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1、变质岩与变质岩石学变质岩与变质岩石学(Metamorphic Rocks and Metamorphic Petrology)陈能松：岩矿系陈能松：岩矿系Email:chennengsong163 沉积岩沉积岩沉积岩沉积岩表生环境，岩石风化、颗表生环境，岩石风化、颗表生环境，岩石风化、颗表生环境，岩石风化、颗粒搬运沉积，外力作用，粒搬运沉积，外力作用，粒搬运沉积，外力作用，粒搬运沉积，外力作用，包括水、大气、太阳、等包括水、大气、太阳、等包括水、大气、太阳、等包括水、大气、太阳、等等等等等岩浆岩岩浆岩岩浆岩岩浆岩初始物质初始物质初始物质初始物质上地幔或地上地幔或地上地幔或地上地幔或地壳深处，内
2、力作用，高温壳深处，内力作用，高温壳深处，内力作用，高温壳深处，内力作用，高温熔浆，深部结晶，地表冷熔浆，深部结晶，地表冷熔浆，深部结晶，地表冷熔浆，深部结晶，地表冷凝合晶或淬火后冷凝固结凝合晶或淬火后冷凝固结凝合晶或淬火后冷凝固结凝合晶或淬火后冷凝固结变质岩变质岩变质岩变质岩主体形成于地壳深处，内主体形成于地壳深处，内主体形成于地壳深处，内主体形成于地壳深处，内力作用，原有岩石的基本力作用，原有岩石的基本力作用，原有岩石的基本力作用，原有岩石的基本固态转变固态转变固态转变固态转变问题（问题（问题（问题（1 1）：变质作用与变质岩概念）：变质作用与变质岩概念）：变质作用与变质岩概念）：变质作用
3、与变质岩概念在岩石圈地壳环境中，先存岩石（在岩石圈地壳环境中，先存岩石（在岩石圈地壳环境中，先存岩石（在岩石圈地壳环境中，先存岩石（原岩原岩原岩原岩）的矿物、结构）的矿物、结构）的矿物、结构）的矿物、结构和构造发生固态转变过程的总和，称变质作用和构造发生固态转变过程的总和，称变质作用和构造发生固态转变过程的总和，称变质作用和构造发生固态转变过程的总和，称变质作用；因矿物、因矿物、因矿物、因矿物、结构和构造发生固态转变而形成的新的岩石称变质岩。结构和构造发生固态转变而形成的新的岩石称变质岩。结构和构造发生固态转变而形成的新的岩石称变质岩。结构和构造发生固态转变而形成的新的岩石称变质岩。原岩为岩浆
4、岩原岩为岩浆岩原岩为岩浆岩原岩为岩浆岩正变质岩正变质岩正变质岩正变质岩；原岩为沉积岩；原岩为沉积岩；原岩为沉积岩；原岩为沉积岩副变质岩副变质岩副变质岩副变质岩；原岩为变质岩原岩为变质岩原岩为变质岩原岩为变质岩复变质岩复变质岩复变质岩复变质岩问题问题2：变质岩是如何形成的呢？：变质岩是如何形成的呢？变质作用变质作用机制机制、途径或方式、途径或方式问题问题3 3：变质作用机制的启动和进行：变质作用机制的启动和进行 变质作用变质作用因素因素第一讲第一讲 变质岩的形成过程变质岩的形成过程一、变质作用机制一、变质作用机制一、变质作用机制一、变质作用机制二、变质作用因素二、变质作用因素二、变质作用因素二、
5、变质作用因素三、变质作用三、变质作用三、变质作用三、变质作用P-T-tP-T-t轨迹轨迹轨迹轨迹四、变质作用类型及其特征（自学）四、变质作用类型及其特征（自学）四、变质作用类型及其特征（自学）四、变质作用类型及其特征（自学）五、变质岩的成因类型（后续绽开）五、变质岩的成因类型（后续绽开）五、变质岩的成因类型（后续绽开）五、变质岩的成因类型（后续绽开）一、变质作用机制 与沉积岩和岩浆岩的形成机制一样，变质岩的形与沉积岩和岩浆岩的形成机制一样，变质岩的形成成变质作用机制也相当困难多样，概括起来主要变质作用机制也相当困难多样，概括起来主要有变质结晶、变形和变质分异等有变质结晶、变形和变质分异等3 3
6、种种 。高级（温）变质：深熔作用（部分熔融高级（温）变质：深熔作用（部分熔融岩浆岩浆岩成因术语），总体属于岩浆作用范畴；岩成因术语），总体属于岩浆作用范畴；埋藏变质：成岩过程中的压实、重结晶和交代作埋藏变质：成岩过程中的压实、重结晶和交代作用，属于沉积作用范畴。用，属于沉积作用范畴。1.变质结晶作用变质结晶作用先存岩石（原岩）在变质作用温度压力条先存岩石（原岩）在变质作用温度压力条先存岩石（原岩）在变质作用温度压力条先存岩石（原岩）在变质作用温度压力条件范围内发生的矿物再生长作用称变质结晶件范围内发生的矿物再生长作用称变质结晶件范围内发生的矿物再生长作用称变质结晶件范围内发生的矿物再生长作用称
7、变质结晶作用。作用。作用。作用。变质结晶包括变质结晶包括变质结晶包括变质结晶包括重结晶重结晶重结晶重结晶作用作用作用作用交代交代交代交代作用作用作用作用 1.1 重结晶作用（重结晶作用（recrystallizationrecrystallization）在基本固体状态下原岩矿物通过结在基本固体状态下原岩矿物通过结在基本固体状态下原岩矿物通过结在基本固体状态下原岩矿物通过结构调整（构调整（构调整（构调整（/或化学反应）形式的再造过程。或化学反应）形式的再造过程。或化学反应）形式的再造过程。或化学反应）形式的再造过程。重结晶前后，岩石的造岩组分（除重结晶前后，岩石的造岩组分（除重结晶前后，岩石的
8、造岩组分（除重结晶前后，岩石的造岩组分（除H2OH2O、CO2CO2等挥发特别）基本保持不变。重结等挥发特别）基本保持不变。重结等挥发特别）基本保持不变。重结等挥发特别）基本保持不变。重结晶作用过程是一种等化学过程，相应的晶作用过程是一种等化学过程，相应的晶作用过程是一种等化学过程，相应的晶作用过程是一种等化学过程，相应的体系性质为封闭体系。矿物的成核、结体系性质为封闭体系。矿物的成核、结体系性质为封闭体系。矿物的成核、结体系性质为封闭体系。矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理限制。晶生长受表面能最低原理限制。晶生长受表面能最低原理限制。晶生长受表面能最低原理限制。狭义的重结晶：狭义的重结晶：
9、狭义的重结晶：狭义的重结晶：recrystallization recrystallization,Raymond,2002),Raymond,2002)矿物结构调整：矿物结构调整：矿物结构调整：矿物结构调整：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（变）石英岩（变）石英岩（变）石英岩（变）矿物的成核、结晶生长受表面能最低原矿物的成核、结晶生长受表面能最低原矿物的成核、结晶生长受表面能最低原矿物的成核、结晶生长受表面能最低原理限制理限制理限制理限制纯纯纯纯灰灰灰灰岩岩岩
10、岩粗粗粗粗粒粒粒粒大大大大理理理理岩岩岩岩细细细细粒粒粒粒大大大大理理理理岩岩岩岩原岩为单矿物岩原岩为单矿物岩原岩为单矿物岩原岩为单矿物岩只有结构变更而只有结构变更而只有结构变更而只有结构变更而无成分变更无成分变更无成分变更无成分变更Raymond,2002l l变质反应：（变质反应：（变质反应：（变质反应：（NeocrystallizationNeocrystallization，Raymond,2002 Raymond,2002）细粒含石英大理岩进）细粒含石英大理岩进）细粒含石英大理岩进）细粒含石英大理岩进一步变质发生新旧矿物更替，并伴随结构变更（据一步变质发生新旧矿物更替，并伴随结构变更
11、（据一步变质发生新旧矿物更替，并伴随结构变更（据一步变质发生新旧矿物更替，并伴随结构变更（据MasonMason，19991999）l la.a.反应前：低温下，微晶方解石与碎屑石英，通过重结晶变更各自的大小反应前：低温下，微晶方解石与碎屑石英，通过重结晶变更各自的大小反应前：低温下，微晶方解石与碎屑石英，通过重结晶变更各自的大小反应前：低温下，微晶方解石与碎屑石英，通过重结晶变更各自的大小和形态：和形态：和形态：和形态：CcCc（CaCO3CaCO3）+Q+Q（SiO2SiO2）；）；）；）；l lb.b.反应中：化学反应反应中：化学反应反应中：化学反应反应中：化学反应Cc+Q=WoCc+Q
12、=Wo（CaSiO3CaSiO3）+CO2+CO2，在碎屑石英边缘上生，在碎屑石英边缘上生，在碎屑石英边缘上生，在碎屑石英边缘上生长出长出长出长出WoWo（称反应边）；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗；（称反应边）；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗；（称反应边）；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗；（称反应边）；未参与化学反应的方解石经狭义重结晶加粗；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，石英被全部消耗，未参与反应的方解石，石英被全部消耗，未参与反应的方解石，石英被全部消耗，未参与反应的方解石，石英被全部消耗，未参与反应的CcCc和新生和
13、新生和新生和新生长的长的长的长的WoWo粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（粒度进一步加粗，形成高温条件下的稳定矿物组合（粒度进一步加粗，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英石英石英石英方解石方解石方解石方解石石英石英石英石英方解石方解石方解石方解石硅灰石硅灰石硅灰石硅灰石1.2 1.2 交代作用交代作用（metasomatismmetasomatism）交代作用指固体岩石在变质作用条件范围内，在化学活动性流交代作用指固体岩石在变质作用条件范围内，在化学活动性流交代作用指固体岩石在变质作用条件
14、范围内，在化学活动性流交代作用指固体岩石在变质作用条件范围内，在化学活动性流体为主要因素的作用下，使造岩组分发生不同程度的带入或体为主要因素的作用下，使造岩组分发生不同程度的带入或体为主要因素的作用下，使造岩组分发生不同程度的带入或体为主要因素的作用下，使造岩组分发生不同程度的带入或带出，结果新形成的岩石的化学成分（除带出，结果新形成的岩石的化学成分（除带出，结果新形成的岩石的化学成分（除带出，结果新形成的岩石的化学成分（除H2OH2O、CO2CO2等挥发等挥发等挥发等挥发特别）和矿物成分发生部分或全部变更的变质过程。在交代特别）和矿物成分发生部分或全部变更的变质过程。在交代特别）和矿物成分发
15、生部分或全部变更的变质过程。在交代特别）和矿物成分发生部分或全部变更的变质过程。在交代过程中，岩石的体积基本保持不变。过程中，岩石的体积基本保持不变。过程中，岩石的体积基本保持不变。过程中，岩石的体积基本保持不变。交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。交代过程是异化学作用过程，岩石体系性质属于开放体系。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，
16、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变质变质交代作用交代作用交代作用交代作用。以是否发生了主要组分的带入或带出以是否发生了主要组分的带入或带出以是否发生了主要组分的带入或带出以是否发生了主要组分的带入或带出来推断交代作用机制与重结晶机制来推断交代作用机制与重结晶机制来推断交代作用机制与重结晶机制来推断交代作用机制与重结晶机制*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重结晶机制：重结晶机制：重结晶机制：重结晶机制：2Mg2Mg2 2SiOSiO4 4+3+3HH2 2OOHH4 4MgMg3
17、 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)交代机制：交代机制：交代机制：交代机制：3Mg3Mg2 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 地质学和岩相学证据？地质学和岩相学证据？地质学和岩相学证据？地质学和岩相学证据？据是否带入或带出，将造岩组分划分为活动或惰性组分；据是否带入或带出，将造岩组分划分为活
18、动或惰性组分；据是否带入或带出，将造岩组分划分为活动或惰性组分；据是否带入或带出，将造岩组分划分为活动或惰性组分；活动组分：可带入带出，过程结束后，岩石中该组分的含量与发活动组分：可带入带出，过程结束后，岩石中该组分的含量与发活动组分：可带入带出，过程结束后，岩石中该组分的含量与发活动组分：可带入带出，过程结束后，岩石中该组分的含量与发生交代前岩石的原始成分含量无关，交代前后确定含量发生变更，生交代前岩石的原始成分含量无关，交代前后确定含量发生变更，生交代前岩石的原始成分含量无关，交代前后确定含量发生变更，生交代前岩石的原始成分含量无关，交代前后确定含量发生变更，除除除除HH，F F，Cl,S
19、Cl,S，C C等挥发份外，碱金属等挥发份外，碱金属等挥发份外，碱金属等挥发份外，碱金属NaNa、KK、RbRb、CsCs和碱土和碱土和碱土和碱土金属类元素金属类元素金属类元素金属类元素BeBe、CaCa、MgMg、SrSr、Ba Ba 等，以及等，以及等，以及等，以及SiSi常见；常见；常见；常见；惰性组分：基本不发生带入带出，交代岩石中该组分的含量仅与惰性组分：基本不发生带入带出，交代岩石中该组分的含量仅与惰性组分：基本不发生带入带出，交代岩石中该组分的含量仅与惰性组分：基本不发生带入带出，交代岩石中该组分的含量仅与交代前岩石的原始成分有关，交代前后组分的确定含量不发生变交代前岩石的原始成
20、分有关，交代前后组分的确定含量不发生变交代前岩石的原始成分有关，交代前后组分的确定含量不发生变交代前岩石的原始成分有关，交代前后组分的确定含量不发生变更，以重金属或其它元素或超场强元素常见；主量元素中包括更，以重金属或其它元素或超场强元素常见；主量元素中包括更，以重金属或其它元素或超场强元素常见；主量元素中包括更，以重金属或其它元素或超场强元素常见；主量元素中包括FeFe、AlAl、MnMn、TiTi等。等。等。等。某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体状况而定！某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体状况而定！某一元素是否属于活动与惰性元素，视具体状况而定！某一元素是否属于活动与惰性元素，视具
21、体状况而定！交代机制交代机制交代机制交代机制交代作用中的组分运移方式交代作用中的组分运移方式交代作用中的组分运移方式交代作用中的组分运移方式渗透（渗透（渗透（渗透（infiltrationinfiltration）：组分受压力差驱动，随溶液流淌，）：组分受压力差驱动，随溶液流淌，）：组分受压力差驱动，随溶液流淌，）：组分受压力差驱动，随溶液流淌，从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中从高压域向低压域迁移，主要发生在裂隙溶液中;扩散（扩散（扩散（扩散（diffusiondiffusion）：组分受浓度差驱动，
22、从高浓度域向低）：组分受浓度差驱动，从高浓度域向低）：组分受浓度差驱动，从高浓度域向低）：组分受浓度差驱动，从高浓度域向低浓度域迁移，主要发生在粒间孔隙溶液中；粒间孔隙溶液中浓度域迁移，主要发生在粒间孔隙溶液中；粒间孔隙溶液中浓度域迁移，主要发生在粒间孔隙溶液中；粒间孔隙溶液中浓度域迁移，主要发生在粒间孔隙溶液中；粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或化学位梯度是运移和交代的主要动力；某种活动组分浓度或化学位梯度是运移和交代的主要动力；某种活动组分浓度或化学位梯度是运移和交代的主要动力；某种活动组分浓度或化学位梯度是运移和交代的主要动力；交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交代作交代作用也见
23、于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交代作交代作用也见于岩浆岩和沉积岩的形成过程；变质交代作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。用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。用仅指发生在变质作用条件范围内的交代作用。交代作用变更岩石的矿物组成、结构和构造交代作用变更岩石的矿物组成、结构和构造交代作用变更岩石的矿物组成、结构和构造交代作用变更岩石的矿物组成、结构和构造2.变形变形 （Deformation)l l岩石在变质作用的温压条件范围内，受到超过其最高弹性模岩石在变质作用的温压条件范围内，受到超过其最
24、高弹性模量的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受到破坏，岩石化学成分可变可不变，从而形成变质岩的作用过破坏，岩石化学成分可变可不变，从而形成变质岩的作用过程。程。l l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，后者又称后者又称塑性塑性变形（变形（Plastic deformation)Plastic deformation)。处于刚性状态的岩石的变形。处于刚性状态的岩石的变形将发生脆性变形，处于柔性状态的岩石的变形将发生韧性变将发生脆性变形，处于柔性状态的岩石的变形将发生韧性变形。形。l l岩石
25、中高能干性矿物含量越高，岩石中高能干性矿物含量越高，脆性脆性韧性变韧性变形转变临界温形转变临界温度度越高。因此，长英质岩石的转变温度低于镁铁质岩石。越高。因此，长英质岩石的转变温度低于镁铁质岩石。脆性变形（brittle deformation）脆性变形使先存岩石在变形后完全失去内聚力（四分五裂、支离裂开），岩石表现为裂开、碎裂、碎粒、碎粉化之特征。请你指出图（请你指出图（1 1）和图（）和图（2 2）中两件岩石的脆性变形的强弱？）中两件岩石的脆性变形的强弱？韧性变形（ductile deformation）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（intra-）塑性变形与
26、晶界或晶间（inter-）塑性变形两种；晶内塑性变形表现为晶体内部的滑移（gliding）和位错（dislocation），镜下可见晶体内部发育书斜构造、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、滑动和扩散流淌，晶体整体呈鱼状、透镜体状，或碎粒流或韧性流等。3.3.变质分异变质分异（metamorphic differentiation metamorphic differentiation）在变质作用过程中，原先匀整的岩石变为不匀整甚在变质作用过程中，原先匀整的岩石变为不匀整甚在变质作用过程中，原先匀整的岩石变为不匀整甚在变质作用过程中，原先匀整的岩石变为不匀整甚至
27、存在成分分至存在成分分至存在成分分至存在成分分“层层层层”的岩石象（的岩石象（的岩石象（的岩石象（Raymond,1995Raymond,1995），结果），结果），结果），结果使岩石的构造特征发生了变更，从而形成变质岩的作用过使岩石的构造特征发生了变更，从而形成变质岩的作用过使岩石的构造特征发生了变更，从而形成变质岩的作用过使岩石的构造特征发生了变更，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分调整，以便程。变质分异严格来说应指封闭体系内的组分调整，以便程。变质分异严格来说应指封闭体系内的组分调整，以便程。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分，但
28、往往不易区分。于与交代作用相区分，但往往不易区分。于与交代作用相区分，但往往不易区分。于与交代作用相区分，但往往不易区分。变质分异产生不匀整或成分层的现象与机理变质分异产生不匀整或成分层的现象与机理变质分异产生不匀整或成分层的现象与机理变质分异产生不匀整或成分层的现象与机理（1 1）扩散反应带）扩散反应带）扩散反应带）扩散反应带 （交代作用？开放？）（交代作用？开放？）（交代作用？开放？）（交代作用？开放？）（2 2）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）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（3 3）构造压扁（图）构造压扁（图）构造压
29、扁（图）构造压扁（图17-817-8？）？）？）？）高级片麻岩区四种典型的露头尺度递进变形高级片麻岩区四种典型的露头尺度递进变形高级片麻岩区四种典型的露头尺度递进变形高级片麻岩区四种典型的露头尺度递进变形全部这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（全部这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（全部这些递进变形都形成相同的条带状片麻岩（全部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)(a)网状岩脉的匀整变形网状岩脉的匀整变形网状岩脉的匀整变形网状岩脉的匀整变形(b)(b)岩石碎块的匀整变形岩石碎块的匀整变形岩石碎块的
30、匀整变形岩石碎块的匀整变形（c c）粒度不匀整的均）粒度不匀整的均）粒度不匀整的均）粒度不匀整的均质火成岩（例如斑状花质火成岩（例如斑状花质火成岩（例如斑状花质火成岩（例如斑状花岗岩）的匀整变形岗岩）的匀整变形岗岩）的匀整变形岗岩）的匀整变形(d).(d).均质火成岩均质火成岩均质火成岩均质火成岩（例如辉长岩）的（例如辉长岩）的（例如辉长岩）的（例如辉长岩）的不匀整变形不匀整变形不匀整变形不匀整变形二、变质作用的影响因素二、变质作用的影响因素effecting factorseffecting factors 变质作用因素指使变质作用变质重结晶（狭义重结晶、变质变质作用因素指使变质作用变质重结
31、晶（狭义重结晶、变质变质作用因素指使变质作用变质重结晶（狭义重结晶、变质变质作用因素指使变质作用变质重结晶（狭义重结晶、变质反应、交代反应）、变形、变质分异发生和发展的缘由或诱反应、交代反应）、变形、变质分异发生和发展的缘由或诱反应、交代反应）、变形、变质分异发生和发展的缘由或诱反应、交代反应）、变形、变质分异发生和发展的缘由或诱因。因。因。因。根本缘由：地质环境的变更，如构造位置变更（岛弧、海沟、根本缘由：地质环境的变更，如构造位置变更（岛弧、海沟、根本缘由：地质环境的变更，如构造位置变更（岛弧、海沟、根本缘由：地质环境的变更，如构造位置变更（岛弧、海沟、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等
32、）、构造过程（增厚、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程（增厚、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程（增厚、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、隆减薄、俯冲、折返、深埋、隆减薄、俯冲、折返、深埋、隆减薄、俯冲、折返、深埋、隆/抬升，等）和岩浆作用等。抬升，等）和岩浆作用等。抬升，等）和岩浆作用等。抬升，等）和岩浆作用等。物化因素：从物理化学角度看，限制变质作用的因素可以抽象物化因素：从物理化学角度看，限制变质作用的因素可以抽象物化因素：从物理化学角度看，限制变质作用的因素可以抽象物化因素：从物理化学角度看，限制变质作用的因素可
33、以抽象为温度（为温度（为温度（为温度（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）等物）等物）等物）等物化因素，这也是将物理化学引入变质岩石学探讨的基础。化因素，这也是将物理化学引入变质岩石学探讨的基础。化因素，这也是将物理化学引入变质岩石学探讨的基础。化因素，这也是将物理化学引入变质岩石学探讨的基础。1.1 1.1 （对变质作用机制的）影响（对变质作用机制的）影响 温度是热的标量。变质温度凹凸的实质是热流温度是热的标量。变质温度凹凸的实质是热流量的凹凸。量的凹凸。温度将影响变
34、质重结晶作用的进行，升温有利温度将影响变质重结晶作用的进行，升温有利于吸热反应于吸热反应(如脱挥发份反应如脱挥发份反应)，提高反应速率，提高反应速率，促进晶体的溶解和生长；降低温度将使变质反促进晶体的溶解和生长；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应向放热方向进行，利于水化和碳酸盐化反应进行；进行；温度上升利于岩石从脆性变形向韧性变形转变，温度上升利于岩石从脆性变形向韧性变形转变，从而变更岩石的变形行为；从而变更岩石的变形行为；温度上升有利于交代作用和变质分异进行；温度上升有利于交代作用和变质分异进行；温度的持续上升将导致岩石发生深熔（部分熔温度的持续上升将导致岩石发生深
35、熔（部分熔融）作用，促进混合岩化。融）作用，促进混合岩化。1.温度温度(temperature,heat)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 试验确定的白云母花岗岩(14)和拉斑玄武岩(58)的熔融间隔(引自Miyashiro,1994)。实线表示无水添加条件，虚线表示过量水条件。这样，对白云母花岗岩，过量水条件下的固相线和液相线分别为1、2，无水添加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，无水添加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
36、未知的条件区。变质作用条件(MT)与岩浆作用条件(MG)间有一个范围广袤的P-T过渡区，在熔融曲线18之间按变质作用的温度范围分：极低温、低温、中温、高温顺超高温变质，相应的变质程度划分为极低、低、中、高、极高级变质1.3 热的来源uu地幔对流热地幔对流热地幔对流热地幔对流热uu地壳放射性元素蜕变产生的放射性热地壳放射性元素蜕变产生的放射性热地壳放射性元素蜕变产生的放射性热地壳放射性元素蜕变产生的放射性热uu岩浆结晶潜热岩浆结晶潜热岩浆结晶潜热岩浆结晶潜热uu构造构造构造构造摩擦热摩擦热摩擦热摩擦热2.1 压力分类负荷压力（负荷压力（负荷压力（负荷压力（P Pl l）流体压力（流体压力（流体压
37、力（流体压力（P Pf f）偏偏偏偏 应应应应 力（力（力（力（P Pd d）热力学压力为静水压力热力学压力为静水压力热力学压力为静水压力热力学压力为静水压力（PsPs），其数值的增），其数值的增），其数值的增），其数值的增高，可导致摩尔体积小，密度大的高压矿高，可导致摩尔体积小，密度大的高压矿高，可导致摩尔体积小，密度大的高压矿高，可导致摩尔体积小，密度大的高压矿物生成，并影响着变质反应的平衡温度。物生成，并影响着变质反应的平衡温度。物生成，并影响着变质反应的平衡温度。物生成，并影响着变质反应的平衡温度。2.压力压力 2.2 变质作用压力分类负荷压力负荷压力负荷压力负荷压力（P Pl l）：
38、）：）：）：P Pl l=gDgD P Pl l(GPa)=(GPa)=9.81 9.81 D D(KmKm)1010-3-3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定向应力定向应力定向应力定向应力 （P Pd d）偏应力（非静水压力）偏应力（非静水压力）偏应力（非静水压力）偏应力（非静水压力）=A-A-B B 0 0平均应力（具静水压力性质）平均应力（具静水压力性质）平均应力（具静水压力性质）平均应力（具静水压力性质）=（A+A+B B）/2/2构造超压构造超压构造超压
39、构造超压=平均应力平均应力平均应力平均应力-负荷压力（负荷压力（负荷压力（负荷压力（P Pl l）2.3 负荷压力范围变质作用压力条件范围变质作用压力条件范围 试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、高压和超高压试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AlsAls三相点至三相点至Jd+QJd+QAbAb（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+QJd+Q至出现柯石英（至出现柯石英（CoeCo
40、e）多型之前的压力条件；超高压）多型之前的压力条件；超高压至金刚石至金刚石（DiaDia）2.4 压力对变质作用机制的影响(独立完成）（1 1）岩压）岩压）岩压）岩压（2 2）偏应力）偏应力）偏应力）偏应力（3 3）流体压力）流体压力）流体压力）流体压力（4 4）构造超岩与流体超压）构造超岩与流体超压）构造超岩与流体超压）构造超岩与流体超压3流体成分流体成分（x）变质作用过程基本上在固态下进行，但岩石中通常含有变质作用过程基本上在固态下进行，但岩石中通常含有1V%1V%的液体相。当液体相呈超临界状态（的液体相。当液体相呈超临界状态（super-critical statesuper-criti
41、cal state）时，）时，区分不出液体和气体，称流体。流体成分以区分不出液体和气体，称流体。流体成分以H2O,CO2,H2O,CO2,为主体；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，常具有极强的交代实力，习称具化学活动性的流体；代实力，习称具化学活动性的流体；流体中的成分可干脆参与岩石的形成（变质反应），成为矿流体中的成分可干脆参与岩石的形成（变质反应），成为矿物晶格的一部分；物晶格的一部分；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；流体作为介质为组分运移供应载体
42、，或媒质促进矿物的溶解流体作为介质为组分运移供应载体，或媒质促进矿物的溶解速率、促进深熔作用而混合岩化、交代作用、和降低脆速率、促进深熔作用而混合岩化、交代作用、和降低脆-韧性变形韧性变形的转变温度等。的转变温度等。4时间时间（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：一是变质作用发生的地质时代（的地质时代（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不同，这是由地球演化的方向性和不行逆性确定的；二是一不同，这是由地球演化的方向性和不行逆性确定的；二是一次变质作用事务自始至终所
43、经验的时间跨度（次变质作用事务自始至终所经验的时间跨度（time spantime span），），尤其是变质热峰持续时间，足够长的时间可以使变质反应得尤其是变质热峰持续时间，足够长的时间可以使变质反应得以彻底进行。以彻底进行。热力学只考虑过程的始态和终了态，而动力学（时间参数）热力学只考虑过程的始态和终了态，而动力学（时间参数）则考虑时间因素。变质作用动力学是变质岩石学探讨的一个则考虑时间因素。变质作用动力学是变质岩石学探讨的一个极其重要的学科前沿：视考虑的尺度分为变质作用地球动力极其重要的学科前沿：视考虑的尺度分为变质作用地球动力学（学（dynamicsdynamics）和变质反应动力学（
44、）和变质反应动力学（kineticskinetics）两个领域。）两个领域。三、变质作用三、变质作用P-T-tP-T-t轨迹轨迹 所谓P-T-t轨迹（P-T-t path或P-T-t loop）就是“岩石在变质作用过程中P-T条件随时间（t）的变更而变更的历程（course）或在P-T图解中表示该历程的曲线”（Miyashiro,1994）。所谓P-T-t轨迹（P-T-t path或P-T-t loop）就是“岩石在变质作用过程中随时间（t）变更而记录下的P-T条件变更历程（course）或在P-T图解中表示该历程的曲线”。1、地温分布与地热梯度地球内部温度随深度的变更率（地球内部温度随深度的
45、变更率（地球内部温度随深度的变更率（地球内部温度随深度的变更率（oC/KmoC/Km），因具体地区或构），因具体地区或构），因具体地区或构），因具体地区或构造环境的不同而不同。造环境的不同而不同。造环境的不同而不同。造环境的不同而不同。1.2 1.2 变质过程与温度或压力条件的变更变质过程与温度或压力条件的变更随温度上升而进行的变质随温度上升而进行的变质随温度上升而进行的变质随温度上升而进行的变质作用阶段称进（级）变质作用阶段称进（级）变质作用阶段称进（级）变质作用阶段称进（级）变质作用（作用（作用（作用（Prograde Prograde MetamorphismMetamorphism）处
46、于最高变质温度条件的处于最高变质温度条件的处于最高变质温度条件的处于最高变质温度条件的变质作用阶段，称变质顶变质作用阶段，称变质顶变质作用阶段，称变质顶变质作用阶段，称变质顶峰（峰（峰（峰（Metamorphic PeakMetamorphic Peak）或）或）或）或热峰（热峰（热峰（热峰（Thermal PeakThermal Peak）峰期后温度下降而发生的峰期后温度下降而发生的峰期后温度下降而发生的峰期后温度下降而发生的变质作用阶段称退（级）变质作用阶段称退（级）变质作用阶段称退（级）变质作用阶段称退（级）变质作用（变质作用（变质作用（变质作用（Retrograde Retrograd
47、e MetamorphismMetamorphism）。）。）。）。自然界能保留下来的变质自然界能保留下来的变质自然界能保留下来的变质自然界能保留下来的变质阶段产物，大多是变质峰阶段产物，大多是变质峰阶段产物，大多是变质峰阶段产物，大多是变质峰期的变质矿物或矿物组合期的变质矿物或矿物组合期的变质矿物或矿物组合期的变质矿物或矿物组合埋藏埋藏埋藏埋藏/俯冲俯冲俯冲俯冲/增厚阶段（增厚阶段（增厚阶段（增厚阶段（bury/subduction/thickeningbury/subduction/thickening）折返折返折返折返/剥露剥露剥露剥露/抬升阶段（抬升阶段（抬升阶段（抬升阶段（retur
48、n/exhumationreturn/exhumation /denudation/uplift /denudation/uplift）1.3 洋壳俯冲带和大陆碰撞带P-T-t轨迹志向的洋壳俯冲志向的洋壳俯冲志向的洋壳俯冲志向的洋壳俯冲P-T-tP-T-t轨迹轨迹轨迹轨迹留意其留意其留意其留意其PmaxPmax与与与与TmaxTmax是在同是在同是在同是在同时达到的时达到的时达到的时达到的发夹状发夹状发夹状发夹状P-T-t P-T-t 轨迹轨迹轨迹轨迹图图图图20-14 20-14 造山带的变质带剖面（造山带的变质带剖面（造山带的变质带剖面（造山带的变质带剖面（a a）和变质作用）和变质作用）
49、和变质作用）和变质作用P-T-tP-T-t轨迹（轨迹（轨迹（轨迹（b b）1 1、2 2、3 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 A、B B、C C岩石样品在剖面上的位置（图岩石样品在剖面上的位置（图岩石样品在剖面上的位置（图岩石样品在剖面上的位置（图a a）及其相应的热峰）及其相应的热峰）及其相应的热峰）及其相应的热峰条件（图条件（图条件（图条件（图b b）；）；）；）；FPC.FPC.野外野外野外野外P-TP-T曲线；曲线；曲线；曲线；SSG.SSG.与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热梯度；与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热梯度
50、；与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热梯度；与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热梯度；TmaxTmax岩石样岩石样岩石样岩石样品经验的最高温度（热峰温度）；品经验的最高温度（热峰温度）；品经验的最高温度（热峰温度）；品经验的最高温度（热峰温度）；PmaxPmax岩石样品经验的最大压力；岩石样品经验的最大压力；岩石样品经验的最大压力；岩石样品经验的最大压力；t0.t0.岩石在埋藏停止时刻处于岩石在埋藏停止时刻处于岩石在埋藏停止时刻处于岩石在埋藏停止时刻处于最大深度（压力为最大深度（压力为最大深度（压力为最大深度（压力为PmaxPmax）时的地热梯度；）时的地热梯度；）时的地热梯度；）时的地热梯度；t1t