10 变质作用及地壳演化

变质岩岩石学第十章变质作用及地壳演化本章重点1.掌握变质带、变质建造等相关概念；2.了解地壳不同演化阶段变质作用的特点；3.了解不同变质岩区岩浆活动的特点。本章难点1.变质建造及其特点。10变质作用及地壳演化变质作用是地壳演化的特定过程。变质作用类型在时空中的变化，反映出大地构造环境的变迁。研究变质地区的变质作用类型及其时空变化规律，就必须与当时的大地构造背景研究相结合。10.1板块学说与变质带1．板块学说简介地球坚硬的外壳是岩石圈。岩石圈底部为莫霍面，这是一层地幔熔融的物质组成，可以流动，称为软流圈。岩石圈可以分成几个大块，称为板块。板块内部是刚性的（按薄壳理论）；板块之间为构造活动带，称为板块缝。10.1板块学说与变质带板块在软流圈的流动下可以移动，板块间就产生相互运动。按两者的运动方向分为背离（开）、敛聚（合）及剪切，形成不同类型的地质建造。一般认为：板块学说可以解释显生宙以来的地质演化历史。但目前有越来越多的研究者将其用在解释元古宙及太古宙的地质演化。10.1板块学说与变质带2．变质带都城秋穗（1972）认为：所有的板块缝都有变质作用产生，如：聚合型的造山变质、背离型的洋中脊和洋底变质。由此提出了两个概念。变质带（metamorphicbelts）造山带内由区域变质作用形成的带状产出的变质岩系。10.1板块学说与变质带双变质带（pairedmetamorphicbelts）由高压（低温）型与低压（中高温）型两个变质带组成的一对性质不同而走向平行的变质带。亦称成对变质带。双变质带是大洋板块沿毕乌夫带（板块俯冲带）在岛弧与大陆边缘下面的下插作用引起的。高压型变质带分布于靠大洋一侧，与海沟带相当，热流值很低，但压力高；低压型变质带分布于靠大陆、岛弧一侧，有高热流值，这与岛弧火山作用有关。10.1板块学说与变质带3．区域变质作用的压力－温度分类按区域变质作用的温－压梯度，以平均地热梯度（℃／km）分为三种压力类型：1）低压型地热梯度＞25℃／km，以形成红柱石为特征，在50℃／km以上时常有岩浆或水流相活动；10.1板块学说与变质带2）中压型地热梯度20℃／km，以形成蓝晶石为代表；3）高压型地热梯度10℃／km，以蓝闪石、硬玉为代表，为快速的构造下降产生，当下降终止时，地热梯度将会较快的增高。不同压力类型的区域变质作用形成相应的变质区（带）。10.2不同变质区中岩浆活动的规律性1．低压变质区的岩浆活动主要为酸性、中性岩浆岩的形成。在双变质带的低压变质带，为深成花岗岩侵入和安山岩形成为主；向大陆方向，火山岩的碱性增高；不存在典型的拉斑玄武岩，而以钙碱性系列为特色。10.2不同变质区中岩浆活动的规律性2．高压变质区的岩浆活动主要为铁镁质及超铁镁质的岩浆岩形成，组成蛇绿岩套的中下部（三位一体）。双变质带中的高压变质带有蛇绿岩的分布，与其伴生的火山岩主要是大洋拉斑玄武岩及共生的钙碱性系列岩石，向大陆方向碱性也增高。中压变质区的岩浆岩主要为中性的。10.3前寒武纪地盾形成及大陆增长1．地盾形成涉及地盾形成，有必要了解两个概念。地盾克拉通或陆块内大面积基底岩系出露的地区。结晶基底沉积盖层之下，至下延到莫霍面的地壳。从目前所见到的前寒武纪地层、岩石均已变质，组成大陆地壳的结晶基底。其成分上相当于中酸性岩类为主，少量基性及富钙的岩石。10.3前寒武纪地盾形成及大陆增长现有资料表明：当时的地热梯度比现代高，变质作用的强度较大，变质形成的深度较浅，与当时的地壳薄、热能高有关。1）太古代变质特点大面积的高温低压区域变质作用，以热流为主，应力只起次要的作用，故多为动力热流变质。相当的构造变形以等轴状（构造穹窿）构造为主。10.3前寒武纪地盾形成及大陆增长2）元古代变质特点以混杂近平行的透镜状变质带为特征，变质分布范围相应减小，变质热流降低，应力作用增强。可形成区域动热、区域热动变质，相应的变形以紧闭褶皱为主。3）显生宙以来的变质特点变质带沿造山带呈线性分布，递增变质更明显，热流较低，应力有时占主导地位。可形成区域动热、区域热动（低温动力）变质。10.3前寒武纪地盾形成及大陆增长2．大陆增长大陆增生模式是以前寒武纪结晶地盾为大陆的核心，逐渐依序向外发育形成不同时期的造山带，即造山带由陆核向外渐变年轻。造山带中变质带也随之变化，总的特点是随时间推移，变质深度渐增，变质下沉，强度减弱，热流更低，应力较大，可能与板块移动及其速度加快有关。10.3前寒武纪地盾形成及大陆增长3．地壳演化特点1）太古宙地壳薄、地热梯度大的原生陆核及基性火山岩系为主的沟－槽系，后期发育线性（裂陷）槽，为基性火山岩－硬砂岩沉积环境。有较广泛的花岗岩和片麻岩出露，普遍发育区域动热（角闪岩相－麻粒岩相）变质作用。10.3前寒武纪地盾形成及大陆增长2）元古宙地壳加厚、冷却快，形成较大的硅铝质陆壳和线性槽，出现陆块稳定沉积及构造期后岩浆系列。大陆内有裂谷，但未解体。区域变质不均衡，类型多，但无高压相系。3）显生宙为稳定陆台增加，大陆解体，出现洋壳及岛弧。花岗岩浆活动频繁，变质类型较多，高压相系出现（双变质带），大陆漂移加剧。10.4变质相与地质时代各变质相的发育与地质演化时间有密切的关系。1．麻粒岩相大面积分布的主要时代为太古代，元古代相对少些，古生代以来仅见于角闪岩相变质岩系的残留包体。2．角闪岩相面型分布的主要见于前寒武纪，随时代推移而减少。10.4变质相与地质时代小结因此，前寒武纪主要为中、高温的单相变质，如：高级变质区（灰色片麻岩系）；但也有低温的，如：花岗-绿岩带。目前看来，有些绿岩带为角闪岩相或麻粒岩相的退变形成。10.4变质相与地质时代3．绿片岩相主要在古生代以来的造山带分布，且时代渐新，比例增大；但在古老变质区也占一定数量，如花岗-绿岩带。4．蓝片岩相主要集中于中、新生代的造山带中，以线性分布为主。在晚元古代就开始出现。10.4变质相与地质时代5．绿纤石－葡萄石相、浊沸石相主要见于古生代以后的造山带沉积盖层变质。6．榴辉岩相主要见于古生代以后的俯冲带。10.4变质相与地质时代小结低温高压的变质相主要见于中、新生代。此外，作为递增变质带中面积分布较窄的角闪岩相、绿片岩相等，在各时期均可出现；同时，也不能认为时代愈老，变质就一定愈深，如：太古代的两类变质区（高级片麻岩与低级花岗-绿岩带）。总的看来：随时间推移，变质由高温低压→低温高压转变。10.4变质相与地质时代7．接触变质相各时代都可出现，但早期的一般都有叠加变质；中、新生代的造山带中也有被改造，且分布相对较窄。10.5变质建造及研究意义1．概念变质建造（metamorphicformation）代表地壳发展一定阶段、分布于一定大地构造区域内的变质岩有规律的共生组合。提示；与岩浆建造、沉积建造概念比较。10.5变质建造及研究意义2．变质建造的一般特点（四点）1）变质建造的属性是原始的沉积建造、岩浆（包括火山）建造经变质作用改造的产物。其改造过程可以用等物理系列、等化学系列来衡量。10.5变质建造及研究意义2）变质建造体现的双重性是（原岩）建造与（变质）改造的特点及相互关系，也是等物理系列和等化学系列的研究内容。3）变质建造的特殊性一些变质建造在时空分布的规律性，如：绿岩建造仅见于地盾区，细碧-角斑岩建造见于古－中生代的活动带内。10.5变质建造及研究意义4）变质建造的不确定性一定的原岩建造相应于一定的（区域）变质过程。如：原岩与细碧－角斑岩建造相当的火山岩可形成绿岩建造（元古代以前，绿片岩相－角闪岩相）、细碧－角斑岩建造（古生代以来，绿片岩相或绿纤石－葡萄石相）。10.5变质建造及研究意义小结：因此，变质建造与地壳演化有关，但不同演化阶段的产物（原岩建造）及后期改造过程（变质）的变化，决定了变质建造的特点。10.5变质建造及研究意义3．变质建造划分的原则（五点）1）变质岩的组合存在成分（化学成分和矿物成分）的相似性和规律性，如：同一火山、岩浆序列、同源碎屑岩，等，即从属等化学系列。2）同一成因的岩石组合，依据产状、接触关系、结构和构造等确定。10.5变质建造及研究意义3）变质矿物的共生组合类似，或符合变质演变规律，如；递增变质带、等物理系列。4）变质过程的亲缘性及相似性。5）不存在原始的或变质改造过程中的明显间断，如：沉积间断、岩浆作用间断、构造间断等。10.5变质建造及研究意义4．研究意义1）认识原岩建造、特征及规律，了解当时的地壳特点。2）认识变质过程的特征、时空转变规律及地史时期的演变。3）研究建造与改造的相互关系，了解地壳演化的特点。