普通地质学4第四章变质作用及变质岩资料课件.ppt
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1、第四章变质作用及变质岩 变质作用的概念变质作用的概念 变质作用的影响因素变质作用的影响因素 变质作用的主要类型变质作用的主要类型 变质作用的基本规律变质作用的基本规律一、变质作用一、变质作用变质作用变质作用的概念变质作用变质作用指原岩基本上在固态下,主要由内动力的作用使其变成另一种新岩石的过程。变质作用的结果,是使一种岩石转变成另一种新的岩石。新形成的岩石无论是岩石的矿物成分、结构、构造,均可与原岩不同,这种新的岩石称为变质岩变质岩。变质作用的概念变质作用和沉积作用、岩浆作用之间存在一定的区别和联系。变质作用与岩浆作用之间比较容易区别,它们之间的界线是熔融,而和沉积成岩作用之间的重要标志是矿物
2、组合的变化,一般认为以浊沸石开始出现为标志。变质作用的影响因素变变质质作作用用的的影影响响因因素素温度温度 是变质作用的基本因素,多数变质作用都是在温度升高条件下进行的。变质作用的温度范围从150200,直到700900。压力压力 变质压力可以从上百GPa到上千Gpa。根据压力的作用特征分为静压力静压力和定向压力。定向压力。化学活动性流体化学活动性流体 流体以HO与CO为主,溶解了许多易挥发的物质及SiO等许多矿物质。温温度度是控制和影响变质作用的重要因素之一。多数变质作用是随温度升高而进行的。温度升高可使原来岩石中的一些矿物重结晶,更重要的是会使各种原始组分重新组合成新矿物。首先要确定变质作
3、用发生的温度范围,既起始温度和终止温度。按研究者目前的共同认识,变质作用不包括风化作用和沉积岩的成岩作用。而是以浊沸石、蓝闪石、硬柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现,作为变质作用的开始。这些矿物出现时的温度范围为是在150250之间。这就是变质作用发生的起始温度。而由于变质作用不包括原岩的大规模的熔融,终止温度就是原岩发生大规模熔融时的温度,现确定为为650100之间。其次是关于温度变化的原因,导致温度变化的地质因素和热源具有多样性。主要有下列几种因素:地热增温:岩石随埋葬深度的增加,而温度逐渐增高,但其幅度一般不大,按地区的地质环境有所不同,从每千米十几度到一百多度,然而其空间范围较大
4、。地质工作者称此种变化为地热增温率或地温梯度。放射性元素衰释放的热量:其特点是总量大,不均匀,有时也极可观。岩浆活动带来的热能:其强度和岩浆活动的规模有关,有时范围很小,仅限接触带,即是所谓的接触变质,有时也可能影响一个区域。应力作用下的摩擦热:其较为局部,如断裂带。变质作用的影响因素压压力力变质作用均在一定的压力环境下进行,所以压力是控制变质作用的重要物理因素。按压力的性质可分为二大类:静压力:是指岩石在地壳内一定深度时,所承受的重力,其大小随埋藏深度的增加而增加,上覆岩层厚度的增加而增加,增加的速率是25-30106Pa/KM。不同类型变质作用的压力变化很大,一般接触变质和动力变化发生在地
5、表3-5km范围内,故压力不超过0.1GPa。区域变质作用的压力范围为0.1GPa0.8GPa。变质作用的影响因素应力:当物体遭受定向外力作用,其内部就会产生一种抵抗力,称为应力。应力通常和地壳活动带的构造运动有关。应力是引起岩石变质和变形的重要因素。地壳中岩石变形、板状流劈理和碎裂构造都和应力有关,而且它能增加变质反应和重结晶的速度,促使变质作用的进行。介介质质条条件件在变质作用过程中,虽然岩石保持完整的固态,但其中仍有少量流体相。流体相存在于矿物粒隙之间或岩石的裂隙中,成分以水和CO2,还可含有其它挥发份。它们在较高的温度和压力条件下,具有较大的活性。变质作用的影响因素变变质质作作用用的的
6、方方式式重结晶作用重结晶作用 指岩石在固态状态下,同一种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移,然后又重新结晶成较粗大颗粒的作用,在这一过程中矿物成分不发生变化。例如 石灰岩(CaCO3)温度 大理岩(CaCO3)变质结晶作用变质结晶作用 指在原岩总体化学成分基本不变化的条件下,形成新矿物或新矿物组合的作用。例如 高岭石 350 叶腊石交代作用交代作用 指化学活动性强的流体与固体岩石之间发生物质置换与交换作用,产生新矿物,岩石总体化学成分发生变化。例如 KAlSi3O8(钾长石)+Na+NaAlSi3O8(钠长石)+K+变质作用的主要类型接触变质作用接触变质作用动力变质作用动力变质作用区域变质作用区
7、域变质作用变质作用的主要类型变质作用的主要类型接触变质作用接触变质作用 在岩浆岩体与围岩接触带上,主要由岩浆活动所带来的热量及活动性流体所引起的变质作用。变质作用的主要类型动力变质作用动力变质作用 指在构造变形、变位过程中所产生的定向压力的作用下,使岩石发生变形、破碎以及伴随的重结晶等作用。这种变质作用主要发生在相邻的两个岩石块体之间发生相对错动的接触面附近。这种接触面被称为断层或断裂带。变质作用的主要类型区域变质作用区域变质作用 在大区域范围内发生,并由温度、压力及化学活动性很强的流体等多种因素,共同引起的一种变质作用。区域变质作用影响的范围可达数千至数万km以上,影响深度可达30 km以上
8、,温度在200-800之间。岩石圈洋壳大陆壳低温高压带高温低压带高温高压带 由于许多变质矿物可以在不同温度、压力条件下,由不同变质反应形成,因而由标志矿物划定的等变线往往不是等变质条件的。因此温克勒提出,根据常见岩石中,反映矿物共生组合重要变质变化的特定矿物反应来划分变质带,成为变质级。温克勒讲整个变质作用区间分为四个变质级:很很低低级级变变质质:其低限以基性岩中浊沸石开始出现为标志,其温度界限在200左右,它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石的反应形成黝帘石和阳起石,临界温度在350左右或稍高;低低级级变变质质:温度范围在350-550左右,和中级变质的界限是泥质岩石中十字
9、石的出现或黑云母存在时,堇青石的形成;中中级级变变质质:温度在550-650左右,和高级变质的界限是白云母和石英反应形成矽线石+钾长石的组合;高级变质:高级变质:温度650时,属于高级变质,上限可达800左右。变质作用-变质级 变质作用-变质级 变质作用-变质相 变质相的概念是由P.爱斯科拉最先提出。所谓变质相,是指反映多种原岩成分,在一定的p,T条件下,与变质矿物组合之间的对应关系。P.爱斯科拉认为“在特定的温度和压力条件下,经过变质作用,并达到化学平衡,其所形成的任一种变质岩的矿物成分,仅受化学成分控制”。即一个变质相包括了在一定物化条件下形成的,代表多种原岩化学成分的变质矿物组合。P.爱
10、斯科拉最初划分了八个变质相,随着对变质作用的深入研究与发展。在此基础上共划分了十一个变质相,每个变质相都有一定的温度、压力范围,大致可见示意图。变质作用的基本规律1.1.变质作用的变质作用的时间时间演化规律演化规律古老的岩石(前寒武纪、5亿年以前)一般都发生了变质,而且变质较深,常常发生过多次变质,如秦岭地区的岩石普遍发生过3次变质作用。古生代的变质作用呈条带分布,中新生代变质作用作用发生在板块结合部位,如海沟岛弧等。现代变质作用发生在洋脊、海沟地区。变质作用的基本规律2.2.变质作用的变质作用的空间空间分布规律分布规律 在大陆内部常分布有古老的变质岩系,外形呈浑圆状,构成大陆核心,岩石变质程
11、度深,以片岩、片麻岩为主;在巨大山系中常有呈条带状分布的变质岩,它们构成山脉的核心。如;秦岭山脉、天山山脉、祁连山脉、喜玛拉雅山山脉。环太平洋周围、洋中脊分布有大量变质岩。在环太平洋俯冲带具有双变质带的特征(海沟一侧为高压变质带,向大陆一侧发育低压变质带)第七章变质作用及变质岩 变质岩的概念变质岩的概念 变质岩的成分变质岩的成分 变质变质岩岩的结构构造的结构构造 变质变质岩岩的主要类型(各论)的主要类型(各论)二、变质岩二、变质岩变变变变 质质质质 岩岩岩岩英 文 名 称 为metamophic rock,是一种转化的岩石。地壳中已经存在的岩石(可以是沉积岩,火成岩,乃至早先已形成的变质岩),
12、因温度、压力及介质条件的变化,在没有显著熔融和溶解的固体状态下而形成的一种新的岩石。此种岩石具有与新的物理-化学环境相平衡的新的化学成分、矿物成分和结构、构造。任何变质岩都包含其原岩形成的历史和变质作用的历史。变质岩的概念变质岩的概念化学成分化学成分 由于变质岩是一种转化岩石,所以其成分与原岩的总化学成分和变质作用的类型、强度戚戚相关。在变质岩中的主要造岩氧化物仍为SiO2,Al2O3,Fe2O3,FeO,MnO,CaO,K2O,Na2O,H2O以及P2O5等,但在不同的变质岩中其含量变化很大。当原岩是火成岩时,常称其为正变质岩,原岩是沉积岩时,常称其为副变质岩。组成它们的主要成分特征如下:S
13、iO2:正变质岩为34-80%,副变质岩为0-95%;Al2O3:正变质岩为40%,副变质岩从四分之一到90%以上;Fe2O3和FeO:正变质岩一般15%;副变质岩可高达30%以上;MnO:正变质岩含量很低,2%;副变质岩可高达20%以上;CaO:正变质岩一般不超过23%;副变质岩可高达50%以上;K2O/Na2O:正变质岩通常1%,达到2-3%;P2O5:正变质岩通常3%,副变质岩可达16%,甚至超过40%。对变质岩的化学成分进行研究,是恢复变质岩原岩性质的重要依据。变质岩的成分变质岩的成分矿物成分矿物成分 变质岩的矿物成分,既决定于原岩性质,还与变质作用的性质、强度密切相关,因此变质岩具有
14、自己的矿物成分特点,又和火成岩、沉积岩有一定联系,且比它们更复杂多样。主要造岩矿物在三大类岩石中分布情况列入下表:。变质岩的成分变质岩的成分主要在岩浆岩中出现的矿物主要在沉积岩中出现的矿物主要在变质岩中出现的矿物三大类岩石均有的矿物鳞石英歪长石白榴石方钠石黝方石蓝方石玄武角闪石等蛋白石玉髓水铝石粘土矿物海绿石盐类矿物卤化物矿物刚玉,石墨红柱石,蓝晶石,矽线石叶腊石,十字石,堇青石硬绿泥石,硬玉,浊沸石方柱石,钠云母,绢云母帘石类,葡萄石,硬柱石绿纤石,钙铝榴石符山石,绿泥石,阳起石蓝闪石,滑石,蛇纹石直闪石,硅镁石,透闪石钙镁橄榄石,钙铁辉石蔷薇辉石,硅灰石石英碱性长石斜长石类白云母,黑云母角
15、闪石,辉石橄榄石磁铁矿钛铁矿磷灰石锆石金红石榍石碳酸盐矿物 岩石中矿物的粒度、形态和晶体之间的相互关系等特征,称之为结构。变质岩的结构,颇为特别,因为其是一种转化改造原岩的岩石。根据成因,其结构一般可分为四类:碎裂结构,变晶结构,变余结构和交代结构。变质岩的构造是指岩石组分在空间上的排列和分布所反映的岩石构成方式,着重于矿物集合体的空间分布特征。按其成因可划分为三类:变余构造,变成构造和混合岩构造。结构构造是变质岩的重要特征,常用作变质岩分类命名的重要依据。通过对结构和构造的研究,还可以了解变质岩的原岩,判断原岩所经受的变质作用、环境、方式和程度等特点。变质岩的结构构造变质岩的结构构造变质岩的
16、主要类型变质岩的主要类型根据变质作用类型和成因的不同,可将变质岩分为五大类:动力变质岩类接触变质岩类1.热接触变质岩类2.接触交代变质岩类区域变质岩类混合岩类交代变质岩类变质岩的主要类型变质岩的主要类型动力变质岩动力变质岩由动力变质作用形成的变质岩称为动力变质岩,动力变质作用常与构造运动有关。在不同性质的应力影响下,岩石和矿物主要发生塑性变形(表现为矿物的粒内滑移和扭折)和脆性变形(矿物发生碎裂)。根据岩石碎裂的特征将动力变质岩划分为以下主要类型,以岩石碎裂特征定出基本名称。变形性质变形性质碎裂特征碎裂特征岩石类型岩石类型脆性脆性变形变形碎碎裂裂的的具破碎角砾结构具破碎角砾结构构造角砾岩构造角
17、砾岩具碎裂结构或碎斑结构具碎裂结构或碎斑结构碎基含量碎基含量50%50%50%碎裂碎裂岩岩碎碎 裂裂 岩岩 塑塑性性变变形形糜糜棱棱的的糜棱结构,有或无糜棱结构,有或无少量碎斑少量碎斑重结晶物重结晶物质的含量质的含量(%)109090糜棱片岩或片岩糜棱片岩或片岩次显微颗粒或玻璃次显微颗粒或玻璃假玄武玻璃假玄武玻璃变质岩的主要类型变质岩的主要类型-动力力变质岩岩构构造造角角砾砾岩岩指由于应力作用原岩破碎成角砾状被破碎细屑充填胶结或有部分外来物质胶结的岩石。将这样的结构称之为破碎角砾结构。它是动力变质岩中碎裂程度中等的岩石。构造角砾岩在断层破碎带广泛分布。其厚度取决于破碎的强度。有时可厚达数百米,
18、延伸数十至数百公里。变质岩的主要类型变质岩的主要类型-动力力变质岩岩碎裂岩碎裂岩具有碎裂结构或碎斑结构的岩石称为碎裂岩碎裂岩。碎裂岩是原岩在较强的应力作用下破碎而形成。其粒化作用仅发生在矿物颗粒的边缘,而尚未达到糜棱阶段,因而颗粒间的相对位移不大,原岩的特征尚部分被保存下来。据此可以判断原岩的性质。碎裂岩可由各种岩石破碎而成,但主要在刚性岩石中发育,以长英质岩石中尤为常见。矿物除产生裂缝和机械破碎外,常发生晶面、解理面、双晶结合面的弯曲,云母等片、柱状矿物弯曲扭折,石英呈压扁凸镜状并被细粒的碎基围绕等现象。碎裂岩中还可见到少量新生矿物的出现,如绢云母、绿泥石、绿帘石、方解石等。碎裂岩在断裂带经
19、常可见。变质岩的主要类型变质岩的主要类型糜棱岩糜棱岩具有糜棱结构的岩石称为糜棱岩。糜棱岩是强烈破碎塑变作用所形成的岩石。往往分布在断裂带两侧,由于压扭应力的作用,使岩石发生错动,研磨粉碎,并由于强烈的塑性变形,使细小的碎粒处在塑性流变状态下而呈定向排列。糜棱岩的粒度细小,但一般比较均匀,外貌致密,坚硬,需借助显微镜才能分辨颗粒轮廓。有时在断面上可见凸镜状定向排列的碎斑。糜棱岩常由花岗质岩石和砂岩类岩石形成,所以主要矿物成分是石英和长石,并常被压扁、拉长,石英碎粒还可出现平行光轴的波状消光带。在磨碎的基质中有时残留有稍大的石英、长石单个晶粒(或碎屑),或由两者集合构成的“眼球状体”。眼球体中同样
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