 温压条件为P＝0.2－0.3GPa, T=200（150）－300℃。
（2）葡萄石－绿纤石相(PP): 温度为300－360℃，压力为0.25-0.35GPa。
（3）低绿片岩相(LGS): 温度为350－500℃，压力为0.3-0.8GPa。
（4）高绿片岩相(HGS): 温度为500－560℃，压力为0.3-1.0GPa。
（5）低角闪岩相（LA): 温度为550－650℃，压力为0.3-1.0GPa。
（6）高角闪岩相 (HA): 温度为650－700℃，压力为0.3－1.0GPa。
（7）麻粒岩相(G): 温度为700－900℃，压力为0.3-1.2GPa。
（8）蓝片岩相 (GL): 温度范围很宽，200－450℃，压力0.3-1.2GPa。
（9）榴辉岩相 (E): 温度范围很宽，400－900℃，压力一般超过1.0GPa，。