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1、第三篇 变质岩岩石学变质岩石学的内容/方法/目的内容： 岩类学；岩理学；成矿岩石学。 方法： 多学科交叉与现代技术的应用目的： 基本特征；基本理论；基本方法第一章 变质作用概述（2学时）第二章 变质岩的基本特征（3学时）第三章 变质岩的分类命名（1学时）第四章 变质岩的形成作用(4学时)第五章 变质反应和变质带(2学时) 第六章 共生分析和变质相（4学时）第七章 变质作用与大地构造(2学时) 实习一 变质岩的结构构造和特征变质矿物 (4学时)实习二 富铝系列变质岩（4学时）实习三 镁铁质系列变质岩（4学时）实习四 其它岩石类型（2学时）实习五 岩石类型鉴定 (2学时)实习六 矿物共生组合分析及
2、演化（6学时）第一章 变质作用概述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变质作用的现代概念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。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
3、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。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，变质后的岩石称为负变质岩；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
4、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。变质作用的影响因素原岩化学成分； 地质条件； 物理化学环境一、 温 度1. 温度范围: 200 - 8000 C， 超高压可达10000 C。2. 变化原因: 岩浆；深部热流；地壳放射热；机械摩擦；地热增温（正常情况 25-30 C / km)。 3. 主要作用：可导致重结晶、变质反应、重熔；增加流体活性； 改变岩石变形性质等。 它是变质作用的主导因素二、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=rgh
5、）. 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）图1-1 不同变质作用类型压力分布范围作 用: （1）控制变质反应方向，影响变质反应温度（2）有利于形成分子体积小、密度大的矿物（3）改变岩石的熔点2. 流 体 压 力 岩石系统中常存在少量的流体相, 它们所具有的内压称流体压力。对变质作用的影响分两种情况:(1). 流体压力与静压力相等：流体压力不构成独立的控制因素；(2). 流体压力与静压力不相等：流体压力则构成独立的控制因素。三、应 力一种侧向压
6、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。四、流 体1. 溶剂和媒介（载体）作用。2控制变质反应方向。例如 Cc + Q Wo + CO23. 降低岩石熔点。 长英质岩: 无水9500C, 含水6400C4. 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
7、分钟五、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。变质作用类型分类依据: 分布规模 / 地质背景或物化条件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1. 造山变质作用2. 洋底变质作用:3. 埋深变质作用:4. 混合岩化作用:局部变质作用区域变质作用
8、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。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。5. 造山变质作用（区
9、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。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. 埋深变质作用: 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
10、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。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,又称超变质作用第二章 变质岩的基本特征影响因素: 原岩特点 变质作用的物化条件基本特征：两重性-继承性和独特性 主要内容: 化学成分 矿物成分 结构构造第一节 变质岩的化学成分一. 体系的封闭程度封闭体系：化学成分取决于原岩的化学成分;开放体系：除原岩的化学成分外，还与元素在变质作用过程中的行为有关.二. 元素在变质作用中的行为1. H2O
11、CO2等挥发份含量变化最大，随温度升高减少。2. 大多数亲铜元素（CuPbZnAgAsTeSbHgRbSrBa） 等随温度升高活动性增大，被变质热液带出带入。 3. 一些亲铁元素（FeCrCoNi）稳定性较大，而一些难溶的铂族元素（PtPa）稳定性更大。4. 主要造岩氧化物含量在一般变质作用中无明显变化，基本上可视为等化学过程。三. 等化学系列概念和类型（一）等化学系列概念辉长-辉绿岩玄武岩铁质白云质灰岩基性凝灰质砂岩中级变质作用斜长角闪岩低级变质作用 绿 片 岩高级变质作用基性麻粒岩图 1-1. 等化学系列概念说明图解 指具同一原始化学成的所有变质岩，其矿物组合 的不同是由变质作用的类型和强
12、度所决定的。（二）等化学系列类型 按变质岩化学成分特点可分为五个等化学系列：1. 富铝系列：化学成分特征是富铝; 贫钙; 铁, 镁低; 钾 钠. 原岩主要是泥质岩石（泥岩、页岩）及少量的火山凝灰岩.2. 长英质系列：化学成分特征是富硅; 贫钙, 铁, 镁; 铝含量也较低. 原岩主要是各种砂岩, 粉砂岩和中酸性火成岩.3. 碳酸盐系列：化学成分特征是富钙, 镁; 铝, 铁, 硅含量较低且变 化范围大. 原岩石灰岩和白云岩.4. 铁镁质系列： 化学成分特征是贫硅; 富铁, 镁, 钙; 钠 钾；含 一定量的铝. 原岩是基性火山岩; 火山碎屑岩; 辉长-辉绿岩; 铁 质白云质泥灰岩; 基性岩屑砂岩等.
13、5. 超铁镁质系列：化学成分特征是 极富镁，铁含量高；贫钙, 铝, 硅. 原岩是超基性侵入岩; 超基性火山岩和极富镁的沉积岩一. 变质岩矿物成分一般特征1、三大岩类常见的主要造岩矿物都是长石, 石英, 角闪石, 辉石等.2、变质岩中特有矿物：硬绿泥石、十字石、堇青石、 铁铝榴石、红柱石、蓝晶石、矽线石硅灰石等.3、与岩浆岩中的矿物相比, 变质岩中的矿物在内部结构和结晶习性等方面, 有如下特点:1) 层状和链状晶格的矿物较普遍, 其延展性也较大.2) 出现一些分子排列紧密，分子体积小, 密度大的高压矿物.3) 出现红柱石, 蓝晶石, 矽线石等同质异相矿物.4) 矿物的变形现象发育.5) 斜长石的
14、环带结构在变质岩中少见.二.矿物成分与原岩化学成分的关系1. 富铝系列: 硬绿泥石、十字石、堇青石、铁铝榴石、红柱石、蓝晶石、矽线石。2. 长英质系列: 极少出现富铝系列特征变质矿物.3. 碳酸盐系列:方解石、白云石、滑石、蛇纹石、镁橄榄石、透辉石、透闪石、硅灰石、金云母、钙铝榴石。4. 铁镁质系列:辉石、角闪石、绿泥石、阳起石、绿帘石,等大量铁镁矿物。5. 超铁镁质系列:滑石、蛇纹石、透闪石、橄榄石、镁铝榴石、尖晶石、辉石、镁铁闪石等。三.矿物成分与变质条件的关系-等物理系列(一）等物理系列的概念 对于特定成分的原岩体系来说，决定变质岩中矿物组合的因素是 变质条件，为了描述不同的变质条件及其对应的产物特征，引入了等物理系列的概念. 指相同或特定变质条件下形成的所有变质岩。同一系列变质岩矿物成分的不同决定于原岩的总化学成分.(一）等物理系列的概念基性系列的原岩-斜长角闪岩中级变质富铝系列的原岩-十字石黑云母片岩(一）等物理系列的划分 Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) :
