變質(zhì)巖——第01講 變質(zhì)巖的形成過程 (2)_2014

1、1、意義、意義（判斷變質(zhì)過程的礦物演化、估算P-T條件、預(yù)測P-T軌跡演化趨勢）2、變質(zhì)反應(yīng)的驅(qū)動力、變質(zhì)反應(yīng)的驅(qū)動力G：0、0、0，斜率為正，緩傾；在中壓下，斜率為正，緩傾；在中壓下V0，斜率為正，陡傾；在高壓斜率為正，陡傾；在高壓-超高壓下超高壓下V0，斜率為負(fù)；當(dāng)，斜率為負(fù)；當(dāng)PH2O=0，斜率為負(fù)的直線；，斜率為負(fù)的直線；2.1 脫水反應(yīng)(dehydration)l（圖（圖a）給定）給定Pl=Pf，脫水反應(yīng)的平衡溫度隨反應(yīng)釋放流，脫水反應(yīng)的平衡溫度隨反應(yīng)釋放流體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比；體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比； l（圖（圖b）給定）給定Pl=Pf=0.6 GPa，脫水反應(yīng)的平衡溫度也與，脫水反

2、應(yīng)的平衡溫度也與反應(yīng)釋放流體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比反應(yīng)釋放流體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比;(a) 反應(yīng)反應(yīng)Ma+Qtz= Kf+Als+H2O的的P-T-x圖解（圖解（b) P = 0.6 GPa 時的時的T-x圖解圖解 （據(jù)據(jù)，1979資料繪制）資料繪制） KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill V2. 2 脫碳酸反應(yīng)(decarbonation) KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill Vl（圖（圖a）給定）給定

3、Pl=Pf，脫，脫CO2反應(yīng)的平衡溫度隨反應(yīng)釋放反應(yīng)的平衡溫度隨反應(yīng)釋放CO2流體相的摩爾流體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比；分?jǐn)?shù)成正比； l（圖（圖b）給定）給定Pl=Pf=0.3 GPa，脫，脫CO2反應(yīng)的平衡溫度也與反應(yīng)釋放反應(yīng)的平衡溫度也與反應(yīng)釋放CO2流流體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比；體相的摩爾分?jǐn)?shù)成正比；2. 3 脫水-脫碳酸反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)Tr+3Cc+2Qtz = 5Di+3CO2+H2O的的P-T-x圖解圖解 (a)和和P=0.2GPa下的下的 T-x圖圖(b）圖圖(a)據(jù)據(jù)Blatt & Tracy (1994)和和Winkler (1976)資料作出；圖資料作出；圖(b)引自引自Blat

4、t & Trach (1994)l自然界變質(zhì)流體的主要組分為自然界變質(zhì)流體的主要組分為H H2 2O O和和COCO2 2，這兩種組分在流體相中的量比，制約著脫水這兩種組分在流體相中的量比，制約著脫水和脫碳酸反應(yīng)的平衡溫度?？偨Y(jié)起來，有和脫碳酸反應(yīng)的平衡溫度?？偨Y(jié)起來，有H H2 2OO和和COCO2 2參加的反應(yīng)有參加的反應(yīng)有5 5個類型（假設(shè)體系個類型（假設(shè)體系中僅存在中僅存在HH2 2O O和和COCO2 2兩種流體成分）；類型兩種流體成分）；類型1 1和和2 2分別為脫水和脫碳酸反應(yīng)分別為脫水和脫碳酸反應(yīng)l類型類型 3: 3:（脫水脫水-脫碳酸反應(yīng)脫碳酸反應(yīng)）T Tmaxmax

5、 對應(yīng)的對應(yīng)的 X XCO2CO2值值取決于反應(yīng)產(chǎn)生的取決于反應(yīng)產(chǎn)生的CO2和和H2O的計(jì)量的計(jì)量系數(shù)系數(shù)比值（比值（x xCO2 2=(=(n nCOCO2 2/ /n nHH2 2O O），例如），例如(3)(3)號反應(yīng)：號反應(yīng)：Ca2Mg5Si8O22(OH)2 + 3 CaCO3 + 2 SiO2 Tr CalQtz = 5 CaMgSi2O6 + 3 CO2 + H2O DilTmax at nCO2:nH2O = 3:1l類型類型 4 4和和 5 5的拐點(diǎn)取決于系數(shù)比：的拐點(diǎn)取決于系數(shù)比：n nCOCO2 2: :n nHH2 2OO比比2. 4 小結(jié)l不連續(xù)反應(yīng)在固定的溫度條件下

6、進(jìn)行，一直持續(xù)到某一個反應(yīng)物消耗完不連續(xù)反應(yīng)在固定的溫度條件下進(jìn)行，一直持續(xù)到某一個反應(yīng)物消耗完畢之后，體系的溫度才能繼續(xù)上升。畢之后，體系的溫度才能繼續(xù)上升。lFe-Fe-ChlChl + Ms + + Ms + QtzQtz AlmAlm + Ann + H + Ann + H2 2OOFe-Fe-綠泥石綠泥石 白云母白云母 石英石英 鐵鋁榴石鐵鋁榴石 鐵黑云母鐵黑云母lMg-Mg-ChlChl + Ms + + Ms + QtzQtz PrpPrp + + PhlPhl + H + H2 2OOMg-Mg-綠泥石綠泥石 白云母白云母 石英石英 鎂鋁榴石鎂鋁榴石 金云母金云母in KFAS

7、Hin KFASHor KMASHor KMASHf f = CP + 2 = CP + 2 = 56 + 2 = 56 + 2 =1 =1 3. 3. 連續(xù)與不連續(xù)反應(yīng)連續(xù)與不連續(xù)反應(yīng)F在給定的溫度條件范圍內(nèi)，綠泥石隨溫度升高發(fā)生反應(yīng)，不斷分解和體積減小，生成的石榴子石和黑云母不斷增多，此外，反應(yīng)物和生成物也都不斷改變自身的成分（Fe/(Fe+Mg)，一直到其中的一個反應(yīng)物消耗完畢，反應(yīng)才終止。Chl + Ms + Qtz Grt + Bt + H2O in KFMASH為C=6，f = 2, 為一連續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)物綠泥石+白云母+石英和反應(yīng)產(chǎn)物石榴子石和黑云母在石榴子石等變線開始出現(xiàn)后的一段

8、溫度條件范圍內(nèi)共生。l當(dāng)?shù)V物為純固相，純轉(zhuǎn)移反應(yīng)肯定屬不連續(xù)反應(yīng)（discontinuous reactions）；當(dāng)?shù)V物具有固溶體性質(zhì)時，可能為連續(xù)反應(yīng)（ continuous reactions ）也可能為不連續(xù)反應(yīng)。l理論上，在特定壓力條件下，不連續(xù)反應(yīng)將在一個溫度點(diǎn)上進(jìn)行完畢，因而反應(yīng)物與生成物僅在一個溫度點(diǎn)上共存；連續(xù)反應(yīng)將在一個較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，其產(chǎn)物與反應(yīng)物在含量改變的同時，通過調(diào)整固溶體礦物的元素比值，而在一個較寬的溫度范圍共存。l連續(xù)反應(yīng)中反應(yīng)物與生成物共存的溫度范圍取決于巖石的Mg/Fe比值，該比值越高，該共存的溫度范圍越寬。l在野外露頭上，不連續(xù)反應(yīng)導(dǎo)致在等變線（ r

9、eaction isograd ）兩側(cè)反應(yīng)物到產(chǎn)物組合的變化是突變的；連續(xù)反應(yīng)則使反應(yīng)物與產(chǎn)物在一個較寬的空間內(nèi)共存。沿地質(zhì)剖面上，化學(xué)成分大體相近的變沿地質(zhì)剖面上，化學(xué)成分大體相近的變質(zhì)巖中，指示變質(zhì)溫度條件由低到質(zhì)巖中，指示變質(zhì)溫度條件由低到高變化的礦物或礦物組合高變化的礦物或礦物組合( (巖石巖石) )的的空間分帶稱為變質(zhì)帶，又稱遞增變空間分帶稱為變質(zhì)帶，又稱遞增變質(zhì)帶（質(zhì)帶（progressive metamorphic progressive metamorphic zoneszones）；）；以特定成分變質(zhì)巖在空間上某個特征變以特定成分變質(zhì)巖在空間上某個特征變質(zhì)礦物首次出現(xiàn)位置劃分

10、的變質(zhì)帶質(zhì)礦物首次出現(xiàn)位置劃分的變質(zhì)帶叫指示礦物帶（叫指示礦物帶（index-mineral index-mineral zones), zones), 在地質(zhì)圖上相同指示礦物在地質(zhì)圖上相同指示礦物首次出現(xiàn)位置的連線稱等變線首次出現(xiàn)位置的連線稱等變線（IsogradIsograd）；）；因特征礦物出現(xiàn)的因素較多，目前多以因特征礦物出現(xiàn)的因素較多，目前多以臨界礦物組合（臨界礦物組合（critical mineral critical mineral paragenesisparagenesis）劃分變質(zhì)帶；）劃分變質(zhì)帶；巴羅變質(zhì)帶巴羅變質(zhì)帶：chlchl、BiBi、GrtGrt、StSt、KyK

11、y、SillSill蘇格蘭高地巴羅式區(qū)域變質(zhì)帶（據(jù)蘇格蘭高地巴羅式區(qū)域變質(zhì)帶（據(jù)Miyashiro, 1994）lB B、GG、S S、K K、SiSi分別分別為黑云母、鐵鋁榴石、為黑云母、鐵鋁榴石、十字石、藍(lán)晶石和矽線十字石、藍(lán)晶石和矽線石等變質(zhì)線在該區(qū)的熱石等變質(zhì)線在該區(qū)的熱峰條件，這些熱峰條件峰條件，這些熱峰條件的連線稱野外變質(zhì)梯度的連線稱野外變質(zhì)梯度（FMGFMG）；不同的）；不同的FMGFMG代表不同的變質(zhì)帶代表不同的變質(zhì)帶序列序列l(wèi)如果反應(yīng)具連續(xù)性質(zhì)，如果反應(yīng)具連續(xù)性質(zhì)，其反應(yīng)物與生成物將在其反應(yīng)物與生成物將在單變線高溫側(cè)共存一段單變線高溫側(cè)共存一段距離距離巴羅變質(zhì)帶邊界反應(yīng)巴羅變

12、質(zhì)帶邊界反應(yīng)黑云母帶：黑云母帶： 多硅白云母多硅白云母+綠泥石綠泥石=黑云母黑云母+白云母白云母+石英石英+ H2O 鉀長石鉀長石+綠泥石綠泥石=黑云母黑云母+白云母白云母+石英石英+ H2O 石榴子石帶：綠泥石石榴子石帶：綠泥石+白云母白云母=石榴子石石榴子石+黑云母黑云母+石英石英+ H2O 十字石帶：十字石帶： 石榴子石石榴子石+白云母白云母+綠泥石綠泥石=十字石十字石+黑云母黑云母+石英石英+ H2O藍(lán)晶石帶：藍(lán)晶石帶： 綠泥石綠泥石+十字石十字石+綠泥石綠泥石 =藍(lán)晶石藍(lán)晶石+黑云母黑云母+石英石英+ H2O 白云母白云母+十字石十字石+石英石英 =藍(lán)晶石藍(lán)晶石+黑云母黑云母+ H2

13、O矽線石帶：矽線石帶： 藍(lán)晶石藍(lán)晶石=矽線石矽線石第二講思考題：第二講思考題：1、試述變質(zhì)反應(yīng)的主要類型及其影響因素，舉例說明之、試述變質(zhì)反應(yīng)的主要類型及其影響因素，舉例說明之2、請查資料，繪制一張、請查資料，繪制一張P-T圖解，將：圖解，將：Al2SiO5、柯石英、柯石英=普通石英和石墨普通石英和石墨=金剛石等金剛石等3個多型轉(zhuǎn)變反應(yīng)個多型轉(zhuǎn)變反應(yīng)，以及，以及硬玉硬玉+石英石英 = 鈉長石純轉(zhuǎn)移反應(yīng)鈉長石純轉(zhuǎn)移反應(yīng)白云母白云母+石英石英 = Al2SiO5 + 鉀長石鉀長石+H2O 和和白云母白云母 =剛玉剛玉+鉀長石鉀長石+H2O脫水反應(yīng)脫水反應(yīng)的單變線準(zhǔn)確地標(biāo)在圖解上，并理解它們各自的巖石學(xué)或構(gòu)造的單變線準(zhǔn)確地標(biāo)在圖解上，并理解它們各自的