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1、第二章变质作用PTt轨迹本讲稿第一页，共十一页一、变质作用一、变质作用P-T-t轨迹轨迹 所谓所谓P-T-t 轨迹（轨迹（P-T-t path）就是）就是“岩石在变质作用过程中岩石在变质作用过程中P-T条件随条件随时间（时间（t）的变化而变化的历程或在）的变化而变化的历程或在P-T 图解中表示该历程的曲线图解中表示该历程的曲线”（Miyashiro,1994）P-T-t 轨迹概念的提出，是变质作用理论研究的重大突破，它使得人轨迹概念的提出，是变质作用理论研究的重大突破，它使得人们从们从动态动态的观点，重新审视变质岩石学领域的一些重大问题和基本概念，的观点，重新审视变质岩石学领域的一些重大问题和
2、基本概念，是是标志着变质作用研究进入地球动力学阶段的里程碑标志着变质作用研究进入地球动力学阶段的里程碑。1P-T-t 轨迹的概念轨迹的概念本讲稿第二页，共十一页1、2、3：变质程度增高为序的变质带：变质程度增高为序的变质带A、B、C岩石样品岩石样品在剖面上的位置（图在剖面上的位置（图a）及其相应的热峰条件（图及其相应的热峰条件（图b）FPC：野外：野外P-T曲线曲线SSG：与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热：与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热 梯度梯度Tmax：岩石样品经历的最高温度（热峰温度）：岩石样品经历的最高温度（热峰温度）Pmax：岩石样品经历的最大压力：岩石样品经历的最大压力t0：岩石在
3、埋藏停止时刻处于最大深度（压力：岩石在埋藏停止时刻处于最大深度（压力 为为Pmax）时的地热梯度）时的地热梯度t1、t2、t3：侵蚀过程中的瞬时地热梯度：侵蚀过程中的瞬时地热梯度D：岩石样品：岩石样品1、样品、样品2在掩埋停止时刻的厚在掩埋停止时刻的厚 度差度差P：岩石样品：岩石样品1、2热峰压力差热峰压力差点划线：进变质点划线：进变质P-T轨迹轨迹实线：退变质实线：退变质P-T轨迹轨迹2 2大陆碰撞造山带的大陆碰撞造山带的大陆碰撞造山带的大陆碰撞造山带的P-T-t 轨迹轨迹（a）造山带的变质带剖面图17-12（b）变质作用 P-T-t 轨迹构造演化构造演化两个阶段两个阶段陆壳（或岩石圈）增厚
4、阶段陆壳（或岩石圈）增厚阶段侵蚀阶段侵蚀阶段热演化热演化三个阶段三个阶段埋藏期埋藏期加热期加热期 冷却期冷却期P-T-t轨迹包括相应的三个段落轨迹包括相应的三个段落本讲稿第三页，共十一页（1）埋藏期）埋藏期：逆冲、褶皱逆冲、褶皱等构造原因使地壳（或岩等构造原因使地壳（或岩石圈）缩短增厚，发生构石圈）缩短增厚，发生构造埋藏。浅部低温岩层迅造埋藏。浅部低温岩层迅速进入深部，岩石所处压速进入深部，岩石所处压力迅速增高，但温度增加力迅速增高，但温度增加没有这么快。这是由于环没有这么快。这是由于环境通过热传导的加热作用境通过热传导的加热作用相对要慢得多而发生相对要慢得多而发生滞后滞后。结果使地热梯度迅速
5、偏离结果使地热梯度迅速偏离增厚前的稳态地热梯度不增厚前的稳态地热梯度不断降低而出现热扰动。当断降低而出现热扰动。当埋藏停止时，各处岩层到埋藏停止时，各处岩层到达压力最大值达压力最大值Pmax，地热梯，地热梯度为度为t0。本讲稿第四页，共十一页（2）加热期或热松弛期加热期或热松弛期：侵蚀：侵蚀作用开始阶段。作用开始阶段。P开始降低，开始降低，同时由于热传导的加热作用同时由于热传导的加热作用继续进行，而出现继续进行，而出现热松弛热松弛。随着随着P降低，降低，T不断升高，不断升高，地热梯度也不断增加，向地热梯度也不断增加，向埋藏后陆壳热补给平衡的埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热梯度稳态地热梯度SSG方
6、向变化。方向变化。样品样品3到达温度最大值到达温度最大值Tmax，地热梯度为，地热梯度为t2。本讲稿第五页，共十一页（3）冷却期：）冷却期：热峰过后，随着较热峰过后，随着较迅速地侵蚀，岩石越来越接近地迅速地侵蚀，岩石越来越接近地表，因为热的散失量超过加入量表，因为热的散失量超过加入量而出现冷却期。在冷却期，岩石而出现冷却期。在冷却期，岩石上升减压的同时温度下降，地热上升减压的同时温度下降，地热梯度继续增加，向稳态的热梯度梯度继续增加，向稳态的热梯度发展。例如岩石样品发展。例如岩石样品3在上升的在上升的某个时刻瞬时地热梯度为某个时刻瞬时地热梯度为t3。这。这一阶段开始，温度下降缓慢，随一阶段开始
7、，温度下降缓慢，随着越接近地表，温度下降越快，着越接近地表，温度下降越快，地热梯度也更接近稳态地热梯度。地热梯度也更接近稳态地热梯度。本讲稿第六页，共十一页 由上述可看出，变质作用是一个由上述可看出，变质作用是一个动态过程动态过程。在变质作用过在变质作用过程中，岩石的程中，岩石的T-P条件，地热梯度条件，地热梯度都不是静止不变的，而是都不是静止不变的，而是随随时间的改变而不断变化时间的改变而不断变化，这是这是P-T-t 轨迹思想的核心。轨迹思想的核心。当然，变质作用过程中，除当然，变质作用过程中，除P、T外，流体成分也在不断外，流体成分也在不断变化，描述这种复杂变化的曲线称为变化，描述这种复杂
8、变化的曲线称为P-T-x-t 轨迹。轨迹。此外，还有描述此外，还有描述P-T变化与变形变化与变形(D)关系的关系的P-T-D-t 轨迹等轨迹等这些轨迹中，这些轨迹中，P、T、x等条件由变质矿物和矿物包裹体记录，时间等条件由变质矿物和矿物包裹体记录，时间t由专由专门的定年方法测定。门的定年方法测定。本讲稿第七页，共十一页3几个有关的基本概念几个有关的基本概念热峰条件热峰条件 岩石在变质作用过程中经历的最高温度状态时的条件，包括热峰温度、岩石在变质作用过程中经历的最高温度状态时的条件，包括热峰温度、热峰压力等。也称为顶峰变质条件，由变质岩矿物组合所记录。热峰压力等。也称为顶峰变质条件，由变质岩矿物
9、组合所记录。由图可看出，由图可看出，热峰条件显然不等于埋热峰条件显然不等于埋藏停止、岩石处于最大深度时刻的条件。藏停止、岩石处于最大深度时刻的条件。前者具有最高温度前者具有最高温度Tmax，后者具有最大，后者具有最大压力压力Pmax。可以证明在碰撞造山带岩石。可以证明在碰撞造山带岩石热峰压力仅为所经历的最大压力的热峰压力仅为所经历的最大压力的50-80%。同样，同样，两样品热峰条件之差也不等于两样品热峰条件之差也不等于两样品处于最大深度时刻的条件之差两样品处于最大深度时刻的条件之差。如两样品热峰压力之差（如两样品热峰压力之差（P）不能代表二者）不能代表二者埋藏停止时刻的深度差（埋藏停止时刻的深
10、度差（D）。由于矿物）。由于矿物组合是变质岩最重要特征，组合是变质岩最重要特征，而矿物组合记录而矿物组合记录的是热峰条件的是热峰条件，因此，热峰温度是非常因此，热峰温度是非常重要的。重要的。本讲稿第八页，共十一页变质级变质级metamorphic grade主要指示变质作用的主要指示变质作用的热峰温度热峰温度：很低级、低级、中级、高级分别：很低级、低级、中级、高级分别与很低温、低温、中温、高温相当。与很低温、低温、中温、高温相当。野野野野外外外外P-T曲曲曲曲线线线线field field P-P-T T curve在在P-T图解上，图解上，各变质带岩石样品矿物组合相应的一组热各变质带岩石样品
11、矿物组合相应的一组热峰条件的连线峰条件的连线叫作叫作野外野外P-T曲线、曲线、视地热梯度视地热梯度apparent geothermal 或或野外变质梯度野外变质梯度metamorphic field gradient，一个变质地区不同变质带的岩石样一个变质地区不同变质带的岩石样品，在不同时刻到达热峰，品，在不同时刻到达热峰，野外野外P-T曲线是穿时的曲线是穿时的diachronous变质作用变质作用变质作用变质作用P/T比类型比类型比类型比类型P/T ratio ratio type of metamorphismtype of metamorphism高高P/T型（高压型）：型（高压型）：
12、20/km中中P/T型（中压型）：型（中压型）：2040/km低低P/T变质（低压型）：变质（低压型）：4080/km很低很低P/T型（很低压型）：型（很低压型）：80/km通常以视地热梯度划分通常以视地热梯度划分本讲稿第九页，共十一页进变质进变质 岩石在热峰前温度随时间而增加过程中发生的变质结晶作用单个岩石P-T条件随时间变化由P-T-t 轨迹轨迹的进变质段落的进变质段落（图中点划线）描述。递增变质递增变质 又译作前进变质）是一个变质地区地表一定方向热峰温度连续有规律地增加的变质作用变质地区空间上的热峰温度的增加由野外野外P-T曲线描述。曲线描述。本讲稿第十页，共十一页退化变质退化变质 用于
13、两个不同过程：用于两个不同过程：上面定上面定义的退变质；义的退变质；复变质中，比老的复变质中，比老的变质事件温度低的较年青的变质重变质事件温度低的较年青的变质重结晶事件，新老两事件属于不同的结晶事件，新老两事件属于不同的造山幕。造山幕。该术语在描述中有应用方便该术语在描述中有应用方便的优点，因为通常不容易确定在的优点，因为通常不容易确定在实际变质岩中发生了上述两种之实际变质岩中发生了上述两种之中哪一种过程。中哪一种过程。退变质退变质 岩石在热峰后伴随温度降低发生的变质重结晶作用，如图中实岩石在热峰后伴随温度降低发生的变质重结晶作用，如图中实线上的变质结晶作用。线上的变质结晶作用。本讲稿第十一页，共十一页