061017_第六章(2)变质相-2

•主要内容第四章变质相•变质相概念的提出•变质相的基本概念及划分标志•变质相的划分方案及代表人物•主要区域变质相的基本特征•变质相概念的提出1911年，戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次把相律应用到变质岩的研究中。1915年芬兰地质学家爱斯克拉，在研究芬兰奥里耶维地区的接触变质岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。爱斯克拉到戈尔德斯密特的实验室工作，对比了两个地区的变质矿物组合。发现两个地区化学成分基本相同的岩石具有不同的矿物组合（见表1）。他认为是其物理化学条件不同所致。•变质相概念的提出变质带是以特定原岩中的特征变质矿物的首次出现来划分的.对于一个变质地区,变质岩的原岩类型及总的化学成分是多种多样的,在相同的变质条件下,将形成不同的矿物组合,即出现不同的变质带名称.例如：变质条件相似的蓝晶石带和基性岩石中的斜长石-角闪石带为了表示相同变质条件下形成的所有变质岩,引入了变质相的概念.芬兰奥里耶维地区挪威奥斯陆地区白云母＋石英红柱石＋钾长石白云母＋黑云母堇青石＋钾长石黑云母＋普通角闪石紫苏辉石＋斜长石直闪石紫苏辉石表1芬兰奥里耶维和挪威奥斯陆地区接触变质岩石矿物组合对比•变质相的基本概念P.Eskola,（1920)的定义：一个变质相是指类似的温度、压力条件下达到化学平衡的所有岩石的总和（不论其结晶方式），一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作有规律的改变”Turner（1966）的提法：“一个变质相指一定的温度、压力区间内的一整套变质矿物共生组合，它们在时、空上反复出现并密切伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合和岩石总体化学成分之间有着固定的可以预测的对应关系”。•变质相的基本概念变质相的现代概念•变质作用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.•每个变质相都是一个等物理系列。其矿物组合和岩石化学成分之间在达到化学平衡后,有着可以预测的对应关系.•一个变质相应包括一套具有各种原岩化学成分的矿物组合,它们在时间和空间上彼此之间密切共生,且在不同地区重复出现．•变质相的划分标志:矿物组合,通常用基性变质岩的矿物组合划分变质相,并以相应的基性变质岩命名•一个变质相往往具有一个较宽的温度压力区间,可以进一步划分不同的亚相•变质相的基本概念相关术语提示:变质级（变质带）Winkler(1974)按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列):很低级,低级,中级,高级.1)很低级变质:特征是变质基性岩中出现浊沸石,硬柱石,葡萄石,绿纤石等矿物的出现为标志,温度区间为200-3500C.2)低级变质:以变质基性岩中硬柱石,葡萄石,绿纤石等矿物反应形成黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C3)中级变质:标志是泥质岩石中十字石(堇青石)出现和绿泥石消失.在变质基性岩中以普通角闪石+斜长石(An17)为特征.温度区间为550-6500C.4)高级变质:标志是泥质岩石中白云母和石英反应形成矽线石和钾长石组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件),温度区间6500C.•变质相的划分方案Escola（1920）最初提出的是五个变质相：绿片岩相、角闪岩相、角岩相、透长石相和榴辉岩相。1939年Escola又增加了三个变质相：绿帘角闪岩相、麻粒岩相和蓝闪石片岩相，并把角岩相改为辉石角岩相，还附带了一个“沸石的结晶作用”，蓝闪石片岩相榴辉岩相压麻粒岩相力绿片岩相绿帘角闪岩相角闪岩相辉石角岩相升沸石结晶作用透长石相高温度升高表2变质相与温度和压力的关系（据Escola,1939）•变质相的划分方案Coombs（1960年）根据新西兰很低温变质岩的研究成果，提出了沸石相、葡萄石－绿纤石变质杂砂岩相。长春地院董申葆等：“中国1:400万变质地质图”划分方案Turner变质相分类：Turner（1960）建议把接触变质和区域变质两个系列的变质相名称分开，在接触变质相中分出了钠长绿帘角岩相和普通角闪石角岩相。1968年Turner将绿帘角闪岩相改为绿片岩相之中的一个高温亚相，把蓝闪石片岩相改为蓝闪石硬柱石片岩相。这样共分出十一个变质相，它们在PT图上的位置见图1。Turner的分类在世界各国出版的有关书籍中得到了广泛应用•变质相的划分方案图1-1.变质相分类的P-T图（Turnner，1968)一、沸石相•主要区域变质相特征标志是浊沸石和钠长石开始出现为下限，温度稍高可以出现葡萄石。主要变质反应有方沸石+石英=钠长石（200℃，2kb）片沸石=浊沸石+3石英+2H2O（稍低于200℃，2kb）典型矿物组合：（1）浊沸石+绿泥石+钠长石+石英；（2）浊沸石+葡萄石+绿泥石+钠长石+石英；（3）葡萄石+绿泥石+方解石+石英形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=200-300℃。极低级变质二、葡萄石-绿纤石相•主要区域变质相特征标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石（400℃）将分解。要变质反应有浊沸石+绿泥石+方解石=葡萄石+石英+CO2+H2O（温度稍低）浊沸石+葡萄石+绿泥石=绿纤石+石英+H2O（360℃，2kb）典型矿物组合：（1）绿纤石+葡萄石+绿泥石+钠长石+石英（变质硬砂岩）（2）绿纤石+绿泥石+绿帘石+钠长石+石英（变质基性岩）形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=300-360℃。极低级变质三、蓝闪石-硬柱石相（蓝片岩相）•主要区域变质相特征特征：基性变质岩中出现蓝闪石、硬柱石、硬玉、霰石等。主要变质反应（多）：例如浊沸石=硬柱石+石英+H2O（200-300℃，2.6-3.3kb）绿泥石+阳起石+钠长石=蓝闪石+H2O（200-350℃，5-7kb）钠长石=硬玉+石英(硬砂岩)(（200-300℃，7.5-9.5kb）典型矿物组合：中压：硬柱石+钠长石+绿泥石+（石英，方解石，多硅白云母）高压：硬柱石+蓝闪石+钠长石+霰石（无石英时可以出现硬玉）极高压：硬柱石+蓝闪石+硬玉+石英形成条件（实验资料）：温度200-450℃压力3-5kb，可达10kb。注：近来实验研究表明：蓝闪石对压力并不敏感，是否出现主要取决与岩石的化学成分。硬柱石是典型的低温中高压矿物，霰石代替方解石出现代表更高压力，硬玉+石英代替钠长石指示极高压力。•主要区域变质相特征c图1-2.矿物共生图解a.沸石相b.葡萄石-绿纤石相c.蓝闪石-硬柱石相浊沸石帘石绿纤石片沸石绿泥石葡萄石文石硬柱石钠云母硬玉，蓝闪石四、低绿片岩相相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带.•主要区域变质相特征标志是变质基性岩中的绿纤石消失，出现黝帘石/斜黝帘石(Winkler,1976)，可能的变质反应为：绿纤石＋绿泥石＋石英＝黝帘石＋阳起石＋H2O这一反应的实验条件（Nitsch，1977）为：0.25GPa,345±20℃;0.4GPa,350±20℃;0.7GPa,370±20℃.不同岩石系列在绿片岩相的矿物组合为：基性岩石：绿帘石＋阳起石＋绿泥石＋钠长石±石英±方解石泥质岩石：白云母＋绿泥石＋石英±硬绿泥石泥质岩石：白云母＋黑云母＋绿泥石＋石英±硬绿泥石四、低绿片岩相相当于巴洛变质带的绿泥石带和黑云母带.•主要区域变质相特征相关资料:Winkler(1976)在讨论从很低级到低级变质作用的转变时，特别强调了帘石类矿物的变化，即在很低级变质作用条件下，帘石为富铁的绿帘石，而在低级变质条件下，帘石为贫铁的黝帘石或斜黝帘石。在国内目前教科书中也都以黝帘石或斜黝帘石的出现作为绿片岩相的标志，但是实际上自然界中大多数绿片岩中的帘石都是富铁的绿帘石，并非贫铁的黝帘石或斜黝帘石（魏春景，1993）。因此绿片岩相开始的标志应强调矿物组合的变化，即出现绿帘石＋阳起石共生，并伴随着绿纤石的消失（Liouetal.,1985)。图1-3.低绿片岩相的ACF和A’KF图•主要区域变质相特征ACFEpCcActTcMusBiMicFA’PyrKCht--硬绿泥石Pyr—叶蜡石Tc—滑石Mic—微斜长石五、高绿片岩相相当于巴洛变质带的铁铝榴石带•主要区域变质相特征特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。可能的变质反应为：阳起石＋斜黝帘石＋绿泥石＋石英＝普通角闪石＋H2O硬绿泥石＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋H2O白云母＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋黑云母＋H2O据Liou等（1982）对第一个反应的实验条件为0.5GPa时，T约500℃不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为：基性岩石：普通角闪石＋绿帘石＋绿泥石＋钠长石±铁铝榴石±石英泥质岩石：铁铝榴石＋黑云母＋白云母＋石英泥质岩石在这一变质条件下硬绿泥石和绿泥石都可能出现。这一变质相的温度为500－560℃，压力为0.3－1.0GPa。图1-4.高绿片岩相的ACF和A’KF图•主要区域变质相特征AA’CKFFMusEpHbCcTcBiMicPyr六、低角闪岩相相当于巴洛变质带的蓝晶石带•主要区域变质相特征标志是泥质岩石中出现十字石（中压）和堇青石（低压）和在白云母存在时富铁绿泥石及硬绿泥石的消失为标志，可能的变质反应为：绿泥石＋白云母＝十字石＋黑云母＋石英＋H2O该反应的实验条件为：PH2O＝0.4GPa时T＝540±15℃PH2O＝0.7GPa时T＝565±15℃绿泥石＋白云母＋石英＝堇青石＋黑云母＋Al2SiO5＋H2O实验条件为：PH2O＝0.1GPaT＝515±10℃PH2O＝0.2GPaT＝525±10℃PH2O＝0.4GPaT＝555±10℃低角闪岩相的温度为550－650℃，压力为0.3－1.0GPa。六、低角闪岩相•主要区域变质相特征在变质基性岩中，Turner&Verhoogen（1960）强调斜长石从An=5到An=17的成分的跃迁为标志，Turner（1966）又以斜长石An30为界限。泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为：泥质岩石（中压）十字石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石蓝晶石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石泥质岩石（低压）堇青石＋红柱石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石±铁铝石榴石基性岩石普通角闪石＋斜长石（An30）±黑云母±绿帘石±石英图1-5.中压低角闪岩相的ACF和A’KF图•主要区域变质相特征AA’CKFFMusAnHbCcBiMicKyDiGroGrt—石榴石Gro—钙铝榴石Stau—十字石图1-6.低压低角闪岩相的ACF和A’KF图•主要区域变质相特征AA’CKFFMusAnHbCcCumBiMicAndDiGro镁铁闪石七、高角闪岩相•主要区域变质相特征标志是泥质岩石中的白云母＋石英不稳定，转变为钾长石＋Al2SiO5，即：白云母＋石英＝钾长石＋夕线石/红柱石＋H2O这一反应的实验条件为：PH2O＝0.1GPaT＝580℃PH2O＝0.3GPaT＝660℃Winkler(1976)指出这一反应发生在PH2O0.35GPa的条件下，如果PH2O0.35GPa，岩石中有斜长石存在时，片麻岩就会发生深熔作用。白云母＋石英＋斜长石＋H2O＝熔体（由钾长石＋钠质斜长石＋石英组成）＋钙质斜长石或石英（取决于其原始含量）＋Al2SiO5+H2O（溶解在熔体中）所以，片麻岩中发生深熔，出现混合岩化作用也是高角闪岩相开始的标志高角闪岩相的温度为650－700℃，压力为0.3－1.0GPa。七、高角闪岩相•主要区域变质相特征高角闪岩相的特征矿物组合为：泥质岩石（中压）：夕线石＋石榴石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石泥质岩石（低压）红柱石＋堇青石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石基性岩石普通角闪石＋斜长石±透辉石±石英图1-7.低压高角闪岩相的ACF和A’KF图•主要区域变质相特征AA’CKFFMusAnHbCcAnthBiMicSillDiGro①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩图1-8.中压高角闪岩相的ACF和A’KF图•主要区域变质相特征AA’CKFFAnHbCcAnthBiOrKyDiGroMus八、麻粒岩相•主要区域变质相特征温度大于7000C.大致相当于基性岩中