《第02讲变质反应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第02讲变质反应（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二讲: 常见变质反应类型一、概述二、变质反应类型一、概述一、概述1、意义（、意义（变质作用矿物演化、变质作用矿物演化、变质作用矿物演化、变质作用矿物演化、P-TP-TP-TP-T条件、条件、条件、条件、P-TP-TP-TP-T轨迹演轨迹演轨迹演轨迹演化趋势、地球动力学信息化趋势、地球动力学信息化趋势、地球动力学信息化趋势、地球动力学信息）2、变质反应的驱动力（、变质反应的驱动力（G G）3、变质反应图解（、变质反应图解（p-tp-t、t-xt-x、p-xp-x；写法，斜率写法，斜率写法，斜率写法，斜率）4、类型划分、类型划分（1 1 1 1）固固- -固反应（相转变、出溶、纯转移、离子交换）
2、固反应（相转变、出溶、纯转移、离子交换）（2 2）脱挥发份反应）脱挥发份反应(H2O, CO2. (H2O, CO2. 氧化还原反应氧化还原反应) )（3 3）不连续反应与连续反应）不连续反应与连续反应二、变质反应类型二、变质反应类型 1. 1. 固固- -固反应固反应 1.1 1.1 同质多相转变反应同质多相转变反应l l类质同像（类质同像（类质同像（类质同像（polymorphs,polymorphs,polymorphs,polymorphs,多型）转变多型）转变多型）转变多型）转变 影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：T T T T，P P P Pl lAlAl2 2SiOSiO5
3、 5l lCaCOCaCO3 3l l C C l lSiOSiO2 2u大多数多型转变反应的大多数多型转变反应的 D DS很小，这导致：很小，这导致： 两个多型相互转换的两个多型相互转换的D DG小，即使离平衡数十度温度时也不大小，即使离平衡数十度温度时也不大 反应驱动力小反应驱动力小 一个多型常非稳定地残留在另一个多型的稳定区内一个多型常非稳定地残留在另一个多型的稳定区内共存的两个多型可能代表非平衡态（跨平衡曲线或多期变质叠加共存的两个多型可能代表非平衡态（跨平衡曲线或多期变质叠加)u 红柱石红柱石LP, 蓝晶石蓝晶石M-HP, 矽线石矽线石M-HT(三相点三相点P=0.37 0.25 G
4、Pa, T=504 20 oC)1.21.2固固- -固反应之出溶反应固反应之出溶反应影响因素：影响因素：、冷却速率冷却速率实例：实例：碱性长石碱性长石过铝钙钠斜方辉石过铝钙钠斜方辉石斜方斜方-单斜辉石单斜辉石高镁方解石高镁方解石过硅石榴石过硅石榴石过钛石榴石过钛石榴石过硅绿辉石过硅绿辉石1.31.3固固- -固反应之固反应之Net-Transfer ReactionsNet-Transfer Reactions仅涉及固相矿物；反应物与产物仅涉及固相矿物；反应物与产物仅涉及固相矿物；反应物与产物仅涉及固相矿物；反应物与产物之间存在成分增减，反应矿物分之间存在成分增减，反应矿物分之间存在成分增减
5、，反应矿物分之间存在成分增减，反应矿物分解，分解的成分向生成矿物一侧解，分解的成分向生成矿物一侧解，分解的成分向生成矿物一侧解，分解的成分向生成矿物一侧转移转移转移转移影响因素：，影响因素：，影响因素：，影响因素：，l lNaAlSiNaAlSi2 2OO6 6 + SiO + SiO2 2 = NaAlSi = NaAlSi3 3OO8 8 l lJdJd（硬玉）（硬玉）（硬玉）（硬玉） QtzQtz AbAb（钠长石）（钠长石）（钠长石）（钠长石）l l l l4 (Mg,Fe)SiO4 (Mg,Fe)SiO3 3 + CaAl + CaAl2 2SiSi2 2OO8 8 = = FFOp
6、xOpxPlagPlagFF(Mg,Fe)(Mg,Fe)3 3AlAl2 2SiSi3 3OO1212 + Ca(Mg,Fe)Si + Ca(Mg,Fe)Si2 2OO6 6 + SiO + SiO2 2 FFGntGntCpxCpx Qtz Qtz1.31.3固固- -固反应之固反应之Net-Transfer ReactionsNet-Transfer Reactionsl l如果反应矿物含有挥发份，但在反应过程中被如果反应矿物含有挥发份，但在反应过程中被生成物完全汲取，不产生独立的流体相，也没生成物完全汲取，不产生独立的流体相，也没有挥发份的损失，这种反应可以当作固有挥发份的损失，这种反应
7、可以当作固- -固纯固纯转变反应来处理转变反应来处理l lMgMg3 3SiSi4 4OO1010(OH)(OH)2 2 + 4 MgSiO + 4 MgSiO3 3 = Mg = Mg7 7SiSi8 8OO2222(OH)(OH)2 2 TlcTlcTlcTlc（滑石）（滑石）（滑石）（滑石） EnEnEnEn（顽火辉石）（顽火辉石）（顽火辉石）（顽火辉石） AthAthAthAth（直闪（直闪（直闪（直闪石）石）石）石）1.4 1.4 固固- -固反应之离子交换反应固反应之离子交换反应l lReciprocal exchange of components between 2 Recip
8、rocal exchange of components between 2 or more mineralsor more mineralsFFMgSiOMgSiO3 3 + CaFeSi + CaFeSi2 2OO6 6 = FeSiO = FeSiO3 3 + CaMgSi + CaMgSi2 2OO6 6FFAnniteAnnite + + PyropePyrope = Phlogopite + Almandine = Phlogopite + Almandinel lExpressed as pure end-members, but really Expressed as pure
9、 end-members, but really involves Mg-Fe (or other) exchange between involves Mg-Fe (or other) exchange between intermediate solutionsintermediate solutionsl lBasis for many geothermobarometersBasis for many geothermobarometersl lCauses rotation of tie-lines on compatibility Causes rotation of tie-li
10、nes on compatibility diagramsdiagrams2. 2. 脱挥发份反应脱挥发份反应2.12.1脱水反应脱水反应l l以涉及以涉及H2O-CO2 -O体系的变质反应最常见体系的变质反应最常见l l影响因素：，影响因素：，Pf （partial pressure of the volatile species，挥发份分压）挥发份分压）在在P-T相图上，脱水反应平衡条件受水分压相图上，脱水反应平衡条件受水分压P PH2OH2O控制控制 KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill W
11、 1 1、脱水反应平衡曲线、脱水反应平衡曲线、脱水反应平衡曲线、脱水反应平衡曲线在在在在P-TP-T相图上特征：相图上特征：相图上特征：相图上特征：斜率极低压缓，低斜率极低压缓，低斜率极低压缓，低斜率极低压缓，低压以上陡，压以上陡，压以上陡，压以上陡，2 2、平衡曲线受水流体、平衡曲线受水流体、平衡曲线受水流体、平衡曲线受水流体分压控制，当分压控制，当分压控制，当分压控制，当P PH2OH2O=0=0，斜率为负，斜率为负，斜率为负，斜率为负3 3、使水流体分压降低、使水流体分压降低、使水流体分压降低、使水流体分压降低的途径有二：的途径有二：的途径有二：的途径有二：（1 1）稀释；（）稀释；（）
12、稀释；（）稀释；（2 2）降）降）降）降低流体总压低流体总压低流体总压低流体总压4 4、可解释中级变质地、可解释中级变质地、可解释中级变质地、可解释中级变质地段局部发育高温级段局部发育高温级段局部发育高温级段局部发育高温级矿物现象矿物现象矿物现象矿物现象2.1 2.1 脱水反应脱水反应2. 12. 1脱水反应脱水反应A rareA rare exception! exception!And anotherAnd another exception in exception in your textbook!your textbook!Negative sloop Negative sloop
13、at high pressureat high pressure condition! condition!LwsLws: : 硬柱石硬柱石硬柱石硬柱石LmtLmt: :浊沸石浊沸石浊沸石浊沸石2. 2 2. 2 脱碳酸反应脱碳酸反应l lDecarbonation reactions may be treated in an identical fashionl lFor example, the reaction:CaCOCaCO3 3 + SiO + SiO2 2 = CaSiO = CaSiO3 3 + CO + CO2 2 CalCal Qtz Qtz WoWo W WCan als
14、o be shown on a T-XCO2 diagramHas the same form as reaction of (26-5), only the maximum thermal stability of KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill Wthe carbonate mineral assemblage occurs at pure XCO22. 2 2. 2 脱碳酸反应脱碳酸反应l lSummary of 5 typesSummary of 5 types of of devo
15、latilization devolatilization reactions, each with a reactions, each with a unique general shape on unique general shape on a T-X diagrama T-X diagraml lType 3: TType 3: Tmaxmax at X at XCO2CO2 determined by the determined by the stoichiometric ratio of stoichiometric ratio of COCO2 2/H/H2 2O produc
16、edO producedCaCa2 2MgMg5 5SiSi8 8OO2222(OH)(OH)2 2 + 3 CaCO + 3 CaCO3 3 + 2 SiO + 2 SiO2 2 TrTr Cal CalQtz Qtz = 5 CaMgSi= 5 CaMgSi2 2OO6 6 + 3 CO + 3 CO2 2 + H + H2 2O O Di DiTmaxTmax at at n nCO2:CO2:n nH2O = 3:1H2O = 3:12.3 Redox Reactions2.3 Redox Reactionsl lInvolves a change in oxidation state
17、 of an elementInvolves a change in oxidation state of an elementFF6 Fe6 Fe2 2OO3 3 = 4 Fe = 4 Fe3 3OO4 4 + O + O2 2FF2 Fe2 Fe3 3OO4 4 + 3 SiO + 3 SiO2 2 = 3 Fe = 3 Fe2 2SiOSiO4 4 + O + O2 2l lAt any particular pressure these becomeAt any particular pressure these become oxygen oxygen buffersbuffers3
18、. 3. 连续反应和连续反应和不连续反应不连续反应“ “Melt-Melt-in” in” isograd?isograd?3. Continuous Reactionsl lDiscontinuous Discontinuous reactions occur at a constant gradereactions occur at a constant gradeFFChl + Ms + Qtz Chl + Ms + Qtz Grt + Bt + H Grt + Bt + H2 2OOin KFASHin KFASHF = C F = C f f f f + 2 = 5 6 + 2 =
19、1 + 2 = 5 6 + 2 = 13. Continuous ReactionsChl + Ms + Qtz Chl + Ms + Qtz Grt + Bt + H Grt + Bt + H2 2OO in KFMASHin KFMASHwere a continuous reaction, then we would find were a continuous reaction, then we would find chlorite, muscovite, quartz, biotite, and garnet all chlorite, muscovite, quartz, bio
20、tite, and garnet all together in the same rock over an interval of together in the same rock over an interval of metamorphic grade above the garnet-in isogradmetamorphic grade above the garnet-in isogradFFTheThe composition of solid solution phasescomposition of solid solution phases vary across var
21、y across the interval, and thethe interval, and the proportions of the mineralsproportions of the minerals changes untilchanges until one ofone of the reactants disappears with the reactants disappears with increasing gradeincreasing grade3. 3. 连续反应连续反应l l当矿物为纯固相，纯转移反应为不连续反应当矿物为纯固相，纯转移反应为不连续反应当矿物为纯固
22、相，纯转移反应为不连续反应当矿物为纯固相，纯转移反应为不连续反应（discontinuous reactionsdiscontinuous reactionsdiscontinuous reactionsdiscontinuous reactions）；当矿物为固溶体时，）；当矿物为固溶体时，）；当矿物为固溶体时，）；当矿物为固溶体时，可能可能可能可能为连续反应（为连续反应（为连续反应（为连续反应（ continuous reactionscontinuous reactionscontinuous reactionscontinuous reactions ）。）。）。）。l l非连续反应在
23、特定压力条件下的一个温度点将反应进非连续反应在特定压力条件下的一个温度点将反应进非连续反应在特定压力条件下的一个温度点将反应进非连续反应在特定压力条件下的一个温度点将反应进行完毕；反应物与生成物仅在一个点共存；连续反应行完毕；反应物与生成物仅在一个点共存；连续反应行完毕；反应物与生成物仅在一个点共存；连续反应行完毕；反应物与生成物仅在一个点共存；连续反应将在一个较宽的温度范围内进行，产物与反应物通过将在一个较宽的温度范围内进行，产物与反应物通过将在一个较宽的温度范围内进行，产物与反应物通过将在一个较宽的温度范围内进行，产物与反应物通过调整固溶体矿物的元素比值，在一个较宽的温度范围调整固溶体矿物
24、的元素比值，在一个较宽的温度范围调整固溶体矿物的元素比值，在一个较宽的温度范围调整固溶体矿物的元素比值，在一个较宽的温度范围共存。共存。共存。共存。l l因此，在野外露头上，不连续反应导致在反应等变线因此，在野外露头上，不连续反应导致在反应等变线因此，在野外露头上，不连续反应导致在反应等变线因此，在野外露头上，不连续反应导致在反应等变线（ reaction reaction reaction reaction isogradisogradisogradisograd ）两侧反应物到产物组合的变）两侧反应物到产物组合的变）两侧反应物到产物组合的变）两侧反应物到产物组合的变化是突变的；连续反应则使
25、反应物与产物在一个较宽化是突变的；连续反应则使反应物与产物在一个较宽化是突变的；连续反应则使反应物与产物在一个较宽化是突变的；连续反应则使反应物与产物在一个较宽的空间内共存。的空间内共存。的空间内共存。的空间内共存。第二讲思考题：1、试述变质反应的主要类型及其影响因素，举例说明之2、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（在后续课程中将不断增添有意义的变质反应单变线）
