1-变质作用的基本概念.ppt
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1、变质岩岩石学 苏尚国 82321191 教二楼228室,第十一章 变质作用的基本概念,听课指南 1. 变质作用的基本概念与类型。 2.变质作用的机制及其控制要素,如何理解变质作用过程? 3.变质作用发生在什么样的地质环境中?为什么? 4.变质岩在我们理解地壳演化、板块构造以及地球演化方面的作用?,第十七章 变质作用的基本概念 变质作用在地球内力作用下,使已经形成的岩石发生矿物成分、结构构造和/或化学成分变化的作用。 *强调: (1) 已经形成的岩石包括先期形成的岩、沉、变三大岩, (2) 内力作用指物理化学条件(T、P)的改变, (3) 使得原来岩石发生改变包括矿物成分、结构构造和化学成分等
2、, (4) 变质作用的条件:基本上为固态,但是在高级变 质作用过程中,可以发生部分熔融,形成流体相(混合岩化作用)岩浆作用的初始阶段。,一、变质作用机制 变质结晶作用 1)重结晶作用 2)交代作用 变形 变质分异,1A)、重结晶作用(Recrystallization) 同种矿物,经过重新溶解、组分迁移,再结晶形成原矿物的方式。重结晶作用的结果是晶粒由小变大。 受控因素:成分愈单一、粒度愈小,愈容易发生。 举例:石灰岩大理岩,1B)变质结晶作用和变质反应: 在变质作用的温度、压力范围内,在原岩基本保持固态条件下使旧矿物消失、新矿物形成的变质方式,一般通过特定的化学反应来实现,这种化学反应称为变
3、质反应。包括同质多象转变和形成新的矿物组合。 举例:Cc(方解石)+Q(石英)=Wo(硅灰石)+CO2,红柱石-蓝晶石-矽线石三者之间的同质多象转变,2)、交代作用(metasomatism) 由于流体的迁移使固态岩石与外界产生复杂物质交换,从而改变岩石化学成分的一种变质方式。 要求条件:有流体存在,干体系中很难发生。 如: 2Mg2SiO4+3H2OH4Mg3Si2O9+Mg(OH)2 Fo(镁橄榄石) Ser(蛇纹石) Brc(水镁石) KAlSi3O8 + Na+ NaAlSi3O8+K+,带入,带出,钾长石,钠长石,2、变形 *偏应力施加于岩石,当应变很小时,岩石显示弹性行为(elas
4、tic behavior)。 应变在应力施加时立即发生,应力撤消时,岩石立即恢复至原先未变形状态。 *当应变增加至超越弹性极限,岩石就会产生永久变形(deformation)。 在近地表低温低压和较高应变速率条件下,岩石显示脆性行为(brittle behavior),永久变形机制为脆性变形,表现为岩石沿裂缝破裂,产生碎裂和断裂。 而在地下高温高压特别是当应变速率低时,岩石显示塑性行为(plastic behavior),岩石永久变形主要由于塑性流动(plastic flow)产生,导致矿物畸变和褶皱而没有破裂。,晶内塑性变形的机制:直线滑移和双晶滑移的宏观变化(Vernon,1976) a.
5、未变形的;b.直线滑移;c.双晶滑移,高温下的塑性变形主要有:晶内塑性变形(intracrystalline plastic deformation)和晶界塑性变形(intercrystalline plastic deformation)两种机制。,塑性扭折的几何特征 (Vernon,1976),位错示意图 b为Bergers矢量,它表示已滑动部分的滑移方向和距离,晶界塑性变形包括颗粒边界的滑移和扩散流动(diffusive flow),晶内塑性变形与压溶比较,3、变质分异作用 所谓变质分异( metamorphic differentiation )就是使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程
6、(Raymond, 1995)。 原因:(1)成分层代表扩散反应带。(2)成分层的发育是构造重结晶的结果。(3)成分层是强烈压扁(塑性变形)的结果。 辉长岩 斜长角闪岩,变质分异作用,高级片麻岩区四种典型的露头尺度递进变形 (a)岩脉网络的均匀变形;(b)岩石碎块的均匀变形;(c)粒度不均匀的均质火成岩(例如斑状花岗岩)的均匀变形;(d).均质火成岩(例如辉长岩)的不均匀变形 。,二、 变质岩 由变质作用形成的岩石,即为变质岩。 三、 变质岩的类型 正变质岩:由岩浆岩经过变质作用形成的变质岩 副:由沉积岩 四、 变质岩的重要地位 (1) 前寒武纪之前的岩石几乎均为变质岩,占大陆面积的1/5 (
7、2) 变质岩在我国分别很广,而且有大量的金属和非金属矿产 例如: 鞍山式铁矿含铁石英岩型 石英脉型金矿如山东,第二节 影响变质作用的因素,变质作用的因素指决定变质作用的物理、化学条件,包括T, P, 流体、时间(t) 1. 温度 温度实际代表热量,是变质作用的能量来源,是最重要的因素,绝大多数变质作用是在温度增加的条件下进行。 温度升高有利于吸热反应(如脱水反应),温度降低反应向放热方向进行。,1). 温度升高引起的变化 (1) 导致重结晶作用 随着T增加,岩石内部质点活动能力增加,质点重新排列晶粒由小变大,由细变粗。例如 石灰岩(沉积岩) 大理岩(变质岩) (2) 促进矿物之间的化学反应,形
8、成新的矿物与矿物组合, 例如 Al4Si4O10(OH)8 2Al2SiO4O+2SiO2+4H2O,T 升高,吸热,放热,红柱石,高岭石,石英,2). 导致温度升高的热源 地热:地热增温率7-60/km , 例如一般地区 为25/km, (2) 岩浆侵入:岩浆侵入冷却散热, (3) 构造运动:摩擦作用, (4) 地球内部物质的相变释放, (5) 放射性元素的衰变能,U, ThPb。,2. 压力,1). 负荷压力(静压力) 压力:单位面积内应力的大小,由上覆岩石的重力引起的。压力是一个均衡的应力,在岩石的各个方向都相等。常用单位换算关系: 1大气压101325Pa 1bar=105Pa 常认为
9、:1kbar=1000大气压 1GPa10kbar =1万大气压 地壳岩石按照比重计算:100 km = 30 kb 因此:一般 Moho面10kb 地心压力350 GPa 实验室能达到550 Gpa 静压力的作用岩石孔隙较小,密度增加,变致密坚硬,内部为原子紧密 例如: 石英柯石英斯石英 橄榄石: - ,1bar=0.987个大气压,Metamorphic Agents and Changes,Temperature: typically the most important factor in metamorphism,Estimated ranges of oceanic and con
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