1、 一一 變質作用的概念變質作用的概念 二二 變質作用的外部因素變質作用的外部因素 三三 變質作用的方式變質作用的方式 四四 變質作用的類型變質作用的類型本章主要解決問題：本章主要解決問題：1.什么是變質作用？什么是變質作用？2.變質作用的類型變質作用的類型3.為什么要發(fā)生變質作用為什么要發(fā)生變質作用4.變質作用通過那些方式進行變質作用通過那些方式進行一、變質作用（metamorphism）概念 在地殼形成和發(fā)展、演化過程中，早先在地殼形成和發(fā)展、演化過程中，早先形成的巖石（包括巖漿巖、沉積巖以及先存形成的巖石（包括巖漿巖、沉積巖以及先存的變質巖）在固態(tài)條件下，礦物成分和結構、的變質巖）在固態(tài)條

2、件下，礦物成分和結構、構造發(fā)生一系列的改變，構造發(fā)生一系列的改變，這種由地球內動力這種由地球內動力作用促使巖石發(fā)生礦物成分和結構構造變化作用促使巖石發(fā)生礦物成分和結構構造變化的過程的過程稱為稱為變質作用變質作用。 變質作用發(fā)生于一定的溫度和壓力范圍，變質作用發(fā)生于一定的溫度和壓力范圍，通常是通常是T=200-800T=200-800，P=0.02-1.5GPaP=0.02-1.5GPa。此溫度。此溫度范圍大致位于成巖后生作用和巖漿作用之間，范圍大致位于成巖后生作用和巖漿作用之間，壓力范圍表明它要求處于地殼一定深處，即風壓力范圍表明它要求處于地殼一定深處，即風化帶之下。化帶之下。 但近年來在變質

3、巖中柯石英、微粒金剛石但近年來在變質巖中柯石英、微粒金剛石及多種礦物出溶結構的發(fā)現(xiàn)表明，變質作用已及多種礦物出溶結構的發(fā)現(xiàn)表明，變質作用已不局限于地殼范圍，壓力也已遠遠超出不局限于地殼范圍，壓力也已遠遠超出1.5GPa1.5GPa。P(Gpa)T( C)O00.40.81.210011005001000未發(fā)現(xiàn)地盾地熱大洋地熱碎裂變質作用深埋變質作用接觸變質作用成巖作用玄武巖的熔融線飽和水的花崗巖熔融線區(qū)域變質作用二、變質作用的類型二、變質作用的類型根據變質作用的地質環(huán)境和條件及主要因根據變質作用的地質環(huán)境和條件及主要因素，可以分出七大類型：素，可以分出七大類型：（1 1）區(qū)域變質作用；）區(qū)域變

4、質作用；（2 2）混合巖化作用；）混合巖化作用；（3 3）動力變質作用；）動力變質作用；（4 4）接觸變質作用；）接觸變質作用；（5 5）氣）氣- -液變質作用；液變質作用；（6 6）洋底變質作用；）洋底變質作用；（7 7）沖擊變質作用等。）沖擊變質作用等。 1）埋深變質作用 2 2）俯沖帶變質作用）俯沖帶變質作用 產生于板塊的俯沖帶中，既可產生于海洋板塊的產生于板塊的俯沖帶中，既可產生于海洋板塊的俯沖帶中俯沖帶中( (如日本三波川如日本三波川) )，又可產生于大陸板塊的俯，又可產生于大陸板塊的俯沖帶中沖帶中( (如中國祁連山如中國祁連山) )。形成藍閃石。形成藍閃石硬柱石片巖相硬柱石片巖相和

5、其他綠片巖相。為高壓低溫環(huán)境，屬于高壓相系。和其他綠片巖相。為高壓低溫環(huán)境，屬于高壓相系。一般壓力為一般壓力為0 05 51 12GPa2GPa，溫度為，溫度為250250350350。 3 3）區(qū)域低溫動力變質作用）區(qū)域低溫動力變質作用 這一類型常為大面積或帶狀分布的單相綠片巖相這一類型常為大面積或帶狀分布的單相綠片巖相變質地帶。它是強應力和低溫條件下形成具有劈理和變質地帶。它是強應力和低溫條件下形成具有劈理和片理的低級變質巖系。它往往與構造作用緊密相關，片理的低級變質巖系。它往往與構造作用緊密相關，主要見于不同時期造山帶地區(qū)主要見于不同時期造山帶地區(qū) 4 4）區(qū)域動力熱流變質作用）區(qū)域動力

6、熱流變質作用 它以出現(xiàn)遞增變質帶為特征。有明顯的變形作用。它以出現(xiàn)遞增變質帶為特征。有明顯的變形作用。構造環(huán)境以克拉通內裂谷為主，如遼寧的遼河巖群和構造環(huán)境以克拉通內裂谷為主，如遼寧的遼河巖群和山西的五臺巖群均屬此類。山西的五臺巖群均屬此類。 5 5）區(qū)域中高溫變質作用）區(qū)域中高溫變質作用 一般產于太古宙克拉通內，是地殼演化早一般產于太古宙克拉通內，是地殼演化早期所特有的一種變質作用類型。形成角閃巖相期所特有的一種變質作用類型。形成角閃巖相或麻粒巖相的單相變質作用。一般不能劃分遞或麻粒巖相的單相變質作用。一般不能劃分遞增變質帶。地熱梯度較高，一般為中壓型和低增變質帶。地熱梯度較高，一般為中壓型

7、和低壓型，亦有高壓相型。壓型，亦有高壓相型。 6 6）斷陷變質作用）斷陷變質作用 這種類型是指已穩(wěn)定的克拉通內部出現(xiàn)斷這種類型是指已穩(wěn)定的克拉通內部出現(xiàn)斷陷地塹，它們規(guī)模不大，被陸相或海相沉積陷地塹，它們規(guī)模不大，被陸相或海相沉積火山巖系所充填，由于埋藏深度或局部熱流值火山巖系所充填，由于埋藏深度或局部熱流值上升的作用，使沉積物或火山巖系發(fā)生了低綠上升的作用，使沉積物或火山巖系發(fā)生了低綠片巖相的變質作用。片巖相的變質作用。 2 2動力變成作用動力變成作用 是在構造運動產生的定向壓力的作用是在構造運動產生的定向壓力的作用下，使巖石發(fā)生破碎、變形和重結晶而使下，使巖石發(fā)生破碎、變形和重結晶而使結構

8、、構造或有礦物成分上的轉變的一種結構、構造或有礦物成分上的轉變的一種變質作用。變質作用。 3 3接觸變質作用接觸變質作用巖漿侵入到地殼的上巖漿侵入到地殼的上部層位，由于巖漿的部層位，由于巖漿的高溫和從巖漿中分出高溫和從巖漿中分出溶液的影響而引起巖溶液的影響而引起巖石發(fā)生變質的作用。石發(fā)生變質的作用。 4 4、氣、氣- -液變質作用液變質作用 來自于巖漿的揮發(fā)份或地殼中區(qū)域性來自于巖漿的揮發(fā)份或地殼中區(qū)域性分布的熱水溶液對巖石進行交代而使巖石分布的熱水溶液對巖石進行交代而使巖石發(fā)生變質的一種作用稱為氣發(fā)生變質的一種作用稱為氣- -液變質作用，液變質作用，這種變質作用的主要影響因素是化學活動這種變

9、質作用的主要影響因素是化學活動性流體和溫度。性流體和溫度。 5 5混合巖化作用混合巖化作用 在地殼深部高級變質巖發(fā)育區(qū)，由于在地殼深部高級變質巖發(fā)育區(qū)，由于溫度，壓力進一步升高，又有流體存在，溫度，壓力進一步升高，又有流體存在，一些變質巖能熔融產生相當數(shù)量的花崗質一些變質巖能熔融產生相當數(shù)量的花崗質熔體，這種現(xiàn)象稱為深熔作用。熔體，這種現(xiàn)象稱為深熔作用。 6 6洋底變質作用洋底變質作用 指洋中脊附近，由于洋殼兩側不斷擴指洋中脊附近，由于洋殼兩側不斷擴張，深部熱流上升，加熱了洋殼的巖石及張，深部熱流上升，加熱了洋殼的巖石及其中的海水，使洋殼巖石在上升熱流和熱其中的海水，使洋殼巖石在上升熱流和熱鹵

10、水作用下發(fā)生變質。鹵水作用下發(fā)生變質。 7 7沖擊變質作用沖擊變質作用 是隕石沖擊地表時，在強大沖擊波影響下，是隕石沖擊地表時，在強大沖擊波影響下，壓力突然增高，溫度聚增引起隕石坑內外巖石壓力突然增高，溫度聚增引起隕石坑內外巖石發(fā)生變質。典型的沖擊變質巖為隕擊角礫巖，發(fā)生變質。典型的沖擊變質巖為隕擊角礫巖，是一種基質呈似熔巖外貌的角礫巖。是一種基質呈似熔巖外貌的角礫巖。100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000T C246810P千巴7 C/Km風化-沉積成巖后生作用埋藏變質作用熱接觸變質作用區(qū)域變質作用深熔作用開始深熔作用60 C/Km自然界沒有發(fā)生這種

11、情況圖 1-2 變質作用和成巖后生作用、深熔作用的溫度、 壓力范圍示意圖 三、變質反應的主要外部因素三、變質反應的主要外部因素 變質作用是自然界的一種內動力地質作變質作用是自然界的一種內動力地質作用。地殼中已有巖石變質的原因，從根本上用。地殼中已有巖石變質的原因，從根本上來說，來說，是地殼發(fā)展一定階段一定地區(qū)的地質是地殼發(fā)展一定階段一定地區(qū)的地質環(huán)境所決定，并和巖漿活動、構造運動或復環(huán)境所決定，并和巖漿活動、構造運動或復雜的深成作用相聯(lián)系。雜的深成作用相聯(lián)系。 而變質反應則是發(fā)生在這一背景下，形而變質反應則是發(fā)生在這一背景下，形成變質巖方式之一。成變質巖方式之一。變質反應的因素可分為兩類：變質

12、反應的因素可分為兩類： 一類是內部因素（內因）一類是內部因素（內因）: :指指原巖原巖的成的成分、結構構造及巖石組合特征；分、結構構造及巖石組合特征； 另一類是外部因素（外因）亦即地質另一類是外部因素（外因）亦即地質因素因素: :指溫度、指溫度、 壓力、具化學活動性的壓力、具化學活動性的流體和時間。流體和時間。 決定變質巖礦物和組構特征的直接控決定變質巖礦物和組構特征的直接控制因素則是變質作用當時的物化條件制因素則是變質作用當時的物化條件，其中主要是其中主要是溫度、壓力、具化學活動性溫度、壓力、具化學活動性的流體和時間的流體和時間等因素。等因素。 1 1、溫度、溫度溫度的改變是引起變質作用的主

13、要因素，溫溫度的改變是引起變質作用的主要因素，溫度升高度升高: :可使原巖中一些礦物發(fā)生重結晶可使原巖中一些礦物發(fā)生重結晶引起原巖中礦物之間發(fā)生變質反應，各種引起原巖中礦物之間發(fā)生變質反應，各種組分重新組合形成新礦物組分重新組合形成新礦物巖石中流體的活動性增大，促進變質反應巖石中流體的活動性增大，促進變質反應進行，使新礦物和新組構能以較快的速度和進行，使新礦物和新組構能以較快的速度和較大的規(guī)模形成。較大的規(guī)模形成。溫度持續(xù)升高可使原巖在重結晶和變質結溫度持續(xù)升高可使原巖在重結晶和變質結晶基礎上發(fā)生部分重熔，其中長英質組分成晶基礎上發(fā)生部分重熔，其中長英質組分成為流體相，引起混合巖為流體相，引起

14、混合巖一般變質作用的溫度一般變質作用的溫度范用介于范用介于150150一一900900之間，引起溫度升溫之間，引起溫度升溫的原因很多的原因很多: :最重要的是最重要的是地熱異常地熱異常; ;溫度為什么會升高呢溫度為什么會升高呢? ?來自高溫巖槳活動的巖來自高溫巖槳活動的巖漿熱漿熱; ;在各地下均勻分布的放在各地下均勻分布的放射性元素蛻變引起的放射射性元素蛻變引起的放射熱熱; ;地幔深部熔融體的重力地幔深部熔融體的重力分異；分異；強烈的斷裂帶或其他構強烈的斷裂帶或其他構造變形引起的摩擦熱等，造變形引起的摩擦熱等，都對變質溫度起不同程度都對變質溫度起不同程度的影響。的影響。 0 10502 2、壓

15、力、壓力 巖石的變質作用通常是在一定的壓力巖石的變質作用通常是在一定的壓力狀態(tài)下進行的，這種壓力根據其物理性質狀態(tài)下進行的，這種壓力根據其物理性質可分為二類：可分為二類：靜壓力和應力。其中靜壓力靜壓力和應力。其中靜壓力又可分為：流體壓力和負荷壓力，又可分為：流體壓力和負荷壓力， 1 1）負荷壓力）負荷壓力-是指各個方向相等的圍壓，巖是指各個方向相等的圍壓，巖石在地殼一定深度所承受的上覆巖層的重力。并石在地殼一定深度所承受的上覆巖層的重力。并隨深度而增加，近于上覆巖層的重量。隨深度而增加，近于上覆巖層的重量。 在離地表在離地表0 0一一4040公里范圍內，根據巖層的平均公里范圍內，根據巖層的平均

16、密度計算，每加深一公里，負荷壓力平均增加密度計算，每加深一公里，負荷壓力平均增加0.275kb0.275kb，一般負荷壓力隨深度大約以（，一般負荷壓力隨深度大約以（0.25-0.25-0.30.3）Kb/KmKb/Km的速率而增加。其數(shù)值主要取決于巖的速率而增加。其數(shù)值主要取決于巖石在地殼中所處的深度，負荷壓力與不同地區(qū)上石在地殼中所處的深度，負荷壓力與不同地區(qū)上覆巖石密度和深度成相關。變質作用的壓力范圍覆巖石密度和深度成相關。變質作用的壓力范圍一般為一般為0.2-15Kb0.2-15Kb（0.02-1.5GPa0.02-1.5GPa） 。 負荷壓力對變質反應的主要作用是有利于負荷壓力對變質反

17、應的主要作用是有利于生成分子體積較小的礦物組合；生成分子體積較小的礦物組合；鎂橄欖石鎂橄欖石+ +鈣長石鈣長石 石榴石石榴石 43.9 101.1 12143.9 101.1 121靜壓力還可使吸熱變質反應的溫度升高。靜壓力還可使吸熱變質反應的溫度升高。 2）粒間流體壓力 一般來說，任何巖石在變質前早已多多少少地含有一定量的流體，變質作用一旦開始，它們便被釋放出來，它們充填于毛細孔和微裂隙中，不完全被顆粒所吸附，成為一個獨立的相，具有一定的流體壓力。 流體壓力的大小將取決于在地殼中所處的深度。 粒間流體壓力升高，粒間流體壓力升高，不利于脫碳反應，導致不利于脫碳反應，導致變質反應的溫度增加。變質

18、反應的溫度增加。 原巖含原巖含H H2 2O O不足時，又不足時，又可能會出現(xiàn)流體壓力小可能會出現(xiàn)流體壓力小于負荷壓力的狀況，會于負荷壓力的狀況，會大大有利于脫水和脫碳大大有利于脫水和脫碳酸反應的進行；酸反應的進行； 相反，粒間流體壓力相反，粒間流體壓力升高，不利于脫碳反應，升高，不利于脫碳反應，導致變質反應的溫度增導致變質反應的溫度增加加 。方解石+石英=硅灰石+二氧化碳粒間流體壓力加大可促進巖石顆粒的重結粒間流體壓力加大可促進巖石顆粒的重結晶，抑制含結構水的礦物的分解。晶，抑制含結構水的礦物的分解。當當P PH2OH2O增大時有利于水化反應，相反有利于增大時有利于水化反應，相反有利于發(fā)生脫

19、水反應。發(fā)生脫水反應。 總之，變質作用過程中一般是流體壓力總之，變質作用過程中一般是流體壓力與負荷壓力相等，此時流體壓力都不是決與負荷壓力相等，此時流體壓力都不是決定物化平衡的獨立因素；當少數(shù)情況下兩定物化平衡的獨立因素；當少數(shù)情況下兩者不相等時，則流體壓力起獨立作用，成者不相等時，則流體壓力起獨立作用，成為控制脫水和脫碳酸鹽化等變質反應的主為控制脫水和脫碳酸鹽化等變質反應的主要因素。要因素。3 3）應力）應力 應力是一種定向壓力，常和地殼活動帶應力是一種定向壓力，常和地殼活動帶的構造運動有關，在一個地區(qū)的出現(xiàn)常具有的構造運動有關，在一個地區(qū)的出現(xiàn)常具有階段性，其強度在空間上也變化很大，且只階

20、段性，其強度在空間上也變化很大，且只對固態(tài)巖層起作用。一般應力在地殼淺部較對固態(tài)巖層起作用。一般應力在地殼淺部較強，至深部則減弱。強，至深部則減弱。 據黨亞民（據黨亞民（20092009）研究，地殼中構造應力與密度）研究，地殼中構造應力與密度異常有關，在密度異常變化較大的地區(qū)異常有關，在密度異常變化較大的地區(qū), ,構造應力的構造應力的變化也較大變化也較大, ,密度異常可能是構造運動的主因密度異常可能是構造運動的主因; ;如密如密度異常不變度異常不變, ,構造應力隨深度的增加而增加構造應力隨深度的增加而增加; ;在在20 km20 km以下構造應力為張應力以下構造應力為張應力, ,約為約為100

21、-150MPa100-150MPa。因此，地。因此，地殼淺部以壓應力為強，深部以張應力為強。殼淺部以壓應力為強，深部以張應力為強。 l 應力是變形、變質作用的重要因素，主要表現(xiàn)應力是變形、變質作用的重要因素，主要表現(xiàn)為對巖石和礦物進行機械改造。為對巖石和礦物進行機械改造。l 地殼淺部巖石的變形，板狀流劈理、片理和碎地殼淺部巖石的變形，板狀流劈理、片理和碎裂構造的形成顯然都和應力直接有關。裂構造的形成顯然都和應力直接有關。 l區(qū)域變質巖中結晶片理的成因是通過組份的差異區(qū)域變質巖中結晶片理的成因是通過組份的差異性運動形成定向組構，性運動形成定向組構，l應力還能通過多種途徑增加變質反應和重結晶作應力

22、還能通過多種途徑增加變質反應和重結晶作用的速度，促進這些化學反應的進行，尤其在較低用的速度，促進這些化學反應的進行，尤其在較低溫壞境中，它的影響更為明顯。溫壞境中，它的影響更為明顯。 l應力是一個影響礦物平衡的獨立因素，在應力作應力是一個影響礦物平衡的獨立因素，在應力作用下，晶格變形、位錯、碎粒化和表面能的增加等用下，晶格變形、位錯、碎粒化和表面能的增加等對固相反應起催化的作用。對固相反應起催化的作用。在錯斷帶和退變質地帶，應力常常是導致變質反應在錯斷帶和退變質地帶，應力常常是導致變質反應的工兵，并為裂隙溶液的循環(huán)打開通道，促進重結晶的工兵，并為裂隙溶液的循環(huán)打開通道，促進重結晶作用和交代作用

23、。作用和交代作用。 在地殼較深部，因溫度較高，負荷壓力較大，巖石在地殼較深部，因溫度較高，負荷壓力較大，巖石具有塑性，此時應力可通過巖石的塑性變形而被釋放，具有塑性，此時應力可通過巖石的塑性變形而被釋放，所以它們就不可能起附加壓力的作用。所以它們就不可能起附加壓力的作用。近來的地質觀察和實驗研究都表明它們不是變質反近來的地質觀察和實驗研究都表明它們不是變質反應的物化平衡因素，所以一般情況下，也不是形成任應的物化平衡因素，所以一般情況下，也不是形成任何變質礦物的必要條件。何變質礦物的必要條件。3 3、具化學活動性的流體、具化學活動性的流體（1 1）以水為主的流體）以水為主的流體u巖石是保持完整的

24、固態(tài)，但其中常存在少量流體巖石是保持完整的固態(tài)，但其中常存在少量流體相，一般其總量不超過相，一般其總量不超過1-21-2，且隨原巖變質程度的，且隨原巖變質程度的加強而減少。加強而減少。u流體相的成分以水和流體相的成分以水和COCO2 2為主，在變質作用的溫壓為主，在變質作用的溫壓條件下，巖石中的某些組分如條件下，巖石中的某些組分如K K、NaNa、SiSi、MgMg、AlAl、FeFe、ClCl、F F、S S等也可溶解到流體相中作為流體相的等也可溶解到流體相中作為流體相的組成部分。組成部分。u研究表明，流體的成分與變質母巖的成分和變質研究表明，流體的成分與變質母巖的成分和變質程度有關。程度有

25、關。 它們在較高的溫度和壓力條件下，成它們在較高的溫度和壓力條件下，成超臨超臨界狀態(tài)界狀態(tài)，具有較大活動性；，具有較大活動性；在較低溫條件下，則成一般的熱液，稱為在較低溫條件下，則成一般的熱液，稱為變質熱液變質熱液；它們既可存在于礦物粒隙之間，稱為它們既可存在于礦物粒隙之間，稱為間隙間隙溶液溶液，也可填充在裂隙中，成能自由流動，也可填充在裂隙中，成能自由流動的的裂隙溶液裂隙溶液。 它們所起的作用主要有以下幾個方面：它們所起的作用主要有以下幾個方面： 1 1）流體溶液可以起溶劑作用；）流體溶液可以起溶劑作用； 2 2）水化和脫水反應是很重要的變質反應；）水化和脫水反應是很重要的變質反應； 絹云母

26、絹云母+ +綠泥石綠泥石=黑云母黑云母+H+H2 2O O 3 3）以水為主的流體相對于重熔（溶）作用也）以水為主的流體相對于重熔（溶）作用也很重要。很重要。 花崗巖重熔花崗巖重熔9509500 0C C；花崗巖；花崗巖+ +水水=640=6400 0C C。流體熔液主要來源于沉積原巖。變質作用達到中高溫流體熔液主要來源于沉積原巖。變質作用達到中高溫變質條件時，溶液的化學成分都已與相鄰礦物之間處變質條件時，溶液的化學成分都已與相鄰礦物之間處于平衡狀態(tài)，而和原來的化學成分則有較大差異，其于平衡狀態(tài)，而和原來的化學成分則有較大差異，其物性也有重大變化，即由一般的熱液變成超臨界的流物性也有重大變化，

27、即由一般的熱液變成超臨界的流體相，從被封閉的海水轉變成為變質熱液的過程中，體相，從被封閉的海水轉變成為變質熱液的過程中，它們成分變化的趨勢是它們成分變化的趨勢是ClCl- -、CaCa+、SrSr+、BaBa+ +和和K K+ +增加，增加，而而SOSO4 4-2-2、HCOHCO3 3、NaNa+ +、MgMg2+2+則減少。它們和變質反應及則減少。它們和變質反應及交代作用都關系很大，已日益引起人們的注意。交代作用都關系很大，已日益引起人們的注意。此外，在區(qū)域變質作用的后期，當熱流值繼續(xù)升高時，此外，在區(qū)域變質作用的后期，當熱流值繼續(xù)升高時，常還有深部上升的流體溶液，有時稱之為常還有深部上升

28、的流體溶液，有時稱之為“深部熱深部熱液液”，它們對已變質的巖石進行一系列交代作用，形，它們對已變質的巖石進行一系列交代作用，形成各種混合巖及花崗質巖石。成各種混合巖及花崗質巖石。（2 2）氧的作用）氧的作用在變質作用過程中，氧不是流體相的主要組份，但巖石中氧的在變質作用過程中，氧不是流體相的主要組份，但巖石中氧的活動性（或活動性（或PoPo2 2的大小）和變質礦物組合有很大關系，的大小）和變質礦物組合有很大關系，當氧的分壓（當氧的分壓（PoPo2 2）較高時，巖石中的鐵大多數(shù)成）較高時，巖石中的鐵大多數(shù)成FeFe3+3+離子，離子，后者不能大量進入多數(shù)鐵鎂硅酸鹽（如黑云母、鐵鋁榴石、堇后者不能

29、大量進入多數(shù)鐵鎂硅酸鹽（如黑云母、鐵鋁榴石、堇青石等）礦物中，只有磁鐵礦、綠簾石和鈣鐵榴石等少數(shù)礦物青石等）礦物中，只有磁鐵礦、綠簾石和鈣鐵榴石等少數(shù)礦物可含較大量可含較大量FeFe3+3+。 當氧的活動性太大時，則富含鐵的硅酸鹽如綠簾石等也難以當氧的活動性太大時，則富含鐵的硅酸鹽如綠簾石等也難以出現(xiàn)，只有磁鐵礦、赤鐵礦等才是穩(wěn)定礦物。出現(xiàn)，只有磁鐵礦、赤鐵礦等才是穩(wěn)定礦物。 近來研究證實流體相中和泥質變質巖中黑云母、白云母、近來研究證實流體相中和泥質變質巖中黑云母、白云母、石榴石和堇青石等礦物的穩(wěn)定范圍及其成分中石榴石和堇青石等礦物的穩(wěn)定范圍及其成分中MgOMgOFeOFeO比值關比值關系很

30、大。系很大。當當PoPo2 2低時，這些礦物會出現(xiàn)較早，且其低時，這些礦物會出現(xiàn)較早，且其MgOMgOFeOFeO比值較低，比值較低，即較富含鐵；即較富含鐵；相反當相反當PoPo2 2較高時，則這些礦物出現(xiàn)較晚，且相同較高時，則這些礦物出現(xiàn)較晚，且相同P-TP-T條件下，條件下，MgOMgOFeOFeO比值較高，即較富含鎂。比值較高，即較富含鎂。（3 3）二氧化碳的作用）二氧化碳的作用 流體流體 (Xco(Xco2 2) )成分對碳酸鹽化與脫碳酸反應具有重成分對碳酸鹽化與脫碳酸反應具有重要的控制作用，特別是對碳酸鹽巖發(fā)育地區(qū)，局部要的控制作用，特別是對碳酸鹽巖發(fā)育地區(qū)，局部流體中流體中XcoX

31、co2 2很高外，高級變質很高外，高級變質地體形成時地體形成時XcoXco2 2也很高。也很高。 所以近年來有的學者強調所以近年來有的學者強調XcoXco2 2在形成麻粒巖和紫蘇花崗巖方在形成麻粒巖和紫蘇花崗巖方面起著決定性的作用。面起著決定性的作用。自然界自然界COCO2 2并不能迅速逃逸。并不能迅速逃逸。一方面，一方面，XcoXco2 2取決于原巖及環(huán)取決于原巖及環(huán)境；境；XcoXco2 2愈高，脫碳酸反應的愈高，脫碳酸反應的起始溫度也愈高。一般情況下起始溫度也愈高。一般情況下在同樣的流體壓力下硅灰石的在同樣的流體壓力下硅灰石的形成溫度比形成溫度比XcoXco2 2=1=1的平衡溫度的平衡

32、溫度大約要低大約要低10301030。另一方面，隨著脫碳酸反應的另一方面，隨著脫碳酸反應的進行，局部進行，局部XcoXco2 2便會增高，反便會增高，反轉來要求反應溫度也愈來愈高，轉來要求反應溫度也愈來愈高，XcoXco2 2和反應互為因果。在和反應互為因果。在PtPt圖圖解上反應物和生成物四相共存解上反應物和生成物四相共存于于Xco2=0和和Xco2=1之間的一個雙之間的一個雙變反應帶之中，而不是一條簡變反應帶之中，而不是一條簡單的單變反應線。單的單變反應線。 4 4、時間、時間 由于變質反應往往極其緩慢，所以外由于變質反應往往極其緩慢，所以外界環(huán)境需要在適宜反應的條件下保持足夠界環(huán)境需要在

33、適宜反應的條件下保持足夠長的時間，（一般要幾百萬年），反應才長的時間，（一般要幾百萬年），反應才得以發(fā)生。換言之，外界條件改變的速率得以發(fā)生。換言之，外界條件改變的速率要小于變質反應的速率，才能發(fā)生變質反要小于變質反應的速率，才能發(fā)生變質反應。應。 在在108Pa、8300C下加熱下加熱滑石，隨著時間各種礦滑石，隨著時間各種礦物的消長情況物的消長情況.Tc-滑石、滑石、Ant-直閃石、直閃石、En-頑火輝石、頑火輝石、Q-石英石英礦物含量 1.1.溫度溫度: : 一般是最重要因素，它不僅控制著變質作用的發(fā)一般是最重要因素，它不僅控制著變質作用的發(fā)生和發(fā)展，也制約著流體的活性和巖石變形性質；生和

34、發(fā)展，也制約著流體的活性和巖石變形性質；2.2.壓力壓力: : 影響物化平衡的獨立因素，有時對礦物組合起決定影響物化平衡的獨立因素，有時對礦物組合起決定作用；作用；3.3.應力應力: : 不是物化平衡的獨立因素，但它是變質巖組構的最不是物化平衡的獨立因素，但它是變質巖組構的最重要因素，此外還控制著變質反應的速度和規(guī)模；重要因素，此外還控制著變質反應的速度和規(guī)模；4.4.流體流體: :是變質作用得以實現(xiàn)的基本因素，但溫度又是流體是變質作用得以實現(xiàn)的基本因素，但溫度又是流體具有活動性的前提。具有活動性的前提。相互關系相互關系-相互促進又相互制約相互促進又相互制約四、變質作用P-T-t軌跡 1P-T

35、-t軌跡的概念 1977年England和Richardson在一篇論述侵蝕作用對造山帶區(qū)域變質作用演化過程的影響的論文中提出的，當初稱作P-T軌跡(P-T path)。以后，England和Thompson在對大陸增厚事件中經受區(qū)域變質作用巖石的P-T演化規(guī)律全面熱模擬研究基礎上，正式提出P-T-t軌跡這一術語(England and Thompson，1984）； 巖石在變質作用過程中巖石在變質作用過程中P-TP-T條件隨時間條件隨時間(t)(t)的變化而變化的歷程或在的變化而變化的歷程或在P-TP-T圖解中表示該歷程圖解中表示該歷程的曲線的曲線”(Miyashim(Miyashim，19

36、94)1994)。P-T-tP-T-t軌跡時一個非常主要的概念軌跡時一個非常主要的概念變質作用的變質作用的P-T-t軌跡是上世紀軌跡是上世紀80年代，在年代，在研究研究造山帶變質作用的基礎上提出的造山帶變質作用的基礎上提出的P-T-t軌跡的研究是從地球動力的角度研究造山軌跡的研究是從地球動力的角度研究造山帶變質作用帶變質作用P-T-t軌跡變質作用理論的提出被認為是變質巖軌跡變質作用理論的提出被認為是變質巖石學理論研究的一個重大突破，石學理論研究的一個重大突破，它使得人們從它使得人們從動態(tài)的觀點，重新審視變質巖石學領域的一些動態(tài)的觀點，重新審視變質巖石學領域的一些重大問題和基本概念，是標志著變質

37、作用研究重大問題和基本概念，是標志著變質作用研究進入地球動力學階段的里程碑。進入地球動力學階段的里程碑。P-T-t軌跡是表示變質作用過程中壓力軌跡是表示變質作用過程中壓力(P)、溫度、溫度(T)隨時間隨時間(t)變化的歷程，在平面圖上用曲線來變化的歷程，在平面圖上用曲線來表示變質歷程（軌跡）表示變質歷程（軌跡） 變質地體的熱模擬和變質巖經歷的變質地體的熱模擬和變質巖經歷的P-T-tP-T-t軌軌跡、熱演化及構造演化之間的關系研究成果表跡、熱演化及構造演化之間的關系研究成果表明，巖石經歷的實際明，巖石經歷的實際P-T-tP-T-t軌跡的特點與變質軌跡的特點與變質作用構造環(huán)境密切相關。作用構造環(huán)境

38、密切相關。 下面以大陸碰撞造山帶為例，介紹下面以大陸碰撞造山帶為例，介紹P-T-tP-T-t軌軌跡與構造跡與構造- -熱演化過程的關系及有關基本概念。熱演化過程的關系及有關基本概念。2.PTt2.PTt軌跡軌跡 A.B.Thompson1976A.B.Thompson1976，提出隨著深度，提出隨著深度( (壓力壓力) )的增加，的增加，變質溫度級可能提高，也可能反而降低，這取決于古變質溫度級可能提高，也可能反而降低，這取決于古溫度梯度與古壓力梯度之間夾角的大小以及古侵蝕面溫度梯度與古壓力梯度之間夾角的大小以及古侵蝕面與現(xiàn)侵蝕面之間的相對關系。與現(xiàn)侵蝕面之間的相對關系。 因而變質相系列的分布和

39、成因也是一個受許多因因而變質相系列的分布和成因也是一個受許多因素控制的復雜問題。如逆掩模型、侵入模型、侵蝕模素控制的復雜問題。如逆掩模型、侵入模型、侵蝕模型。，這些事件都會使巖石實際所經歷的型。，這些事件都會使巖石實際所經歷的PTtPTt軌跡與軌跡與該地區(qū)的穩(wěn)態(tài)地熱梯度嚴重偏離。該地區(qū)的穩(wěn)態(tài)地熱梯度嚴重偏離。 巖石一般經歷三個階段：一是掩埋階段，在碰撞巖石一般經歷三個階段：一是掩埋階段，在碰撞帶和造山帶都假定掩埋期是很迅速的；帶和造山帶都假定掩埋期是很迅速的； 二是從擾動地熱梯度向穩(wěn)態(tài)地熱梯度轉化的過程，二是從擾動地熱梯度向穩(wěn)態(tài)地熱梯度轉化的過程，稱為熱弛豫效應，一般是明顯的加熱效應；稱為熱弛

40、豫效應，一般是明顯的加熱效應； 三是抬升與侵蝕過程，使巖石重新冷卻。三是抬升與侵蝕過程，使巖石重新冷卻。19841984年年P PC CEnglandEngland和和A.B.ThompsonA.B.Thompson對大陸增厚帶對大陸增厚帶的的PTtPTt軌跡做了全面總結。軌跡做了全面總結。低溫高壓變質相系的軌跡：低溫高壓變質相系的軌跡： ACAC代表快速沉降又快速抬升的情形，巖石最大埋代表快速沉降又快速抬升的情形，巖石最大埋深處經歷最高溫度，整個過程時間較短，幾乎沒有深處經歷最高溫度，整個過程時間較短，幾乎沒有熱弛豫過程。熱弛豫過程。中壓相系的軌跡：中壓相系的軌跡： ABDABD伴有中等的伴

41、有中等的熱弛豫和中等的抬熱弛豫和中等的抬升侵蝕速率，在此升侵蝕速率，在此最大埋深略淺處經最大埋深略淺處經歷最高溫度歷最高溫度高溫低壓變質相系的軌跡：高溫低壓變質相系的軌跡： ABEABE伴有充分的熱，在顯著的侵蝕作用開始前，伴有充分的熱，在顯著的侵蝕作用開始前，巖石已接近于穩(wěn)態(tài)地熱梯度。如果誘發(fā)熔融事件和巖石已接近于穩(wěn)態(tài)地熱梯度。如果誘發(fā)熔融事件和一次相當規(guī)模的巖漿侵入活動，則一次相當規(guī)模的巖漿侵入活動，則PTtPTt軌跡便可能穿軌跡便可能穿過穩(wěn)態(tài)地熱曲線過穩(wěn)態(tài)地熱曲線而到達高溫一側。而到達高溫一側。3、碰撞造山帶的變質作用、碰撞造山帶的變質作用碰撞造山帶的形成：碰撞造山帶的形成：碰撞期碰撞期

42、深變質期深變質期褶返期褶返期高壓低溫變質期高壓低溫變質期高壓高溫變質期高壓高溫變質期退變質期退變質期埋藏期埋藏期加熱期加熱期冷卻期冷卻期PT1)埋藏期埋藏期在這一階段由于逆在這一階段由于逆沖、褶皺等構造原沖、褶皺等構造原因使地殼因使地殼(或巖石圈或巖石圈)縮短增厚，發(fā)生構縮短增厚，發(fā)生構造埋藏。造埋藏。2)加熱期或熱松弛加熱期或熱松弛期，這是侵蝕作用期，這是侵蝕作用開始階段。開始階段。3)冷卻期冷卻期熱峰過后，隨著較熱峰過后，隨著較迅速地侵蝕，巖石迅速地侵蝕，巖石越來越接近地表，越來越接近地表，因為熱的散失量超因為熱的散失量超過加入量而出現(xiàn)冷過加入量而出現(xiàn)冷卻期。卻期。 也有人把變質作用的其它

43、因素考慮進去，有研也有人把變質作用的其它因素考慮進去，有研究究 P-T-x 軌跡和軌跡和P-T-D軌跡等。軌跡等。x 代表某種流體組分，代表某種流體組分，D代表變形作用代表變形作用4、幾個概念、幾個概念進變質進變質：單個巖石樣品中變質作用程度隨時間單個巖石樣品中變質作用程度隨時間而增加，不同變質程度發(fā)生在不同的時間而增加，不同變質程度發(fā)生在不同的時間遞增變質遞增變質：一個地區(qū)同時形成的一套變質巖石一個地區(qū)同時形成的一套變質巖石在空間上沿某一方向變質程度增強的現(xiàn)象在空間上沿某一方向變質程度增強的現(xiàn)象退變質退變質：隨溫度降低巖石由高溫礦物組合逐漸隨溫度降低巖石由高溫礦物組合逐漸向低溫礦物組合轉化的

44、作用向低溫礦物組合轉化的作用退化變質退化變質：在高溫相變質礦物組合上疊加了低在高溫相變質礦物組合上疊加了低溫變質作用，表示了不同的變質事件溫變質作用，表示了不同的變質事件四、變質作用的方式四、變質作用的方式 變質作用的方式是指使巖石發(fā)生變質的變質作用的方式是指使巖石發(fā)生變質的途徑或形式。變質作用的方式是復雜多樣的，途徑或形式。變質作用的方式是復雜多樣的，主要有重結晶作用、變質結晶作用和變質反主要有重結晶作用、變質結晶作用和變質反應、交代作用、變質分異作用以及變形作用應、交代作用、變質分異作用以及變形作用和碎裂作用等。和碎裂作用等。1 1、重結晶作用、重結晶作用 同種礦物經過重溶使組分遷移，然后

45、再同種礦物經過重溶使組分遷移，然后再沉淀結晶而不形成新礦物相的變質方式稱為沉淀結晶而不形成新礦物相的變質方式稱為重結晶作用。巖石經重結晶作用后，主要表重結晶作用。巖石經重結晶作用后，主要表現(xiàn)為晶粒由小變大。一般來說，原巖的成分現(xiàn)為晶粒由小變大。一般來說，原巖的成分愈單一、粒度愈小，則愈易發(fā)生重結晶作用。愈單一、粒度愈小，則愈易發(fā)生重結晶作用。 2 2、變質結晶作用和變質反應、變質結晶作用和變質反應 變質結晶作用是指在變質作用的溫度、變質結晶作用是指在變質作用的溫度、壓力范圍內，在原巖基本保持固態(tài)條件下，壓力范圍內，在原巖基本保持固態(tài)條件下，使舊礦物消失、新礦物形成的一種變質方使舊礦物消失、新礦

46、物形成的一種變質方式，這種方式是通過特定的化學反應來實式，這種方式是通過特定的化學反應來實現(xiàn)的，這種化學反應通常稱為變質反應。現(xiàn)的，這種化學反應通常稱為變質反應。1)固體-固體反應 多形轉變 Al2SiO5 = Al2SiO5 藍晶石或紅柱石 夕線石 固溶體的出溶 許多固溶體礦物在低溫下生成條紋狀交生體。 (K,Na)AlSi3O8- (K,Na)AlSi3O8 鉀長石 條紋長石純固相反應 NaAlSi2O6+SiO2=NaAlSi3O8 硬玉 石英 鈉長石2)固體=固體+流體反應 水化和脫水反應Al2Si4O10(OH)2=Al2SiO5十3SiO2十H20 葉蠟石 紅柱石或藍晶石 碳酸化與脫碳酸反應方解石（Cc）石英=硅灰石CO2 3)氧化一還原反應6Fe2O3=4Fe3O4十O2赤鐵礦 磁鐵礦二、連續(xù)反應和不連續(xù)反應二、連續(xù)反應和不連續(xù)反應不連續(xù)反應（單變反應）