变质反应类型与和变质带.ppt
第二讲:变质反应类型与变质带,一、概述二、变质反应类型三、成岩格子和递增变质带,一、概述1、意义（变质作用矿物演化、估算P-T条件、预测P-T轨迹演化趋势、提供地球动力学信息）2、变质反应的驱动力（G）3、变质反应图解（p-t、t-x、p-x；写法，斜率）4、类型划分（1）固-固反应（相转变、出溶、纯固相反应）（2）脱挥发份反应（3）纯转移反应和离子交换反应（4）不连续反应与连续反应,二、变质反应类型 1.固-固反应 1.1 同质多相转变反应,类质同像（polymorphs,多型）转变 影响因素：T，PAl2SiO5CaCO3 C SiO2,大多数多型转变反应的 DS很小，这导致：两个多型晶体相互转换的DG小，即使离平衡数十度温度时也不大 反应驱动力小 一个多型常非稳定地残留在另一个多型的稳定区内共存的两个多型晶体可能代表非平衡态（跨平衡曲线或多期变质叠加)成因意义：红柱石低压,蓝晶石中-高压,矽线石中-高温三相点温压条件：P=0.370.25 GPa,T=504 20 oC),1.2固-固反应之出溶反应,影响因素：、冷却速率,实例：碱性长石之条纹长石过铝钙钠斜方辉石斜方-单斜辉石高镁方解石过硅石榴石过钛石榴石过硅绿辉石,1.3固-固反应之纯固相反应(End member Reactions),仅涉及固相矿物；影响因素：，,NaAlSi2O6+SiO2=NaAlSi3O8 Jd（硬玉）Qtz Ab（钠长石）4(Mg,Fe)SiO3+CaAl2Si2O8=OpxPlag(Mg,Fe)3Al2Si3O12+Ca(Mg,Fe)Si2O6+SiO2 GrtCpx Qtz,1.3固-固反应之纯固相反应(End member Reactions),如果反应矿物含有挥发份，但在反应过程中被生成物完全汲取形成新的含挥发份矿物相，不产生独立的流体相矿物，也没有挥发份的损失，这种反应可以当作固-固纯转变反应来处理Mg3Si4O10(OH)2+4 MgSiO3=Mg7Si8O22(OH)2 Tlc（滑石）En（顽火辉石）Ath（直闪石）,2.脱挥发份反应2.1脱水反应,以涉及H2O-CO2-O体系的变质反应最常见影响因素：，Pi（partial pressure of the volatile species，某种挥发份或流体组分的分压）,脱水反应平衡主要受水分压PH2O条件控制 KAl2Si3AlO10(OH)2+SiO2=KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O Ms Qtz Kfs Sill V 而水分压又受水的摩尔分数（XH2O）控制 PH2O=PfXH2O,而(Pf=Pl),1、脱水反应平衡曲线在P-T相图上特征：斜率低压极缓，低压以上陡，2、平衡曲线受水流体分压控制，当PH2O=0，斜率为负3、使水流体分压降低的途径有二：（1）稀释；（2）降低流体总压4、可解释总体为中温变质的地区，局部发育高温矿物现象5、通过截取P-T图中给定压力条件下，不同流体分压变质反应平衡曲线对应的温度条件，可制作T-Xi图解,2.1 脱水反应,A rare exception!,And another exception in your textbook!Negative sloop at high pressure condition!,Lws:硬柱石Lmt:浊沸石,2.2 脱碳酸反应,Decarbonation reactions may be treated in an identical fashion of dehydration reactions，for example,the following reaction can also be shown on a T-XCO2 diagram（脱碳酸反应也可用与脱水反应的相似的方式来处理，例如下面的反应可以用T-XCO2 表达，其形式与反应(26-5)相似：KAl2Si3AlO10(OH)2+SiO2=KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O Ms Qtz Kfs Sill VCaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 Cal Qtz Wo V,2.2 脱碳酸反应,Carbonate mineral assemblage occurs at pure XCO2 has maximum themal stability,Summary of 5 types of devolatilization reactions,each with a unique general shape on a T-X diagram（假设体系中仅存在H2O和CO2两种流体成分）Type 3:Tmax at XCO2 determined by the stoichiometric ratio of CO2/H2O producedType 4 and 5的拐点取决于nCO2:nH2O比率,Ca2Mg5Si8O22(OH)2+3 CaCO3+2 SiO2 Tr CalQtz=5 CaMgSi2O6+3 CO2+H2O Di,Tmax at nCO2:nH2O=3:1,2.3 Redox Reactions,Involves a change in oxidation state of an element6 Fe2O3=4 Fe3O4+O22 Fe3O4+3 SiO2=3 Fe2SiO4+O2,At any particular pressure these become oxygen buffers,3、纯转移反应和离子交换反应（Net-chansfer and ionic exchange reactions),纯转移反应：反应物与产物之间存在成分增减；反应矿物分解或合成，成分向生成矿物一侧转移，形成新的矿物。如上述离子交换反应：在2个或更多的矿物之间相互交换组分，虽以纯的端员组分表征，但实际上仅涉及Mg-Fe（或其它离子）之间的固溶体交换MgSiO3+CaFeSi2O6=FeSiO3+CaMgSi2O6 Mg-Opx 铁辉石 Fe-Opx 透辉石Annite+Pyrope=Phlogopite+Almandine 铁云母 镁铝榴石 金云母 铁铝榴石Basis for many geothermobarometers（地质温度计压力计的基础）,KD=(Mg/Fe)Grt/(Mg/Fe)Bi,Causes rotation of tie-lines on compatibility diagrams（交换使矿物共生线发生旋转）,不连续反应在固定的温度条件下进行，一直持续到其中的某一个反应完全消失后，体系的温度才能继续上升Chl+Ms+Qtz Grt+Bt+H2Oin KFASHf=C P+2=5 6+2=1,4.连续反应和不连续反应,4.连续反应和不连续反应,Chl+Ms+Qtz Grt+Bt+H2O in KFMASHwere a continuous reaction,then we would find chlorite,muscovite,quartz,biotite,and garnet all together in the same rock over an interval of metamorphic grade above the garnet-in isogradThe composition of solid solution phases vary across the interval,and the proportions of the minerals changes until one of the reactants disappears with increasing grade,4.连续反应,当矿物为纯固相，纯转移反应为不连续反应（discontinuous reactions）；当矿物具有固溶体性质时，可能为连续反应（continuous reactions）或不连续反应。理论上，在特定压力条件下，非连续反应将在一个温度点上进行完毕，因而反应物与生成物仅在一个温度点上共存；连续反应将在一个较宽的温度范围内进行，其产物与反应物通过调整固溶体矿物的元素比值，而在一个较宽的温度范围共存。连续反应中反应物与生成物共存的温度范围取决于岩石的Mg/Fe比值，该比值越高，该温度范围越宽。在野外露头上，不连续反应导致在等变线（reaction isograd）两侧反应物到产物组合的变化是突变的；连续反应则使反应物与产物在一个较宽的空间内共存。,定义：祼露地质剖面上，化学成分相近的变质岩中，指示变质温度由低到高变化的矿物或矿物组合(岩石)的空间分带称为变质带，又称递增变质带（progressive metamorphic zones）。以某个特征变质矿物首次出现来划分的变质带叫指示矿物带（index-mineral zones),以临界矿物组合（critical mineral paragenesis）划分的变质带叫变质反应带。指示矿物或临界矿物组合首次出现位置的连线称等变质线（Isograde),三、成岩格子和递增变质带,苏格兰高地达拉累丁片岩巴罗型前进变质带,B、G、S、K、Si分别为黑云母、铁铝榴石、十字石、蓝晶石和矽线石等变质线在该区的热峰条件，这些热峰条件的连线称野外变质梯度（FMG）；不同的FMG代表不同的变质带序列,第二讲思考题：1、试述变质反应的主要类型及其影响因素，举例说明之2、请查资料，绘制一张P-T图解，将：Al2SiO5、柯石英=普通石英和石墨=金刚石等3个多型转变反应，以及硬玉+石英=钠长石纯转移反应白云母+石英=Al2SiO5+钾长石+H2O 和白云母=刚玉+钾长石+H2O脱水反应的单变线准确地标在图解上，并理解它们各自的岩石学或构造意义（在后续课程中将不断增添有意义的变质反应单变线）,
