变质岩岩石学第二十二章变质作用和原岩性质的研究课件.ppt

变质岩岩石学 第二十二章 变质作用 和原岩性质的研究,本章重点,1.掌握变质作用研究的几个基本概念；2.初步了解变质岩原岩性质识别和恢复的主要 方面。,一、变质作用的研究,1.变质带的概念 在变质岩地区，常常可见变质程度不同的变质岩成带状分布，其成因主要与变质程度有关。变质带（metamorphic zone）由于变质程度不同而造成的变质岩分带现象。亦称变质程度带。变质带的界线划分是以某些标志矿物或矿物共生对的最初出现或消失作为依据，各个变质带的名称也就以这些标志矿物或矿物共生对来命名。,1.变质带的概念,Barrow G.（1893）将苏格兰地区达尔累丁变质岩岩系（变质泥质岩类）分成六个变质带：绿泥石带 黑云母带 铁铝榴石带 十字石带 蓝晶石带 矽线石带。四川丹巴附近的沉积中酸性火山岩系经研究也可分为六个巴罗型变质带：绿泥石带、黑云母带、铁铝榴石带、十字石带、蓝晶石带、矽线石带。上述变质岩的分带现象代表了变质程度由浅至深的空间分布特点，这类变质带一般称之为“渐进变质带”或“递增变质带”。,1.变质带的概念,变质带的意义：一定的原岩，由于变质条件（T-P）不同，其变质程度也就不同（等化学系列的递增变质）。每一个变质带内的岩石组合是在相似的变质条件下所形成，是等物理系列岩石。因此，不同变质带的连续变化，是由变质条件的连续变化所引起。变质带之间的界线称为等变线（isogrades）。变质带的划分有助于了解变质地区的地质环境与变质程度之间的关系（变质岩形成时的温度、压力变化），其方法在野外工作时简便易行，因而目前仍常被使用。,2.变质级,变质带是根据某些标志矿物划分的，即标志矿物的出现或消失反映了变质条件由一个变质带向另一个变质带发生了改变。研究表明：许多标志矿物可以在不同温度、压力条件下，由不同的变质反应形成；同一变质反应形成的同种标志矿物，也可有不同的温度、压力范围。因而由标志矿物划定的等变线往往不是等变质条件的。据此，Winkler H.G.F.（1976）认为：只有矿物共生组合的改变才是有意义的，才能提供变质作用期间有关成因条件的信息。因此提出了变质级的概念。,2.变质级,变质级（metamorphic grade）根据常见岩石中，反映矿物共生组合重要变质变化的特定矿物反应来划分变质带。特定的矿物反应（变质反应）标志了一个特定矿物组合的首次形成，它们是变质条件的指示计，比用单个标志矿物更为可靠。温克勒将整个变质作用区间分成四个变质级：很低级 低级 中级 高级 根据实验资料获得的基性岩、超基性岩、泥质岩和泥灰岩中常见的14个变质反应作为划分变质级的特定变质反应（详见温克勒H.G.F.1976年著变质岩成因）。,2.变质级,很低级变质：其低限以基性岩中浊沸石开始出现为标志，其温度界限在200左右，它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石的反应形成黝帘石和阳起石，临界温度在350左右或稍高；低级变质：温度范围在350-550左右，和中级变质的界限是泥质岩石中十字石的出现或黑云母存在时，堇青石的形成；中级变质：温度在550-650左右，和高级变质的界限是白云母和石英反应形成矽线石+钾长石的组合；高级变质：温度650时，属于高级变质，上限可达800左右。,3.变质相概述,如前所述，变质相的概念是由P.艾斯科拉最先提出的，即变质过程中同时形成的一套矿物共生组合及其形成时的物理化学条件。根据“变质相”理论，运用物理化学的定律和知识来解释和研究变质岩中的矿物共生组合、原岩组分和变质条件（即T-P条件）三者之间的关系，从而使变质作用的研究在变质带的基础上更为详细和深入。,3.变质相概述,P.艾斯科拉划分了八个变质相。,3.变质相概述,随着对变质作用的深入研究与发展，目前对变质相的分类综合于表310中。,3.变质相概述,上述各个变质相都有一定的温度、压力范围，下图大致表示了这种关系。,3.变质相概述,在实际工作中，可以根据标志矿物的出现，划分出几个变质带，然后根据变质带的特点，进一步归并为若干的变质相。在研究变质相时，为了表示同属于一个变质相中的每一种岩石的矿物共生组合与化学组分的相互变化关系，常采用图解的方法来表示，这种图解称为“共生图解”。常用的有ACF图和AKF图等。,其中A=Al2O3+Fe2O3-（Na2O+K2O）、C=CaO、F=FeO+MgO+MnO，A+C+F=100,各种氧化物的数量均用分子数计算。图解中每一个小三角形的顶点代表具有一定化学成分的变质矿物，成分变化较大的矿物在图解中以粗线段或小面积表示（如黑云母、普通角闪石等）。,图解中两个矿物之间的连结线称为共生线。每一个小三角形或每一条共生线代表在一定变质相的条件下化学成分位于该三角形内或共生线上的原岩所具有的变质矿物组合。,其中A=Al2O3+Fe2O3-(Na2O+K2O+CaO)、K=K2O、F=FeO+MgO+MnO,A+K+F=100,各种氧化物的数量均用分子数计算。图解的使用方法及其意义与ACF图解基本相同。,4.变质相系的概念,巴罗型（递增）变质带被提出后，曾经一度作为区域变质作用分带的模式。但随后世界各地也发现与此不符的区域变质分带现象。有人称之为特例。,4.变质相系的概念,但都城秋穗 A.（1961）指出许多区域变质带是在与巴罗带不相同的变质条件下形成的。于是，提出了变质相系的概念。他认为：在一个变质地区，温度的变化常常以一系列的变质相为特征，因而可以用一系列的变质相来表示，这种系列称之为变质相系。变质相系（metamorphic facies series）即：在一个变质地区，一定的温度、压力范围内形成的一套标型矿物组合序列。,4.变质相系的概念,根据Al2SiO5的多形转变和硬玉、蓝闪石的出现，把区域变质相系分为三个基本类型和两个过渡类型：（1）低压型（红柱石矽线石型）（2）中压型（蓝晶石矽线石型）（3）高压型（硬玉蓝闪石型）（4）低压过渡型（以十字石与红柱石、堇青石等共生为特征）（5）高压过渡型（以蓝闪石与蓝晶石共生，但不含硬玉为特征）,4.变质相系的概念,随着对变质相系研究的进展，一般分为四个变质相系（右图）。,4.变质相系的概念,各相系之间的热梯度范围和矿物成分特征见表311。,4.变质相系的概念,变质相系的研究是建立在不同变质岩地区具有特定的地热梯度的基础上的，而地壳内部热流的变化反映了该地区地壳发展演化的特点，因而为不同地区T-P变化提供了对比依据。但是，在整个变质过程中，其地热梯度也不是一成不变的，实际记录梯度变化复杂；即变质相系的成因是受许多复杂因素所控制。因此，研究变质过程的PTt轨迹（t为时间），是深入研究变质作用的重要课题之一。,5.双变质带及其成因,双变质带（paired metamorphic belts）形成的地质时代相近，大致平行展布的高压低温变质带和高温低压变质带。亦称成对变质带。如太平洋沿岸的日本岛弧。双变质带是变质相系的一种特殊表现形式。其中高压低温变质带位于近大洋一侧，高温低压变质带位于靠大陆一侧。两者大致平行板块结合缝分布。,5.双变质带及其成因,双变质带的成因可用大洋板块向大陆板块俯冲来解释。在岛弧外侧俯冲带，由于冷的洋壳和表层沉积物被带至深处，在承受较大的负荷压力下，地热梯度又急剧下降，便发生高压低温变质作用。在岛弧本身和内侧，因地壳、下地幔部分熔融，形成岩浆上涌和火山喷发，造成了低压高温环境，便发生高温低压变质作用。我国祁连山、秦岭、西藏、云南等地都存在有古生代、中新生代的双变质带。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,识别和恢复变质岩的原岩性质，是研究变质作用和变质岩的重要内容之一。只有深入地研究了原岩性质的特点，才能更好地了解在某一特定的变质条件下岩石所发生的变化及其组合规律，以便更好地阐明该地区所经历的地质发展和演化过程，从而为探明某些岩石、矿产的成因等地质问题提供必要的依据。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,识别和恢复变质岩的原岩性质通常采用多种野外、室内工作方法，综合研究各种可能的标志，以揭示原岩在变质作用前的形成特点：来源于岩浆岩抑或沉积岩，以及它们的可能岩石类型。应该指出，变质岩原岩性质的识别和恢复是一项十分复杂的工作，以至目前对某些判别标志的可靠性仍争论不一。因此，只能对识别原岩性质的主要准则作一概述。通常，工作的内容有四方面。,1 地质产状、岩石组合和矿物共生组合 副变质岩一般承袭成层特征，在一定的范围内厚度、岩性也较稳定，与上下围岩的层状接触界面清楚。在变质岩的组合上，有时表现出很好的原沉积旋回或沉积建造的共生组合。如：石英岩、片岩、大理岩组成的旋回性变质岩系，大理岩与矽线石片岩组合，石英岩与富铝质片麻岩的组合，等等。矿物成分以出现富钙、铝的硅酸盐矿物组合为特征。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,正变质岩的产出形态一般为不规则的封闭形轮廓，或成脉状等穿插于围岩中。与围岩可有接触蚀变现象，或者残留有围岩捕虏体等。但是，原岩为基性侵入岩或火山熔岩也有层状、似层状产出的，产状上不易与副变质岩区分。其岩石组合及矿物组合复杂，但常见变余现象和残余矿物。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,2 结构、构造特征 变余结构、变余构造是识别和恢复原岩性质的可靠标志。在副变质岩中，可见有变余碎屑、变余生物、变余颗粒、变余泥状结构等，以及各种变余层理、变余层面构造等。正变质岩中，变质基性侵入岩常见有变余辉长、辉绿结构；变质的中酸性侵入岩有时可见不同的岩相带和变余花岗结构或变余斑状结构；变质的喷出岩则可见变余气孔、杏仁状、流纹状构造等。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,3 岩石化学和地球化学特征 利用岩石化学和地球化学特征，通过计算和图解（详细可参见王仁民等 1987年著 变质岩原岩图解判别法一书），对不同性质的原岩进行对比的方法得到广泛的使用，并取得较好的效果。需要指出的是，这些方法多适用于等化学的变质条件，对判明开放体系的变质也有一定的意义。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,岩石地球化学特征是基于不同性质的原岩可能伴有不同的微量元素或微量元素组合，在丰度上也不相同。因此可以利用某些微量元素的比值，或含量的消长关系等，并通过图解的方法来区分原岩。例如一般认为泥质、泥砂质沉积岩与基性岩相比，具有更低的Cr、Ni、Ti。因此有人用CrMg、NiMg图解来判别原岩性质。此外，根据硫、碳等同位素特征，查明原岩性质和变质特点，也得到了一些应用。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,4 副矿物特征 副矿物如：锆石、独居石、磷钇矿和金红石等，在变质过程中相对稳定，也是判别标志之一。在副变质岩中，重矿物常保留碎屑的特征，如：磨圆、磨蚀、刻痕、具分选等。此外，对变质岩中矿物的气液态包裹体进行大小、数量、成分、温压测量等研究，对恢复原岩也可起到一定的作用。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,综上所述，识别和恢复变质岩的原岩性质，是一项复杂而重要的工作。虽然前述中列举了一些判别的准则，但往往需要全面综合考虑才能奏效。需要强调的是，原岩的识别和恢复，应当建立在野外工作过程中仔细地观察和充分地收集资料的基础之上，才能在室内分析、对比等研究中得到符合实际的正确认识。,二、变质岩原岩性质的识别和恢复,三大类岩石对比表,