授课教案及讲稿
课程名称： 变质岩岩石学
总 学 时： 32 总 学 分： 2
课程类别： 专业课
任课教师： 李强
单 位： 地球科学学院
职 称： 副教授
授课专业： 地质学
授课班级： 地质
11001-11004
1
2012～2013 学年 第 1 学期
课 题 学 时 第一章 绪论 2学时 1 掌握变质岩、变质作用的概念 2 了解变质作用的影响因素 3 了解变质作用的方式和类型 4 了解变质岩的研究历史和发展方向 1.变质岩的基本概念； 2.变质作用的影响因素 3.变质作用的类型 教学目标 与要求 重 点 难 点 1 变质作用的影响因素 2 变质作用的类型 教学方法 与手段 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 2
参考资料 董申保等，1986，中国变质作用及其与地壳演化的关系。北京：地质出版社 韩郁菁，1993，变质作用P-T-t轨迹。武汉：中国地质大学出版社 钱祥麟、王仁民，1994，华北北部麻粒岩带地质演化。北京：地震出版社 桑隆康、王人镜、张泽明、王强、何斌，2000，九资河-天堂寨地区燕山晚期花岗岩 与大别造山带核部隆升。地质学报，74（3）：234—246 索书田、桑隆康、韩郁菁、游振东等，1993，大别山前寒武纪变质地体岩石学与构 造学。武汉：中国地质大学出版社 王仁民、游振东、富公勤，1989，变质岩石学。北京：地质出版社 徐树桐、刘贻灿、江来利、苏文、季寿元，1994，大别山的构造格局和演化。北京： 科学出版社 徐学纯，1998，麻粒岩相变质流体和流体—岩石相互作用。地学前缘，5（4）：284—290 游振东、陈能松、张泽明，1996，中国桐柏大别构造带变质演化的岩石学证迹，地 球学报，17（增刊）：16—22 游振东、韩郁菁、杨巍然、张泽明、韦必则、刘嵘，1988，东秦岭大别高压超高压 变质带。武汉：中国地质大学出版社 教学内容及过程 3
第一章 绪论 一、变质岩与变质作用的基本概念： 1.变质岩：在地壳发展演化过程中，已存在的各种岩石，由于地壳的构造运动、岩浆活动，地热流的变化等内力地质作用，使原来岩石所处的地质环境及物理化学条件发生改变，为了适应这种变化，在基本保持固态的情况下，岩石的结构构造、物质成分发生变化而形成的一种新的岩石。 2.变质岩石学：是研究变质岩的成分、结构、构造、产状、分布、分类、命名、共生组合和变质岩的形成、演化的机制与条件以及其在地球(天体)形成、演化中的地位及作用、与矿产的关系等内容的独立的学科。 3.变质作用：在地壳形成和演化过程中，由于地球内力的变化，使已存的地壳岩石，在基本保持固态的条件下，从原岩的化学成分、矿物组成和结构构造等方面进行了调整，在特殊情况下，还可产生重熔或重溶，形成部分流体相的各种作用的总和。 三点说明： 变质作用作为一种地质作用，其发生发展与地壳的发生发展有关，特别与地幔与地壳的相互作用有关。 变质作用、岩浆作用、构造运动的联系服从于地壳形成与发展的总过程，并受地幔与地壳相互作用支配三者是平行的，在不同情况下呈现不同的内在联系。 变质作用形成的变质岩是一种转化岩石。 二、变质作用的影响因素： 1.温度 温度是体系热状态的直接标志。热状态的改变是导致变质发生的最重要的因素之一。 温度范围：150℃-250 ℃～ 650℃-1100 ℃ 指示矿物：浊沸石、蓝闪石、硬柱石、叶腊石 原因： 地热增温 上地幔热流的运动 岩浆活动带来的热能 摩擦作用产生的热能 放射性元素衰变释放热能的积累 2.压力 静压力：定向压力 负荷压力(Pl )：上覆岩层的重力 单位-b、kb、Pa、GPa 范围：1-2kb～7-8kb 据计算每加深1公里，压力增加0.0275GPa 接触变质和动力变质：3-5km，Pl＜0.1GPa 区域变质和动力变质：＞5km， 低压：Pl 0.1-0.3GPa；中压：Pl 0.3-0.5GPa 高压：Pl ＞0.5GPa； 超高压：Pl ＞1GPa 4
负荷压力的效应： Mg2[ SiO4 ] ＋ Ca [ Al2 Si2 O8 ] → Ca Mg2 Al2 [ SiO4 ]3 镁橄榄石 钙长石 石榴石 43.9 101.1 121 3.3 2.76 3.52 形成密度（比重）大，体积小的矿物。 3.流体压力：流体相 Pf 表示：各组分的分压力表示，例如PH20，PCO， 其数值与各自在流体相中相对物质的量 成正比（等于各组分分压之和）。 Pf= PH20＋PCO＋… 关系： Pf = Pl （地壳深部） Pf ＜Pl （地壳浅部） Pf ＞Pl （侵入体附近） 4.应力：侧向压力 可更新应力：指能够不受应力松驰和逐渐释放应变能的影响而连续起作用或者在环境变化后还能重新起作用的一种应力。 不可更新应力指那些具初始应变能一经释放应力立刻消失的一种应力。主要有：挠曲应力、薄膜应力、热应力。 5.具化学活动性流体 流体相组成： H2O，CO2，K，Na，Si，Mg，O2 A1，Fe，C1，F，S，CH3， CH4 流体相存在状态： 低温-气态或液态 超临界状态-高密度气体 流体相来源： 岩浆活动 变质作用提供的流体 板块俯冲带入的海水 未变质的原岩中会保存流体 6.时间 变质作用发生的地质时代 变质作用发生到终止所经历的时间 三、变质作用的方式 1.重结晶作用 概念：在变质作用条件下，原先存在的矿物颗粒的重新组合，只有形状大小的变化，而不涉及新矿物的生成。 类型： 初始重结晶 次生重结晶 影响因素： 1.原岩成分和结构的控制 碳酸盐类岩石 硅质岩 砂岩和粉砂岩 2.外界因素-温度、压力、活动性流体
5
特征：粒度不断加大，相对大小均匀化，颗粒外形变得规则。 2.变质结晶作用 概念：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，新矿物相的形成过程，与此同时必有相应的原有矿物趋于消失。 特征：变质反应前后，岩石的总成分保持不变 3.交代作用 概念：在变质条件下，由变质原岩以外的物质带入和原岩物质的带出，而造成的一种矿物被另外一种化学成分上与其不同的矿物所置换的过程。 特征：变质反应前后，岩石的总成分保持不变 新矿物形成与旧矿物消失是同时进行 固态为主，有流体相的存在 4.变质分异作用 概念：指成分均匀的原岩，在岩石总成分不变的前提下，造成矿物组合不均匀的一种变质作用。 机理：结核原理-说明变斑晶的形成过程 不稳定组分的局部溶解 最稳定组分的沉淀及局部富集 5.变形及碎裂 概念：各种岩石在应力的作用下，当应力超过塑性屈服强度时，就会出现塑性变形现象，当应力超过其弹性极限时就会发生破碎裂开。 机理：应力作用下组分运动的结果（山德） 变形和碎裂是变质过程中的一种重要作用，它既与岩石(包括组成它们的矿物)的力学性质有关，又与变形岩石所处的深度、应力的大小强度等因素有关。 四、变质作用的类型 1.局部变质作用 是分布局限（据Raymond（1995），其体积小于100km）的变质作用。它局限分布在一个具体的地质构造（断裂带、接触带等），往往一个因素起主导作用。在局部变质地区可清楚观察到变质岩与未变质岩石的渐变过渡。 ①接触－热变质作用：分布在侵入体与围岩接触带，主要由岩浆热而导致的变质作用。 特点：主要控制因素为温度； 主要变质机制为重结晶； 具有很低P/T比。 ②动力变质作用 ：分布在断裂带，在构造作用下导致的变质作用。 特点：主要控制因素为偏应力； 主要变质机制为变形及动态重结晶。 具有高至低P/T比，但通常P/T比较高。 3③ 冲击变质作用 ：分布在陨石坑附近，在陨石冲击地表的强大冲击波作用下产生的变质作用。 特点：主要控制因素为瞬时高温、高压； 主要变质机制为变形及部分熔融。 ④ 交代变质作用 ：局限分布于侵入体接触带及其附近和火山喷气活动区，主要由岩浆热液引起的异化学变质作用。 6
特点：主要控制因素为流体中的活动组分 ； 主要变质机制为交代作用。 2.区域变质作用 是在岩石圈范围由规模巨大（Raymond,1995，其体积大于数千km）的变质作用。 3① 造山变质作用：大规模分布在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带的变质作用，与造山作用有密切的成因联系。面积数百-数千平方公里。在前寒武结晶基底呈面状，在显生宙造山带呈带状分布。 特点：主要控制因素为温度、压力； 主要变质机制为重结晶、变形； 具有很宽P/T比。 ② 洋底变质作用 ：洋壳岩石在大洋中脊附近上升热流和海水作用下产生的规模巨大的变质作用。特点：主要控制因素为温度和活动组分； 主要变质机制为重结晶和交代。 具有低P/T比。 ③ 埋藏变质作用 ：无明显变形的大规模很低级（很低温）变质作用。它通常出现在区域变质和洋底变质的很低级部分，或独立出现在强烈坳陷的盆地沉积的底部 特点：主要控制因素为压力； 主要变质机制为重结晶。 P/T比变化范围很大。 ④ 混合岩化作用 ：高级区域变质（造山变质）伴随的部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩（古成体）混合形成混合岩的大规模变质作用。 类型-温度 ? 前进变质作用 ：由增温而引起的变质作用，其特征是以稳定的高温矿物组合代替较低温的矿物组合 ? 退变质作用 ：指低级变质叠加于原有的高级变质作用而引起的变质。是低温矿物组合取代较高温的矿物组合的过程。退变质作用常见于大的断裂带。 ? 复变质作用 ：多次不同温压条件的变质事件的叠加。 类型-压力 ? 高压型：地温梯度10℃/km左右。 ? 高压过渡型：地温梯度10-20℃/km。 ? 中压型：地温梯度20℃/km左右。 ? 低压过渡型：地温梯度20-30℃/km。 ? 低压型：地温梯度＞30℃/km。 五、研究历史和发展现状： ? 描述阶段 ：十九世纪末，应用显微镜研究变质岩，分类与描述；罗森布什、格鲁赛曼、尼格里等； 7
? 理论研究阶段： 20世纪初巴洛，哈克等提出了正常递增变质作用及应力矿物的概念。把变质岩的空间强度分带与区域构造地质环境联系起来，奠定了变质岩岩理学基础。 ? 实验研究阶段：第二次世界大战前就开始了变质矿物的人工合成的实验研究。约德尔，温克勒等； ? 多学科的渗透和边缘学科的形成阶段：高精度微区、微量分析测试技术、电子计算机技术的引进，不平衡体系热力学、统计热力学，化学动力学、固溶体热力学、固体物理学、金属物理学及微量元素、稀土元素、同位素地球化学等近代学科理论与变质岩研究的互相渗透，变质岩的研究已进入一个崭新的阶段。在宏观上形成了变质地质学方向，微观上形成了一系列与变质岩岩石学有关的新的研究方向。例如，变质实验岩石学、矿物共生的相柘扑学、岩组学、变质化学动力学及变质矿物物理学等。 六、岩石分布和研究意义 分布： ? 前寒武纪地盾区 ：面积占18%，大部分麻粒岩相 ? 显生宙造山带： 分布于前寒武纪地盾、地台边缘，主要为沸石相及蓝闪石片岩相。 ? 大洋盆地：发生于洋中脊及附近，主要为变质玄武岩和辉长岩类。 ? 地热区现代变质作用：现代岛弧和洋中脊，变质结晶和重结晶作用。 变质岩与矿产 ? 变质矿床的矿产种类繁多 ? ? ? ? 金属矿产-主要有铁、金、铀、铜、铅、锌等 非金属矿产-滑石、菱镁矿、硼、磷、石墨等 变质铁矿床储量占全球铁矿总储量的2/3以上 变质金-铀砾岩矿床则是金和铀的主要来源 ? 一些变质矿床分布广、储量大 七、课程目的和基本要求 变质岩岩石学是一门地质学的专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握变质质作用和变质岩的基本理论、概念；熟悉变质岩的物质组分、结构构造等方面的特征；对不同类型变质岩的矿物组合和矿物本身的特点、不同变质相之间的区别与联系及变质岩的成因有较深的了解；能通过肉眼或利用偏光显微镜正确鉴定常见的变质岩类型。 了解变质质作用和变质岩的基本理论、概念和术语；熟悉变质岩的物质组分、结构构造等方面的特征，学会利用共生图解解进行变质矿物共生分析； 掌握主要类型变质岩的基本定义、分类、命名和基本特征，学会肉眼和利用偏光显微镜鉴定常见变质岩，本部分的重点是区域变质岩、混合岩和动力变质岩。 掌握变质岩的原岩恢复和相系判定方法，了解地质温度计与地质压力计的概念和方法，学会如何利用变质岩石学资料进行韧性剪切带研究和变质作用历史的分析。并了解板
8
块运动与变质作用的关系，前寒武纪变质岩与早期地壳演化的关系，变质建造的概念；掌握变质作用的时代分布特征。 作业布置 1.什么是变质岩？什么是变质作用？ 2.变质岩与岩浆岩、沉积岩各形成于何种环境？ 3.影响变质作用的因素有哪些？如何影响？ 4.变质岩的基本类型有哪些？ 课后小结 9
课 题 学 时 第二章 变质反应 4学时 1 掌握变质反应的基本类型 2 掌握固-固反应的原理 3 掌握固-液反应的原理 4 掌握变质因素对变质反应的制约 5 了解变质反应动力学的基本概念 1 固-固反应的原理 2 固-液反应的原理 教学目标 与要求 重 点 难 点 1 固-固反应特点及机理 2 固-液反应特点及机理 10
教学方法 与手段 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 参考资料 张泽明，1992，大别山榴辉岩带的岩石学研究，岩石学论文集。武汉：中国地质大 学出版社。197—205 钟增球、郭宝罗，1991，构造岩与显微构造。武汉：中国地质大学出版社 周高志、J.G.Liou、刘源骏等，1996，湖北北部高压、超高压变质带。武汉：中国地 质大学出版社 Miyashiro, A., 1973，变质作用与变质带。周云生译，1979，北京，地质出版社 Passchier, C.W., Meyrs, J.S., Kroner, A., 1990, 高级片麻岩区野外地质工作方法。朱 志澄、张家声、游振东译，1992，北京：地质出版社 Vernon, R.H., 1976，变质反应与显微构造。游振东、王仁民等译，1988，北京：地 质出版社 Winkler, H.G.F., 1976，变质岩成因。张旗、周云生译，1980，北京，科学出版社 Arzi, A.A., 1978, Critical phenomena in the rheology of partially melted rocks. Tectonophys.，44:173—184 Best, M.G., 1982, Igneous and Metamorphic Petralogy, W. H. Freeman & Company, New York: 529—558 Blatt, H. And Tracy, R. J., 1995, Petrology Igneous, Sedimentary, and Metamorphic. Second Edition, W.H. Freeman and Company, New York. 教学内容及过程 11
第二章 变质反应 一. 变质反应的类型 变质反应的概念：岩石在变质过程中最主要的变化是矿物成分的变化，而矿物成分变化都是通过特定的化学反应实现的。这种发生在变质作用条件下的化学反应称作变质反应 分类：参与反应的物相种类 反应物与生成物关系 固-固反应 连续反应 有流体相参加的反应 不连续反应 书写变质反应方程式原则 ? 高温矿物组合写在右侧，低温矿物组合写在左侧 ? 正向反应：升温过程从左至右的反应 ? 逆向反应：降温过程自右至左的反应 水化反应 VS 脱水反应 ？ 脱碳酸反应 VS 碳酸化反应？ 化学反应在平衡时的基本热力学方程是： d (△G)=0=△VdP－△SdT 式中：△G为反应的吉布斯自由能的变化； △S为反应的熵变； △V为反应的摩尔体积变化。 Clausius-Clapeyron方程 dP/dT=△S/△V dP/dT为P-T图解上的反应曲线斜率 ? 固体-固体的反应 ? 特点： 反应物与生成物均为固体 受温度、压力控制-温压指示计 P-T图解为直线 Clausius-Clapeyron方程 dP/dT=△S/△V dP/dT为P-T图解上的反应曲线斜率 ? 类型： 1.同质多相变体的转变-多形转变 化学组成相同的固体，在不同的热力学条件下，常会形成晶体结构不同的同质异构体，这种现象叫同质多晶或同质多相现象。 同质多相变体的转变-多形转变 实例：红柱石（And）蓝晶石（Ky）夕线石（Sil） A12SiO5（红柱石）=A12SiO5（矽线石） Ky=And；Ky=Sil；And=Sil VAnd=51.5； VSil=49.90 ；VKy=44.09； 12
2.固溶体的出溶 出溶：高温时固溶体矿物为均一的一相，当温度降低到固溶体分解曲线之下，就会分解为成分不同的两相。出溶的两相往往呈页片状、条纹状交生体，也可最终分解为两个矿物单晶。变质岩中常见的条纹长石、具斜方辉石页片的单斜辉石及晕长石都是固溶体出溶结果。 3.矿物有序状态的转变 长石中的A1-Si、某些铁镁矿物中的Mg-Fe、高镁方解石和白云石中的Ca-Mg均存在占位有序度。 4.纯固相之间的反应 反应物和生成物是化学成分不同的纯固相矿物 例：NaAlSi2O6+SiO2=NaAlSi3O8 Jd（硬玉） Q Ab 该反应有较平缓的正斜率，是较好的地质压力计：矿物组合Jd+Q的出现是高压的标志。 有流体相存在的反应 这类反应有流体相的参加，变质反应中起重要作用的流体相主要是H2O、CO2、O2。其控制因素除了T、P外，体系的流体相的xH2O、xCO2、fO2等起着重要的作用。一般不是良好的温压指示计。△S、△V都明显受P、T的影响，△S/△V不是一个常数，所以，在P-T图解上，有流体相参加的反应是斜率不断变化的曲线。 类型：Greenwood（1967） 1.简单的脱水反应 标准式为 B=D+H2O 平衡温度随着XH2O增加而增高， 当XH2O =1时平衡温度最高。 2.简单的脱碳酸反应 标准式为 B=D+CO2 平衡温度随着XCO2增加而增高， 当XCO2 =1时平衡温度最高。 3.脱水-脱碳酸反应 含泥的碳酸盐岩及含碳酸盐矿物的其它成分的岩石常发生的矿物相变化 标准式为 B=D+H2O+CO2 T-x平衡曲线为上凸形。 当XCO2= nCO2/(nH2O+nCO2)时平衡温度最高。 13
4.碳酸盐化-脱水反应 标准式为 B+CO2=D+H2O T-x平衡曲线为S形。平衡温度随XH2O增加而增加，XH2O=1时平衡温度最高 5.水化-脱碳酸反应 标准式为 B+H2O=D+CO2 T-x平衡曲线为反S形。平衡温度随XCO2增加而增加，XCO2=1时平衡温度最高 ? 类型-本教材： 1.脱水反应 含水矿物常发生的矿物相变化 例：Al2Si4O10(OH)2=Al2SiO5+3SiO2+H2O PrL(叶腊石） And(红柱石) 平衡温度随着XH2O增加而增高， XH2O =1时平衡温度最高。 KAl2[AlSi3O10](OH)2+SiO2=KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O MS(白云母） Q Or(正长石） Als(铝硅酸盐) 中级变质组合 高级变质组合 高级变质与中级变质的临界反应 14
2.脱碳酸反应 含碳酸盐质岩石常发生的矿物相变化 例： CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 Cc Wo(硅灰石) 平衡温度随着XCO2增加而增高， XCO2 =1时平衡温度最高。中级变质与高级变质的临界反应 低级变质与中级变质的临界反应 例： CaMg(CO3)2+2SiO2=CaMgSi2O6+2CO2 Dol Di(透灰石) Cc+Q=Wo+CO2（实线）和Dol+Q=Di+CO2（虚线）的P-T-X图 3.脱水和脱碳酸的反应 是含钙变质岩的常见反应，也是低级变质与中级变质的临界反应。 Ca2Mg5Si8O22（OH)2+3CaCO3+SiO2=5CaMgSi3O6+3CO2+H2O Tr(透闪石） Cc Q Di(透辉石） 当XCO2= nCO2/(nH2O+nCO2)=？时平衡温度最高。 反应Tr+3Cc+Q=5Di+3CO2+H2O 的P-T-X 图（左）和P=0.2GPa 下的T-X 图（右） 3.氧化-还原反应 含有变价元素的矿物存在，因fO2的变化发生的变质反应 15
6Fe2O3=4Fe3O4+O2 赤铁矿 磁铁矿 2Fe3O4+3SiO2=3Fe2SiO4+O2 磁铁矿 铁橄榄石 连续反应和不连续反应 不连续反应：反应物和生成物之间的关系是突变的，在给定压力和流体成分条件下，反应在一个特定的温度发生。在P-T，P-x，T-x等双变量图解上反应物、生成物只能在单变反应线上共生。偏离了平衡条件，不是反应物消失（生成物稳定）就是反应物稳定（生成物消失），这样的反应称为不连续反应。 3(Fe,Mg)Al2SiO5(OH)2+3(Fe,Mg)3Al2Si3O2+21Al2SiO5=6(Fe,Mg)2A19O6[SiO4]4(OH)2+19SiO2 Cld(硬绿泥石) Gt(石榴石) Als (红柱石) St( 十字石) 连续反应：成分可变的固溶体，反应物与生成物之间的关系是渐变的，在给定压力和流体成分条件下，反应在一个温度范围内连续发生。在P-T、P-X、T-X等双变量图解上，反应物和生成物在双变反应区内共存。在双变区中，成分不断调整，反应的P-T条件取决于岩石成分。这样反应称为连续反应或滑动反应。 3(Mg, Fe)2Al4Si5O18=2(Mg, Fe)3Al2Si3O12+4Al2SiO5+5SiO2 Crd(堇青石) Gt(石榴石) Sil (矽线石) 16
二、变质因素对变质反应的制约 1.温度：温度升高有利于吸热反应的进行，也有利于脱流体相反应的进行，更有利于自由能较高的矿物组合的稳定，温度升高还可以大大提高变质反应的速率。 温度不是孤立的对变质作用起影响，而是同其他变质因素一起控制着变质反应的进行。例如，流体相的存在就是十分重要的条件。如果没有流体相的存在，即使温度很高，变质反应也很难进行，就是能进行，反应的速率也很缓慢。 2.负荷压力(P1)：总体说，压力增加有利于生成摩尔体积小的矿物组合，不利于脱流体相反应的进行。对于具体变质反应平衡温度的影响，视反应在P-T双变图上的斜率不同，作用是不一样的。 在P-T图解上，单变反应的斜率dP/dT正值，P增大，会使反应的平衡温度升高；相反，dP/dT为负值时，P增大会降低反应的平衡温度。 3.流体压力：流体压力Pf与P1的关系在变质作用中情况复杂 当Pf=P1时，Pf并不独立起作用，对变质反应的效应同P1。在开放体系中Pf < P1 ，在高级变质条件下部分融熔的发生，消耗了一部分流体相，也会出现Pf < P1 ，此时，对于脱流体相反应则会大大有利。使反应的平衡温度降低，甚至会使反应由正斜率变为负斜率。 Wall和Essene计算了叶腊石分解反应： A12Si4O10(OH)2 = A12SiO5+3SiO2+H2O Prl(叶腊石) Ky(蓝晶石） 当PH2O/P1 ，分别为1.0，0.5，0.1时单变线在P-T图上的位置。当出现局部流体相的构造超压时， Pf >P1 ，此时，一般不利于脱流体反应的进行，会使反应的平衡温度升高。 4.流体相组成 如流体相是H2O和CO2的混合相，此时xH2O或XCO2的大小，也是控制脱H2O及脱CO2反应的独立变量。例如，当硅质石灰岩受热变质时，会发生反应： CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 格林伍德(1967)曾对这一反应在不同的xCO2值时在P-T图上单变线的位置作过研究，当xCO2由0→1时，在0.1GPa的总压力下，平衡温度提高了250 ℃ ，在压力为0.2GPa时，平衡温度提高了350℃。 5.氧逸度 fO2对含变价元素矿物的变质反应效应最显著，对含H2O的变质反应的效应也很重要。 对含H2O的化学反应，当fO2增加时，使氧化矿物稳定。为保持fO2值不变，O2就要不断补充。O2最大的来源是H2O的分解。为保持xO就要使含H2O的矿物脱水，因此，在氧化反应进行时，若fO2的增大，会导致促进脱水反应的进行。 三、 变质结晶作用的动力学基本概念 1.成核速率（N）：单位体积中、单位时间内形成的新矿物相的晶核数目。N=dn/dt 成核作用可分均态成核和非均态成核两种。 均态成核作用在均匀介质中进行，在整体介质中成核的可能性相同，N=D0exp（-EA/KT）。 式中：其中D0为速率常数， EA为成核激活能，相当于成核作用消耗的体系的吉布斯函数改变值K是波尔兹曼常数，T是开尔文温度 17
非均态成核作用，在异相界面上发生，即只在有利的介质中进行，例如颗粒界面和裂隙处、气液包裹体界面上，外来杂质的加入等。其各相成核的机率是不相同的，其成核速率的影响因素就更复杂，主要有应力的作用、晶体颗粒界面的形态、晶体内部缺陷的状态、杂质的种类及多少等因素。 2.晶体生长速率（G）：单位时间内晶体粒度的增加。G=dr/dt 变质结晶过程中T、t及晶体粒度可综合考虑。 成核速率开始随温度按指数率增加，然后按指数率随温度增加而减小。 只要超过某一“临界温度”，晶体粒度随时间而增加。只要超过某一“临界温度”，晶体生长速率随温度而增加。 3.固相反应机理 固相反应的特点-在较低的T下，固体中质点也可能扩散迁移并且扩散的速度随温度的升高以指数率增长。固相之间可以进行反应，在界面上生成新相的厚度（x）与反应时间（t）成正比关系。 x=klnt+c 其中:k为积分常数，c为厚度常数 泰曼认为：固态物质间的反应是直接进行的，气相或液相没有或不起重要作用；固相反应开始的温度远低于反应物的熔融或体系的低共熔温度；当反应物之一存在多形转变时，则转变温度也是反应开始明显加快的温度。 相界面上的化学反应一般经历三个过程： 第一、反应物之间的混合接触并产生表面效应。第二、化学反应，并形成新相的晶核。 第三、晶核逐渐长大，但结构上仍是不完整的具有很多缺陷，随着温度升高，这些晶格缺陷得到校正和调整而最终导致新矿物相的形成。 作业布置 1.为什么固-固反应是较好的地质温度计？ 2.为什么说与脱碳酸反应相比，脱水反应是较好的地质温度计？ 3.说明连续反应的特点？ 4.为什么当 XH2O=0 时，在P-T 图解上脱水反应一般是负斜率的直线？ 课后小结 18
课 题 学 时 第三章 共生分析和变质相 2学时 1 掌握共生分析的基本原理； 2 掌握成分-共生分析的思路； 3 掌握封闭体系的矿物相率； 4 了解开放体系的矿物相率； 5 掌握ACF图、A’KF图的编绘过程； 6 了解AFM图的编绘过程； 7 掌握ACF、A’KF的计算公式； 8掌握变质相的内涵，及变质相带的划分方法； 1共生组分分析的基本原理； 2 成分-共生分析的基本思路； 3 ACF图的编制方法； 4 A’KF图的编制方法； 5 变质相的概念及内涵； 6变质相的划分及名称； 1 成分-共生分析的思路； 2 共生分析的原理 3 ACF，A’KF图的编制方法 4 变质相的内涵 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 教学目标 与要求 重 点 难 点 教学方法 与手段 19
参考资料 England, P.C. and Thompson, A.B., 1984, Pressure-Temperature-time paths of regional metamorphism I. Heat transfer during the evolution of regions of thickened continental crust Journal of Petrology, 25(4): 894—928 Harley, S.L., 1989, The origins of granulites: a metamorphic perspective. Geol. Mag., 126: 215—247 Mason, R., 1990, Petrology of metamorphic rocks, second edition, Uniwin Hyman Itd, London Mason, R., 1999, Metamorphic petrology. China University of Gosciences Massonne, H.J.& Schreyer, W., 1989, Stability field of the high-Prhessure assemblage talc-phengite and two new phengite barometers. Eur. J. Mineral., 1:391—410 Miyashiro, A., 1994, Metamorphic Petrology. UCL Prhess, London Okay, A.I., Xu, S., Segor, A.M.C. 1989, Coesite from the Dabie Shan eclogites, Central China. Eur. J.Mineral, (1): 595—598 Raymond, L.A., 1995, Petrology: the Study of Igneous, Sedimentary, Metamorphic rocks, WCB Publishers, New York Schreyer, W., 1988, Subduction of continential crust to mantle depths: petrological evidences. Episodes, 11(1): 97-104 教学内容及过程 20
第三章 共生分析和变质相 一、共生分析的原理 1.吉布斯相率：从热力学角度看，一个天然结晶岩石就是一个复杂的非均匀系统。对绝大多数变质岩而言，其热峰条件下形成的矿物组合往往非常接近化学平衡，这使得岩石矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间的关系应服从吉布斯相律。 吉布斯相律：在平衡体系中相的数目p、自由度f 和组分数c有如下关系： p+f=c+2 式中：p为平衡共生相的数目，岩石系统的相数等于该系统共生组合中矿物数。 f为自由度数，即相平衡系统内能在一定范围内独立改变而不引起相的种类和数目发生改变的独立变量数。 c为组分数，即描述系统各相组成所需独立物质的最小数目。 c、p、f是相平衡系统的重要性质和特征，常以其划分系统类型。如一元系 (c=1)、二元系(c=2)，三元系(c=3)；零变系(f=0)、单变系(f=1)、双变系(f=2) 一元三相系(c=1，最大相数为3)，三元五相系(c=3，最大相数为5) 。 例1：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 为二元四相 该平衡系统p=4。但用CaO、SiO2、CO2三物质足以描述系统全部四相组成，所以c=3，是一个三元系。f=c+2-4=1，系统是单变的。即该反应是一个单变反应。即温度、压力两个变量，只有一个能独立改变，另一个不是不能改变，否则将会引起相的种类和数目的变化。 例2：Al2SiO5系(红柱石，蓝晶石，矽线石) 这是一个一元三相系，c=1(Al2SiO5)。 若f=0，则p=3，这点上红柱石，蓝晶石，矽线石三相共生通常称该点为零变点。 若f=1，则p=2，这是三条线上的情况，两相共生，通常称这些线为单变线。 若f=2，则p=1，这是图中三条线所限定的三个区的情况，在三个区中，均仅有一相，稳定自由度为2，即温度，压力均可在一定范围内独立改变而不至于引起相的变化。通常称这些区域为双变区。 2.共生分析的基本思路 21
从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用相律，可以分析矿物组合与岩石化学成分和物化条件的关系(共生分析)。这是变质岩石学研究的基本方法。 ① 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 在封闭条件下岩石系统达平衡时服从Gibbs相律由于变质作用常常是在一定温度和压力区间内进行并达平衡的，必定至少有两个自由度，即f≥2。由吉布斯相律公式可得：f=c＋2－p≥2。因此， p≤c Goldschmidt矿物相律：在一定温度、压力范围内平衡的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。它是Gibbs相律的地质学形式。 例如：Al2O3-SiO2二元系，可出现的矿物很多：刚玉、多铝红柱石、红柱石、蓝晶石、夕线石、α-石英、β-石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯石英等。但由于c=2，所以p≤2。即在平衡条件下，不太可能有三、四矿物组合，更不可能有4个以上的矿物共生。 注意：Goldschmidt矿物相律描述的是P-T图解上双变区内或变质地体的变质带内的矿物共生规律。而P-T图解的单变线上或变质地体等变线上出现的矿物相数要比矿物相律允许的相数多1。 ② 开放系统的Korzhenskii矿物相律 1. 局部平衡-交代系统的每个极小局部，P、T、组分化学位等变量是固定的，当这些数值不随时间改变则可建立平衡 2. 组分活动差异性 c = ci ＋cm c—组分数，ci— 惰性组分数，cm—活动组分数。 3. 活动组分化学位与温、压力一样，是可变的。 f≥cm+2 因此：p≤ci 在温度、压力和活动组分化学位的一定范围内能稳定平衡共存于一开放系统的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与活动组分无关。 应用：交代分带现象 二、矿物组合与共生分析 确定矿物共生组合是共生分析的第一步，因为这是应用相律的先决条件。然而，由于不能排除天然变质岩系统存在不平衡状态，又由于在由沉积岩变来的变质岩中，在小范围内，化学成分亦可能有变化，因此，在一块变质岩标本中，甚至一块薄片范围内见到的所有矿物有可能属几个共生组合。必须根据详细的岩石学观察，正确判断矿物共生组合 标志1：只有相互接触的矿物才可以看作是一个矿物共生组合。 标志2：一个矿物共生组合的各矿物，相互间无反应和交代现象 标志3：一个矿物共生组合中，同种矿物的化学成分及光性常数特征应相近，如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似。 标志4：一个矿物共生组合中的一对矿物之间元素的分配符合Nernst 分配定律，即各处元素的分配系数近相等 标志5：矿物共生组合中矿物共生关系应符合矿物相律，矿物相数不超过惰性组分数。
22
标准1是一定的化学成分的标志。由于原岩化学成分不均匀，一个薄片中可出现几个矿物组合。此时可据标准1将它们区分开来。 若以三组分为三角形顶点，则七个矿物按化学组成可分别标在相应位置上，纯组分矿物表示在三角形三个顶点上(A,B,C)，两组分组成的矿物表示在三角形的三条边上(D,E,F)，三组分组成的矿物表示在三角形内部。 ①若任意一组成位于连接三矿物的小三角形内(如i)，达平衡时，为三相共生（ A+D+E ），即p=3；这时，不可能有G，因为A+G=D+E。 ②若成分点位于共生线上（如j ），则平衡时为两矿物共生（ F+C ），p=2；这时，不可能有B，因为B+C=F。 ③若成分点恰位于某矿物投影点，则平衡时仅一相存在，p=l。如a组成，平衡时仅一相。 大多数变质矿物是具有相当大成分范围的固溶体(A、B、E、F、G)，它们在成分-共生图解中以线段(两组分固溶体，如A、E)或面积(三组分固溶体，如B、F、G)表示。 当岩石成分点位于矿物成分点、线段或面积中时，相数为1，当岩石成分点落在一条共生线上时，两相共生，当三相共生时，共生关系以图解中一个一定的小三角形表示。 1.成分-共生图解 成分-共生图解：如果一个岩石系统由三组分组成，根据Godlschmidt矿物相律，在普遍观察到的组合中，矿物数应是3、2或1，这意味着当这种岩石的矿物成分用一个三顶点为三组分的三角图解表示时，把该图解分成一系列小三角形就能直观地表示矿物共生关系，这种图解共生图解 ① 组分分析：绝大多数变质岩具有复杂的化学组成，是一个多相平衡系统，而不是简单的三元系。然而，在一个二维的平面上，我们只能表示最多三四个组分的系统的矿物共生关系。因此，为了对成分复杂的岩石作共生分析，有必要对岩石系统各组分作具体分析，找出对矿物共生组合影响最大的三、四个组分把多组分岩石系统简化为三组分或四组分系统，才有可能作出成分-共生图解，表示岩石化学成分与矿物组合的关系，这一过程叫做组分分析。
23
组分分析思路： ? 微量组分：如SrO、BaO、CuO、NiO……等，它们一般不形成独立的矿物，不影响矿物共生，因而在共生分析时可不考虑。 ? 副矿物：如磁铁矿、钛铁矿、榍石、金红石、锆石、磷灰石和硫化物等。由于成分-共生图解目的主要在于说明较多量矿物的共生，因此对这些副矿物和其中所含的TiO2、ZrO、P2O5和S共生分析时也可不考虑。 ? 完全活动组分：该类组分在间隙溶液中的浓度或化学位与T、P一样是岩石系统的外部条件。成分一共生图解表示的是一定外部条件下的矿物组合。所以，外部条件在图解中不表示。当外部条件改变引起矿物组合的变化时，用新的图解表示新条件下的新的一套矿物组合。 ? 通常的变质岩，只要考虑SiO2、A12O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O，K2O，CO2、H2O这11个氧化物。 这11个组分，按其化学特征和对矿物共生的影响，可分为：过剩、类质同象和有效独立组分。 过剩组分：原岩中大量存在的组分。通常在参与形成其它共生矿物之后能以过剩状态形成单独的矿物相(过剩矿物)。出现于该类岩石的共生组合之中。过剩组分含量多少，只会影响过剩矿物含量多少，而不影响岩石的其它矿物共生。因此，作共生图解时可不考虑过剩组分。而把过剩矿物放在共生图解之外。 类质同象组分：是互成类质同象替换的组分，它们的相对含量一般可在一定范围内变化而不致于影响其它矿物的共生关系。在共生分析时，可将互成类质同象代替的组分合并为一个独立组分。 如：由于A13+==Fe3+，Fe2+==Mg2+==Mn2+的类质同象置换关系，可将它们合并为 (Fe,Mg,Mn)O， (Al,Fe)2O3、分别作为一个独立组分。 有效独立组分：除上述几类组分之外的其它组分(包括由类质同象组分合并的独立组分)。它们之间的比例对矿物共生组合起决定性的作用。 矿物共生组合中出现的矿物数目与完全活动组分、微量组分、次要的类质同象组分无关。在不考虑副矿物情况下，矿物共生组合中矿物最大数目等于有效独立组分数加上过剩组分数之和。但过剩组分多少不改变矿物共生，决定矿物共生组合多样性的是有效独立组分。因此，以有效独立组分为顶点作出的成分-共生图解可以表示系统的矿物共生关系。 三、成分-共生图解 Eskola(1915) 设计ACF图以表示成分范围广泛的含石英变质岩（包括泥质、长英质、基性、钙质、镁质）的矿物共生。 1. 含石英变质岩的组分分析 对普通的含石英变质岩，不考虑微量组分和孤立组分，通常包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、CO2、H2O等11个组分，这些组分按其化学特征和对矿物共生的影响可分为： 完全活动组分：H2O、CO2（Eskola把它们处理为过剩组分）。共生图解中不予考虑。 过剩组分：SiO2 共生图解中不予考虑，把过剩矿物Q放在图解之外。 类质同象组分：岩石中存在两种类质同象。一类是Al2O3与Fe2O3类质同象和FeO、MnO、MgO类质同象，它们普遍出现在造岩矿物中，因而将它们合并处理为两个独立组分：(Al,Fe)2O3 和(Fe, Mg, Mn)O；另一类是Na2O与CaO类质同象，仅出现在斜长石中而不出现在其他含钙矿物中。因此不能将它们合并。Eskola的处理办法是：由于Na2O只
24
在斜长石中作为CaO的类质同象组分出现，其含量多少有无只影响斜长石号码，而不会增加或减少一个矿物相。因此，Na2O不是独立组分，可不予以考虑，把钠长石放在图解之外。 有效惰性组分：经过上述组分分析后，得出4个有效惰性组分, (Al,Fe)2O3、CaO、K2O、(Fe,Mg,Mn)O。为了把组分数减至3，以便于图解表示，Eskola把K2O作为过剩组分，不予以考虑，把钾长石放在图解之外。这样一来，使得该图解出现一个明显的缺点：区分不了低温下泥质变质岩中K2O过剩与K2O不足的两类组合。 2. ACF图编制 Eskola将上述三个有效惰性组分为顶点的成分-共生图解命名为ACF图。其中： A=[Al2O3]＋[Fe2O3] C=[CaO] F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO] A＋C＋F=100. 在三角形图解上，按矿物组成的ACF比值标绘矿物后，按矿物的实际共生关系连接共生线即完成了ACF图解， ACF图能表示较多的重要硅酸盐矿物，但K和Na的硅酸盐和二氧化硅不饱和的硅酸盐除外。ACF图表明：在一定温度压力条件下形成并达内部平衡的岩石，其矿物共生组合取决于原岩的总化学组成，并随着原岩的总化学组成的变化呈现有规律的变化。 将矿物化学式写成氧化物形式，易于计算矿物的ACF值，从而便于标绘矿物。 And（红柱石） Al2O3·SiO2 A=100 Crd（堇青石） 2(Mg, Fe)O·2Al2O3·5SiO2 A=50, F=50 An（钙长石） CaO·Al2O3·2SiO2 A=, C= Di（透辉石） CaO·(Mg, Fe)O·2SiO2 C=, F= Gro（钙铝榴石） 3CaO·Al2O3·3SiO2 A=, C= Wo（硅灰石） CaO·SiO2 A=, C= 注意：一是图中An 位置实际上并不是钙长石，它与图解外的Ab一起代表某一号码的斜长石；二是Ms（白云母）、Bi（黑云母） 都是含钾矿物，它们在共生组合中是否出现在很大程度上受岩石的K2O组分控制，图中所有组合都可出现Ms、Bi。ACF图不能表示K2O对矿物共生的影响，因而，严格说来，它们不应该表示在ACF图上。 岩石成分的标绘-成分矫正 将岩石的组成标绘在成分-共生图解上，可以预测该岩石的矿物共生组合。然而，由于在编制ACF图过程中，未考虑钾长石、钠长石和副矿物因此，在根据岩石化学分析资料于ACF图上标绘岩石时，需从化学分析中扣除包含在这些矿物中的(Al，Fe)2O3、CaO、(Fe，Mg)O的量。 ① 用副矿物含量校正岩石化学分析 根据薄片测定副矿物钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、榍石的实际含量（体积%），并将测定矿物的体积%转换成wB%；wB%=相对密度×体积%。换算时可使用下列矿物相对密度值：磁铁矿5.2，榍石3.5，钛铁矿4.7，黄铁矿5.0，赤铁矿5.1。然后，对岩石化学分析作下列校正： 如：磁铁矿(Fe3O4)含有31.0％的FeO和69.0％的Fe2O3，因此，独立组分计算时要从：FeO重量％中减去磁铁矿重量％的31％；Fe2O3重量％中减去磁铁矿重量％的69％。对其它副矿物进行类似校正。 25
② 计算氧化物的摩尔数 把校正过的岩石化学分析的各个氧化物wB%（可不考虑SiO2和H2O）除以其分子量再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。如： [CaO]=CaO wB%×1000/CaO分子量。 ③ 用钾长石、钠长石校正摩尔数[Al2O3]，用磷灰石校正[CaO]，用方解石校正 [CaO]： 假定岩石所有的K2O、Na2O均组成钾长石和斜长石的钠长石分子。由于钾长石的 [K2O]=[Al2O3]，钠长石中[Na2O]=[Al2O3]，因此，要在岩石的[Al2O3]中扣除钾长石、钠长石中的[Al2O3]，只须在[Al2O3]中减去（[K2O] ＋ [Na2O]）即可。 磷灰石的化学式为9CaO·3P2O5·CaF2 ，所以磷灰石的[CaO]=3.3[P2O5]；方解石化学式为CaO·CO2所以，方解石的[CaO]=[CO2]。为了扣除岩石中含在少量磷灰石和方解石中的[CaO] ,只须从岩石的[CaO]中减去（3.3[P2O5] ＋ [CO2]） 副矿物校正后岩石的ACF值计算方案总结如下： A=[Al2O3]＋[Fe2O3]－([Na2O] ＋ [K2O]) C=[CaO]－(3.3[P2O5] ＋ [CO2]) F=[FeO]＋[MgO] ＋ [MnO] 为了用图解表示，把值换算为A＋C＋F=100，即用摩尔百分数表示。 练习： 3.A’KF图解 问题的提出：芬兰奥里耶维地区接触变质岩区有两类矿物组合明显不同的岩石，一类含富铝矿物：红柱石、堇青石而不含钾长石；另一类含钾长石而不含富铝矿物。虽然钾长石和富铝矿物在该区都是稳定的，却不能共生。艾斯科拉认为这是原岩K2O含量不同造成的。第一类岩石为K2O不足的，第二类岩石为K2O过剩。 K2O不足的岩石为泥质岩，过剩岩石通常为富钾泥质岩及长英质岩石。泥质变质岩石的组分通常是贫钙的，且CaO主要含在斜长石的钙长石分子中。因此，CaO不是有效独立组分。而K2O的过剩与不足对该类岩石的矿物共生有重大影响。K2O应作为有效独立组分。对泥质变质岩系统有效独立组分为(Fe,Mg,Mn)O， (A1,Fe)2O3 K2O，因此，用ACF图不能反映该类泥质变质岩的矿物共生关系。
26
参考ACF图，根据泥质变质岩有效独立组分特征 {(A1,Fe)2O3，K2O，(Fe,Mg,Mn)O}， 艾斯科拉设计了A’KF图，来研究该类泥质变质岩的矿物共生关系 以(A1,Fe)2O3，K2O，(Fe,Mg,Mn)O三组分为端元： A’= [A12O3]+ [Fe2O3 ] –[K2O] K= [K2O] F= FeO+ MgO+ MnO A’+K+F=100 作成成分共生图解，称为A’KF图。 注意：由于泥质变质岩中钾长石是最富钾矿物，因而在AKF图上钾长石是标在K顶点的。即是将钾长石的K值作为100，A值作为0的。而钾长石分子式中摩尔数[Al2O3]=[K2O]，因此计算A值时，必须扣除钾长石中的[Al2O3]，这样，A的意义与ACF图不同故将A改为A′，称为A′KF图。 注意：理想成分的白云母(K2O·3Al2O3·SiO2·H2O)不是标在K:A′=1:3的位置，而是标在K:A′=1:2（K=33、A′=67）的位置上。同样，理想成分的黑云母标在K=14、F=86位置。由于黑云母中有些（Fe, Mg）可被Al替代，所以其成分可渐变到A′=15、K=14、F=71的位置 在A′KF图上标绘岩石时，也要进行校正。用副矿物含量校正岩石化学分析的方法基本上同ACF图。在经过此项校正后，将氧化物WB%换算为摩尔数。由于A′KF图不考虑斜长石（由钠长石分子和钙长石分子组成），因此必须在A′中扣除斜长石中的[Al2O3]，即扣除与[Na2O]＋[CaO]等量的[Al2O3]。 A’KF的计算方案为： A’ =[A12O3]+[Fe2O3]- ([Na2O]+[K2O]+ [CaO]) K =[K2O] F =[FeOl+[MgO]+[MnO] A’+K+F=100 4.AFM图解 汤普逊设想在四面体的一个面上投影。由于泥质变质岩中的大多数矿物都位于AFM面上及其附近，因而选AFM面作为投影面。由于白云母在泥质变质岩中分布非常广泛，因此，把讨论限于含白云母的岩石。这样，在成分-共生图解中就不必表示白云母而选理想成分的白云母KAl3O5(KAl3Si3O10(OH)2作投影点。凡在四面体内的矿物都从理想化白云母成分点MS向AFM面投影。投影面包括AFM三个角顶，但并不以FM线为限。只有A-F-M-Ms小四面体内的矿物，才会投影在AFM面上不超过FM线。否则，投影点会位于FM线外。 上述投影过程，实际工作中是用计算进行的。把分析的wB%换算为氧化物摩尔数之后，按下式计算投影坐标A和M： A=([Al2O3]－3[K2O]）/([Al2O3]－3[K2O]＋[FeO]＋[MgO]) M=[MgO]/([MgO]＋[FeO]) 减3[K2O]的意义是减去投影点Ms中的[Al2O3](=3[K2O]) AFM图的改进 高温时由于白云母分解，钾长石在泥质变质岩中普遍存在。为了表示含钾长石和石英的高温变质岩莱因哈特设计制作了另一种AFM图，该图中矿物和岩石投影点是从钾长石成分点向FM面投影得出的，该图解的三个参数为： 27
A=[Al2O3]-([K2O]+[Na2O]+[CaO]) F=[FeO]-[Fe2O3](- [TiO2]) M=[MgO] A+F+M=100 5.成分共生图解综述 各图解的优缺点 ACF图解：一般地说，ACF图解可以表示几乎所有的常见变质岩和主要造岩矿物，说明其相互关系，这是它的最大优点。其主要缺点是不能表示中低温时由于K2O过剩与不足引起的钾长石与富铝贫钾矿物不共生关系、FeO/MgO比值对共生组合的影响、铁镁矿物的化学成分变化。 A’KF图解： A’KF图的最大优点是能反映由于K2O过剩与不足引起的钾长石与富铝贫钾矿物不共生关系。主要缺点是只适用于泥质、长英质岩石、不能表示FeO/MgO比值对共生组合的影响、铁镁矿物的化学成分变化。 ACF图解和A’KF图解可以相互补充，所以通常将它们联用，作成双三角形图解，以取得更完整的结果。 AFM图： AFM图把泥质变质岩看作A12O3-K2O-FeO-MgO四元系，把FeO、MgO作为独立组分，因而比ACF图和A’KF图更严格、合理，可很好地表示岩石的FeO/MgO比值与矿物共生组合的关系和铁镁矿物的化学成分变化。AFM图的缺点是仅适用于泥质变质岩和长英质变质岩-汤普逊的图解仅适用于含白云母和石英的泥质变质岩石。 应用中应该注意的问题 1.考虑图解的适用范围：使用时一定要注意每个图解的适用范围。 2.根据独立组分特征设计图解：究竟选择什么图解取决于所研究岩石系统的有效独立组分。一定要作组分分析，找出系统的有效独立组分，以正确选择或自行拟定共生图解。 3.在共生图解上标绘岩石成分时，都必须进行校正。在化学分析中扣除设计图解时未考虑的副矿物和其它矿物。这是必要的，然而又是复杂的。完全严格的校正是不可能的，前面所述的校正方法只是考虑了最主要的因素。Winkler对ACF图和A'KF图提出了更严格也更复杂的校正方法，可作为参考。 四、变质相 变质相是在热峰附近一定P-T-μH2O 范围内达到化学平衡的所有变质岩，其矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的关系。 (or) 变质相是一定温度和压力范围内形成的各种化学组成的变质岩中的一套变质矿物组合，它们在时间上、空间上反复共生，且矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的对应关系。 说明： 1.一个变质相是一个等物理系，它包括热峰附近一定物理化学条件范围内形成的各种化学成分的变质岩。因而，变质相与岩石化学成分无关。 2.“时间上、空间上反复共生”指每个变质相的一套矿物组合可在不同时代、不同地区重复出现。即变质反应达到平衡且全球可以对比。 3.“矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的对应关系”，意思是在一个变质相中，对应不同的岩石化学成分有不同的矿物组合。因而，给定岩石化学成分，可以预测相应矿物组合。一个变质相内岩石化学成分与矿物组合的这种关系是岩石系统达化学平衡的必然结果，成分-共生图解可以表示这种关系。 28
4.变质相的标志是矿物组合。通常用基性变质岩矿物组合划分变质相，并以相应的基性变质岩石对变质相命名。如角闪岩相就是以该相条件下基性变质岩中出现的斜长石-角闪石组合为标志划分，并把角闪岩和与之相同的P-T条件下形成的所有变质岩命名为角闪岩相。由于不同岩石对温压条件变化敏感程度不同，一个变质相内的岩石（如泥质岩）的矿物组合还可能有变化，因此，一个变质相可包括一个至几个变质带或亚相。 5.变质相的界线是特定的变质反应标定。由于很多反应涉及固溶体的连续反应，因此在P-T图解上为一个带，又由于不同化学成分的岩石中发生的反应不同，这些反应在P-T图解上不可能相互重合。因此，变质相的界线是渐变的，相邻两相之间有过渡带。 变质相的划分 ? 特征矿物的概念 指稳定的P-T范围较窄，反映外界条件变化灵敏的矿物。特征矿物能指示P-T条什，常作为划分等变线的标志，因而有巨大的岩石学意义。 如A12SiO3三种多形变体：红柱石指示低压、蓝晶石指示高压、矽线石指示高温 等物理系可主要按温度分为很低级(很低温)、低级(低温)、中级(中温)和高级(高温)四个等级。 各等级的特征矿物如下： 很低级：浊沸石、葡萄石、绿纤石； 很低级-低级：绢云母、绿泥石，硬绿泥石、绿帘石，阳起石、滑石、蛇纹石， 中级：十字石、蓝晶石、普通角闪石、铁铝榴石 高级：矽线石、紫苏辉石、正长石。 ? 变质相的研究方法 变质相研究的基本任务是从变质矿物共生组合出发，通过地质调查，共生分析，结合有关实验资料，查明变质作用物化条件及其变化特点。 研究一个地区的变质相的工作程序大致分为 野外地质调查 29
室内测试工作 矿物共生分析 综合总结 作业布置 1.判断变质岩中矿物平衡的标志有哪些？ 2. 决定矿物共生组合多样性的组分是什么？为什么？ 3.比较：①ACF图、A′KF图； ②变质带、变质相、变质级、变质相系 4.为什么岩石的ACF值计算公式中，A值要减去[K2O]与[Na2O]之和？而岩石的 A′KF值计算公式中，A′值要减去[K2O]、[Na2O]和[CaO]之和？ 课后小结 30
课 题 学 时 第四章 变质岩的成分特征 2学时 1 掌握变质岩的化学成分特征； 2 掌握变质岩的矿物成分特征； 3 掌握Turner的化学成分分类； 4 掌握等物理系列及等化学系列的概念； 5 掌握五大化学岩的基本特征； 1 变质岩的化学成分特征； 2变质岩的矿物成分特征； 3 等物理系列及等化学系列的概念； 4五大化学岩的基本特征； 1五大化学岩的基本特征； 2 等物理系列及等化学系列的概念； 教学目标 与要求 重 点 难 点 教学方法 与手段 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 31
参考资料 王仁民、游振东、富公勤，1989，变质岩石学。北京：地质出版社 徐树桐、刘贻灿、江来利、苏文、季寿元，1994，大别山的构造格局和演化。北京：科学出版社 徐学纯，1998，麻粒岩相变质流体和流体—岩石相互作用。地学前缘，5（4）：284—290 游振东、陈能松、张泽明，1996，中国桐柏大别构造带变质演化的岩石学证迹，地球学报，17（增刊）：16—22 Turner, F.J., 1981, Metamorphic Petrology. 2nd ed., Mc Graw-Hill Book Company Wang, F. & Chen, N., 1996, Regional and Thermodynamic Metamorphism of the Western Hills, Beijing. Geological Publishing House. Wang, X., Liu, J.G., and Mao, H.K., 1989, Coesite-bearing eclogite from Dabie Mountains in central China. Geology, 17: 1085—1088 Коржинский, Д. С., 1973, теоретические основы аналцза петро- генезисов минералов. Изд.“Наука”，Москва Кориковский, С.П., 1979, Фации метаморфизма метапелитов. Изд. Наука, Москва: 8-23 Маракушев, А. А., 1993, Петрография. Изд. МГУ, Москва: 267-319 教学内容及过程 32
第四章 变质岩的成分特征 一、变质岩的化学成分特征 1. 变质岩的化学成分 与岩浆岩、沉积岩相比，变质岩化学成分变化范围大，与岩浆岩、沉积岩成分变化总范围相当。根据原岩的化学组成在变质作用过程中是否发生改变，可以把变质作用划分等化学变质作用和异化学变质作用。 等化学变质作用：是指变质作用过程中，不伴随有交代作用，原岩组分除H2O和CO2以外，其它组分基本保持不变的变质作用，如接触变质、区域变质。 异化学变质作用：则伴随有交代作用，在变质作用过程中有元素带入带出，其组分有明显变化，系统是开放的。如气-液变质及一部分混合岩化作用。 等化学变质情况下，变质岩化学成分取决于原岩化学成分，根据变质岩化学成分可恢复原岩类型。从原岩角度，变质岩分为： 正变质岩-原岩为火成岩 ? 副变质岩-原岩为沉积岩 ? 复变质岩-已形成的变质岩再遭受变质 正变质岩与副变质岩-的化学成分差别 ? SiO2：正变质岩34-80％，副变质岩0-95％以上； Al2O3：正变质岩不超过40％，副变质岩高达90％ Fe2O3+FeO：正变质岩一般<15％，副变质岩可>30％，形成富铁岩石; MnO：正变质岩含量少(<2％)， 副变质岩可高达20％以上(富锰岩石)； CaO：正变质岩不超过23％， 但富钙的副变质岩则常见，可达50％以上 K2O/Na2O：正变质岩中K2O/Na2O<1的情况常见，副变质岩常>l，可达2-3。 在异化学变质情况下，变质岩的化学成分既取决于原岩的化学特征，又取决于交代作用的类型和强度。用岩石化学方法研究交代变质岩的化学成分特点，可推断原岩成分特点、了解交代过程中元素带入带出的情况，查明交代作用的特点和强度。 变质作用过程中，原岩的矿物成分、结构构造都要发生改变。甚至变得面目全非。然而，一般变质作用则基本不改变原岩的主要化学成分。即使是异化学变质，也或多或小可追索出原岩化学成分变异的某些特点。因而变质岩化学成分是恢复原岩和划分对比变质地层的重要标志。 等化学系列：是指具有同一原始化学成分的所有岩石，其中矿物组合不同是由变质作用类型和强度决定的。 等物理系列：是指同一变质条件下形成的所有岩石，其矿物组合的不同是由原岩化学成分决定的，如一个变质相或变质带的岩石。 Turner提出一个简明的等化学分类，将常见的 变质岩归纳为５个化学类型： ? ? ? 积物； 泥质变质岩：源于泥质(铝质)沉积物； 长英质变质岩：包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩； 钙质变质岩：源于灰岩和白云岩(可含石英、粘土矿物等杂质)等钙质沉 33
? 基性变质岩：由基性岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、A1、Fe，Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩； ? 镁质变质岩：源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其它富含Mg、Fe的沉积物。 ５大类变质岩特征： ? 温压敏感性 ：泥质和基性岩石＞富钙和镁质岩石＞长英质岩石 ； ? 岩石强度：镁质＞基性＞长英质＞钙质＞泥质 ? 原岩性质：泥质、钙质、镁质易确定，而长英质、基性很复杂。 二、变质岩的矿物成分特征 ? 变质岩的矿物成分的影响因素 变质岩矿物成分取决于岩石（原岩）化学成分和变质作用条件。一方面，相同变质条件下不同化学类型岩石会出现不同的变质矿物组合，另一方面，同一化学类型原岩在不同的变质条件下也会出现不同的矿物组合。 ? 变质岩矿物成分首先取决于原岩化学成分 如硅质灰岩，主要成分为CaCO3和SiO2，经变质后可出现石英、方解石、硅灰石等碳酸盐和钙硅酸盐矿物，而不会出现红柱石、蓝晶石、夕线石等富铝矿物。成分为纯SiO2的硅质岩，在变质作用过程中仅出现石英，形成纯的石英岩。因此如不伴随明显的交代作用，则一定化学类型的变质岩与一定矿物成分相对应。这意味着，研究岩石的矿物成分可推断岩石的化学类型。 1.SiO2对变质岩的矿物组合影响明显。如果SiO2不饱和，就会出现硅不饱和矿物刚玉、尖晶石、橄榄石这些硅不饱和矿物通常不与石英共生。五大类常见岩石通常都含石英，属SiO2饱和-过饱和岩石 2.Al2O3,K2O：变质岩Al2O3、K2O饱和程度对矿物共生有重要影响一类含富铝矿物红柱石、堇青石而不含钾长石另一类含钾长石而不含富铝矿物。虽然钾长石和富铝矿物在该区都是稳定的，但却不能共生。因此，泥质变质岩划分为两个化学类型：一类为K2O不足泥质变质岩，原岩为高岭石粘土岩、蒙脱石粘土岩；另一类为K2O过剩）泥质变质岩，原岩主要为水云母粘土岩 结论：变质岩的矿物组合是一定P-T-x条件下化学平衡产物因而变质条件是影响变质岩矿物成分的重要因素，但是变质岩中的矿物并不都是热峰条件下达到平衡的结果。由于反应不彻底，可有热峰前矿物残留，它们通常呈热峰矿物的包裹体产出。而热峰后退变质阶段再平衡是一个降温过程，反应速率小，往往反应不彻底。所以退变质矿物通常以热峰矿物的不彻底反应物形式出现，常局部分布在热峰矿物的边缘或裂隙中。识别岩石中热峰前矿物、热峰矿物、热峰后退变质矿物，查明其形成P-T条件，是建立P-T轨迹的岩石学方法。 矿物成分特点-与岩浆岩对比 变质岩中广泛出现铝的硅酸盐类矿物，如红柱石、蓝晶石，矽线石(Al2SiO5)等； 变质岩中可出现不含铁的镁硅酸盐类矿物，如镁橄榄石(Mg2SiO4)和复杂的钙镁铁锰铝的硅酸盐类矿物(如石榴石类)，而岩浆岩中一般是铁镁呈类质同象的正硅酸盐； 可出现铁镁铝的铝硅酸盐类矿物(堇青石，十字石)，岩浆岩中只出现钾钠钙铝硅酸盐类矿物，如各种长石 纯钙的硅酸盐如硅灰石(CaSiO3) 为变质岩所特有； 变质岩中含(OH)矿物比岩浆岩多见； 变质岩中碳酸盐类矿物分布广泛。
34
变质岩中层状、链状构造的矿物较多，常发育有较多 的纤维状、鳞片状、柱状、针状矿物，且这些矿物的 平均延展性比岩浆岩中同类矿物大。如黑云母在岩浆岩中的延展性一般为1.5左右，而在变质岩中达7-10 变质岩中常发育有分子排列极紧密的矿物，这种矿物具有较小的分子体积和较大的比重，如石榴石 反应式： Mg2SiO4+CaAl2Si2O8----CaMg2Al2Si3O12 矿物 橄榄石 钙长石 石榴子石 分子体积： 43.9 101.1 121 ? 矿物内部结构和其它特点 变质岩中同质异象矿物发育，如红柱石，蓝晶石 斜长石的环带结构在变质岩中较少见 变质岩中矿物的变形现象发育 五大化学类型变质岩的化学成分矿物成分特点 ? 泥质变质岩 化学成分：Al2O3、K2O含量高，K2O、Al2O3相对含量变化大； 矿物成分：是云母含量高，石英常见，两个亚类矿物成分有明显差别： Al2O3过剩的泥质变质岩-富铝系列： 特点： ★Al2O3＞K2O+Na2O+CaO（分子数） ★含富铝矿物（红柱石、蓝晶石、夕线石等）； ★中低温时无钾长石； ★高温时（麻粒岩相、辉石角岩相等）出现钾长石 K2O过剩的泥质变质岩，特点是： ★含钾长石； ★中低温时无富铝矿物； ★高温时出现富铝矿物（夕线石、堇青石等） 中低温时富铝矿物与钾长石不共生，两类泥质岩矿物组合明显不同。高温时富铝矿物与钾长石共生，两类泥质岩矿物组合相同，仅矿物含量有差别 ? 长英质变质岩 化学成分：SiO2含量高，通常K2O过剩、Al2O3不足 矿物成分：以石英、长石为主，矿物组合与K2O过剩的泥质变质岩相同 ? 钙质变质岩 化学成分：CaO含量高，可含一定量的MgO、FeO、Al2O3、SiO2。 矿物成分：以碳酸盐矿物(方解石、白云石等)和钙镁硅酸盐矿物(硅灰石、透辉石、阳起石、透闪石、滑石等)为主，可含一定量钙铝硅酸盐矿物(绿帘石、方柱石、钙质斜长石、钙铝-钙铁榴石、符山石等)及石英 ? 镁质变质岩 化学成分： 富MgO、FeO，贫CaO、Al2O3、SiO2。 矿物成分：缺乏长石、石英，富含富镁铁的矿物（蛇纹石、滑石、水镁石、菱镁矿、直闪石、镁铁闪石、紫苏辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、黑云母、铁铝-镁铝榴石等）。 35
? 变质岩矿物的成因分类 ? 不稳定矿物-残余矿物 ? 概念：在一定变质条件下超越平衡条件而存在的早先已有矿物的准稳定残余矿 ? 特征：与其它矿物之间存在明显的置换关系常见于低级变质岩和退变质岩 ? 稳定矿物 ? 概念：在一定变质条件下由变质结晶和重结晶作用形成的矿物。包括原矿物和变质新矿物 ? 分类： ? ? ? ? 滑石 ? 中级：十字石、蓝晶石、普通角闪石、铁铝榴石 ? 高级：矽线石、紫苏辉石、正长石 贯通矿物-对PT变化不敏感，存在与很宽P-T范围。不具有P-T指示特征矿物-对PT变化敏感，仅存在于很窄P-T范围。划分等变线的标志。 效应，但可反映原岩化学特征 ? 中等地温梯度特征矿物 很低级：浊沸石、葡萄石、绿纤石 很低级-低级：绢云母、绿泥石、硬绿泥石、绿帘石、阳起石、蛇纹石、作业布置 课后小结
36
课 题 学 时 第五章 变质岩的结构构造 4学时 1 掌握变质岩结构的划分依据及类型； 2 掌握变质岩的结构特征； 3 掌握变质岩结构分类方法及命名原则； 4 掌握变质岩构造的划分及类型； 5 掌握变质岩的构造特征； 6 掌握变质岩的构造分类方法及命名原则 1 变质岩结构的划分依据及类型； 2 变质岩的结构特征； 3变质岩构造的划分及类型； 4变质岩的构造特征； 1 变质岩结构分类及命名 2 变质岩构造分类及命名 教学目标 与要求 重 点 难 点 教学方法 与手段 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 王仁民、游振东、富公勤，1989，变质岩石学。北京：地质出版社 徐树桐、刘贻灿、江来利、苏文、季寿元，1994，大别山的构造格局和演化。北京：科学出版社 徐学纯，1998，麻粒岩相变质流体和流体—岩石相互作用。地学前缘，5（4）：284—290 游振东、陈能松、张泽明，1996，中国桐柏大别构造带变质演化的岩石学证迹，地球学报，17（增刊）：16—22 Turner, F.J., 1981, Metamorphic Petrology. 2nd ed., Mc Graw-Hill Book Company Wang, F. & Chen, N., 1996, Regional and Thermodynamic Metamorphism of the Western Hills, Beijing. Geological Publishing House. Wang, X., Liu, J.G., and Mao, H.K., 1989, Coesite-bearing eclogite from Dabie Mountains in central China. Geology, 17: 1085—1088 Коржинский, Д. С., 1973, теоретические основы аналцза петро- генезисов минералов. Изд.“Наука”，Москва Кориковский, С.П., 1979, Фации метаморфизма метапелитов. Изд. Наука, Москва: 8-23 Маракушев, А. А., 1993, Петрография. Изд. МГУ, Москва: 267-319 参考资料 37
教学内容及过程 第五章 变质岩的结构特征 一、变质岩的结构特征 变质岩的结构：是指岩石中矿物的结晶程度，形态、大小及相互关系。 ★粒间结构：包括颗粒形态、晶粒大小，晶形优选方位等。 ★粒内结构：包括环带、双晶、扭折带、出溶交生、包裹物特征等。 变晶-由变质结晶形成的变质矿物 变晶结构-变晶的形状、大小、相互关系反映的结构 变形结构-岩石遭受变形会产生粒度减小等结构效应 变余结构：变质以前原岩的结构在变质作用中仍可保存其某些或全部特点者。 变晶、变形、变余结构是变质岩结构的三大类型。 变质岩结构按其形成阶段可以分为三个不同的类型： ★变余结构：变质以前原岩的结构在变质作用中仍可保存其某些或全部特点者。 ★变质标型结构：变质作用形成的特征结构，可按变质作用的特点，还可进一步分为：变晶结构、碎裂结构、交代结构。 ★叠加结构：变质作用后的地质事件所引起结构的改变，往往是变质结晶作用和变形作用的叠加的结果。 1.变余结构的类型 变余结构构造是恢复原岩性质最可靠的证据之一主要见于浅变质岩中。 岩浆结晶型原岩：经变质后常见变余辉长结构、变余辉绿结构、变余斑状结构等变余结构，变质结构可部分保留至中级变质，变余斑状结构甚至可保留至麻粒岩相。 火山沉积型原岩：在浅变质条件下可残存各种火山碎屑结构（变余岩屑结构、变余晶屑结构、变余玻屑结构等）。变质较深时，火山碎屑外形轮廓逐渐消失。但由于火山碎屑的成分、结构与基质不同，变质后，常表现为在较均匀在变质岩基质中的具不同的矿物或结构，并具一定外形轮廓的集合体团块。 正常沉积型原岩：经变质后最常见的是变余砂状结构变余砾状结构、变余层理构造（粒序层理等）及波痕、龟裂等层面构造。它们可保存在所有变质带中。变余泥质结构一般只出现在变质很浅的岩石中，在绿片岩相即已消失 变余结构的特点 1）.外貌上具原岩（沉积岩或火成岩）的结构构造特征，成分上由变质矿物组成。 2）.浅变质条件下，可有原岩矿物残留。 注意：强烈变形可以产生类似层理的成分层-假层理，还可以产生类似砾石的石香肠和透镜体。通过与变形的关系分析和岩相学研究，可以将这些假层理、假砾石与真正的层理和砾石区分开来。所以应该到弱变形地段找寻变余的结构构造和其它变余特征。 2.变质标型结构的类型-变晶结构 变晶结构的一般特点 变晶结构是变质重结晶和变质结晶作用的产物，是全晶质的。与岩浆岩全晶质结构相比有不同之处： 1)同一世代的变晶矿物没有先后顺序。晶体自形程度的差别仅取决于结晶能力。且矿物之间排列紧密、彼此镶嵌或相互包裹。 2)变斑晶的形成一般与基质同时或稍晚，因此变斑晶以富含基质矿物包裹体为特征。
38
3)除变斑晶外，变晶矿物自形程度差，多为他形这与无自由结晶空间有关。 4)柱状、片状矿物较多，且多有定向性。 一般说来，矿物的密度越大，摩尔体积越小，结晶力越强。但结晶力也受原岩成分及变质因素的影响而变化。因此，在不同的变质原岩中同一矿物在变晶系中的位置稍有差异。 泥质岩和长英质岩石的变晶系为(以自形+他形为序排列)：榍石、金红石、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、石榴石、电气石、十字石、蓝晶石、矽线石、硬绿泥石、钠长石、白云母、黑云母、绿泥石、石英、堇青石、正长石、微斜长石。 按变晶粒度划分： ☆粗粒变晶结构>3mm ☆中粒变晶结构1-3mm ☆细粒变晶结构0.1-1mm ☆显微变晶结构<0.1mm 按变晶粒度的相对大小划分 ☆等粒变晶结构 ☆不等粒变晶结构 ☆斑状变晶结构 按变晶的自形程度划分 ☆自形变晶结构 ☆半自形变晶结构 ☆它形变晶结构 按变晶的形态划分 ☆粒状矿物为主的变晶结构：粒状变晶结构，镶嵌粒状变晶结构，齿状粒状变晶结构，粒状鳞片变晶结构。 ☆针柱状矿物为主的变晶结构：纤状变晶结构，放射状变晶结构，扇状变晶结构，束状变晶结构，针、柱状变晶结构，粒状纤状变晶结构。 按变晶的交生关系划分 ☆包含变晶结构，包含嵌晶变晶结构，筛状变晶结构，残缕结构，砂钟结构，旋转结构，穿插变晶结构，次变边结构，网格状结构。 3.变质标型结构的类型-交代结构 一）交代结构的特点 1)矿物颗粒的形态复杂多样，边界多为港湾状等不规则的形状。 2)矿物颗粒的粒度变化大。 3)同一矿物的不同颗粒，甚至同一颗粒的不同部分其成分，光性等性质变化明显。 4)变斑晶中包裹物与不是交代成因的同种矿物相比数量减少。 二）交代结构的类型 边缘交代结构：交代作用仅在矿物边部进行,使矿物边缘界线复杂化，多为港湾状、蚕食状。边缘的成分与核心成分不同，边部所含包裹物及杂质明显减少。例如，交代蚕食结构、交代残留结构、交代净边结构等。 核心交代结构：这是交代作用从矿物核心开始而形成的一种结构。其典型的代表是交代穿孔结构及穿心交代环状结构 透入交代结构 这是交代沿被交代矿物中的裂隙、条纹等薄弱地带作用的结果。这种结构往往受薄弱带的形态控制。例如，网环状结构、交代条纹、交代蠕英结构等。 39
整体交代结构：一个矿物被另一矿物完全交代，例如交代假像结构，某些交代斑晶的形成亦属此列。 4. 变质标型结构的类型-碎裂及变形结构 变形结构是变形机制的反映，变形机制的不同而有不同的特点。变形结构是动力变质岩的特征，也见于区域动热变质岩中。观察变形结构除了从岩石薄片或手标本角度外，也从更小尺度的晶内和晶界角度观察（显微构造）。在描述岩石时，晶内和晶界变形结构通常在矿物成分和特点中描述。 一）一般特点 动力变质岩结构特点主要表现形式为：矿物颗粒的变形、碎裂、颗粒化、糜棱岩化、玻化、重结晶及优选方位等。除变质岩自身力学性质外，岩石重结晶作用、化学稳定性也会影响动力变质结构的特点。还受岩石总体应变、负荷压力及应变速率的影响。一般说来，总体应变越强，矿物碎裂、变形、颗粒化越强烈，负荷压力越大，片理化越明显。应变速率越高会使机械效应超过结晶效应，由碎裂，糜棱岩化到重熔， 应变速率越来越高。 二）代表性结构 1.碎裂结构：这由脆性岩石受压力作用形成，主要表现为矿物的压碎及裂开。因压碎及裂开的强度不同，矿物碎片可分大小两群。大的矿物碎片称碎斑，宛如斑状结构中的 “斑晶”，但它以不规则的破碎边缘、较多的裂隙、波状消光、边缘粒化为特征。较小的碎粒称为碎基。碎基粒度很小，甚至到超显微的矿物粉末状。当碎粒较均匀时称碎裂结构，由碎斑及碎基构成时为碎斑结构。 2.糜棱结构：岩石基本处在塑性状态下，以显微破裂颗粒化、蠕变、颗粒边界滑动、重结晶等作用形成的具糜棱面理的定向结构。主要特点是：受到应变的碎斑位于细粒至隐晶质基质中，多具优选方位。 3.玻璃质碎屑结构：碎斑是破碎的原岩岩石或矿物碎屑，有时可见到熔蚀现，基质为玻璃质。该结构是高应变速率下强烈变形伴随的部分熔融（剪切熔融、摩擦熔融）的产物。 二、 变质岩的构造特征 变质岩的构造是指其中各种矿物的空间分布特点和排列状态。变质岩构造最重要的有三类，即变余构造，变成构造及混合构造。 变质岩中常见构造 变余构造：因变质作用不彻底，而保存的原岩构造，又称为残余构造，多见于低级变质岩中，与变质构造相伴生。 变质构造分定向构造和无定向构造两类。 1.定向构造的特点是非等轴颗粒近平行排列，出现优选方位，是偏应力作用下岩石变形的结果，多垂直最大压应力方向发育。其形成机制包括机械旋转、粒内滑移、优选生长（压溶）等。由于多数变质作用都有偏应力参与，因此定向构造在变质岩中非常普遍。 2.无定向构造的特点是颗粒无定向、随机分布，说明变质作用是在缺乏偏应力条件下进行。通常出现在接触热变质岩、交代变质岩、埋藏变质岩和洋底变质岩中。 变余构造(残留构造)：这是一种变质岩中由变质作用对原岩构造改造的不彻底而保留原岩构造的某些特点的现象。 变成构造是指变质作用过程中(主要是变质结晶和重结晶)所形成的构造，常见的类型有：斑点状构造、板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、条带状构造。 1.斑点状构造：是接触变质初期形成的斑点板岩特有的一种构造，其特点是岩石中分布一些形状不一、大小不等的斑点，斑点是碳质、铁质或堇青石、云母等的雏晶集合体。 40
2.千枚状构造：岩石中小片状矿物已初步具有定向排列，但重结晶程度不高，矿物颗粒肉眼尚不能分辨。片理面上见有强烈的丝绢光泽，多是小鳞片状绢云母绿泥石密集排列所致。 3.片状构造：岩石中含较多的片柱状矿物，这些矿物连续定向排列构成面状，这称为片理面，片理面可以较平直，也可成波状弯曲甚至强烈揉皱，镜下所见均为变晶程度较好的片柱状矿物定向排列。肉眼已可辨出矿物大小及种属，尤其是变斑晶矿物更加清楚。 4.板状构造：是变质泥岩等柔性岩石受压力作用而形成的一种构造。其表现是岩石呈现一种互相平行的破裂面，如同板状，破裂面上有时有些微晶的绢云母、绿泥石等矿物，但岩石基本没有重结晶，新生矿物很少。 5.片麻状构造：岩石主要由粒状浅色矿物组成，含较少的片状及柱状暗色矿物呈断续的定向排列。或者这些柱状及片状矿物集结成宽度和长度都不大的薄的透镜体呈断续的定向排列。 混合构造的类型 混合岩特有的构造。混合岩是一种由高级(或中高级)区域变质岩和不同数量的长英质物质混合组成的岩石。通常把原先存在的高级变质岩称为基体长英质物质称为脉体。混合构造就是指基体与脉体在空间分布上的相互的关系。按照其形态可以分为：条带状构造、眼球状构造、网脉状构造、角砾状构造、肠状构造、片麻状构造、雾迷状构造。 眼球状构造：长英质(主要是碱性长石)呈眼球状，断续分布于基体之中。 网脉状构造：脉体不规则地穿切基体岩石，呈细脉状、分支状、网状分布。 条带状构造：基体与脉体相间呈条带状分布。 角砾状构造：基体被脉体分割包围，呈角砾状 肠状构造:脉体呈肠状弯曲褶皱状分布于基体中 片麻状构造:基体与脉体已界限不清，某些基体的暗色矿物断续定向排列。 雾迷状构造:又称阴影状构造、星云状构造,基体与脉体的界线已完全不清,有时仅见基体被脉体交代残留的隐约可现的轮廓，呈斑杂状、阴影状分布。 三. 变质岩结构构造的研究意义 判断矿物稳定平衡的结构标志 1. 矿物共生，各共生矿物互相接触 2. 无一矿物被另一矿物交代的现象 3. 平衡的矿物中，同种矿物的光学性质及化学成分均一。 变形与重结晶关系分析的构造地质意义 构造期前的重结晶结构特点 ① 矿物发生不同程度变形、碎裂-光性异常 ② 早期变斑晶被后成的片理包绕，形成裂纹张裂 ③ 后成片理切穿早期片理 同构造期变晶结构特点-定向、旋转构造 构造期后变晶结构特点 ① 矿物截切或包裹早期的面理 ② 矿物多呈自形 ③ 变斑晶的生成晚于片理，横切片理
41
四、变质岩的岩相学分类 与化学分类和物理分类不同，岩相学分类是基于岩石的矿物成分、结构构造等岩相学特征把岩石划分成不同类型。不同岩石类型有不同的基本名称。与岩浆岩和沉积岩的岩相学分类不同。在变质岩分类中，常可找到一些名称基于岩石构造，如片岩。而另一些则基于矿物成分，如大理岩 变质岩岩相学分类方案有两类：一类建立在矿物成分基础上称为矿物学分类，通常限于结晶质的区域变质岩，用矿物含量在双三角形分类图解上的投影点位置得出岩石的基本名称，称为矿物学分类。另一类主要考虑结构构造，用岩石最显著的结构构造等特征划分岩石的基本类型，称为结构分类。 所有分类在命名岩石时都遵循以下两个原则： ? 以矿物名称+基本名称命名岩石，基本名称前矿物以含量增加为序排列，含量高的矿物靠近基本名称。 如：石榴石-绿泥石-白云母-石英片岩 ? 当岩石的变余结构构造非常发育，原岩十分清楚时，则以“变质╳╳岩”命名。其中“╳╳岩”是原岩名称 如：变质长石砂岩、变质砾岩、变质玄武岩 作业布置 课后小结
42
课 题 学 时 第六章 接触变质岩 2学时 1 掌握接触变质岩的概念及特征； 2 掌握接触变质晕的概念及影响因素； 3 掌握接触变质岩的分类及命名方法； 4 掌握五类化学岩的钠长绿帘角岩相的变质岩石特征及命名； 5 掌握五类化学岩的普通角闪石角岩相的变质岩石特征及命名； 6 掌握五类化学岩的辉石角岩相的变质岩石特征及命名； 1接触变质岩的概念及特征； 2 接触变质晕的概念及影响因素； 3接触变质岩的分类及命名方法； 4五类化学岩的钠长绿帘角岩相的变质岩石特征及命名； 5五类化学岩的普通角闪石角岩相的变质岩石特征及命名； 6五类化学岩的辉石角岩相的变质岩石特征及命名； 1五类化学岩的钠长绿帘角岩相的变质岩石特征及命名； 2五类化学岩的普通角闪石角岩相的变质岩石特征及命名； 3五类化学岩的辉石角岩相的变质岩石特征及命名； 教学目标 与要求 重 点 难 点 教学方法 与手段 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 Spear, F.S. and Cheney, J.T., 1989, A Petrogenetic grid for pelitic schists in the system SiO2-Al2O3-FeO-MgO-K2O-H2O. Contr. Mineral. Petrol., 101: 149—164 Spry, A., 1969, Metamorphic Texture. Oxford. Pergamon Prhess Takagi, H., 1986, Implications of mylonitic microstructures for the geotectonic evolution of the Median Tectonic Line, central Japan. Journal of Structural Geology, 8(1): 3—14 Thompson, A.B., and England, P.C., 1984, Pressure-temperature-time paths of regional metamorphism II. Their inference and interprhetation using mineral assemlages in metamorphic rocks. Journal Petrology, 25(4): 929—955 Turner, F.J., 1981, Metamorphic Petrology. 2nd ed., Mc Graw-Hill Book Company Wang, F. & Chen, N., 1996, Regional and Thermodynamic Metamorphism of the Western Hills, Beijing. Geological Publishing House. Wang, X., Liu, J.G., and Mao, H.K., 1989, Coesite-bearing eclogite from Dabie Mountains in central China. Geology, 17: 1085—1088 Yardley, B.W.D., 1989. An Introduction to Metamorphic Petrology. Wiley, New York 参考资料 43
教学内容及过程 第六章 接触变质岩 一、概述 ? 接触变质作用 接触变质作用由是岩浆体提供热，使岩浆岩体周围接触带上岩石的成分、结构、构造发生变化的现象，又称热变质作用。 接触变质作用以温度较高和压力较低为特点。地热梯度>60℃/km，温度范围大致为300-800℃；压力为0.0XGPa至0.3GPa。多发生于地壳较浅部。 接触变质作用发生在火山岩体围岩或捕虏体中时温度更高，以至局部熔融，可称为高热接触变质作用。高热接触变质作用由于高热烘烤，使岩石退色，产生特殊的高温低压矿物，如鳞石英、多铝红柱石、莫来石、斜硅钙石等，并可出现玻璃质。 概念：岩浆岩体围岩受岩浆所散发的热量及挥分发的影响，发生变质结晶和重结晶，形成一系列新的矿物组合及组构的岩石，称为接触热变质岩。 矿物：高温低压-红柱石、堇青石、硅灰石、透长石 构造：一般不具定向，多为块状。 结构：以角岩结构及斑状变晶结构为主。受变质条件和岩石化学成分的制约。如泥质岩，在浅变质时新生矿物雏晶成斑点状分布，变质较深时形成变斑晶，具斑状变晶结构。长英质变质岩石一般具角岩结构，而变质火山岩中则常见变余斑状结构等 接触变质晕：在接触变质作用中，温度是主要影响因素。与岩浆岩体靠近的围岩所达到的温度较高，离岩浆岩体愈远，温度愈低。因而从近到远常依次出现变质程度不同，具不同矿物共生组合的岩石，它们以岩体为中心成环带状分布，形成接触变质晕。 例： 美国蒙塔纳州的一个花岗岩株周围的接触变质晕从外围正常的硅质白云岩到花岗岩体，依次出现： 透闪石带：由白云石和石英反应生成透闪石和方解石 透辉石带：出现透辉石，形成透辉石+方解石+石英等 硅灰石带：以出现硅灰石为标志。 三个带具有不同的特征矿物组合，反映了接触带由外至内，随着温度的升高，变质程度的递增。 北京房山花岗闪长岩周围的接触变质晕从到内依次出现 红柱石-黑云母带：典型矿物组合 红柱石+硬绿泥石+绢云母+(石英)-泥质岩 硬绿泥石+绿泥石+黑云母+(石英)-富铁泥质岩 十字石-铁铝榴石带：常见组合 红柱石+石榴石+黑云母+绢云母+石英-泥质岩 红柱石+十字石+黑云母+白云母+石英-富铁泥质岩 十字石+石榴石+黑云母+白云母+石英-富铁泥质岩 矽线石带：典型矿物组合 矽线石+石榴石+白云母+石英-泥质岩 矽线石+石榴石+黑云母+石英-泥质岩 矽线石+白云母+黑云母+石英-泥质岩
44
接触变质晕圈宽度影响因素 在接触变质岩中，离岩体近者变质深，往外渐浅。变质晕圈在地质上具有等温线意义，它反映了变质时温度及其它物化条件的变化规律。变质晕圈的宽度及形态主要取决于5个因素。 1.岩浆岩体的成分 基性岩浆比酸性岩浆侵入时温度高 辉长岩浆温度为1200℃左右，接触带温度可达800 ℃ ，花岗岩浆为800 ℃左右，其接触带温度则为500-650 ℃ 岩浆中挥发组分的多少 酸性或碱性岩浆，挥发分多，变质晕宽 2.岩浆岩体的规模 一般地说岩体愈大，其热容量愈大，所发出的热量愈多，因而所形成的变质晕圈也愈宽。但有时小岩体周围挥发分富集，也能形成较宽的变质晕。 3.岩浆岩体的冷却速度 中深成岩体冷却深度较大，冷却较慢，形成较宽的变质晕，浅成岩体或喷出岩因冷却深度较浅，冷却较迅速、一般变质晕圈较窄。 4.围岩的组分和组构 具有典型低温表生矿物组合的沉积岩，易受热作用而变质；而一些具高温下仍能稳定的矿物组合的岩石则较难变化。因而围岩成分的不同，所形成的变质晕的宽度和形态也不同。此外，粒度较小，孔隙度较大或导热性较好的岩石，容易形成较宽的变质晕圈。 5.接触面的形态和产状 接触面较平缓时，变质晕圈较宽，反之则较窄 二、接触变质岩的命名 原则：按最显著的结构特征+矿物组合 斑点板岩：具板状构造，重结晶作用较微弱，总体显隐晶质、致密状，可见较多残余组构。新生矿物如绢云母、绿泥石、黑云母、红柱石等的雏晶以及铁质、碳质等粉末成斑点状散布。有时斑点聚集成椭圆状或圆状集合体，称为瘤状板岩。斑点板岩及瘤状板岩常为泥质岩在变质程度较低时的产物。 角岩：多具角岩结构，不具定向，块状构造。一般较致密，坚硬。原岩可以是各类岩石，进一步命名可按矿物组合划分，如长英质角岩、黑云母堇青石角岩，钙硅角岩等。 接触片岩或接触片麻岩：具片状构造或片麻状构造。进一步命名时主要考虑其矿物组合，其基本名称前可不加“接触”二字，如矽线石片岩等。 原则：按等化学系列和等物理系列相结合 接触变质相属低压相系，其地热梯度最高，大于60℃/km。按变质温度，将其划分为4个变质相： 1.钠长绿帘角岩相（AEH）：分布于接触变质晕外侧，温度范围约350-400 ℃。 2.普通角闪岩相（HH）：通常占据接触变质晕的主体，离岩体较近。温度范围约400-650 ℃。 3.辉石角岩相（PH）：分布于接触变质晕紧靠岩体部分,温度范围约650-800℃。 4.透长岩相（S)：出现于火山颈周围，基性熔岩捕虏体及浅成侵入体的部，温度可达800-1000 ℃以上。 45
三、接触变质相及接触变质岩 3.1钠长绿帘角岩相（AEH） 主要的特征矿物有钠长石、绿泥石、还有滑石、透闪石、阳起石、红柱石、堇青石等。 红柱石、堇青石不与钾长石共生。由于重结晶不完全，很多矿物呈准稳定状态，尤其是变质程度较低时更是如此。 1.泥质变质岩 主要矿物组合有： 石英+白云母+黑云母（+绿泥石） 石英+白云母+黑云母+红柱石（+堇青石） 当重结晶较弱时，形成斑点板岩 当重结晶较强时，形成瘤状板岩 ①富铝矿物组合：Q+Ab+And+Ms+Bi+Ch ②富钾矿物组合：Q+Ab+Mi+Ms+Bi 2.长英质变质岩 原岩为砂岩，酸性火山岩等。主要矿物组合有： ②石英+白云母+黑云母+微斜长石(+钠长石) 岩石中常含较多石英及长石，组成长英质角岩。当变余砂状结构明显时，可称为变质砂岩。 由酸性火山岩变来的岩石，常具变余斑状结构及变余流纹，变余杏仁构造等。当变余组构明显时可称为变质流纹岩、变质英安岩等；而当原岩组构消失或不明显时则可称为长英角岩。 3.钙质变质岩 单纯富钙的碳酸盐岩，变质重结晶为大理岩，含硅时则变成石英大理岩。 含A12O3较高的碳酸盐岩，变质后形成绿帘石大理岩或透闪绿帘大理岩。矿物组合：方解石+绿帘石+透闪石。岩石中透闪石呈柱状集合体分布。 当原岩含MgO较高时，变质矿物组合：滑石+石英+方解石；滑石+方解石+白云石；透闪石+石英+方解石；透闪石+方解石+白云石。 4.变质基性岩 原岩为基性、中基性岩浆岩及火山碎屑岩等。常见矿物组合为③：钠长石+绿帘石+阳起石(透闪石)+绿泥石(黑云母)+石英，形成钠长绿帘角岩。 此类岩石中较常见变余斑状结构或变余辉绿结构等。变余结构较明显时可称为变质X X岩，如变质辉绿岩等。 3.2普通角闪石角岩相（HH） 以泥质岩中出现红柱石、堇青石变斑晶，基性岩中出现斜长石及普通角闪石，碳酸盐岩中出现透辉石等为特征。红柱石、堇青石仍不与钾长石共生。岩石常具典型的角岩结构（均匀等粒细粒或显微粒状变晶结构）。 1.泥质变质岩 岩石中一般富Al2O3 SiO2而K2O不足，主要矿物组合有①②：石英+白云母+黑云母+斜长石+(微斜长石) 石英+白云母+红柱石+堇青石+(斜长石) 石英+白云母+黑云母+堇青石+(斜长石) 石英+白云母+黑云母+红柱石+(斜长石) 石英+黑云母+红柱石+堇青石+(斜长石) 矿物的重结晶程度较高。红柱石，堇青石多成变斑晶，分布于云母、碳质、石英等基质之中，组成红柱石角岩或堇青石角岩。
46
在单纯富Al2O3的变质泥质岩中，富铝矿物以红柱石为主。红柱石变斑晶中常包裹碳质、石英、黑云母等而具筛状变晶结构。有时红柱石中碳质包裹体成十字架状分布，称为空晶石。红柱石集合体还可呈放射状分布，称为菊花石。 含FeO、MgO较高，尤其是MgO含量较高的泥质变质岩，变斑晶以堇青石为主，还可有黑云母等，组成堇青石角岩及黑云母角岩。堇青石中亦可见石英及碳质等包裹体。 2.长英质变质岩 常见矿物组合为②： 白云母+黑云母+微斜长石+(斜长石)+石英。 岩石中可出现斜长石，常见的岩石为云母长英角岩。 长英质变质岩中一般长石及石英含量较多，若富A12O3时，出现较多的白云母。 3.钙质变质岩 富含CaO、MgO而A12O3含量较低的碳酸盐岩，如含硅白云质灰岩，含燧石白云岩等，变质后生成透辉石。当SiO2不足时可出现镁橄榄石。 其代表的矿物组合有：透辉石+石英+方解石；透辉石+方解石+镁橄榄石；方解石+镁橄榄石+水镁石 等，组成透辉石大理岩、透辉石镁橄榄石大理岩，镁橄榄石水镁石大理岩等。 当岩石中Al2O3较富时，如泥灰岩等，变质后可出现透辉石、钙铝榴石组合。主要的岩石及其矿物组合有⑤：透辉石钙铝榴石角岩，斜长石+钙铝榴石+透辉石+石英；⑥透辉石钙铝榴石大理岩，方解石+钙铝榴石+透辉石。 透辉石钙铝榴石角岩等钙硅角岩产于接触晕圈中含CaO较高，常由钙铝榴石、透辉石、透闪石等组成。 4.基性变质岩 出现典型的斜长石+角闪石组合，形成斜长石角闪石角岩。岩石中可有少量黑云母及透辉石。斜长石为更长石至中长石。角闪石取代了阳起石，温度较低时呈淡绿色，常呈纤维状集合体，温度较高时带棕褐-棕红色，晶粒较大。代表的矿物组合为： 斜长石+普通角闪石+透辉石④ 斜长石+普通角闪石+黑云母 岩石中有时尚可见到残余组构，如变余斑状结构等 5.镁质基性岩 原岩为蛇纹岩，硅质白云岩等，变质后可出现镁质角闪石(直闪石或铁镁闪石)，在富铝情况下可以有堇青石与黑云母、镁铝榴石等矿物伴生。 其主要矿物组合为③：直闪石+堇青石+黑云母 组成各种堇青石直闪石黑云母片岩或直闪石镁铁闪石黑云母片岩，与低压区域变质的角闪岩相岩石类似。 3.3 辉石角岩相（PH） 透辉石、紫苏辉石代替了角闪石，出现硅灰石、矽线石等，且富铝矿物可与钾长石共生。 1.泥质基性岩及长英质变质岩 其主要矿物组合为： 石英+正长石+红柱石+堇青石(+矽线石) 石英+正长石+斜长石+红柱石+堇青石(十矽线石) 石英+正长石+堇青石+黑云母+斜长石 石英+正长石+斜长石+紫苏辉石+堇青石 红柱石、矽线石等与正长石共生，白云母消失，形成红柱石(堇青石或矽线石)正长石角岩。变质长英质岩石中含正长石及石英较多，组成各种长英角岩。
47
在一般富铝岩石中，富铝矿物以红柱石、矽线石为主。红柱石，矽线石常成变斑晶分布于正长石、斜长石、石英等基质中。 含Fe2+及Mg2+较多的岩石中多出现紫苏辉石、堇青石，Fe2+相对含量较高时，还可出现铁铝榴石，形成堇青石正长石角岩、紫苏辉石正长石角岩，铁铝榴石角岩等岩石。 当岩石中SiO2不足时，刚玉和尖晶石代替了红柱石或矽线石，可出现下列组合： 刚玉+黑云母+堇青石(+正长石) 刚玉+尖晶石+堇青石(+黑云母+正长石) 形成刚玉堇青石角岩或尖晶石堇青石角岩等。 2.钙质变质岩 主要为各种钙硅角岩及大理岩。 当原岩富Al2O3时，变质后生成钙铝榴石、透辉石、硅灰石等，形成钙铝榴石透辉石角岩、钙铝榴石透辉石硅灰石角岩等。其矿物组合为：斜长石+透辉石+钙铝榴石；透辉石+钙铝榴石；透辉石+钙铝榴石+硅灰石。Al2O3含量更高时，还可出现尖晶石。 若原岩含Mg2+较高，变质后出现硅灰石+透辉石+方解石组合，形成硅灰石透辉石大理岩。岩石中SiO2不足时，还可出现镁橄榄石和水镁石。与方解石共生，组成透辉石镁橄榄石大理岩或镁橄榄石方镁石大理岩，其矿物组合为：透辉石+镁橄榄石+方解石；镁橄榄石+方镁石+方解石。方镁石由白云石转变而来，易水解为水镁石。 3.基性变质岩 出现斜长石、透辉石、紫苏辉石等，组合成透辉石斜长石角岩或紫苏辉石斜长石角岩。 主要矿物组合有： 斜长石+紫苏辉石 斜长石+透辉石+紫苏辉石 斜长石+透辉石 3.4 透长岩相（S） 具极高温低压矿物组合，如钙镁橄榄石、黄长石、莫来石、灰硅钙石、斜钙硅石，易变辉石、透长石、高温斜长石及高温石英等，有时可出现玻璃质。特征性高温变质矿物，可与火山岩相区别。 作业布置 1.接触变质晕的形态和宽度取决于哪些因素？ 2.接触变质相一般可划分为几个相带？ 3.接触变质岩的主要岩石类型有哪些？ 4.设一玄武岩（高岭石粘土岩/水云母粘土岩/不纯灰岩）遭受AEH至PH相接触-热变质作用，试写出其等化学系列及相应的典型矿物共生组合。 课后小结 48
课 题 学 时 第七章 气液变质岩 2学时 1 掌握气液变质岩的概念及特征； 2 掌握气液变质岩的分类及命名； 3 掌握矽卡岩、云英岩、黄铁绢云岩、次生石英岩的基本特征； 4 掌握巴尔特氧法的计算步骤及过程； 1 气液变质岩的概念及特征； 2 气液变质岩的分类及命名； 3 矽卡岩、云英岩、次生石英岩的基本特征； 4 巴尔特氧法的计算步骤及过程 1 交代作用过程中组分的迁移方式； 2 气液变质岩的命名方法； 3 巴尔特氧法的计算方法及过程 1 多媒体演示，用大量照片展开分析，提出问题，解决问题 2 设问式教学，先提出问题，再根据学生回答情况解释和讲解 王仁民、游振东、富公勤，1989，变质岩石学。北京：地质出版社 徐树桐、刘贻灿、江来利、苏文、季寿元，1994，大别山的构造格局和演化。北京：科学出版社 徐学纯，1998，麻粒岩相变质流体和流体—岩石相互作用。地学前缘，5（4）：284—290 游振东、陈能松、张泽明，1996，中国桐柏大别构造带变质演化的岩石学证迹，地球学报，17（增刊）：16—22 Turner, F.J., 1981, Metamorphic Petrology. 2nd ed., Mc Graw-Hill Book Company Wang, F. & Chen, N., 1996, Regional and Thermodynamic Metamorphism of the Western Hills, Beijing. Geological Publishing House. Wang, X., Liu, J.G., and Mao, H.K., 1989, Coesite-bearing eclogite from Dabie Mountains in central China. Geology, 17: 1085—1088 Коржинский, Д. С., 1973, теоретические основы аналцза петро- генезисов минералов. Изд.“Наука”，Москва Кориковский, С.П., 1979, Фации метаморфизма метапелитов. Изд. Наука, Москва: 8-23 Маракушев, А. А., 1993, Петрография. Изд. МГУ, Москва: 267-319 教学目标 与要求 重 点 难 点 教学方法 与手段 参考资料 49
教学内容及过程 第六章 气液变质岩 一、概述 概念：热的气体及溶液(气水热液)作用于已形成的岩石，使其发生矿物成分，化学成分及结构构造的变化形成新的岩石，这种交代作用称为气液变质作用。 交代作用包括的范围广泛，气-液变质作用不包括交代成因的混合岩化作用。气-液变质作用通常沿构造破碎带及矿脉两侧发育，故又称围岩蚀变，气-液变质岩又称为蚀变岩。与接触热变质伴生、产于侵入体与围岩接触带的气-液变质又称为接触交代变质。 1.交代作用过程中组分迁移方式 实验表明，在干的系统中交代作用很难大规模进行，流体相(溶液)是组分带入带出的媒介。只有在溶液的帮助下，交代作用才有地质意义。 在岩石-溶液系统中，溶液有两种性状：一种溶液赋存在裂隙中，能整体自由流通，称为裂隙溶液。另一种溶液分布在颗粒之间，围绕矿物表面或停滞在粒隙之中，不能自由流动，称为间隙溶液。两种溶液中组分迁移方式不同。 ①渗透作用：渗透作用是指组分随介质一起迁移的一种物质迁移方式。压力差是迁移的驱动力。渗透速度还与溶液本身的密度、粘度及通道的宽度和形态有关。 ②扩散作用：扩散作用是指组分呈单个原子、离子或分子状态在溶液中通过的一种迁移运动形式。溶液本身不发生运动。引起组分迁移的驱动力是它们在不同部位的浓度差。扩散速度还与温度有关。 渗透作用是组分迁移的主要方式，能较远距离大量搬运组分，引起大规模的交代作用。 扩散作用虽在自然界较常见，但只能形成小规模的交代岩，在渗透交代作用过程中起次要的辅助作用。 交代作用过程中，渗透和扩散同时存在、互相配合。在整个岩石-溶液系统中，各种组分在裂隙溶液和间隙溶液之间可通过扩散方式互相交换，同时又通过裂隙溶液的流通过程与外界交换。 交代作用是伴随有物质从系统中带入带出的复杂的物质置换作用。物质的置换是通过特定的交代反应实现的。 交代作用过程中，原矿物分解消失和新矿物形成生长基本同时，新矿物形成一般也经过结晶中心的形成及晶体逐渐增长的过程，称为交代结晶作用 交代反应过程中，组分从原矿物转入溶液中，主要决定于它们各自在溶液中的饱和程度。 影响因素-温度、压力、溶液中被带入带出组分的化学位或活度。 以白云母和石英为组成的岩石，若为封闭系统，白云母稳定性由变质反应： KAl3Si3O10(OH)2+SiO2→KAlSi3O8+Al2SiO5+2H2O 白云母 石英 钾长石 50