變質(zhì)作用與變質(zhì)巖PPT課件

1、第一節(jié) 變質(zhì)作用的原理一、變質(zhì)作用的概念1變質(zhì)作用 指各種巖石(沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖)基本上在固態(tài)下受到內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用，發(fā)生礦物成分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的變化而變成一種新巖石的過(guò)程。稱(chēng)為變質(zhì)作用。2.變質(zhì)巖 遭受變質(zhì)作用而變成的新巖石，稱(chēng)為變質(zhì)巖。副變質(zhì)巖 沉積巖經(jīng)變質(zhì)作用形成的變質(zhì)巖，稱(chēng)為副變質(zhì)巖；正變質(zhì)巖 巖漿巖經(jīng)變質(zhì)作用形成的變質(zhì)巖，稱(chēng)為正變質(zhì)巖。3.鑒定變質(zhì)巖標(biāo)志：重結(jié)晶 變質(zhì)礦物 片理構(gòu)造第1頁(yè)/共50頁(yè)二、變質(zhì)作用的控制因素 變質(zhì)作用主要發(fā)生在地下深處溫度、壓力較高的環(huán)境，變質(zhì)作用的能源來(lái)自地球內(nèi)部。因此,控制因素主要是 溫度 壓力 活動(dòng)性流體 時(shí)間 這四個(gè)因素的變化，可以影響變質(zhì)作用的

2、強(qiáng)度、范圍和產(chǎn)物，進(jìn)而決定變質(zhì)作用的類(lèi)型。第2頁(yè)/共50頁(yè)(一) 溫度當(dāng)溫度升高到1502500C時(shí)，即開(kāi)始有變質(zhì)礦物，如濁沸石、葉蠟石、鈉云母等生成。溫度再升高，非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)的CaC03將結(jié)晶增大成顯晶質(zhì)的方解石，即發(fā)生重結(jié)晶作用。當(dāng)溫度超過(guò)6500C時(shí)，一些巖石出現(xiàn)部分熔融現(xiàn)象，產(chǎn)生少量長(zhǎng)英質(zhì)流體相。這是混合巖化作用發(fā)生。(二) 壓力例如低壓環(huán)境中形成的紅柱石(A12Si05)，其相對(duì)密度為3.13.2； 當(dāng)其處于高壓環(huán)境時(shí)，可轉(zhuǎn)化為分子體積較小、相對(duì)密度較大(3.563.66)的藍(lán)晶石(A12SiO5)。 紅柱石(A12Si05) 藍(lán)晶石(A12SiO5)(三)化學(xué)活動(dòng)性流體 在變質(zhì)作

3、用中，化學(xué)活動(dòng)性甚強(qiáng)的流體(H20及C02)可以促進(jìn)組分的溶解和遷移，促進(jìn)變質(zhì)作用的發(fā)生。也可降低巖石的重熔溫度，實(shí)驗(yàn)表明，花崗質(zhì)巖石不含揮發(fā)性組分的流體時(shí)，其重熔溫度為9500C；若含有飽和溶液時(shí)，則在640200C時(shí)即開(kāi)始部分重熔。(四)時(shí)間 時(shí)間是影響變質(zhì)作用的重要因素。在一定的變質(zhì)溫度、壓力條件下，如果沒(méi)有足夠的作用時(shí)間，原巖的變質(zhì)反應(yīng)將不明顯至主要的變質(zhì)作用不能進(jìn)行，因?yàn)榈V物的重結(jié)晶、重組合、交代作用和塑性變形等，都是緩慢的進(jìn)程。只有充足的時(shí)間才能使變質(zhì)作用對(duì)原巖作有效的改造，形成各類(lèi)變質(zhì)巖。第3頁(yè)/共50頁(yè)重結(jié)晶作用變質(zhì)反應(yīng)或重組合作用交代作用變形與碎裂作用三、變質(zhì)作用的方式第4頁(yè)

4、/共50頁(yè)(一)重結(jié)晶作用 是指巖石在變質(zhì)作用過(guò)程中，同種礦物顆粒不斷增大,相對(duì)大小逐漸均勻化，顆粒外形變得較規(guī)則的變化過(guò)程。稱(chēng)為重結(jié)晶作用。重結(jié)晶作用不形成新的礦物類(lèi)型。輝石石英巖，在重結(jié)晶過(guò)程中，由于輝石與石英之間的相對(duì)表面張力大于石英本身顆粒之間的表面張力,，所以石英成較大顆粒，彼此直接接觸，而輝石則成細(xì)粒分散在幾個(gè)石英顆粒之間。輝石石英巖中少量細(xì)粒輝石分散在較大的石英顆粒之間石英輝石第5頁(yè)/共50頁(yè)(二)變質(zhì)反應(yīng) 在原巖基本保持固態(tài)、且?guī)r石總的化學(xué)成分不變(除揮發(fā)組分外) 的條件下，部分原有礦物通過(guò)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)(主要是與粒間孔隙溶液作用)而趨于消失，同時(shí)形成新的穩(wěn)定礦物的過(guò)程，稱(chēng)

5、為變質(zhì)反應(yīng)或重組合作用。如：水化-脫水反應(yīng) 在溫度升高的情況下，泥質(zhì)巖石中的 高嶺石脫水變?yōu)槿~蠟石。A14Si402(OH)8 + 4Si022A12Si4010(OH)2 + 2H20 高嶺石 石英 葉蠟石 (氣)如果溫度增加到450以上時(shí)，葉蠟石將進(jìn)一步脫水轉(zhuǎn)化為紅柱石；A12Si402(OH)2A12Si05 + 3Si02 + H20 葉蠟石 紅柱石 石英 (氣) 第6頁(yè)/共50頁(yè) 碳酸鹽化-脫碳酸反應(yīng)。 Ca03 + Si02 CaSi03+ C02 方解石 石英 硅灰石 (氣) 氧化一還原反應(yīng)。 6Fe03 4Fe304 + 02 赤鐵礦 磁鐵礦 (氣) 同質(zhì)多像變體轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 A

6、12Si05 A12SiO5 A12Si05 紅柱石 藍(lán)晶石 夕線石第7頁(yè)/共50頁(yè) (三)交代作用 在變質(zhì)過(guò)程中， 當(dāng)存在大量化學(xué)活動(dòng)性流體時(shí)，通過(guò)部分變質(zhì)原巖物質(zhì)的帶出和外來(lái)物質(zhì)的帶入，從而造成原巖中某種礦物被另一種化學(xué)成分不同的新礦物所置換的作用，稱(chēng)為交代作用。交代前后的礦物體積基本保持不變。例如:含Na+的流體與鉀長(zhǎng)石反應(yīng)而置換出K+，形成新礦物鈉長(zhǎng)石： KAISi3O8 + Na+ NaAl308 + K+ 鉀長(zhǎng)石 (帶入) 鈉長(zhǎng)石 (帶出) 第8頁(yè)/共50頁(yè)(四)變形與碎裂作用巖石在應(yīng)力(定向壓力)作用下可產(chǎn)生多種變形行為。彈性變形 在應(yīng)力小于彈性限度時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律

7、，應(yīng)力消除則巖石立即恢復(fù)原狀，這種變形稱(chēng)為彈性變形。塑性變形 當(dāng)應(yīng)力增大超過(guò)巖石的彈性限度后，巖石雖未發(fā)生破裂變形，但在應(yīng)力消失后并不恢復(fù)原狀，這種變形稱(chēng)為塑性變形(永久變形)。破裂變形 當(dāng)應(yīng)力增大超過(guò)巖石的極限強(qiáng)度時(shí)，巖石將產(chǎn)生破裂，發(fā)生破裂變形，形成斷層。斷裂變形屬于脆性變形。 地質(zhì)上將宏觀上無(wú)明顯破裂的變形稱(chēng)為韌性變形。若從微觀上看，韌 性變形常由于晶體晶格的滑移、位錯(cuò)引起，實(shí)際上存在小尺度的破裂。第9頁(yè)/共50頁(yè)第二節(jié) 變質(zhì)作用的類(lèi)型 根據(jù)變質(zhì)作用發(fā)生部位的地質(zhì)環(huán)境、變質(zhì)因素的組合關(guān)系及變質(zhì)產(chǎn)物的特征，將變質(zhì)作用分為五種基本類(lèi)型。 接觸熱變質(zhì)作用 氣-液變質(zhì)作用 動(dòng)力變質(zhì)作用 區(qū)域變質(zhì)

8、作用 混合巖化作用第10頁(yè)/共50頁(yè) 1一、接觸熱變質(zhì)作用 發(fā)生在侵入巖體周?chē)蓭r漿侵入時(shí)的擴(kuò)散熱能引起接觸帶圍巖的重結(jié)晶作用。變質(zhì)前后巖石的化學(xué)成分基本上沒(méi)有改變。變質(zhì)作用的主要控制因素是溫度，大致在2506500C范圍內(nèi)。二、氣-液變質(zhì)作用是由具有較強(qiáng)化學(xué)活動(dòng)性的氣體和液體對(duì)原巖進(jìn)行交代作用而引起的。從巖漿活動(dòng)中析出的氣-水熱液對(duì)巖體與圍巖的接觸帶進(jìn)行的以交代作用為主的變質(zhì)改造稱(chēng)為接觸交代變質(zhì)作用。 遠(yuǎn)離侵入體而沿構(gòu)造破碎帶或粗大礦脈兩側(cè)發(fā)生的氣-液變質(zhì)作用，一般稱(chēng)為圍巖蝕變。三、動(dòng)力變質(zhì)作用 出現(xiàn)在大斷裂帶上或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地帶，由強(qiáng)大的側(cè)向擠壓力和剪切應(yīng)力引起，主要的變質(zhì)方式為變形與

9、碎裂。 在地下較淺處由于溫度較低，以脆性變形為主； 在地下較深處由于溫度較高，則以韌性變形為主，形成韌性剪切帶。第11頁(yè)/共50頁(yè)四、區(qū)域變質(zhì)作用是在較大區(qū)域內(nèi)發(fā)生的，由一種因素為主或多種因素綜合作用變質(zhì)作用。常與強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有密切聯(lián)系，并伴隨有大規(guī)模的形變、巖漿活動(dòng)和混合巖化等作用。熱量來(lái)源除構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力熱能和巖漿熱能外，主要的是從地幔上升的熱流?；瘜W(xué)活動(dòng)性流體的作用顯著而廣泛。區(qū)域變質(zhì)作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，多具有周期性疊加的作用過(guò)程。區(qū)域變質(zhì)作用的深度從地下幾公里至幾十公里，壓力為2X108一10X108Pa，溫度為2008000C。第12頁(yè)/共50頁(yè)五、混合巖化作用 是一種介于高度變質(zhì)作用

10、和巖漿作用之間的地質(zhì)作用。在這種作用過(guò)程中，有廣泛的流體相存在，溫度的升高已導(dǎo)致原巖的局部熔融，因而形成一種深融結(jié)晶巖與變質(zhì)巖相互成復(fù)雜組合的巖石混合巖。 一般將混合巖化作用看作變質(zhì)作用的上限是變質(zhì)作用與巖漿作用之間的一個(gè)環(huán)節(jié)。第13頁(yè)/共50頁(yè) 第三節(jié) 變質(zhì)巖的特征 一、變質(zhì)巖的化學(xué)成分 主要是氧化物：Si02、A1203、Fe203、FeO、MgO、CaO、Na20、K20、MnO、H20、C02、TiO、P205等。 第14頁(yè)/共50頁(yè) 變質(zhì)巖礦物突出的特征：1廣泛發(fā)育纖維狀、片狀、長(zhǎng)柱狀和針狀礦物，如透閃石、陽(yáng)起石、云母類(lèi)、石墨、夕線石、角閃石等；2常出現(xiàn)相對(duì)密度大、分子體積小的礦物，

11、如石榴石、硬玉等；3同質(zhì)異像礦物發(fā)育，如紅柱石、藍(lán)晶石和夕線石，其化學(xué)組成(Al2Si05)相同，但礦物穩(wěn)定的壓力-溫度(p-t)范圍很狹小二、變質(zhì)巖的礦物成分第15頁(yè)/共50頁(yè) 三、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu) 是指變質(zhì)巖中礦物顆粒的大小、形狀以及它們之間的相互關(guān)系。 一般根據(jù)成因?qū)⒆冑|(zhì)巖的結(jié)構(gòu)分為四大類(lèi)： 變余結(jié)構(gòu) 變晶結(jié)構(gòu) 破碎結(jié)構(gòu) 交代結(jié)構(gòu)第16頁(yè)/共50頁(yè)(一)變余結(jié)構(gòu) 在變質(zhì)程度較淺的變質(zhì)巖中，由于重結(jié)晶作用和變質(zhì)反應(yīng)進(jìn)行得不徹底，原巖中的一些結(jié)構(gòu)特征被部分地保留下來(lái)，這樣形成的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為變余結(jié)構(gòu)。 變余結(jié)構(gòu)的命名可在原巖結(jié)構(gòu)之前加上“變余”二字。1副變質(zhì)巖的變余結(jié)構(gòu) 原巖為砂巖或礫巖的變質(zhì)巖中，

12、常保留著砂?；虻[石的外形，但原來(lái)的泥質(zhì)膠結(jié)物多已結(jié)晶成為絹云母、綠泥石等礦物，或有明顯的重結(jié)晶現(xiàn)象 (鈣質(zhì)膠結(jié)物重結(jié)晶為顯晶的方解石)。這種結(jié)構(gòu)可稱(chēng)為變余砂狀結(jié)構(gòu)或變余礫狀結(jié)構(gòu)。第17頁(yè)/共50頁(yè)2正變質(zhì)巖的變余結(jié)構(gòu) 原巖為噴出巖、淺成巖或凝灰?guī)r時(shí)，一般多具有斑狀結(jié)構(gòu)或凝灰結(jié)構(gòu)。這些巖石受到輕度變質(zhì)作用后，巖石中的斑晶或大的碎屑變質(zhì)不明顯，或仍保留原有的外形，而微細(xì)的基質(zhì)則多重結(jié)晶為顯晶質(zhì)礦物，如石英、絹云母、綠泥石、角閃石、斜長(zhǎng)石等。這些結(jié)構(gòu)可稱(chēng)為變余斑狀結(jié)構(gòu)、變余凝灰結(jié)構(gòu)或變余輝綠結(jié)構(gòu)。第18頁(yè)/共50頁(yè)(二)變晶結(jié)構(gòu)由重結(jié)晶或重組合作用形成的全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，無(wú)玻璃質(zhì)，礦物多呈定向排列。 粗粒

13、變晶結(jié)構(gòu) 主要礦物粒徑3mm； 中粒變晶結(jié)構(gòu) 主要礦物粒徑3一lmm； 細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu) 主要礦物粒徑1-01mm； 顯微變晶結(jié)構(gòu) 主要礦物粒徑lOkm)，發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的韌性(塑性)剪切變形。大理巖中發(fā)育的糜棱巖可在地下較淺的環(huán)境中形成。第39頁(yè)/共50頁(yè)四、區(qū)域變質(zhì)巖類(lèi) 區(qū)域變質(zhì)是一種分布范圍廣大的變質(zhì)作用。在界各地，最古老的巖石如太古宙和中元古代的巖石，主要是由區(qū)域變質(zhì)巖和混合巖構(gòu)成。新元古代以來(lái)的許多大型造山帶的核部，區(qū)域變質(zhì)巖亦占主導(dǎo)地位。 常見(jiàn)的區(qū)域變質(zhì)巖1板巖 2千枚巖 3片巖 4片麻巖 5斜長(zhǎng)角閃巖6變粒巖 7石英巖 第40頁(yè)/共50頁(yè)房瓦1板巖 板巖的變質(zhì)程度很低，原巖的礦物基本上沒(méi)

14、有重結(jié)晶或只有少量重結(jié)晶，經(jīng)過(guò)脫水，硬度增高。板巖外表呈致密隱晶，其礦物成分難以鑒別；有時(shí)在板理面上有少量的云母、綠泥石等新生礦物。板巖一般由泥質(zhì)巖、粉砂巖、中酸性凝灰?guī)r經(jīng)輕微變質(zhì)而成。 通常按其顏色或含雜質(zhì)的不同加以命名，如黑色炭質(zhì)板巖、黃綠色粉砂質(zhì)板巖、灰色凝灰質(zhì)板巖等。其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)為變余泥構(gòu)、變余粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、變余凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)等。質(zhì)地堅(jiān)硬而富有一定彈性的板巖，可沿板理面成片剝開(kāi)成板材，作為房瓦、地面板或裝飾板材等開(kāi)發(fā)利用。第41頁(yè)/共50頁(yè)石英絹云母石英絹云母石英千枚巖石英絹云母千枚巖皺紋構(gòu)造2千枚巖 其變質(zhì)程度略高于板巖。原巖的礦物成分基本上已全部重結(jié)晶，主要由微小的絹云母、綠泥石、石英、

15、鈉長(zhǎng)石等新生物組成。千枚巖具微細(xì)鱗片變晶結(jié)構(gòu)，礦物顆粒粒徑多小于0.1mm。巖石的片理面上具明顯的絲絹光澤，并常見(jiàn)小皺紋構(gòu)造。千枚巖一般按顏色和可判別的礦物成分進(jìn)一步命名，如銀灰色千枚巖，硬綠泥石千枚巖、灰綠色鈣質(zhì)千枚巖(加HCI起泡)等。第42頁(yè)/共50頁(yè)3片巖 其分布極為廣泛。多具顯晶質(zhì)的鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，或基質(zhì)為鱗片變晶結(jié)構(gòu)的斑狀變晶結(jié)構(gòu)。主要由片狀礦物(云母、綠泥石、滑石等)、柱狀礦物(陽(yáng)起石、透閃石、角閃石等)和粒狀礦物(長(zhǎng)石、石英等)組成。若粒狀礦物含量50，則以占主導(dǎo)地位的二種礦物命名，如白云母石英片巖、角閃石石英片巖。一般規(guī)定片巖中的長(zhǎng)石含量50，且長(zhǎng)石含量25。片狀、柱狀礦物

16、有云母、角閃石、輝石等，有時(shí)含夕線石、藍(lán)晶石、石榴子石等特征變質(zhì)礦物。第44頁(yè)/共50頁(yè)5變粒巖 是一種長(zhǎng)石、石英70、且長(zhǎng)石25的具細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域變質(zhì)巖。變粒巖與片麻巖的區(qū)別在于其粒度比片麻巖細(xì)，不顯片麻狀構(gòu)造，多為塊狀構(gòu)造。變粒巖的礦物成分除石英、長(zhǎng)石外，還常見(jiàn)黑云母、角閃石、透閃石、透輝石、電氣石、磁鐵礦等。變粒巖可由粉砂巖、巖屑細(xì)砂巖、凝灰?guī)r及一些中酸性噴出巖，經(jīng)中高級(jí)區(qū)域變質(zhì)作用而形成。變粒巖常按主要暗色礦物進(jìn)一步命名，如黑云母變粒巖、角閃石變粒巖。第45頁(yè)/共50頁(yè)6石英巖 一般具塊狀構(gòu)造，有時(shí)為條帶狀構(gòu)造。石英巖由石英砂巖或硅質(zhì)巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用或接觸熱變質(zhì)作用而形成。巖石中除

17、石英外，可含少量長(zhǎng)石、云母、綠泥石、角閃石、輝石等。石英巖分布廣泛，是優(yōu)良的建筑材料；石英含量90、暗色礦物甚少的石英巖可作制造玻璃的原料。第46頁(yè)/共50頁(yè)五、混合巖類(lèi)混合巖化作用一般發(fā)生在負(fù)荷壓力甚大、溫度較高的地下深處(花崗巖的低熔融區(qū))，主要分布于下地殼內(nèi)特別是接近地幔的部位，因而現(xiàn)在地表所見(jiàn)到的混合巖多集中在太古宙和古元古代的結(jié)晶基底巖系中；此外，在一些造山帶的根部出現(xiàn)的高級(jí)區(qū)域變質(zhì)巖系中也可見(jiàn)到混合巖。研究表明，大多數(shù)混合巖與變質(zhì)程度很深的區(qū)域變質(zhì)巖呈逐漸過(guò)渡關(guān)系，出現(xiàn)于某些深成花崗巖體的邊緣部位?；旌蠋r是在固態(tài)巖石的變質(zhì)、改造過(guò)程中有較廣泛的巖漿狀流體參加，通過(guò)流體對(duì)變質(zhì)原巖的貫入和滲透交代作用而形成的新巖石。它通常是由殘留的變質(zhì)基體(如斜長(zhǎng)角閃巖、片麻巖、變粒巖等)和新生的長(zhǎng)英質(zhì)脈體所組成?；w巖石顏色較深，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，脈體巖石顏色較淺，具全晶質(zhì)粒狀結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)或偉晶結(jié)構(gòu)。根據(jù)基體與脈體的量比，基體中交代作用的強(qiáng)度及其它特點(diǎn)， (二)常見(jiàn)的混合巖 1注入混合巖類(lèi) 2混合片麻巖類(lèi) 3混合花崗巖第47頁(yè)/共50頁(yè)1注入混合巖類(lèi) 是指脈體數(shù)量少于基體，交代作用不