變質(zhì)作用基本概念

變質(zhì)作用的基本概念

圖17-9P2591--白云母花崗巖在過量水條件下的固相線2--白云母花崗巖在過量水條件下的液相線

3--白云母花崗巖在無水添加條件下的固相線4--白云母花崗巖在無水添加條件下的液相線

5--拉斑玄武巖在過量水條件下的固相線6--拉斑玄武巖在過量水條件下的液相線

7--拉斑玄武巖在無水添加條件下的固相線8--拉斑玄武巖在無水添加條件下的液相線巖漿作用與變質(zhì)作用的過渡關(guān)系白云母花崗巖在過量水條件下的固相線白云母花崗巖在過量水條件下的液相線圖17-9P2591--白云母花崗巖在過量水條件下的固相線2--白云母花崗巖在過量水條件下的液相線

3--白云母花崗巖在無水添加條件下的固相線4--白云母花崗巖在無水添加條件下的液相線

5--拉斑玄武巖在過量水條件下的固相線6--拉斑玄武巖在過量水條件下的液相線

7--拉斑玄武巖在無水添加條件下的固相線8--拉斑玄武巖在無水添加條件下的液相線巖漿作用與變質(zhì)作用的過渡關(guān)系白云母花崗巖在無水添加條件下的固相線白云母花崗巖在無水添加條件下的液相線圖17-9P259

可見：1）流體的加入可以顯著降低部分熔融的起始溫度

2）在流體的作用下巖漿作用與變質(zhì)作用之間的界線將顯著偏向低溫方向巖漿作用與變質(zhì)作用的過渡關(guān)系白云母花崗巖在過量水條件下的固相線白云母花崗巖在過量水條件下的液相線白云母花崗巖在無水添加條件下的固相線白云母花崗巖在無水添加條件下的液相線圖17-9P259

可見：1）基性巖的部分熔融和完全熔融均難于酸性巖

2）流體作用異常顯著地降低了基性巖的熔融溫度巖漿作用與變質(zhì)作用的過渡關(guān)系拉斑玄武巖在過量水條件下的固相線拉斑玄武巖在過量水條件下的液相線拉斑玄武巖在無水添加條件下的固相線拉斑玄武巖在無水添加條件下的液相線一、變質(zhì)作用

定義(definition)

指巖石為適應(yīng)物理化學(xué)條件的變化,在基本保持固態(tài)條件下發(fā)生的礦物組成,結(jié)構(gòu)構(gòu)造和化學(xué)組成等方面的調(diào)整.***注意點(diǎn)(pointstoconsider)

1)基本保持固態(tài)(subsolidus),但是不排除有少量的流體相(如熔體)2)變質(zhì)作用發(fā)生時(shí)的物化條件不同于地表?xiàng)l件,也不同于地表以下的成巖環(huán)境.3)變質(zhì)以前的巖石稱為原巖(protolith),變質(zhì)以后的巖石稱為變質(zhì)巖(metamorphicrock)

二、變質(zhì)作用方式

1.變質(zhì)結(jié)晶（metamorphiccryatallization）

2.變形(deformation)3.變質(zhì)分異(metamorphicdifferentiation)變質(zhì)作用的方式

1.變質(zhì)結(jié)晶（metamorphiccryatallization）

2.變形(deformation)3.變質(zhì)分異(metamorphicdifferentiation)

定義:巖石在變質(zhì)條件下的結(jié)晶作用稱變質(zhì)結(jié)晶作用（metamorphiccrystallization）?！镏亟Y(jié)晶作用(recrystallization)

等化學(xué)變質(zhì)作用：變質(zhì)前后巖石的總化學(xué)成分不發(fā)生改變的變質(zhì)作用★交代作用(metasomatism)

異化學(xué)變質(zhì)作用：變質(zhì)前后巖石的總化學(xué)成分發(fā)生改變的變質(zhì)作用礦物重新組合變質(zhì)反應(yīng)1．1重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用（recrystallization）

指巖石在基本保持固體狀態(tài)下的礦物重新組合和通過化學(xué)反應(yīng)形成新礦物的過程。重結(jié)晶前后，巖石總化學(xué)成分（除H2O、CO2等揮發(fā)分外）保持不變(即巖石為封閉系統(tǒng))。只涉及礦物形狀、大小、空間位置變化而無新礦物的生成.重新組合使得同種礦物顆粒粒度增大，相對(duì)大小均勻，顆粒外形規(guī)則。在理想的單礦物巖石中，三連點(diǎn)結(jié)構(gòu)，即相鄰顆粒間的晶面夾角為120o，是結(jié)構(gòu)最穩(wěn)態(tài)的表現(xiàn)，也是化學(xué)平衡的表現(xiàn)。Exp.1礦物重新組合Fig.1輝長(zhǎng)巖體周圍的變燧石巖中,粒度與距巖體距離之間的關(guān)系

Fig.2含石英大大理巖的的結(jié)構(gòu)隨隨溫度的的演化a.低溫下Cc+Q平衡結(jié)構(gòu)構(gòu)；b.溫度超越越Cc+Q=Wo+CO2↑↑反應(yīng)溫度度時(shí)，粒粒度增大大的同時(shí)時(shí)Q與Cc反應(yīng)，形形成Wo反應(yīng)邊。。在Wo集合體內(nèi)內(nèi)有少量量Q殘留，不不平衡結(jié)結(jié)構(gòu)；c.反應(yīng)完全全，粒度度進(jìn)一步步增大，，形成新新的高溫溫條件下下穩(wěn)定的的礦物組組合Cc+Wo和平衡結(jié)結(jié)構(gòu)Exp.2變質(zhì)反應(yīng)應(yīng)石英方解石硅灰石補(bǔ)充一：：變質(zhì)質(zhì)反應(yīng)的的基本類類型:固-固反應(yīng)有流體參參加的反應(yīng)★多形轉(zhuǎn)變變★固溶體體出溶★純固相相之間的的反應(yīng)(連續(xù)反應(yīng)應(yīng)與不連連續(xù)反應(yīng)應(yīng))★H2O,CO2參與的反反應(yīng)★化學(xué)活活動(dòng)性流流體參與與的反應(yīng)應(yīng)方解石+石英=硅灰石+CO2白云母+石英=鉀長(zhǎng)石+夕線石+H2O石墨＝金金剛石石石英英＝柯柯石英英方解石＝＝硅灰石石＋石石英條紋長(zhǎng)石石的生成成反應(yīng)補(bǔ)充二：：連續(xù)續(xù)反應(yīng)和和不連續(xù)續(xù)反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)應(yīng)物與生生成物之之間的關(guān)關(guān)系，變變質(zhì)反應(yīng)應(yīng)可分為為不連續(xù)續(xù)反應(yīng)和和連續(xù)反反應(yīng)兩類類。不連續(xù)反反應(yīng)：偏離了平平衡條件件，不是是反應(yīng)物物消失（（生成物物穩(wěn)定））就是反反應(yīng)物穩(wěn)穩(wěn)定（生生成物消消失）。。連續(xù)反應(yīng)應(yīng)或滑動(dòng)反應(yīng)應(yīng)：在雙變區(qū)區(qū)中，成成分不斷斷調(diào)整，，反應(yīng)的的P-T條件取決決于巖石石成分。。硬玉+石英=鈉長(zhǎng)石不連續(xù)反反應(yīng)石榴石+H2O=綠泥石+石英連續(xù)反應(yīng)應(yīng)1.2交代作用用（metasomatism/replacement）定義：指固體巖巖石在化化學(xué)活動(dòng)動(dòng)性流體體作用下下通過組組分帶入入帶出而而使巖石石總化學(xué)學(xué)成分（（除H2O、CO2等揮發(fā)分分外）和和礦物成成分發(fā)生生變化的的過程。。巖石在在交代過過程中為為一開放放系統(tǒng),但系統(tǒng)保保持體積積不變。。交代作用用的方式式:滲透（infiltration）:組分在壓力差驅(qū)動(dòng)下，，借助溶溶液的流流動(dòng)，從從壓力高高處向壓壓力低處處遷移。。擴(kuò)散（diffusion）:組分在濃度差驅(qū)動(dòng)下，，從濃度度高處向向濃度低低處遷移移。二、變質(zhì)質(zhì)作用方方式1.變質(zhì)結(jié)晶晶（metamorphiccryatallization）2.變形(deformation)：巖石在應(yīng)應(yīng)力作用用發(fā)生形形變應(yīng)變變。3.變質(zhì)分異異(metamorphicdifferentiation)形變類型型:彈性變形形:永久變形形:應(yīng)變?cè)趹?yīng)應(yīng)力施加加時(shí)立即即發(fā)生，，應(yīng)力撤撤消時(shí)，，巖石立立即恢復(fù)復(fù)至原先先未變形形狀態(tài)脆性變形形(brittledeforma-tion)塑性變形形(plasticdeformation)當(dāng)應(yīng)變變?cè)黾蛹硬⒊綇棌椥詷O極限時(shí)時(shí)巖石石產(chǎn)生生不可可恢復(fù)復(fù)的變形。晶內(nèi)塑塑性變變形晶界塑塑性變變形恢復(fù)作作用動(dòng)態(tài)重重結(jié)晶晶作用用靜態(tài)重重結(jié)晶晶作用用直線滑滑移雙晶扭折位錯(cuò)蠕蠕變壓溶顆粒邊邊界滑滑移塑性變變形機(jī)機(jī)制Figure23-27.Proposedmechanismsforthedevelopmentoffoliations.AfterPasschierandTrouw(1996)Microtectonics.Springer-Verlag.二、變變質(zhì)作作用方方式1.變質(zhì)結(jié)結(jié)晶（（metamorphiccryatallization）2.變形(deformation)3.變質(zhì)分分異(metamorphicdifferentiation)：使原先先均勻勻的巖巖石發(fā)發(fā)育成成分層層的變變質(zhì)過過程（Raymond,1995）變質(zhì)分分異產(chǎn)產(chǎn)生成成分層層的機(jī)機(jī)理主主要有有下列列三種種解釋釋（1）成分分層代代表擴(kuò)擴(kuò)散反反應(yīng)帶帶（2）成分分層的的發(fā)育育是構(gòu)構(gòu)造重重結(jié)晶晶的結(jié)結(jié)果（3）成分分層是是強(qiáng)烈烈壓扁扁（塑塑性變變形））的結(jié)結(jié)果變質(zhì)分分異作作用實(shí)實(shí)質(zhì)上上是微微觀尺尺度的的離子子擴(kuò)散散。不同元元素離離子的的遷移移能力力存在在差異異，從從而導(dǎo)導(dǎo)致在在空間間上元元素結(jié)結(jié)合和和礦物物成核核生長(zhǎng)長(zhǎng)能力力的差差異。。擴(kuò)散的的發(fā)生生可以以發(fā)生生在:化學(xué)上上不相相容的的兩種種巖石石之間間（濃濃度梯梯度自自發(fā)引引起)一個(gè)均均勻巖巖石中中由于于溫度度梯度度產(chǎn)生生的粒粒間溶溶液中中活動(dòng)動(dòng)組分分化學(xué)學(xué)位梯梯度引引起。。局部應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)（如如剪切切）控控制的的物質(zhì)質(zhì)溶解解和再再沉淀淀（擴(kuò)擴(kuò)散流流動(dòng)））。三、變變質(zhì)作作用因因素溫度（（Temperature）壓力（（Pressure）化學(xué)活活動(dòng)性性流體體（activefluids）時(shí)間（（time）原巖性性質(zhì)(bulkcomposition)差異應(yīng)應(yīng)力(deviatoricstress)變質(zhì)作作用=復(fù)雜化化學(xué)體體系內(nèi)內(nèi)的物物理化化學(xué)反反應(yīng)+/-變形1.溫度(T)和壓力力(P)1.1溫度（（T）溫度升升高有有利于于吸熱熱反應(yīng)應(yīng)(如脫水水反應(yīng)應(yīng))，溫度度降低低反應(yīng)應(yīng)向放放熱方方向進(jìn)進(jìn)行。。溫度升高還還可改改變巖巖石的的變形形行為為，從從脆性性變形形向塑塑性變變形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化。。溫度升升高還還會(huì)通通過脫脫水反反應(yīng)、、脫碳碳酸反反應(yīng)形形成變變質(zhì)熱熱液作作為催催化劑劑、搬搬運(yùn)劑劑和熱熱媒介介對(duì)變變質(zhì)作作用施施加影影響。。溫度升升高還還會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致部部分熔熔融而而發(fā)生生混合合巖化化。變質(zhì)作作用溫溫壓范范圍1.2壓力(P)壓力的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)國(guó)際際單位位為Pa(帕斯卡卡)、GPa(=109Pa)，地質(zhì)上也也常用bar(巴)和Kbar(=103bar)。它們之間間的關(guān)系為為：1bar=105Pa,1Kbar=0.1GPa.概念靜水壓力(hydrostaticpressure)負(fù)荷壓力(lithostaticpressure)定向壓力(directedpressure)流體壓力(fluidpressure)1km厚的巖石柱柱產(chǎn)生的壓壓力增值估估算：花崗巖：P=2700kgm-3·9.8ms-2·1000m=264××105Pa=264bar玄武巖：P=3000kgm-3·9.8ms-2·1000m=294××105Pa=294bar橄欖巖：P=3300kgm-3·9.8ms-2·1000m=323××105Pa=323bar洋殼（以5km厚計(jì)）底部部的負(fù)荷壓壓力約為0.15GPa。陸殼的(平均厚度33km計(jì))底部的負(fù)荷荷壓力約為為1.0GPa。增厚陸殼(以70-80km計(jì))，底部的負(fù)負(fù)荷壓力可可達(dá)2Gpa左右。作用于單位位巖石的不不同壓力類類型簡(jiǎn)圖偏應(yīng)力平均應(yīng)力構(gòu)造超壓流體超壓超高壓俯沖帶或大大陸碰撞帶帶及其附近近變質(zhì)的巖巖石，看來來似乎在100km或更深的地地幔深度結(jié)結(jié)晶。指示示如此超高壓（ultrahigh-pressure）條件的礦礦物是柯石石英（Coe）和金剛石石（Dia）。它們?cè)谠诩s3.0GPa以上的壓力力下穩(wěn)定（（圖17-9）。2．流體成分分（x）變質(zhì)巖中含含H2O礦物（云母母、角閃石石等）、碳碳酸鹽礦物物及這些礦礦物包裹體體的存在，，特別是流流體包裹體體的存在，，是變質(zhì)作作用過程中中存在流體體相的直接接證據(jù)。變質(zhì)作用P—T條件通常大大于臨界點(diǎn)點(diǎn)（CP），因此流流體相呈超臨界狀態(tài)態(tài)（super-criticalstate）。在這種種狀態(tài)下，，區(qū)分不出出流體和氣氣體。0.05GPa（1）和0.1Gpa（2）下隨著溫溫度降低流流體不混溶溶圖解3．時(shí)間（t）變質(zhì)作用時(shí)時(shí)間因素通通常從兩個(gè)個(gè)角度理解解：一是變變質(zhì)作用發(fā)發(fā)生的地質(zhì)質(zhì)時(shí)代，即即不同時(shí)代代變質(zhì)作用用的特點(diǎn)不不同，這是是由地球發(fā)發(fā)展的方向向性和不可可逆性決定定的；二是是一次變質(zhì)質(zhì)作用自始始至終所經(jīng)經(jīng)歷的時(shí)間間，不同時(shí)時(shí)間變質(zhì)作作用的特點(diǎn)點(diǎn)不同，關(guān)關(guān)于這一點(diǎn)點(diǎn)下面進(jìn)一一步闡述。。一個(gè)基本保保持固體狀狀態(tài)下的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變過程巖石是如何何在這種狀狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)礦物成分分、結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造甚至化化學(xué)成分變變化的呢？？這就是變變質(zhì)作用機(jī)機(jī)制問題。。與巖漿作作用、沉積積作用相比比，變質(zhì)作作用機(jī)制較較復(fù)雜多樣樣，主要包包括變質(zhì)結(jié)結(jié)晶、變形形和變質(zhì)分分異等3類。此外，，在高級(jí)變變質(zhì)中還可可出現(xiàn)部分分熔融，在在埋藏變質(zhì)質(zhì)中甚至可可出現(xiàn)壓實(shí)實(shí)作用，它它們主要分分屬于巖漿漿作用和