第六章变质作用与变质岩.ppt
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1、直径直径60厘米厘米西藏喜马拉雅山大蘑菇西藏喜马拉雅山大蘑菇第六章第六章变质作用与变质岩变质作用与变质岩变质作用的原理变质作用的原理变质作用的类型变质作用的类型变质岩的特征变质岩的特征变质岩的类型变质岩的类型第一节第一节变质作用的原理变质作用的原理一、变质作用的概念一、变质作用的概念1变质作用变质作用 指指各各种种岩岩石石(沉沉积积岩岩、岩岩浆浆岩岩和和变变质质岩岩)基基本本上上在在固固态态下下受受到到内内动动力力地地质质作作用用,发发生生矿矿物物成成分分和和结结构构、构构造造的变化而变成一种新岩石的过程。称为变质作用。的变化而变成一种新岩石的过程。称为变质作用。2.变质岩变质岩 遭受变质作用
2、而变成的新岩石,称为变质岩。遭受变质作用而变成的新岩石,称为变质岩。副变质岩副变质岩沉积岩经变质作用形成的变质岩,称为副变质岩;沉积岩经变质作用形成的变质岩,称为副变质岩;正变质岩正变质岩岩浆岩经变质作用形成的变质岩,称为正变质岩。岩浆岩经变质作用形成的变质岩,称为正变质岩。3.鉴定变质岩标志鉴定变质岩标志:重结晶重结晶变质矿物变质矿物片理构造片理构造二、变质作用的控制因素二、变质作用的控制因素变质作用主要发生在地下深处温度、压力较高的环境,变质作用主要发生在地下深处温度、压力较高的环境,变质作用的能源来自地球内部。因此变质作用的能源来自地球内部。因此,控制因素主要是控制因素主要是温度温度压力
3、压力活动性流体活动性流体时间时间这四个因素的变化,可以影响变质作用的强度、范围和这四个因素的变化,可以影响变质作用的强度、范围和产物,进而决定变质作用的类型。产物,进而决定变质作用的类型。(一一)温度温度当温度升高到当温度升高到1502500C时,即开始有变质时,即开始有变质矿物,如浊沸石、叶蜡石、钠云母等生成。矿物,如浊沸石、叶蜡石、钠云母等生成。温度再升高,非晶质或隐晶质的温度再升高,非晶质或隐晶质的CaC03将结将结晶增大成显晶质的方解石,即发生重结晶作用。晶增大成显晶质的方解石,即发生重结晶作用。当温度超过当温度超过6500C时,一些岩石出现部分熔融时,一些岩石出现部分熔融现象,产生少
4、量长英质流体相。这是混合岩化现象,产生少量长英质流体相。这是混合岩化作用发生。作用发生。(二二)压力压力例例如如低低压压环环境境中中形形成成的的红红柱柱石石(A12Si05),其其相对密度为相对密度为3.13.2;当当其其处处于于高高压压环环境境时时,可可转转化化为为分分子子体体积积较较小小、相相对对密密度度较较大大(3.563.66)的的蓝晶石蓝晶石(A12SiO5)。红柱石红柱石(A12Si05)蓝晶石蓝晶石(A12SiO5)(三三)化学活动性流体化学活动性流体在变质作用中,化学活动性甚强的在变质作用中,化学活动性甚强的流体流体(H20及及C02)可以促进组分的溶解可以促进组分的溶解和迁移
5、,促进变质作用的发生。也可和迁移,促进变质作用的发生。也可降低岩石的重熔温度,降低岩石的重熔温度,实验表明,花岗质岩石不含挥发性组实验表明,花岗质岩石不含挥发性组分的流体时,其重熔温度为分的流体时,其重熔温度为9500C;若含有饱和溶液时,则在若含有饱和溶液时,则在640200C时时即开始部分重熔。即开始部分重熔。(四四)时间时间时时间间是是影影响响变变质质作作用用的的重重要要因因素素。在在一一定定的的变变质质温温度度、压压力力条条件件下下,如如果果没没有有足足够够的的作作用用时时间间,原原岩岩的的变变质质反反应应将将不不明明显显至至主主要要的的变变质质作作用用不不能能进进行行,因因为为矿矿物
6、物的的重重结结晶晶、重重组组合合、交交代代作作用用和和塑塑性性变变形形等等,都都是是缓缓慢慢的的进进程程。只只有有充充足足的的时时间间才才能能使使变变质质作作用用对对原原岩岩作作有有效效的的改造,形成各类变质岩。改造,形成各类变质岩。重结晶作用重结晶作用变质反应或重组合作用变质反应或重组合作用交代作用交代作用变形与碎裂作用变形与碎裂作用三、变质作用的方式三、变质作用的方式(一一)重结晶作用重结晶作用是是指指岩岩石石在在变变质质作作用用过过程程中中,同同种种矿矿物物颗颗粒粒不不断断增增大大,相相对对大大小小逐逐渐渐均均匀匀化化,颗颗粒粒外外形形变变得得较较规规则则的的变变化化过过程程。称为重结晶
7、作用称为重结晶作用。重结晶作用不形成新的矿物类型。重结晶作用不形成新的矿物类型。辉石石英岩,在重结晶辉石石英岩,在重结晶过程中,由于辉石与石英过程中,由于辉石与石英之间的相对表面张力大于之间的相对表面张力大于石英本身颗粒之间的表面石英本身颗粒之间的表面张力张力,,所以石英成较大,所以石英成较大颗粒,彼此直接接触,而颗粒,彼此直接接触,而辉石则成细粒分散在几个辉石则成细粒分散在几个石英颗粒之间。石英颗粒之间。辉石石英岩中少量细粒辉石辉石石英岩中少量细粒辉石分散在较大的石英颗粒之间分散在较大的石英颗粒之间石英石英辉石辉石(二二)变质反应变质反应在原岩基本保持固态、且岩石总的化学成分不变在原岩基本保
8、持固态、且岩石总的化学成分不变(除挥发组分除挥发组分外外)的条件下,部分原有矿物通过发生特定的化学反应的条件下,部分原有矿物通过发生特定的化学反应(主要是主要是与粒间孔隙溶液作用与粒间孔隙溶液作用)而趋于消失,同时形成新的稳定矿物的而趋于消失,同时形成新的稳定矿物的过程,称为变质反应或重组合作用过程,称为变质反应或重组合作用。如:如:水化水化-脱水反应脱水反应在温度升高的情况下,泥质岩石中的在温度升高的情况下,泥质岩石中的高岭石脱水变为叶蜡石。高岭石脱水变为叶蜡石。A14Si402(OH)8+4Si022A12Si4010(OH)2+2H20高岭石高岭石石英石英叶蜡石叶蜡石(气气)如果温度增加
9、到如果温度增加到450以上时,以上时,叶蜡石将进一步脱水转化为红柱石叶蜡石将进一步脱水转化为红柱石;A12Si402(OH)2A12Si05+3Si02+H20叶蜡石叶蜡石红柱石红柱石石英石英(气气)碳酸盐化碳酸盐化-脱碳酸反应。脱碳酸反应。Ca03+Si02CaSi03+C02方解石方解石石英石英硅灰石硅灰石(气气)氧化一还原反应。氧化一还原反应。6Fe034Fe304+02赤铁矿赤铁矿磁铁矿磁铁矿(气气)同质多像变体转化反应。同质多像变体转化反应。A12Si05A12SiO5A12Si05红柱石红柱石蓝晶石蓝晶石夕线石夕线石(三三)交代作用交代作用在变质过程中,在变质过程中,当存在大量化学
10、活动性流体时,当存在大量化学活动性流体时,通过部分变质原岩物质的带出和外来物质的带通过部分变质原岩物质的带出和外来物质的带入,从而造成原岩中某种矿物被另一种化学成入,从而造成原岩中某种矿物被另一种化学成分不同的新矿物所置换的作用,称为分不同的新矿物所置换的作用,称为交代作用交代作用。交代前后的矿物体积基本保持不变。交代前后的矿物体积基本保持不变。例如例如:含含Na+的流体与钾长石反应而置换出的流体与钾长石反应而置换出K+,形成新矿物钠长石:形成新矿物钠长石:KAISi3O8+Na+NaAl308+K+钾长石钾长石(带入带入)钠长石钠长石(带出带出)(四四)变形与碎裂作用变形与碎裂作用岩石在应力
11、岩石在应力(定向压力定向压力)作用下可产生多种变形行为。作用下可产生多种变形行为。弹性变形弹性变形在在应应力力小小于于弹弹性性限限度度时时,应应力力与与应应变变关关系系符符合合虎虎克克定定律律,应应力力消消除则岩石除则岩石立即恢复原状立即恢复原状,这种变形称为,这种变形称为弹性变形弹性变形。塑性变形塑性变形当当应应力力增增大大超超过过岩岩石石的的弹弹性性限限度度后后,岩岩石石虽虽未未发发生生破破裂裂变变形形,但但在在应应力力消消失失后后并并不不恢恢复复原原状状,这这种种变变形形称称为为塑塑性性变变形形(永永久久变变形形)。破裂变形破裂变形当当应应力力增增大大超超过过岩岩石石的的极极限限强强度度
12、时时,岩岩石石将将产产生生破破裂裂,发发生生破破裂裂变形,形成变形,形成断层断层。断裂变形属于。断裂变形属于脆性变形脆性变形。地地质质上上将将宏宏观观上上无无明明显显破破裂裂的的变变形形称称为为韧韧性性变变形形。若若从从微微观观上上看看,韧韧性性变变形形常常由由于于晶晶体体晶晶格格的的滑滑移移、位位错错引引起起,实实际际上存在小尺度的破裂。上存在小尺度的破裂。第二节第二节变质作用的类型变质作用的类型根根据据变变质质作作用用发发生生部部位位的的地地质质环环境境、变变质质因因素素的的组组合合关关系系及及变变质质产产物物的的特特征征,将变质作用分为五种基本类型。将变质作用分为五种基本类型。接触热变质
13、作用接触热变质作用气气-液变质作用液变质作用动力变质作用动力变质作用区域变质作用区域变质作用混合岩化作用混合岩化作用n1一、接触热变质作用一、接触热变质作用发生发生在侵入岩体周围,由岩浆侵入时在侵入岩体周围,由岩浆侵入时的的扩散热能引起接触带围岩的重扩散热能引起接触带围岩的重结晶作用。结晶作用。变质前后岩石的化学变质前后岩石的化学成分基本上没有改变。变质作用成分基本上没有改变。变质作用的主要控制因素是温度,大致在的主要控制因素是温度,大致在2506500C范围内。范围内。二、气二、气-液变质作用液变质作用是由具有较强化学活动性的气体是由具有较强化学活动性的气体和液体对原岩进行交代作用而引起的。
14、从岩浆活动中析和液体对原岩进行交代作用而引起的。从岩浆活动中析出的气出的气-水热液对岩体与围岩的接触带进行的以交代作用水热液对岩体与围岩的接触带进行的以交代作用为主的变质改造称为为主的变质改造称为接触交代变质作用接触交代变质作用。远离侵入体而沿构造破碎带或粗大矿脉两侧发生的气远离侵入体而沿构造破碎带或粗大矿脉两侧发生的气-液变质作用,一般称为液变质作用,一般称为围岩蚀变围岩蚀变。三、动力变质作用三、动力变质作用出出现现在在大大断断裂裂带带上上或或构构造造运运动动强强烈烈的的地地带带,由由强强大大的的侧侧向向挤挤压压力力和和剪剪切切应应力力引引起起,主主要要的的变变质质方方式式为为变形与碎裂。变
15、形与碎裂。在地下较浅处由于温度较低,以在地下较浅处由于温度较低,以脆性变形脆性变形为主;为主;在在地地下下较较深深处处由由于于温温度度较较高高,则则以以韧韧性性变变形形为为主主,形成形成韧性剪切带韧性剪切带。四、区域变质作用四、区域变质作用是在较大区域内发生的,由一是在较大区域内发生的,由一种因素为主或多种因素综合作用种因素为主或多种因素综合作用变质作用。变质作用。常与强烈的构造运动有密切联常与强烈的构造运动有密切联系,并伴随有大规模的形变、岩系,并伴随有大规模的形变、岩浆活动和混合岩化等作用。浆活动和混合岩化等作用。热量来源除构造运动的动力热热量来源除构造运动的动力热能和岩浆热能外,主要的是
16、从地能和岩浆热能外,主要的是从地幔上升的热流。化学活动性流体幔上升的热流。化学活动性流体的作用显著而广泛。的作用显著而广泛。区域变质作用持续时间长,多区域变质作用持续时间长,多具有周期性叠加的作用过程。具有周期性叠加的作用过程。区域变质作用的深度从地下几公里至几区域变质作用的深度从地下几公里至几十公里,十公里,压力为压力为2X108一一10X108Pa,温度为温度为2008000C。五、混合岩化作用五、混合岩化作用是是一一种种介介于于高高度度变变质质作作用用和和岩岩浆浆作作用用之之间间的的地地质质作作用用。在在这这种种作作用用过过程程中中,有有广广泛泛的的流流体体相相存存在在,温温度度的的升升
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