变质作用与变质岩.ppt

第五章 变质作用与变质岩,第一节 变质作用基本特征 第二节 变质作用中原岩的变化 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 第四节 岩石的演变,引 言,分布:占地壳总体积的27.4%;主体在中、下地壳,地表较少 大别山超高压变质矿物的发现，改写了经典板块构造论。 研究目的：了解地球深部地质过程（HP的蓝闪石、红帘 石，UHP的柯石英、金刚石);恢复原岩;阐明变质作用机制和 过程;寻找矿产资源(“玉自变质来”；各种名贵宝石，原料均来 自变质岩。多数金属矿产，都经历过变质，变质使矿变富变 大。前寒武纪含铁石英岩型铁矿占世界铁储量70%, 我国的鞍 山式铁矿属此类型。我国缺金铜铁铀),第五章 变质作用与变质岩,第一节 变质作用基本特征 第二节 变质作用中原岩的变化 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 第四节 岩石的演变,第一节 变质作用基本特征,一、变质作用: 由于温度（T）、压力（P）的改变和化学活动性流体的作用，使固态岩石的矿物成分、化学成分、结构构造都发生了变化，这种地质作用叫变质作用。 变质作用主要发生在地壳深部，一般10 km。 变质三要素:T,P,流体, 温度最重要。但陨石撞击及高压变质，主导因素则是压力。,第一节 变质作用基本特征,一、变质作用:,热源主要来自地球内部（岩浆热能与放射热能） 通过变质作用形成的岩石叫变质岩。 正、副变质岩原岩为火成岩的叫正变质岩； 原岩为沉积岩的叫副变质岩。,第一节 变质作用基本特征,二、变质作用的三大因素 T、P、流体,1. 温度 T 变质温度:150°C-900°C低于150°C为常温， 高于900°C则地壳岩石熔化 温度的作用：非晶体结晶体;结晶体重结晶; 物质与结构重组，一种矿物另一种矿物 温度的来源： 地热增温（1°C/33m）、构造运动热、岩浆热、放射热,第一节 变质作用基本特征,二、变质作用的三大因素 T、P、流体,2. 压力 P,静压力（垂或侧）:由上复岩石重量引起，随埋藏深度增加而增加。,静压力各向 作用力相等,第一节 变质作用基本特征,二、变质作用的三大因素 T、P、流体,2. 压力 P,封闭系统的流体压力等于上复岩石的静压值; 开放系统的流体压力等于流体本身的重量.,流体压力:,第一节 变质作用基本特征,二、变质作用的三大因素 T、P、流体,2. 压力 P,定向压力：作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有 方向性，且两侧的作用力相反。,定向压力,压力单位换算 Bar (巴) Pa(帕斯卡) MPa兆帕 GPa吉帕 1 105 10-1 10-4 1atm=101325Pasca105Pa=0.1Mpa（兆帕） 1Gpa=103Mpa=10Kbar=109Pa 1Mpa=106Pa,1Kb=100Mpa 1巴1atm（100万因达/cm2=0.986923标准大气压） 1Pa=1牛顿(100克/m2)=100克/10000 cm2=0.01克/ cm2,第一节 变质作用基本特征,蓝片岩，蓝闪石+钠长石,产在地壳上部，但压力很大,为LT/HP产物，为古俯冲-碰撞带的重要标志。 榴辉岩,镁铝榴石+绿辉石,产在地下40km±深,压力为10Kb=10吨/cm2!（10Kb=109Pa=107克/cm2） 超高压岩，含柯石英、金刚石的榴辉岩,压力更大, 埋藏更深（30Kb,100km);全世界只有中国大别山、 法意边境西阿.尔卑斯极少数地区被保存。诞生了大 陆深俯冲的科学新理论。,第一节 变质作用基本特征,压力作用的标志,蓝片岩,蓝片岩艺术品,榴辉岩,榴辉岩艺术品,第一节 变质作用基本特征,二、变质作用的三大因素 T、P、流体,3.具化学活动性的流体 a.成分:以H2O、CO2为主，并含其它易挥发和易流动物质 b.流体分布:存在于岩石粒间或裂隙中的主要是H2O；矿物结构中的是H2O、CO2；从岩浆分逸出来的是K,Na,S,F,H2O,CO2,SiO2等. c.岩浆流体:深部岩浆上升至浅部,T、P降低,分逸出易挥发和易流动的物质K、Na、S、F、H2O、CO2、SiO2等,第五章 变质作用与变质岩,第一节 变质作用基本特征 第二节 变质作用中原岩的变化 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 第四节 岩石的演变,第二节 变质作用中原岩的变化,一、 化学成分的变化 二、 矿物的变化 三、变质岩的结构 四、 变质岩的构造,1. T、P变化时形成新矿物: （1）分解 岩石通过释放或获得某些挥发分而达到平衡，形成新的矿物. 如:高岭土(吸热)红柱石+石英+水（高岭土脱水） 方解石+石英(吸热)硅灰石(放射状+CO2(脱碳酸）,一、化学成分的变化,1. T、P变化时形成新矿物:,一、化学成分的变化,体积大、密度小的矿物变为体积小、密度大的矿物。 (1)橄榄石 + 钙长石石榴子石 42.6 101.0 119 （分子体积） 3.3 2.76 3.52 （比重） (2)石英（30Kbar）柯石英(120Kbar)斯石英 2.65 2.93 4.35 (比重),2. 交代作用： 固态下，岩石中物质成分交换作用。 例:中酸性岩浆侵入冷的灰岩时,其SiO2、Al2O3等 热流体就会进入灰岩,并从灰岩中将CaO、MgO带出, 于是在接触带形成矽卡岩,一、化学成分的变化,3. 重结晶作用 Recystalization 定义：小晶体在温度升高的情况下长成更大晶体的作用。 石灰岩CaCO3大理岩CaCO3（质纯、洁白的称汉白玉） 石英砂岩(加温)石英岩 4. 变质分异： 岩石从均匀构造到不均匀条带构造的变质。,一、化学成分的变化,5. 韧性剪切作用 发生在地壳中深部位较高温度和定向应力条件下的一种变质变形作用。,一、化学成分的变化,其结果是矿物在被软化 的塑性状态下发生不对 称旋转和剪切,形成新的 岩石和组构。其岩石称 糜棱岩。,最终可形成大型韧性剪切带，盛产大中型糜棱岩 型金矿。,韧性剪切带：由高度应变过的岩石构成的线性变 质变形带。从该带一侧进入另一侧,岩石被扭曲,两侧 岩块发生了明显剪切位移,但无明显断面。透入性构 造贯穿全带(拉伸线理、剪切面理、组构)。,一、化学成分的变化,二、矿物的变化,片理和变质矿物是变质岩的两大重要特征！ 变质矿物：在变质作用过程中形成的独有矿物. 主要有:兰闪石、红帘石、红柱石、蓝晶石、矽 线石、十字石、堇青石、硅灰石、柯石英、金刚石 (罕见),红帘石,红柱石,蓝晶石,矽线石,十字石,堇青石,硅灰石,33-44为柱状柯石英，新发现的超高压地幔矿物,金刚石,变质岩的结构指矿物、变斑晶自身特征、形态、 大小,与邻近颗粒的关系 1.变晶结构：原岩发生重结晶或交代作用而形成新 矿物的结构（前者有大理岩;后者有石榴石片岩(有 新生矿物石榴石) 2.变余结构：尚残留部分原岩结构者称之为浅变质 结构（如板岩特有的变余泥质结构、砂质结构）,三、变质岩的结构,三 变质岩的结构,3. 碎裂结构：动力变质作用使岩石发生机械破碎而形成的一类结构。,特点是矿物颗粒破碎成外形不规则的带棱角的碎 屑，碎屑边缘常呈锯齿状，并具有扭曲变形等现 象。,4. 交代结构：变质作用过程中，通过化学交代作用（物质的带出和加入）形成的结构。,特点是在岩石中原有矿物被分解消失，形成新矿物。,变质岩的构造：指矿物之间的关系、空间展布方式 1变成构造：原岩构造（如层理）消失，通过变质作用形成的新构造。有以下类型：,四 变质岩的构造,（1）斑点状构造 （2）板状构造 （3）片理构造 （4）片麻状构造 （5）拉伸线理 （6）块状构造,2.变余构造：变质岩中残留有原岩的构造。如变 余层状、气孔、条带构造等,随变质程度加深: 斑点状(spotted)板状构造(slate) 千枚状构造（phyllite）片状构造（schist） 片 麻状构造（gneiss）块状构造(quartzite，矿物无明 显定向),四 变质岩的构造,第五章 变质作用与变质岩,第一节 变质作用基本特征 第二节 变质作用中原岩的变化 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 第四节 岩石的演变,第三节 变质作用类型及其代表性岩石,一、接触变质 二、区域变质 三、混合岩化作用 四、动力变质作用,一、 接触变质,由岩浆活动引起的、发生在火成岩（主要是侵 入岩）与围岩接触带范围的变质作用。按照变质 过程中有无交代作用，可分为接触热变质作用和 接触交代作用两种类型,1. 接触热变质作用：岩石受热后发生矿物的重结晶、脱水、脱碳以及物质成分的重组合，形成新矿物与边境结构。引起变质的主要因素是温度。,代表性岩石有：角岩、斑点角岩、大理岩、石英岩等,2. 接触交代变质作用：从岩浆中分泌的挥发性物质，对围岩进行作用，导致围岩化学成分发生显著变化，产生大量新矿物，形成新的岩石和结构构造。,接触交代变质作用主要发生在侵入体与围岩的接触带上，其典型岩石是矽卡岩,一、 接触变质,绿帘石（黄绿色者）矽卡岩,接触交代变质作用示意图,一、 接触变质,二、 区域变质,1. 区域变质作用:在T、P、流体的综合作用下,区域范围内发生的变质,变质环境及其与温度、压力的关系示意图,2.代表性岩石：板岩（赣北浙西瓦板岩）千枚岩片岩斜长角闪岩片麻岩麻粒岩榴辉岩 3. 代表性矿物： 超高压、高温: C金刚石diamond 高压、低温:角闪石、钠长石兰闪石glaucophane 高温、低压:黏土矿物红柱(Al2SiO5 )Andalousite 高温、高压:黏土矿物矽线(Al2SiO5 )Sillimanite 中温、中压:黏土矿物兰晶石(Al2SiO5 )Disthene,二、 区域变质,板 岩,千枚岩,二 、区域变质（代表性岩石）,变形的石英片岩,蓝闪石片岩,二 、区域变质（代表性岩石）,眼球状花岗片麻岩,榴辉岩,二 、区域变质（代表性岩石）,4. 变质程度：不同的变质岩，原岩可能是同一个,称等化学系 如 黏土岩或页岩板岩千枚岩片岩片麻岩 (世界著名的巴罗变质带),二、区域变质,三 、混合岩化作用,混合化作用：由变质作用向岩浆作用转变的一种过渡性成岩作用。有混合化作用所形成的岩石成为混合岩。,混合岩由两部分组成：基体和脉体,基体：变质岩，一般是变质程度较高的各种岩、片麻岩和斜长角闪岩，颜色较深,脉体：熔融体，通过熔体和热液注入、交代而新形成的岩石,条带状混合岩,肠状状混合岩,三 、混合岩化作用,四、动力变质作用,80年代形成的科学新理论 动力变质作用: 由于地壳运动的影响，岩石在强 烈定向压力下发生变化的一种变质作用。主要表现 在岩石的变形方面，可分为浅地壳层次的脆性变形 和中深地壳层次的韧性变质-变形,脆性变形表现为机械破碎，一般不发生物质成分 的重组，不形成新矿物，其产物主要有压碎角砾 岩、碎裂岩、碎粒岩等。,韧性变质-变形发生在定向应力环境中，其深度一 般大于10km，温度在300以上，多出现在区域变 质岩地区。其特征是出现糜棱岩，常构成韧性剪切 带。,四、动力变质作用,韧性变质-变形示意图,断裂带的双层构造,四、动力变质作用,第五章 变质作用与变质岩,第一节 变质作用基本特征 第二节 变质作用中原岩的变化 第三节 变质作用类型及其代表性岩石 第四节 岩石的演变,第四节 岩石的演变,三大类岩石具有不同的形成条件和环境，而环境和 条件又随地质作用的发生而变化。因此，在地址历史 中，总有某些岩石在形成，而另一些岩石在消亡。如 火成岩（变质岩、沉积岩的情况相同）通过风化、剥 蚀而破坏，破坏产物经过搬运、堆积而形成沉积岩； 沉积岩受到高温作用又可以熔融转变为火成岩。火成 岩与沉积岩都可以遭受变质作用而转变成变质岩；变 质岩又可再转变成沉积岩或熔融转变成为火成岩。因 此，三大类岩石是不断相互转换的。,三大类岩石的转化,各种地质作用的关系及三大类岩石的演化,