变质岩的形成过程 (1).ppt

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1、变质岩石学MetamorphicPetrology第一讲变质岩的形成过程（1）本讲基本问题问题（1）变质作用与变质岩概念（what）问题（2）变质岩是如何形成的呢？（How）问题（3）变质作用机制因何而启动和进行？（Why）问题（4）变质作用发生的地质构造环境（Where）沉积岩：表生环境，外力作用，风化、搬运、沉积；岩浆岩：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组构转变一、变质作用与变质岩概念变质作用——在地壳环境中，先存岩石（原岩,protolith）在固态下（下固相线subsoli

2、dus）发生的成分、组构转变过程的总和；变质岩——原岩成分与组构经固态转变过程（变质作用）而形成的新岩石。原岩为岩浆岩—正变质岩（ortho-）原岩为沉积岩—副变质岩（para-）原岩为变质岩—复变质岩（poly-）二、变质作用机制（How）变质作用机制：变质结晶、变形、变质分异；深熔作用（anatexis）与部分熔融（partialmelting——岩浆岩成因术语）；埋藏变质（burialmetamorphism）与成岩作用（diagenesis）过程的压实、重结晶和交代作用，属于沉积作用范畴）。变质结晶作用（Metamorphiccrystallization）变质结晶作用：先存岩

3、石（原岩）在变质作用温度压力条件范围内新矿物的结晶生长。包括：重结晶作用（等化学过程，封闭）交代作用（异化学过程，开放）1.1重结晶作用（recrystallization）——在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反应形式的再造过程。重结晶前后，岩石的造岩组分（除H2O、CO2等挥发分外）基本保持不变。特点：等化学过程封闭体系矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制可分狭义重结晶和变质结晶（变质反应）两种(Raymond,2002)（1）狭义重结晶：(Recrystallization,Raymond,2002)矿物成分不变下的结构调整：纯灰岩（沉）大理岩（变）纯石英砂岩（沉）

4、石英岩（变）纯灰岩粗粒大理岩细粒大理岩单矿物原岩结构变化成分不变Raymond,2002细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据Mason，1999）a.反应前：低温下，微晶方解石Cc（CaCO3）与碎屑石英Q（SiO2），通过重结晶改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；b.在碎屑石英边缘上生长出Wo（称反应边）：Cc+Q=Wo（CaSiO3）+CO2↑未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；c.反应后：因石英方解石，石英被全部消耗，未参与反应的Cc和新生长的Wo粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（Cc+Wo）。方解石石英方解石石英方解石硅灰石（2）变质

5、反应：（Neocrystallization，Raymond,2002）（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的含化石灰岩结核.（右）近岩体处，页岩变质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石+透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳挪威Oslo裂谷二叠纪接触变质晕内沉积岩向变质岩的转变露头照片（据KurtRucher&RodneyGrapes,2011）1.2变质交代作用（metasomatism）交代作用指在变质作用条件范围内，在以化学活动性流体为主要因素的作用下，使岩石中的造岩组分发生不同程度的带入或带出，使新形成岩石的化学成分（除H2O、CO2等挥发分外）部分或全部变化的变质过程。在交代过程中，岩石的体积

6、基本保持不变。交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。交代作用也可在成岩阶段发生，称成岩交代作用；在变质条件下发生的交代作用称为变质交代作用。活动元素（组分）与惰性元素（组分）；活动组分：可带入带出，岩石中该组分的绝对含量交代前后的含量发生改变，除H、F、Cl、S、C等挥发份组分以外，碱金属Na、K、Rb、Cs和碱土金属类元素Be、Ca、Mg、Sr、Ba、Si等常见；惰性组分：基本不发生带入带出，交代前后组分的绝对含量不发生改变，以重金属、稀土或超场强元素（HFSEs）常见；主量元素中包括Fe、Al、Mn、Ti等。某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体情况而定！交代机制——交

7、代作用中的活动组分的运移方式渗透（infiltration）：组分受压力差驱动，随溶液流动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中;扩散（diffusion）：组分受浓度差驱动，从高浓度域向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中；粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或化学位梯度是运移和交代的主要动力；交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。举例：判断以下反应是交代作用与变质重