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完整)变质岩的形成过程ppt(完整)变质岩的形成过程ppt第一讲第一讲 变质岩的形成过程变质岩的形成过程（（1））第一讲 变质岩的形成过程（1）本讲基本问题问题（1）变质作用与变质岩概念（what）问题（2）变质岩是如何形成的呢？（How） 问题（3）变质作用机制因何而启动和进行？（Why） 问题（4）变质作用发生的地质构造环境（Where）本讲基本问题沉积岩沉积岩沉积岩沉积岩：：：：表生环境表生环境表生环境表生环境 ，，，，外外外外力作用力作用力作用力作用，，，，风化、搬运、沉积；风化、搬运、沉积；风化、搬运、沉积；风化、搬运、沉积；岩浆岩岩浆岩岩浆岩岩浆岩：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结：地球内部，上地幔或地壳深处，内力作用，炽热熔浆，结晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；晶，地表冷凝结晶或淬火后冷凝固结；变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组变质岩：地球内部，内力作用，原有岩石的基本固态下的成分与组构转变构转变构转变构转变一、变质作用与变质岩概念沉积岩：表生环境 ，外力作用，风化、搬运、沉积；一、变质作用变质作用——在地壳环境中，先存岩石（原岩,protolith）在固态下（下固相线subsolidus）发生的成分、组构转变过程的总和；变质岩——原岩成分与组构经固态转变过程（变质作用）而形成的新岩石。

原岩为岩浆岩—正变质岩（ortho-）原岩为沉积岩—副变质岩（para-）原岩为变质岩—复变质岩（poly-）变质作用——在地壳环境中，先存岩石（原岩,protolith二、变质作用机制（How） 变质作用变质作用机制机制：：变质结晶变质结晶、、变形、变质分变形、变质分异异；； 深熔作用（深熔作用（anatexisanatexis）与部分熔融）与部分熔融（（partial melting——partial melting——岩浆岩成因术语）；岩浆岩成因术语）； 埋藏变质（埋藏变质（burial metamorphismburial metamorphism）与）与成岩作用（成岩作用（diagenesisdiagenesis）过程的压实、重结晶）过程的压实、重结晶和交代作用，属于沉积作用范畴）和交代作用，属于沉积作用范畴）二、变质作用机制（How） 变质作用机制：变质结晶、变1.变质结晶作用变质结晶作用（（Metamorphic crystallization））l l变质结晶作用：先存岩石（原岩）在变质作用温度压力条件范围内新矿物的结晶生长。

包括：ØØ重结晶作用（等化学过程，封闭）重结晶作用（等化学过程，封闭）ØØ交代作用（异化学过程，开放）交代作用（异化学过程，开放） 变质结晶作用（Metamorphic crystalliz 重结晶作用（重结晶作用（recrystallizationrecrystallization）） ————在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反应形式的再造过程重结晶前后，岩石的造岩组分（除应形式的再造过程重结晶前后，岩石的造岩组分（除应形式的再造过程重结晶前后，岩石的造岩组分（除应形式的再造过程重结晶前后，岩石的造岩组分（除HH2 2OO、、、、COCO2 2等挥发分外）基本保持不变特点：等挥发分外）基本保持不变特点：等挥发分外）基本保持不变特点：等挥发分外）基本保持不变特点： 等化学过程等化学过程等化学过程等化学过程 封闭体系封闭体系封闭体系封闭体系 矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理控制可分狭义可分狭义可分狭义可分狭义重结晶和变质结晶（变质反应）两种重结晶和变质结晶（变质反应）两种重结晶和变质结晶（变质反应）两种重结晶和变质结晶（变质反应）两种(Raymond, (Raymond, 2002)2002) 重结晶作用（recrystallization） ——在基（（（（1 1））））狭义狭义狭义狭义重结晶：重结晶：重结晶：重结晶：(Recrystallization ,Raymond, (Recrystallization ,Raymond, 2002)2002)矿物成分不变下的结构调整矿物成分不变下的结构调整矿物成分不变下的结构调整矿物成分不变下的结构调整：：：：纯灰岩（沉）纯灰岩（沉）纯灰岩（沉）纯灰岩（沉）大理岩（变）大理岩（变）大理岩（变）大理岩（变）纯石英砂岩（沉）纯石英砂岩（沉）纯石英砂岩（沉）纯石英砂岩（沉） 石英岩石英岩石英岩石英岩（变）（变）（变）（变）纯纯纯纯灰灰灰灰岩岩岩岩粗粒大理岩粗粒大理岩粗粒大理岩粗粒大理岩细粒大理岩细粒大理岩细粒大理岩细粒大理岩单矿物原岩单矿物原岩单矿物原岩单矿物原岩结构变化成分不变结构变化成分不变结构变化成分不变结构变化成分不变Raymond, 2002Raymond, 2002（1）狭义重结晶：(Recrystallization ,R 细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据细粒含石英大理岩新旧矿物更替和结构变化（据MasonMason，，，，19991999））））a. a. 反应前：低温下，微晶方解石反应前：低温下，微晶方解石反应前：低温下，微晶方解石反应前：低温下，微晶方解石CcCc（（（（CaCOCaCO3 3）与碎屑石英）与碎屑石英）与碎屑石英）与碎屑石英（（（（SiOSiO2 2）））） ，通过重结晶，通过重结晶，通过重结晶，通过重结晶改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；改变各自的大小和形状，多处形成三联点结构；l lb. b. 在碎屑石英边缘上生长出在碎屑石英边缘上生长出在碎屑石英边缘上生长出在碎屑石英边缘上生长出WoWo（称反应边）：（称反应边）：（称反应边）：（称反应边）： Cc+Q=Wo Cc+Q=Wo（（（（CaSiOCaSiO3 3））））+ CO+ CO2 2↑ ↑ 未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗，三联点结构；l lc. c. 反应后：因石英反应后：因石英反应后：因石英反应后：因石英方解石，石英被方解石，石英被方解石，石英被方解石，石英被全部消耗，未参与反应的全部消耗，未参与反应的全部消耗，未参与反应的全部消耗，未参与反应的CcCc和新生长的和新生长的和新生长的和新生长的WoWo粒粒粒粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（Cc+WoCc+Wo）））） 。

方解石方解石方解石方解石石石石石英英英英方解方解方解方解石石石石石石石石英英英英方解方解方解方解石石石石硅灰硅灰硅灰硅灰石石石石（（（（2 2 2 2）变质反应：（）变质反应：（）变质反应：（）变质反应：（NeocrystallizationNeocrystallizationNeocrystallizationNeocrystallization，，，， Raymond, 2002Raymond, 2002Raymond, 2002Raymond, 2002 ）））） 细粒含石英大理岩新（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的 含化石灰岩结核含化石灰岩结核含化石灰岩结核含化石灰岩结核. . （右）（右）（右）（右） 近岩体处，页岩变近岩体处，页岩变近岩体处，页岩变近岩体处，页岩变质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石+ +透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳挪威挪威Oslo裂谷二叠纪接触变质晕内沉积岩向变质岩的转变露头照片裂谷二叠纪接触变质晕内沉积岩向变质岩的转变露头照片（据（据Kurt Rucher &Rodney Grapes, 2011））（左）远离岩体的上奥陶统页岩中的 含化石灰岩结核. （右） 1.2 1.2 变质交代作用变质交代作用 （metasomatismmetasomatism））交代作用交代作用交代作用交代作用指在变质作用条件范围内，在以指在变质作用条件范围内，在以指在变质作用条件范围内，在以指在变质作用条件范围内，在以化学活动性流体化学活动性流体化学活动性流体化学活动性流体为主为主为主为主要因素的作用下，使岩石中的要因素的作用下，使岩石中的要因素的作用下，使岩石中的要因素的作用下，使岩石中的造岩组分发生不同程度的造岩组分发生不同程度的造岩组分发生不同程度的造岩组分发生不同程度的带入带入带入带入或带出，使新形成岩石的化学成分（除或带出，使新形成岩石的化学成分（除或带出，使新形成岩石的化学成分（除或带出，使新形成岩石的化学成分（除HH2 2OO、、、、COCO2 2等挥发分等挥发分等挥发分等挥发分外）外）外）外）部分或全部变化部分或全部变化部分或全部变化部分或全部变化的变质过程。

在交代过程中，岩石的体的变质过程在交代过程中，岩石的体的变质过程在交代过程中，岩石的体的变质过程在交代过程中，岩石的体积基本保持不变积基本保持不变积基本保持不变积基本保持不变 交代过程是交代过程是交代过程是交代过程是异化学作用过程异化学作用过程异化学作用过程异化学作用过程，岩石体系性质属于，岩石体系性质属于，岩石体系性质属于，岩石体系性质属于开放体系开放体系开放体系开放体系交代作用也可在成岩阶段发生，称成岩交代作用；在变质交代作用也可在成岩阶段发生，称成岩交代作用；在变质条件下发生的交代作用称为条件下发生的交代作用称为变质变质交代作用交代作用1.2 变质交代作用 （metasomatism）交代作活动元素（组分）与惰性元素（组分）；活动元素（组分）与惰性元素（组分）；活动元素（组分）与惰性元素（组分）；活动元素（组分）与惰性元素（组分）；活动组分活动组分活动组分活动组分：可带入带出，岩石中该组分的：可带入带出，岩石中该组分的：可带入带出，岩石中该组分的：可带入带出，岩石中该组分的绝对含量交代前绝对含量交代前绝对含量交代前绝对含量交代前后的含量发生改变后的含量发生改变后的含量发生改变后的含量发生改变，除，除，除，除HH、、、、F F、、、、ClCl、、、、S S、、、、C C等挥发份组分以等挥发份组分以等挥发份组分以等挥发份组分以外，碱金属外，碱金属外，碱金属外，碱金属NaNa、、、、KK、、、、RbRb、、、、CsCs和碱土金属类元素和碱土金属类元素和碱土金属类元素和碱土金属类元素BeBe、、、、CaCa、、、、MgMg、、、、SrSr、、、、Ba Ba 、、、、SiSi等常见；等常见；等常见；等常见；惰性组分惰性组分惰性组分惰性组分：基本不发生带入带出，：基本不发生带入带出，：基本不发生带入带出，：基本不发生带入带出，交代前后组分的绝对含交代前后组分的绝对含交代前后组分的绝对含交代前后组分的绝对含量不发生改变量不发生改变量不发生改变量不发生改变，以重金属、稀土或超场强元素，以重金属、稀土或超场强元素，以重金属、稀土或超场强元素，以重金属、稀土或超场强元素（（（（HFSEsHFSEs）常见；主量元素中包括）常见；主量元素中包括）常见；主量元素中包括）常见；主量元素中包括FeFe、、、、AlAl、、、、MnMn、、、、TiTi等。

等某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体情况而定！某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体情况而定！某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体情况而定！某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体情况而定！活动元素（组分）与惰性元素（组分）；交代机制交代机制交代机制交代机制————交代作用中的活动组分的运移方式交代作用中的活动组分的运移方式交代作用中的活动组分的运移方式交代作用中的活动组分的运移方式l l渗透（渗透（渗透（渗透（infiltrationinfiltration））））：组分受压力差驱动，随溶液流：组分受压力差驱动，随溶液流：组分受压力差驱动，随溶液流：组分受压力差驱动，随溶液流动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中; ;l l扩散（扩散（扩散（扩散（diffusiondiffusion））））：组分受浓度差驱动，从高浓度域：组分受浓度差驱动，从高浓度域：组分受浓度差驱动，从高浓度域：组分受浓度差驱动，从高浓度域向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中；向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中；向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中；向低浓度域迁移，主要发生在不流动的粒间孔隙溶液中；粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或化学位梯度化学位梯度化学位梯度化学位梯度是运移是运移是运移是运移和交代的主要动力；和交代的主要动力；和交代的主要动力；和交代的主要动力；l l交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。

代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用代作用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用交代机制——交代作用中的活动组分的运移方式举例：判断以下反应是交代作用与变质重举例：判断以下反应是交代作用与变质重举例：判断以下反应是交代作用与变质重举例：判断以下反应是交代作用与变质重结晶机制？结晶机制？结晶机制？结晶机制？uu纯橄榄岩纯橄榄岩纯橄榄岩纯橄榄岩蛇纹岩蛇纹岩蛇纹岩蛇纹岩l l重结晶机制（无主要造岩成分得失）：重结晶机制（无主要造岩成分得失）：重结晶机制（无主要造岩成分得失）：重结晶机制（无主要造岩成分得失）： 2Mg 2Mg2 2SiOSiO4 4+3+3HH2 2OO→H→H4 4MgMg3 3SiSi2 2OO9 9+Mg(OH)+Mg(OH)2 2 Fo( Fo(镁橄榄石镁橄榄石镁橄榄石镁橄榄石) Ser() Ser(蛇纹石蛇纹石蛇纹石蛇纹石) Brc() Brc(水镁石水镁石水镁石水镁石) )l l交代机制（有主要造岩成分得失）：交代机制（有主要造岩成分得失）：交代机制（有主要造岩成分得失）：交代机制（有主要造岩成分得失）： 3Mg 3Mg2 2SiOSiO4 4 + 4 + 4HH2 2OO + ( + (SiOSiO2 2) →2H) →2H4 4MgMg3 3SiSi2 2OO9 9 Fo Fo 溶液中溶液中溶液中溶液中 Ser Ser uu思考题：地质学和岩相学证据？思考题：地质学和岩相学证据？思考题：地质学和岩相学证据？思考题：地质学和岩相学证据？举例：判断以下反应是交代作用与变质重结晶机制？纯橄榄岩蛇纹2. 变形变形 （（Deformation)l l岩石在变质作用的温压条件范围内，受到超过岩石在变质作用的温压条件范围内，受到超过其最高弹性模量的其最高弹性模量的应力作用应力作用，将发生，将发生永久变形永久变形，，使岩石的使岩石的结构和构造结构和构造受到破坏，岩石化学成分受到破坏，岩石化学成分可变可不变，从而形成变质岩的地质作用过程。

可变可不变，从而形成变质岩的地质作用过程依据变形性质可分依据变形性质可分脆性变形和韧性变形两种脆性变形和韧性变形两种2. 变形 （Deformation)岩石在变质作用的温压脆性变形（brittle deformation）脆性变形脆性变形脆性变形脆性变形使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离破碎），岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征破碎），岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征破碎），岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征破碎），岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征请指出图（请指出图（1 1）和图（）和图（2 2）中两件岩石脆性变形的强弱程度？）中两件岩石脆性变形的强弱程度？脆性变形（brittle deformation）脆性变韧性变形（ductile deformation）塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形一般不使岩石失去内聚力（似断非断，如胶似漆），分晶内一般不使岩石失去内聚力（似断非断，如胶似漆），分晶内一般不使岩石失去内聚力（似断非断，如胶似漆），分晶内一般不使岩石失去内聚力（似断非断，如胶似漆），分晶内（（（（intra-intra-）塑性变形与晶界或晶间（）塑性变形与晶界或晶间（）塑性变形与晶界或晶间（）塑性变形与晶界或晶间（inter-inter-）塑性变形两种；晶内塑性）塑性变形两种；晶内塑性）塑性变形两种；晶内塑性）塑性变形两种；晶内塑性变形表现为晶体内部的滑移（变形表现为晶体内部的滑移（变形表现为晶体内部的滑移（变形表现为晶体内部的滑移（glidinggliding）和位错）和位错）和位错）和位错 （（（（dislocationdislocation），镜），镜），镜），镜下可见晶体内部发育书斜（多米诺骨牌）构造、机械双晶、扭折带、下可见晶体内部发育书斜（多米诺骨牌）构造、机械双晶、扭折带、下可见晶体内部发育书斜（多米诺骨牌）构造、机械双晶、扭折带、下可见晶体内部发育书斜（多米诺骨牌）构造、机械双晶、扭折带、变形纹、动态重结晶等；晶界塑性变形表现为边界滚动、滑动和扩散变形纹、动态重结晶等；晶界塑性变形表现为边界滚动、滑动和扩散变形纹、动态重结晶等；晶界塑性变形表现为边界滚动、滑动和扩散变形纹、动态重结晶等；晶界塑性变形表现为边界滚动、滑动和扩散流动，晶体整体呈鱼状、透镜体状，或碎粒流或韧性流等。

流动，晶体整体呈鱼状、透镜体状，或碎粒流或韧性流等流动，晶体整体呈鱼状、透镜体状，或碎粒流或韧性流等流动，晶体整体呈鱼状、透镜体状，或碎粒流或韧性流等韧性变形（ductile deformation）塑性变形3.3.变质分异变质分异（（ metamorphic differentiation metamorphic differentiation ）） 在变质作用过程中，原先均匀的岩石经变质后成为在变质作用过程中，原先均匀的岩石经变质后成为在变质作用过程中，原先均匀的岩石经变质后成为在变质作用过程中，原先均匀的岩石经变质后成为不均匀甚至存在不均匀甚至存在不均匀甚至存在不均匀甚至存在成分分成分分成分分成分分“ “层层层层” ”岩石的现象（岩石的现象（岩石的现象（岩石的现象（Raymond, Raymond, 19951995），结果使岩石的），结果使岩石的），结果使岩石的），结果使岩石的构造特征构造特征构造特征构造特征发生了发生了发生了发生了改变，改变，改变，改变，从而形成变从而形成变从而形成变从而形成变质岩的作用过程变质分异严格来说应指封闭体系内的组质岩的作用过程。

变质分异严格来说应指封闭体系内的组质岩的作用过程变质分异严格来说应指封闭体系内的组质岩的作用过程变质分异严格来说应指封闭体系内的组分调整，以便于与交代作用相区别，但往往不易区分另分调整，以便于与交代作用相区别，但往往不易区分另分调整，以便于与交代作用相区别，但往往不易区分另分调整，以便于与交代作用相区别，但往往不易区分另外变质分异与构造分异也密不可分外变质分异与构造分异也密不可分外变质分异与构造分异也密不可分外变质分异与构造分异也密不可分变质分异产生不均匀或成分层的现象与机理变质分异产生不均匀或成分层的现象与机理Ø（（1）变斑晶形成）变斑晶形成Ø（（2）扩散反应带）扩散反应带 （交代作用？开放？）（交代作用？开放？）Ø（（3）构造剪切分异：浅变质岩中的石英脉）构造剪切分异：浅变质岩中的石英脉Ø（（4）构造压扁（图）构造压扁（图17-8？）？） 3.变质分异（ metamorphic different高级片麻岩区四种典型露头尺度递进变形示意图高级片麻岩区四种典型露头尺度递进变形示意图高级片麻岩区四种典型露头尺度递进变形示意图高级片麻岩区四种典型露头尺度递进变形示意图所有这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（所有这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（所有这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（所有这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（Passchier et al., 1990Passchier et al., 1990））））(a)网状岩脉的均匀变形网状岩脉的均匀变形(b)岩石碎块的均匀变形岩石碎块的均匀变形（（c）粒度不均匀的均）粒度不均匀的均质火成岩（例如斑状花质火成岩（例如斑状花岗岩）的均匀变形岗岩）的均匀变形(d).均质火成岩均质火成岩（例如辉长岩）的（例如辉长岩）的不均匀变形不均匀变形高级片麻岩区四种典型露头尺度递进变形示意图所有这些递进变形三、变质作用影响因素（三、变质作用影响因素（WhatWhat））变质作用因素指使变质作用得以发生和发展的原因或诱因。

变质作用因素指使变质作用得以发生和发展的原因或诱因变质作用因素指使变质作用得以发生和发展的原因或诱因变质作用因素指使变质作用得以发生和发展的原因或诱因地质原因：地质环境的改变，如构造位置改变（岛弧、海地质原因：地质环境的改变，如构造位置改变（岛弧、海地质原因：地质环境的改变，如构造位置改变（岛弧、海地质原因：地质环境的改变，如构造位置改变（岛弧、海沟、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程沟、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程沟、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程沟、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程（增厚、减薄、俯冲、折返、深埋、隆（增厚、减薄、俯冲、折返、深埋、隆（增厚、减薄、俯冲、折返、深埋、隆（增厚、减薄、俯冲、折返、深埋、隆/ /抬升，等）和岩浆抬升，等）和岩浆抬升，等）和岩浆抬升，等）和岩浆作用等物化和动力学因素：可以抽象为物化和动力学因素：可以抽象为物化和动力学因素：可以抽象为物化和动力学因素：可以抽象为温度（温度（温度（温度（T T ）、压力（）、压力（）、压力（）、压力（P P ）、）、）、）、流体组分（流体组分（流体组分（流体组分（x x ）、时间（）、时间（）、时间（）、时间（t t ））））等因素，这也是将物理化学和等因素，这也是将物理化学和等因素，这也是将物理化学和等因素，这也是将物理化学和动力学引入变质岩石学研究的基础。

动力学引入变质岩石学研究的基础动力学引入变质岩石学研究的基础动力学引入变质岩石学研究的基础 三、变质作用影响因素（What）变质作用因素指使变质作用得以1.1 1.1 1.1 1.1 （对变质作用机制的）影响（对变质作用机制的）影响（对变质作用机制的）影响（对变质作用机制的）影响 l l对于对于对于对于变质重结晶作用变质重结晶作用变质重结晶作用变质重结晶作用，升温有利于吸热反应，升温有利于吸热反应，升温有利于吸热反应，升温有利于吸热反应( ( ( (如脱挥发份反应如脱挥发份反应如脱挥发份反应如脱挥发份反应) ) ) ) ，促进晶，促进晶，促进晶，促进晶体的溶解和生长，提高反应速率；降低温度将使变质反应向放热方向进行，体的溶解和生长，提高反应速率；降低温度将使变质反应向放热方向进行，体的溶解和生长，提高反应速率；降低温度将使变质反应向放热方向进行，体的溶解和生长，提高反应速率；降低温度将使变质反应向放热方向进行，利于水化和碳酸盐化反应进行；利于水化和碳酸盐化反应进行；利于水化和碳酸盐化反应进行；利于水化和碳酸盐化反应进行；l l对于变形作用，温度升高利于岩石从脆性变形向韧性变形转变，影响岩石对于变形作用，温度升高利于岩石从脆性变形向韧性变形转变，影响岩石对于变形作用，温度升高利于岩石从脆性变形向韧性变形转变，影响岩石对于变形作用，温度升高利于岩石从脆性变形向韧性变形转变，影响岩石的的的的变形行为变形行为变形行为变形行为；；；；l l对于对于对于对于交代作用交代作用交代作用交代作用和和和和变质分异作用，变质分异作用，变质分异作用，变质分异作用，温度升高有利于进行；温度升高有利于进行；温度升高有利于进行；温度升高有利于进行；l l温度的持续升高将导致岩石发生温度的持续升高将导致岩石发生温度的持续升高将导致岩石发生温度的持续升高将导致岩石发生深熔深熔深熔深熔（（（（部分熔融部分熔融部分熔融部分熔融））））作用，作用，作用，作用，促进促进促进促进混合岩化。

混合岩化混合岩化混合岩化1. 温度温度(temperature condition, heat) 温度是热的标量变质作用的热源主要有地幔对流热、地壳放射温度是热的标量变质作用的热源主要有地幔对流热、地壳放射温度是热的标量变质作用的热源主要有地幔对流热、地壳放射温度是热的标量变质作用的热源主要有地幔对流热、地壳放射性元素蜕变产生的放射性热、岩浆结晶潜热和构造摩擦热等性元素蜕变产生的放射性热、岩浆结晶潜热和构造摩擦热等性元素蜕变产生的放射性热、岩浆结晶潜热和构造摩擦热等性元素蜕变产生的放射性热、岩浆结晶潜热和构造摩擦热等1.1 （对变质作用机制的）影响 1. 温度(temper1.2 1.2 1.2 1.2 变质作用温度范围变质作用温度范围变质作用温度范围变质作用温度范围 变质作用温度变质作用温度- -压力范围图解压力范围图解 实验确定的白云母花岗岩(1～4)和拉斑玄武岩(5～8)的熔融间隔(引自Miyashiro,1994) 实线表示无水条件，虚线表示过量水条件白云母花岗岩过量水条件下的固相线和液相线分别为1、2，无水条件下的固相线和液相线分别为3、4；对拉斑玄武岩，过量水条件下的固相线和液相线分别为5、6，无水条件下的固相线和液相线分别为7、8。

DG.成岩作用条件区；MG.岩浆作用条件区；MT.变质作用条件区；NU.自然界未知的条件区变质作用条件(MT)与岩浆作用条件(MG)间有一个范围广大的P-T过渡区，在熔融曲线1～8之间按变质作用的温度范围分：极低温、低温、中温、高温和超高温变质，相应的变质程度划分为极低、低、中、高、极高级变质1.2 变质作用温度范围 变质作用温度-压力范围图解请指出图（1）和图（2）中两件岩石脆性变形的强弱程度？中压——Als三相点至Jd+QAb（硬玉+石英钠长石）反应之间；渗透（infiltration）：组分受压力差驱动，随溶液流动，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中;二是一次变质作用事件经历的时间跨度（time span通常为10-50 Ma），尤其是变质作用温度条件最高阶段（热峰）持续时间——在基本固体状态下原岩矿物发生的结构调整或化学反应形式的再造过程原岩为变质岩—复变质岩（poly-）变质作用类型按其规模大小可分为区域性和局部性变质作用两大类纯灰岩（沉）大理岩（变）冲击变质作用 (impact or shock metamorphism)请指出图（1）和图（2）中两件岩石脆性变形的强弱程度？交代变质作用 (metasomatic metamorphism)压力（Pressure condition）温度的持续升高将导致岩石发生深熔（部分熔融）作用，促进混合岩化。

右） 近岩体处，页岩变质岩角岩，灰岩与页岩反应为以钙长石+透辉石为主要矿物的钙硅粒岩壳四、变质作用地质构造环境第一讲 变质岩的形成过程（1）（1）岩柱压力（2）偏应力（3）流体压力（4）构造超岩与流体超压2 变质交代作用 （metasomatism）岩柱压力（岩柱压力（Pl –lithostatic pressure））流体压力（流体压力（Pf –fluid pressure）） 偏偏 应应 力（力（Pd –directed pressure））热力学压力称静水压力热力学压力称静水压力（Ps-hydrostatic pressure），影响着化学反应的平衡温度影响着化学反应的平衡温度2. 压力（压力（Pressure condition）） 2.1 变质作用压力分类请指出图（1）和图（2）中两件岩石脆性变形的强弱程度？岩柱压岩柱岩柱压力压力（（Pl））各向同性各向同性：：Pl = ρgD Pl (GPa) = 9.81 ρ D(Km)10-3 （（ ρ=2700kg/m3））流体压力：流体压力：流体压力：流体压力：P Pf = f = P PHH2 2OO+P+PCOCO2 2+ …..+ ….. 流体超压流体超压流体超压流体超压= P= Pf - f - P Pl l定向应力定向应力 （（Pd））向各异性向各异性偏应力（非静水压力）偏应力（非静水压力） =  A-  B   0平均应力（具静水压力性质）平均应力（具静水压力性质） =（（  A+  B））/2构造超压构造超压=平均应力平均应力/偏应力指向地心的分应力偏应力指向地心的分应力-岩柱压力（岩柱压力（ Pl））岩柱压力（Pl）各向同性：Pl = ρgD流体压力：Pf =2.2 岩柱压力范围变质作用压力条件范围变质作用压力条件范围 实验确定的变质反应将变质作用按压力条件划分为低压、中压、高压和超高压变质：低压实验确定的变质反应将变质作用按压力条件划分为低压、中压、高压和超高压变质：低压————低于蓝晶石、红柱石和矽线石（低于蓝晶石、红柱石和矽线石（AlsAls）三相点压力条件；中压）三相点压力条件；中压——Als——Als三相点至三相点至Jd+QJd+QAbAb（硬玉（硬玉+ +石英石英钠长石）反应之间；高压钠长石）反应之间；高压——Jd+Q——Jd+Q至出现柯石英（至出现柯石英（CoeCoe）多）多型之前的压力条件；超高压型之前的压力条件；超高压————柯石英（柯石英（CoeCoe）至金刚石（）至金刚石（DiaDia））2.2 岩柱压力范围变质作用压力条件范围2.4 压力对变质作用机制的影响（（1）岩柱压力）岩柱压力（（2）偏应力）偏应力（（3）流体压力）流体压力（（4）构造超岩与流体超压）构造超岩与流体超压2.4 压力对变质作用机制的影响（1）岩柱压力（2）偏应3．流体成分（x） 液体（液体（液体（液体（liquidliquid）、蒸汽）、蒸汽）、蒸汽）、蒸汽 （（（（Steam Steam ）、超临界流体（）、超临界流体（）、超临界流体（）、超临界流体（supercritical fluidsupercritical fluid）））） 流体成分（以水为例）来源：原岩中的同生水流体成分（以水为例）来源：原岩中的同生水流体成分（以水为例）来源：原岩中的同生水流体成分（以水为例）来源：原岩中的同生水+ +大气水、俯冲带卷入的海水、大气水、俯冲带卷入的海水、大气水、俯冲带卷入的海水、大气水、俯冲带卷入的海水、变质反应释放水、岩浆冷凝释放水、深源水（少），可高达变质反应释放水、岩浆冷凝释放水、深源水（少），可高达变质反应释放水、岩浆冷凝释放水、深源水（少），可高达变质反应释放水、岩浆冷凝释放水、深源水（少），可高达5wt%5wt% 页岩和玄武岩变质的H2O含量变化 (after Kurt Rucher & Rodney Grapes, 2011 who redrawn from Fyfe et al. 1978)3．流体成分（x） 液体（liquid）、蒸汽 （Steam变质作用过程当液体相呈变质作用过程当液体相呈变质作用过程当液体相呈变质作用过程当液体相呈超临界状点超临界状点超临界状点超临界状点（（（（HH2 2O: 374O: 374o oC C，，，， 21.77 21.77 MPaMPa）或以上温度时，液体相和蒸汽相具有相同的密度。

或以上温度时，液体相和蒸汽相具有相同的密度或以上温度时，液体相和蒸汽相具有相同的密度或以上温度时，液体相和蒸汽相具有相同的密度流体成分以流体成分以流体成分以流体成分以HH2 2O, COO, CO2 2, , 为主体；含卤素和碱金属元素或大半径为主体；含卤素和碱金属元素或大半径为主体；含卤素和碱金属元素或大半径为主体；含卤素和碱金属元素或大半径亲石元素的流体，常具有极强的交代能力，习称亲石元素的流体，常具有极强的交代能力，习称亲石元素的流体，常具有极强的交代能力，习称亲石元素的流体，常具有极强的交代能力，习称具化学活动性具化学活动性具化学活动性具化学活动性的流体的流体的流体的流体；；；；流体的作用与影响：流体的作用与影响：流体的作用与影响：流体的作用与影响：1. 1.流体中的成分可成为矿物晶格的一部分（变质反应），直接构流体中的成分可成为矿物晶格的一部分（变质反应），直接构流体中的成分可成为矿物晶格的一部分（变质反应），直接构流体中的成分可成为矿物晶格的一部分（变质反应），直接构成岩石的一部分组成；成岩石的一部分组成；成岩石的一部分组成；成岩石的一部分组成；2. 2. 影响某种流体组分的分压，影响相关变质反应的平衡温度；影响某种流体组分的分压，影响相关变质反应的平衡温度；影响某种流体组分的分压，影响相关变质反应的平衡温度；影响某种流体组分的分压，影响相关变质反应的平衡温度；3. 3. 流体作为流体作为流体作为流体作为介质介质介质介质为组分运移提供载体，或为组分运移提供载体，或为组分运移提供载体，或为组分运移提供载体，或媒质媒质媒质媒质促进矿物的溶解速促进矿物的溶解速促进矿物的溶解速促进矿物的溶解速率、促进深熔作用和交代作用，降低脆率、促进深熔作用和交代作用，降低脆率、促进深熔作用和交代作用，降低脆率、促进深熔作用和交代作用，降低脆- -韧性变形的转变温度等。

韧性变形的转变温度等韧性变形的转变温度等韧性变形的转变温度等变质作用过程当液体相呈超临界状点（H2O: 374oC， 24．时间（t）变质作用时间因素通常从两个角度理解：一是变质作用发生变质作用时间因素通常从两个角度理解：一是变质作用发生变质作用时间因素通常从两个角度理解：一是变质作用发生变质作用时间因素通常从两个角度理解：一是变质作用发生的的的的地质时代（地质时代（地质时代（地质时代（Geological ageGeological age）））），即不同时代变质作用的特点，即不同时代变质作用的特点，即不同时代变质作用的特点，即不同时代变质作用的特点不同，这是由地球演化的方向性和不可逆性决定的；二是一不同，这是由地球演化的方向性和不可逆性决定的；二是一不同，这是由地球演化的方向性和不可逆性决定的；二是一不同，这是由地球演化的方向性和不可逆性决定的；二是一次变质作用事件经历的时间跨度（次变质作用事件经历的时间跨度（次变质作用事件经历的时间跨度（次变质作用事件经历的时间跨度（timetime spanspan通常为通常为通常为通常为10-50 10-50 MaMa），尤其是变质作用温度条件最高阶段（），尤其是变质作用温度条件最高阶段（），尤其是变质作用温度条件最高阶段（），尤其是变质作用温度条件最高阶段（热峰）热峰）热峰）热峰）持续时间持续时间持续时间持续时间。

热峰持续热峰持续热峰持续热峰持续时间越长，变质反应越彻底时间越长，变质反应越彻底时间越长，变质反应越彻底时间越长，变质反应越彻底 热力学热力学热力学热力学只考虑过程的始态和终态，而只考虑过程的始态和终态，而只考虑过程的始态和终态，而只考虑过程的始态和终态，而动力学动力学动力学动力学则则则则考虑过程，时考虑过程，时考虑过程，时考虑过程，时间是一个重要参数变质动力学是变质岩石学研究的一个极间是一个重要参数变质动力学是变质岩石学研究的一个极间是一个重要参数变质动力学是变质岩石学研究的一个极间是一个重要参数变质动力学是变质岩石学研究的一个极其重要的学科前沿：视考虑的尺度分为其重要的学科前沿：视考虑的尺度分为其重要的学科前沿：视考虑的尺度分为其重要的学科前沿：视考虑的尺度分为变质作用地球动力学变质作用地球动力学变质作用地球动力学变质作用地球动力学（（（（dynamicsdynamics）和）和）和）和变质反应动力学变质反应动力学变质反应动力学变质反应动力学（（（（kineticskinetics）两个领域两个领域两个领域两个领域4．时间（t）变质作用时间因素通常从两个角度理解：一是变质作四、变质作用地质构造环境 2 2．区域构造环境变质作用．区域构造环境变质作用．区域构造环境变质作用．区域构造环境变质作用 (Regional Metamorphism)(Regional Metamorphism)ØØ 俯冲带变质作用俯冲带变质作用俯冲带变质作用俯冲带变质作用 (subduction zone metamorphism)(subduction zone metamorphism)ØØ 碰撞带变质作用碰撞带变质作用碰撞带变质作用碰撞带变质作用 (collision zone metamorphism)(collision zone metamorphism)ØØ 洋底变质作用洋底变质作用洋底变质作用洋底变质作用 (ocean floor metamorphism)(ocean floor metamorphism)ØØ 埋藏变质作用埋藏变质作用埋藏变质作用埋藏变质作用 (burial metamorphism) (burial metamorphism) 1 1．局域变质作用．局域变质作用．局域变质作用．局域变质作用 (Local Metamorphism)(Local Metamorphism)üü 接触热变质作用接触热变质作用接触热变质作用接触热变质作用 (contact metamorphism)(contact metamorphism)üü 动力变质作用动力变质作用动力变质作用动力变质作用 (dynamic metamorphism)(dynamic metamorphism)üü 冲击变质作用冲击变质作用冲击变质作用冲击变质作用 (impact or shock metamorphism)(impact or shock metamorphism)üü 交代变质作用交代变质作用交代变质作用交代变质作用 (metasomatic metamorphism)(metasomatic metamorphism)四、变质作用地质构造环境 2．区域构造环境变质作用 (Reg(完整)变质岩的形成过程ppt古大陆代号：古大陆代号：古大陆代号：古大陆代号：SB-SB-华南；华南；华南；华南；Aus-Aus-澳大利亚；澳大利亚；澳大利亚；澳大利亚；Sib-Sib-西伯利西伯利西伯利西伯利亚；亚；亚；亚；In-In-印度；印度；印度；印度；Ka-Ka-卡拉哈里；卡拉哈里；卡拉哈里；卡拉哈里；E Ant-E Ant-南极东部；南极东部；南极东部；南极东部；Lau-Lau-劳伦；劳伦；劳伦；劳伦；Con-Con-刚果；刚果；刚果；刚果；Amz-Amz-亚马逊；亚马逊；亚马逊；亚马逊；WAfr-WAfr-西非；西非；西非；西非；Bal-Bal-波罗的。

波罗的全球全球全球全球RodiniaRodinia超大超大超大超大 陆复原图陆复原图陆复原图陆复原图（据（据（据（据HoffmanHoffman，，，，19911991））））依据：依据：依据：依据：1.2-0.9 Ga1.2-0.9 Ga碰撞造山带是当时全球分离的古陆块经碰撞造山带是当时全球分离的古陆块经碰撞造山带是当时全球分离的古陆块经碰撞造山带是当时全球分离的古陆块经洋壳俯冲削减后，在陆洋壳俯冲削减后，在陆洋壳俯冲削减后，在陆洋壳俯冲削减后，在陆- -陆碰撞汇聚过程中的最终产物陆碰撞汇聚过程中的最终产物陆碰撞汇聚过程中的最终产物陆碰撞汇聚过程中的最终产物古大陆代号：SB-华南；Aus-澳大利亚；Sib-西伯利亚； 五、变质岩的成因类型 • •1 1．．局部变质作用 Ø（1）接触变质岩Ø（2）动力变质岩 Ø（3）交代岩 Ø（4）边缘混合岩• •2 2．区域变质作用．区域变质作用 Ø（（1 1））区域变质岩区域变质岩 Ø（（2 2）洋底变质岩）洋底变质岩 Ø（（3 3）埋藏变质岩）埋藏变质岩Ø（（4 4））区域混合岩区域混合岩 五、变质岩的成因类型 1．局部变质作用 2．区域变质作用 本讲小结变质作用是先存岩石为适应地质构造及对应的物理化学环变质作用是先存岩石为适应地质构造及对应的物理化学环变质作用是先存岩石为适应地质构造及对应的物理化学环变质作用是先存岩石为适应地质构造及对应的物理化学环境的改变而在成分、结构、构造等方面固态调整和改变；境的改变而在成分、结构、构造等方面固态调整和改变；境的改变而在成分、结构、构造等方面固态调整和改变；境的改变而在成分、结构、构造等方面固态调整和改变；变质岩是此种调整和改变过程的产物。

变质岩是此种调整和改变过程的产物变质岩是此种调整和改变过程的产物变质岩是此种调整和改变过程的产物先存岩石转变为变质岩的机制或方式主要有变质结晶、变先存岩石转变为变质岩的机制或方式主要有变质结晶、变先存岩石转变为变质岩的机制或方式主要有变质结晶、变先存岩石转变为变质岩的机制或方式主要有变质结晶、变形和变质分异等三种；其中，变质结晶是变质岩形成的最形和变质分异等三种；其中，变质结晶是变质岩形成的最形和变质分异等三种；其中，变质结晶是变质岩形成的最形和变质分异等三种；其中，变质结晶是变质岩形成的最主要机制，而变质分异与构造分异一般不易区分主要机制，而变质分异与构造分异一般不易区分主要机制，而变质分异与构造分异一般不易区分主要机制，而变质分异与构造分异一般不易区分变质作用机制的启动与进行在地质上缘于先存岩石构造环变质作用机制的启动与进行在地质上缘于先存岩石构造环变质作用机制的启动与进行在地质上缘于先存岩石构造环变质作用机制的启动与进行在地质上缘于先存岩石构造环境的改变，在物理化学上受控于（热流）温度（境的改变，在物理化学上受控于（热流）温度（境的改变，在物理化学上受控于（热流）温度（境的改变，在物理化学上受控于（热流）温度（~200 –~200 –10001000o oC C，，，，~0.001 –4.0 GPa~0.001 –4.0 GPa）、压力和流体组分（）、压力和流体组分（）、压力和流体组分（）、压力和流体组分（HH2 2O-COO-CO2 2）的变化，在动力学上受过程时间（）的变化，在动力学上受过程时间（）的变化，在动力学上受过程时间（）的变化，在动力学上受过程时间（~10 –50 Ma~10 –50 Ma）长短的）长短的）长短的）长短的制约。

制约变质作用类型按其规模大小可分为区域性和局部性变质作变质作用类型按其规模大小可分为区域性和局部性变质作变质作用类型按其规模大小可分为区域性和局部性变质作变质作用类型按其规模大小可分为区域性和局部性变质作用两大类区域变质作用的地质环境与板块构造密切相关用两大类区域变质作用的地质环境与板块构造密切相关用两大类区域变质作用的地质环境与板块构造密切相关用两大类区域变质作用的地质环境与板块构造密切相关区域变质作用过程的研究，可以为揭示地质历史上发生的区域变质作用过程的研究，可以为揭示地质历史上发生的区域变质作用过程的研究，可以为揭示地质历史上发生的区域变质作用过程的研究，可以为揭示地质历史上发生的重大地质事件的构造演化性质提供重要依据或制约重大地质事件的构造演化性质提供重要依据或制约重大地质事件的构造演化性质提供重要依据或制约重大地质事件的构造演化性质提供重要依据或制约本讲小结变质作用是先存岩石为适应地质构造及对应的物理化学环境问题绘制含方解石胶结中粒石英砂岩在接触变质过程绘制含方解石胶结中粒石英砂岩在接触变质过程绘制含方解石胶结中粒石英砂岩在接触变质过程绘制含方解石胶结中粒石英砂岩在接触变质过程中的岩石结构变化图。

中的岩石结构变化图中的岩石结构变化图中的岩石结构变化图可否将变质作用机制进一步合并为变质结晶和可否将变质作用机制进一步合并为变质结晶和可否将变质作用机制进一步合并为变质结晶和可否将变质作用机制进一步合并为变质结晶和形变作用两个？为什么？形变作用两个？为什么？形变作用两个？为什么？形变作用两个？为什么？如何理解时间参数对变质作用过程的重要性？如何理解时间参数对变质作用过程的重要性？如何理解时间参数对变质作用过程的重要性？如何理解时间参数对变质作用过程的重要性？变质岩与岩浆岩习称为结晶岩石，请注意在课变质岩与岩浆岩习称为结晶岩石，请注意在课变质岩与岩浆岩习称为结晶岩石，请注意在课变质岩与岩浆岩习称为结晶岩石，请注意在课程进行当中逐渐积累两大类岩石特征与成因的程进行当中逐渐积累两大类岩石特征与成因的程进行当中逐渐积累两大类岩石特征与成因的程进行当中逐渐积累两大类岩石特征与成因的异同点问题绘制含方解石胶结中粒石英砂岩在接触变质过程中的岩石结构变The EndThe End谢谢观看谢谢观看谢谢观看感谢聆听。