061017_第六章(2)变质相-2
第五章 变质相和变质相系
第五章
变质相和变质相系
第一节
一、变质相的概念
变质相
1911年，23岁的戈尔德施密特 （ Goldschmidt）发表了对挪威奥斯陆 （ Oslo）地区接触变质作用研究的专著， 第一次成功的把相律应用于变质岩中平 衡矿物共生组合的研究。近于同时，与 Goldschmidt 同 龄 的 芬 兰 人 艾 斯 科 拉 （ Eskola,1914、1915）也在芬兰西南 的奥里耶维（ Orijä vi）地区从事接触变 质作用研究。
4. 绿片岩相（GS） 特征矿物组合是钠长石（Ab）＋绿 帘石（ Ep）＋绿泥石（ Chl）＋阳起石 （ Act） （基性岩石）或钠长石（ Ab） ＋绿帘石（Ep）＋白云母（Ms）＋绿泥 石（Chl）＋石英（Q）（泥质岩石）， 高温部分出现黑云母，高压部分出现黑 硬绿泥石、硬绿泥石和铁铝榴石。叶蜡 石和硬绿泥石等不与钾长石共生。绿片 岩相的范围大致是： 温度 400 ～ 500 ℃， 压力0.3～0.8GPa。
根据目前的研究现状，变质相的概念可
确定如下： 变质相是一定温压范围内形 成的各种化学组成的变质岩中的一套变 质矿物组合。它们在时间上、空间上反 复共生，且矿物组合与岩石化学成分之 间有着固定的、可以预测的对应关系。 * 在理解变质相的概念时应注意下 列问题：
（1）一个变质相大体上是一个等物 理系列，包括一定物化条件范围内形成 的各种化学成分的变质岩石。 因而变质 相与岩石化学成分无关，不能依据个别 岩石类型定义一个变质相。 （2）“时间上、空间上反复出现” 指同一变质相的岩石在不同时代、不同 地区经常重复出现。这一方面说明它们 在形成时接近化学平衡，另一方面表明 它们能在大范围内进行对比。
第二章 变质反应与变质带
● 变质反应的概念 ● 变质反应的类型 按照参加反应的物相种类划分 根据反应物与生成物之间的关系划分 根据反应是否改变矿物原子数划分 ● 成岩格子、变质带、等变线
参考书：P.H.费农著，变质反应与显微构造
变质反应的基本概念
岩石在变质过程中最主要的变化是矿物成分的变化，而矿物成
可以通过研究变质反应来估计。因此，变质反应作为地质温压 计有重要的研究意义
变质反应的特征：1）保持固体状态 2）流体相 3）驱动力 4）平衡问题
5）反应速率
变质反应方程式建立的意义：
（1）提供用物理化学方法确切研究的基础
（2）从化学上理关系
（4）为成岩过程划分提供令人信服的界线 （5）为实验模拟过程提供投料和设备装置技术要 求的基本数据
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-TX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）。
和交换反应两类。前面所列举的所有反应，均引起矿物原子
数变化，属于净转移反应（net-transfer reaction）。另一类 反应仅引起共存矿物间原子（如Mg，Fe）交换，而不改变 有关矿物的原子数，称为交换反应（exchange reaction）。 由于交换反应不改变有关矿物原子数，仅引起系统很小的体 积变化，因而压力对平衡的影响很小（Miyashiro, 1994）。
分变化都是通过特定的化学反应实现的。这种发生在变质作用 条件下的化学反应称作变质反应（metamorphic reaction）。 变质反应是在一定的T、P、x等物理化学条件下发生的，因此， 研究变质反应，不仅可以理解岩石变质过程中矿物成分变化过
第十二章 变质作用地球化学
第十二章变质作用地球化学变质作用是自然界早期形成的岩石，当外界物理化学条件产生变化后，形成了新的岩石结构构造及矿物组合。
这一变化过程记录了变质作用的发展及地壳演化的历史。
本章介绍变质作用的类型、影响变质作用的主要因素：温度（T）、压力（P）、流体（F）及岩石的化学成分（X）。
在不同的温度、压力物理化学条件下变质岩（X）形成的矿物共生组合——变质相，变质相系与板块构造之间的关系以及变质流体的作用。
着重阐明如何将变质作用地球化学应用于区域构造演化历史的研究，通过P-T-t轨迹再造区域构造历史以及变质岩原岩的恢复和构造环境的判别。
第一节变质作用及其类型一、变质作用地壳形成及演化过程中，原来已存在的各种岩石（如沉积岩、岩浆岩等），由于地质环境及物理化学条件的改变，使原来岩石的矿物成分及结构构造发生了改变，形成新条件下的稳定矿物组合及结构构造，这一过程称为变质作用。
变质作用是内动力地质作用，使岩石在非地表特征温度、压力下发生的变化。
一般这种变化是在固体状态下进行的，如果岩石不发生化学成分变化，称为等化学变质作用，仅仅失去挥发分（H2O，CO2等）的变质作用通常也被认为是等化学的。
如果在变质过程中，由于有流体及物质的加入而发生了化学变化，则属异化学变质作用。
接触变质作用就属于后者，常包含了实质性的物质增减。
二、变质作用的类型为了阐明不同类型变质岩岩石组合，形成条件，成因机制及其与地壳形成演化的关系，许多学者提出了各种变质作用分类方案，其中以基于地质背景及板块构造背景的分类最具使用价值。
现将基于地质背景的分类介绍如下：1．区域变质作用是指具有广泛扩展空间，大面积或是大的带状区域的变质作用。
他有三种基本类型：埋藏变质作用：见于沉积盆地，由于上覆沉积岩随着深度增加，在稳定的温度，压力梯度影响下发生的变质作用。
这类岩石一般仅见低温重结晶作用，缺乏变形特征。
洋脊变质作用：它沿着洋中脊出现，由于洋底扩张、热流升高及流体循环而引起的变质作用，其表现多由基性和超基性岩变化而形成绿岩及角闪岩。
变质岩复习资料
试题1.热接触变质岩石是岩石的一种构造。
主要在受轻微热接触变质作用的泥质岩石中,由炭质、铁质或空晶石、堇青石、云母等矿物的雏晶,集中成不同形状和大小的斑点,不均匀分布于基本未重结晶的致密状泥质基质中。
热接触变质岩由热接触变质作用（也称热变质作用）形成。
它是在岩浆体散发的热量和挥发份作用下，使围岩发生重结晶和变质结晶形成的。
2.接触变质晕的发育程度取决于以下因素：（1）岩体的规律大小规模大、热量多，则晕圈宽度大。
（2）岩体的侵入深度喷出地表，岩浆冷却迅速，散热快，使底板围岩烧烤变质（称烘烤或高热变质作用）晕圈宽度窄。
中深条件下，热能散失慢，晕圈发育宽度大。
（3）岩体成分酸性岩因富含挥发份，易促进化学反应，因而晕圈发育。
（4）围岩的成分、结构和产状泥质岩和碳酸岩类易变化；石英长石质的岩石难以变化。
原岩结构细小疏松比结构致密的容易发生变质。
此外围岩的片理和层理与接触面垂直，在这方向上晕圈发育宽度也大。
（5）岩体和围岩的接触关系接触面平缓则晕圈发育。
3.命名热接触变质岩的命名一般采用次要矿物+主要矿物+岩石基本名称的方法。
岩石的基本名称根据矿物成分，结构构造的不同，有：1．具变余结构、构造的，在原岩名称前冠以“变质”二字和主要新生矿物的名称。
如二云母变质石英砂岩。
2．具变晶结构或变成构造的（1）具定向构造的：根据构造特征分别定名为板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等。
（2）不具定向构造的：角岩（hornfels），具角岩结构或显微变晶结构，矿物成分作散布状或其它非定向排列的热变质岩都可称为角岩。
大理岩（marble）。
主要由碳酸盐矿物组成。
石英岩（quartzite）。
石英含量>85%。
如含长石15-25%，则称长石石英岩。
以上的进一步命名根据矿物含量。
<5%的不参加命名；含量5-10%的，冠以含字；含量>10%的，直接参加命名。
含量较多的矿物名称放在后面，含量较少的放在前面。
例如夕线石红柱石云母片岩。
变质岩思考题
在温度、压力、流体成分和时间等四个变质作用因素中，请分析认为那些因素是必不可少的？为什么？可否将变质作用机制进一步合并为变质结晶和形变作用两个？为什么？洋壳俯冲带与大陆碰撞带的区域变质作用P-T-t轨迹的样式有何区别？为什么？3试画出接触变质作用的P-T-t轨迹。
4试述变质反应的主要类型及其影响因素，举例说明之5请查资料，绘制一张P-T图解，将：Al2SiO5、柯石英=普通石英和石墨=金刚石等3个多型转变反应，以及硬玉+石英= 钠长石纯转移反应白云母+石英= Al2SiO5 + 钾长石+H2O 和白云母=刚玉+钾长石+H2O脱水反应的单变线准确地标在图解上，并理解它们各自的岩石学或构造意义（在后续课程中请自我增添有意义的变质反应单变线，并标注在P-T图解上）3、以某个特征矿物出现位置在地质图上的连线不能代表一个变质温度等温面与现今侵蚀而的交线，以特定矿物组合的连线就一定是吗？为什么？掌握ACF和A’KF图解各个端元所代表的化学组分，读懂五大化学类型变质岩在图中的分布区域及其所指示的化学成分特点、和可能出现的变质矿物；已知岩石的矿物组合，指出它们的化学类型Di＋Tr＋Q＋Cc＋Dol；②And＋Crd＋Ms＋Bi＋Q；③Pl＋Hb（普通角闪石）＋Di＋Bi＋Q；Ms＋Bi＋Mi＋Pl＋Q给定一个以长石和石英为主要矿物的区域变质岩石，你认为如何从四个途径对其原岩进行恢复？区分：变斑晶、变余斑晶、碎斑；5. 板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造6. 比较下列岩石：（1）绿岩、绿片岩、钠长-绿帘角岩、青磐岩；（2）钙硅酸盐角岩、钙硅酸盐粒岩、夕卡岩、榴辉岩；（3）白云母石英岩、白云母-石英片岩、云英岩、白片岩；7. 变质矿物的影响因素，结合课程学习，逐渐10个以上可以指示变质作用压力或温度高低的矿物或矿物组合。
通过实验课实习，掌握代表性区域变质岩石的基本特征和鉴别要点；掌握红柱石、蓝晶石、矽线石、十字石、石榴子石、紫苏辉石、绿辉石、帘石、蓝闪石类矿物的鉴别特征；掌握A-、B-、和C-榴辉岩的岩石特征（表22-1）基性麻粒岩与榴辉岩形成条件和岩石在宏观与微观上的区别特征理解矿物共生组合、变质相、变质作用P/T类型、压力类型、变质相系、P-T-t轨迹等概念简述共生分析原理为什么说变质岩当中一个共生组合中的矿物个数一般不大于6？岩石学中的“相”概念？对比岩浆岩相、沉积相、变质相三者之间的异同？总结变质带与变质相、前进变质带与变质相系的异同？熟记低-高温和区域变质相和接触变质相各个变质相的指示（标志）矿物共生组合说说板块构造与区域变质作用P/T比类型的关系如何区分低P/T-型区域变质岩与接触变质岩？2、学会从一个给定的矿物共生图解确定其变质相名称和标志矿物组合、写出不同化学类型接触变质岩（或区域变质岩）的矿物共生组合及其对应的名称、描述可能的岩石结构和构造特征。
2.变质反应和变质带
反应Ms=Or+Als+H2O的P-T-X 图解
P =1.0GPa下的T-X 图解
反应不仅受T 、P 控制，而且受流体成分x H2O控制 当x H2O时 ↑，平衡温度↑，平衡曲线由直线到曲线、斜率由 负到正
3.3 脱碳酸反应 decarbonation reaction
脱碳酸反应是钙质变质岩中常见的反应 代表性的有
根据反应物与生成物的关系
不连续反应 连续反应 净转移反应 交换反应
根据反应是否改变矿物原子数
温度是控制变质反应的最主要因素 T ，反应速率呈指数倍增加，反应易进行。 T ，反应速率极其缓慢，反应难于进行彻底。
反应方程式：
升温过程-正向反应
低温矿物组合 Cc＋Q 高温矿物组合 Wo＋CO2
降温过程-逆反应
在很多变质岩中，共存的两个铁镁矿物间会发生FeMg交换反应。Fe原子从一个矿物向另一个矿物迁移，这种迁 移由同样数量的Mg原子相反方向迁移所补偿。
eg. 共存的黑云母（Bi）和石榴石（Gt）之间的Fe-Mg交换反应： Mg3Al2Si3O12+KFe3Al3Si3O10(OH)2=Fe3Al2Si3O12+KMg3Al3Si3O10(OH)
V=44.09 V=49.0
V=51.5
2．2 固溶体的出溶 exsolution 高温时固溶体矿物为均一 的一相，当温度降低到固 溶体分解曲线之下，就会 分解为成分不同的两相， 称为出溶。出溶的两相往 往呈页片状、条纹状交生 体，也可最终分解为两个 矿物单晶。变质岩中常见 的条纹长石、具斜方辉石 页片的单斜辉石及晕长石 都是固溶体出溶结果 perthite 条纹长石
苏格兰高地加里东造山带巴罗式区域变 质带
2．巴罗式变质带的等变线反应
(化工原理)第6章：质量传递过程基础
D z
c0 cBm
cA1 cA2
对于理想气体
cBm
cB2 cB1
ln
cB2 cB1
cB1 c0 cA1 cB2 c0 cA2
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
p pBm
pBm
pB2 pB1
ln
pB2 pB1
pB1 p pA1 pB2 p pA2
c cBm
称为漂流因子 反应总体流动对传质通量的影响
NA ky y yi
NA kx xi x
NA kG pA pAi
NA kL cAi cA
传质系数 k=f (D,η,ρ,u,d )
经验关联式很多，但普遍偏差较大 主要通过实验获得
JA
DAB
dcA dz
yi Ki xi
NA
D z
c0 cBm
cA1 cA2
NA
D RTz
主体中高度湍流传质阻力为零，即无浓度
O
距离 z
相际传质双膜模型
梯度。 ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻
力存在。
（2）总传质速率方程
① 气膜和液膜传质速率方程 对气相：
NA kG pA pAi
06 金属材料热处理 第六章 变形金属及合金的回复与再结晶
第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
第六章相平衡
第六章相平衡内容提要：本章系统阐述相图的基本原理并结合实际介绍了相图在无机非金属的研究和生产实践中的具体应用。
硅酸盐系统中的组分、相及相律：相——体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和称为相。
组元——系统中每一个能单独分离出来并独立存在的化学均匀物质称为物种或组元。
独立组元数——决定一个相平衡系统的成分所必需的最少物种（组元）数成为独立组元数。
独立组元数=物种数-独立化学平衡关系式数自由度——在一定范围内可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变数称为自由度。
相律数学式为：-F+=PnC式中P——系统平衡时的相数；F——独立可变数的数目即自由度；C——独立组元数即组分数；n——外界因素的独立变量。
如果外界因素只有温度和压力影响时，相律关系式为2F，对于凝聚体C+-=P系（不考虑压力）相律为：1+FC=P-凝聚系统相图测定方法：1、淬冷法（静态法）在高温充分保温的试样迅速掉入淬冷容器，然后用X射线、电子显微镜等对试样进行物相鉴定。
当试验点足够多，温度与组成间隔小时能获得准确的结果。
这是凝聚系统相图测定的主要方法，缺点是工作量相当大。
2、热分析法（动态法）冷却曲线法系通过测定系统冷却过程中的温度-时间曲线、并通过曲线的连续、转折或水平段出现的温度来确定相变化。
差热曲线法试用于相变热效应小的试样，其原理是将被测试样及惰性参比物放在相同热环境中，以相同速率升温，当试样有相变而产生热效应时与参比物之间产生的温差用差热电偶检测，根据差热曲线峰或谷的位置判断试样发生的相变温度。
三元系统相平衡基本原理：组成表示法：用等边三角形表示三元系统中各组成相对含量，此三角形称为组成三角形或浓度三角形。
等含量规则：平行于浓度三角形某一边的直线上的各点，都含有等量的对面顶点组元。
等比例规则：浓度三角形一顶点和对边上任一点的连线上各点的体系中其它两个组元的含量比值不变。
背向规则：如果从三个组元的混合物中不断取走C组元，那么这个系统的组成点将沿通过C的射线并朝着背离C的方向而变化。
变质岩 第6讲-接触变质岩
Metamorphic Rock
第六章 接触变质岩
授课内容
概述 接触变质岩的分类命名 接触变质相及主要接触变质岩
成分特征
1. 概述
接触变质作用 接触变质作用由是岩浆体提供热，使岩浆岩体周围
接触带上岩石的成分、结构、构造发生变化的现象，又 称热变质作用。
接触变质作用以温度较高和压力较低为特点。地热 梯度>60℃/km，温度范围大致为300-800℃；压力 为百分之几GPa至0.3GPa。多发生于地壳较浅部。
成分特征
1. 概述
岩浆岩体的成分
基性岩浆比酸性岩浆侵入时温度高
辉长岩浆温度为1200℃左右，接触带温度可达800 ℃ ， 花岗岩浆为800 ℃左右，其接触带温度则为500-650 ℃
岩浆中挥发组分的多少
酸性或碱性岩浆，挥发分多，变质晕宽
成分特征
1. 概述
岩浆岩体的规模 一般地说岩体愈大，其热容量愈大，所发出的热 量愈多，因而所形成的变质晕圈也愈宽。但有时 小岩体周围挥发分富集，也能形成较宽的变质晕。
1. 概述
矽线石带：典型矿物组合
矽线石+石榴石+白云母+石英-泥质岩
矽线石+石榴石+黑云母+石英-泥质岩
矽线石+白云母+黑云母+石英-泥质岩
成分特征
1. 概述
①很低级水热变质带； ②硬绿泥石带； ③十字石带； ④红柱石带
成分特征
1. 概述
接触变质晕圈宽度影响因素
在接触变质岩中，离岩体近者变质深，往外渐 浅。变质晕圈在地质上具有等温线意义，它反映了 变质时温度及其它物化条件的变化规律。变质晕圈 的宽度及形态主要取决于5个因素。