变质岩第二十讲矿物共生组合与变质相概念_2014

第二十讲矿物共生分析与变质相（系）岩石学中的相概念和变质相划分矿物共生分析和成分-共生图解变质相系列变质作用P-T轨迹概念一、“相，facies”的概念岩石学中的“相”是指在地壳演化到特定阶段中特定物理化学条件(环境)中形成的一套岩石共生组合（或+生物），亦即带有特定环境条件属性的一套岩石组合。反过来说，这套岩石组合中的物质组成、结构和构造等特征记录了成岩环境条件信息。自然界中的成岩环境是复杂的，相应地也存在复杂的岩石共生组合或建造——相。1。岩浆岩的相侵入相深成相（15km）中成相（5-15km）浅成相（5km）喷出（火山岩）相溢流相暴发相陆相海相岩浆岩岩石在不同的深度具有不同产状、其矿物、结构、构造等特征也不同，反映不同的环境条件和岩浆冷却结晶速率的差异。侵入相：深成相——岩石具粗粒等粒或似斑状结构、发育出溶结构、定向构造、钾长石具有低的有序度而高的三斜度；花岗岩类岩基或岩株，层状辉长岩浅成相——细粒或斑状结构、块状构造、高有序度而低三斜度率。花岗质斑岩类岩枝，岩墙、岩床等火成岩产状示意图3_17出露的岩基岩基岩墙岩盆岩盖岩床捕虏体整合侵入体不整合侵入体岩株火山岩相示意图（据邱家骧，1985）据火山岩产状划分的火山岩相火山通道相次火山相侵出相溢流相爆发相火山沉积相岩钟、针、穹火山颈.岩管/岩筒台地、被、盾锥侵入体海相火山岩陆相火山岩2。沉积相沉积环境——沉积物堆积场所的地貌特征与沉积作用特征的总和。河流环境的地貌特征为下切的沟谷（具有一定坡度），沟内有阶地、边滩或心滩，沉积作用为流动的水体（水流）。又如：湖泊环境的地貌特征为陆地上具一定面积的积水洼地，沉积作用为波浪、沿岸水流及淡水生物活动等。2。沉积相一定沉积环境中的沉积物或沉积岩的岩石学和生物特征的总和。从大的方面可分为陆相和海相，陆相与海相又各自可分为……。如：河流相主要为砂砾岩或粉砂岩组成，具交错层理，有植物树干化石而无植物叶化石。又如：湖泊相常有暗色泥岩或细粉砂岩组成，水平纹理，含植物叶及淡水动物化石。Ametamorphicfaciesisasetofmetamorphicmineralassemblages,repeatedlyassociatedinspaceandtime,suchthatthereisaconstantandthereforepredictablerelationbetweenmineralcompositionandbulkrockcomposition.(FJTurner,1981)定义：一个变质相是指（各种成分的岩石在一定的温度-压力范围内形成的）一系列矿物组合，这些矿物组合在时间上和空间上反复共生，其矿物成分与岩石化学成分之间有着固定的、因而可以预测的对应关系。我们的定义：变质相是区域变质作用或接触变质作用在一个有限变质条件（P-T）中形成的矿物组合（岩石）。3、变质相概念及其划分变质相P-T范围图解（P.478图23-11）接触变质相低压低温：1钠长绿帘角岩相（AEH）低压中温：2普通角闪石角岩相（HH）低压高温：3辉石角岩相（PH）低压极高温：4透长岩相（S）区域变质相：中-低压很低温：5沸石相（Z）6葡萄石—绿纤石相（PP）中压很低温：7硬柱石－钠长石－绿泥石相（LA）高压很低-低温：8蓝片岩相（BS）中-低压低温：9绿片岩相（GS）中-压低温：10绿帘角闪岩相（EA）中-低压中温：11角闪岩相（A）中-低压高温：12麻粒岩相（G）高压中-高温：13榴辉岩相（E）变质相和变质相系P-T图解基性岩中的相界反应；①Anl（方沸石）=Ab＋V；②Lw＋Q=Lm（浊沸石）；③Lm=Wr（斜钙沸石）＋V；⑨Cc＋Di=Ak（钙镁黄长石）＋CO2（），反应④~⑧、⑩、⑾涉及的物相均标在反应曲线两侧。曲线来源：①Liou,1971；②、③、⑤Winkler,1976；④Chatterjeeetal.,1984；⑥⑦Hyndman,1985；⑧deWaard,1965；⑨Turner,1981；⑩天然蓝闪石最大稳定范围，Maresh,1977；(11)Bohlen&Boettcher,1982,简化花岗岩系统过量水固相线（EHGS）和干固相线（DGS）据Huang&Wyllie，1975；拉斑玄武岩过量水固相线（EHTHS）和干固相线（DTHS）据Green，1982理解变质相：1。一个变质相=一个等物理系列（等化学系列？），包括化学成分不同的各种原岩变质而成的一系列矿物组合（岩石），一个矿物组合（一种岩石）不能定义一个变质相。2。每一个变质相是以基性变质岩的矿物共生组合为标志性组合；该标志性组合或对应的岩石名称被用来命名该变质相（p.478，表23-1）。理解变质相：3。相邻变质相边界以基性变质岩中特定的变质反应划分。由于变质反应一般为连续反应，因此变质相边界是一个过渡带（图23-11）。理解变质相：4。矿物组合与原岩化学成分存在固定的可以预测的对应关系：这表明：（1）封闭体系，等化学过程，只适于区域变质岩和接触变质岩；（2）每一个矿物组合，对应于一个特定化学成分的原岩；（3）一个变质相可以用成分-共生图解（ACF图解、A’KF图解）来表达。1Ky+Ms+Alm+Pl+QtzKy+Ms+Bi+Pl+Qtz2Kf+Qtz+Pl+Ms+Bi2’Ms+Bi+Kf+Qtz+Pl3Alm+Pl+Qtz4Hb+Pl+Alm+Qtz5Hb+Pl+Qtz6Hb+Di(Cpx)+Pl+Qtz7Pl+Cpx+Qtz8Pl+Cpx+Grs+Qtz9Grs+Cpx+Qtz10Cc+Cpx+Grs+/-Qtz变质相：角闪岩相（区域变质岩）普通角闪石角岩相（接触变质岩）共生组合：给定化学成分体系的岩石发生的变质反应达到化学平衡（正、逆速率相等）时形成的矿物组合（mineralparagenesis,aassemblage）二、共生分析和成分-共生图解（一）相平衡原理矿物共生分析：应用物理化学相平衡原理，分析天然变质岩石中的矿物共生组合（相，p）与全岩化学（独立组份,c）和变质条件（自由度,f）之间的关系及其变化规律。二、共生分析和成分-共生图解吉布斯相律（封闭体系，实验室尺度）：p=c+2–f（1）SiO2、Al2O3,矿物相：刚玉、石英（各种多型变体）、红柱石、蓝晶石、矽线石。c=2，p=4–f，当f=0,平衡共生矿物数目最多有4个：红柱石+蓝晶石+矽线石+石英；红线石+蓝晶石+矽线石+刚玉；（2）SiO2、Al2O3,但SiO2：Al2O3=1矿物相：红柱石、蓝晶石、矽线石但c=1，p=3–f，平衡共生矿物数目最多有3个：红柱石+矽线石+蓝晶石哥尔德史密特（矿物）相律（封闭系统，天然尺度，露头-薄片）：p=c+2–f，f≥2，p≤c天然封闭的岩石系统的化学反应达到平衡时，平衡共生的矿物相数目不大于有效组分数目（1）SiO2Al2O3,c=2,p≤2：红柱石+石英、蓝晶石+石英、矽线石+石英、刚玉+红线石、刚玉+蓝晶石、矽线石+刚玉（2）SiO2Al2O3,但SiO2：Al2O3=1c=1,p≤1：平衡矿物数目最多1个：红柱石、矽线石、蓝晶石（3）如果出现自由度=1，或=0的极端情况，则情况（1）和（2）的矿物相数目分别增加1个和2个柯尔任斯基（矿物）相律（开放系统，天然尺度，露头-薄片）：c=ci+cm活动组分（cm）的浓度或化学位（势）与环境P、T条件一样，是控制交代反应的控制因素,属于自由度。p=ci+cm+2–f，对照哥尔德史密特（矿物）相律，得f≥2+cm，p≤ci因此，在天然开放岩石系统中，当化学（交代）反应达到平衡时，共生矿物相数≤有效惰性组分数实例：云英岩，是气液交代岩之一种，由花岗岩经热液交代作用而成，岩石普遍存在交代分带现象，在交代最强的核部，活动组分最多，惰性组分最少，因而往往形成单矿物岩石前已提及，对于具有封闭系统性质的天然变质岩石（区域变质岩和接触变质岩，控制其变质矿物的有效惰性组分有：Al2O3+Fe2O3FeO+MgO+MnOCaO+Na2OK2O+Na2O加上过剩组分SiO2对应的矿物相石英，据哥尔德史密特（矿物）相律相律，可以得出重要结论：一个天然岩石系统的化学反应达到平衡时，其共生矿物相的数目一般不大于5个。在实际工作中，通过岩石薄片观察，查明哪些矿物属于一个矿物共生组合，是建立变质相的重要步骤。岩相学标志（观察）相互接触，边界规则和谐;矿物之间无反应或交代现象（世代关系）；同种矿物其光性特征（常数）相同；2热力学标志（计算）一个天然共生组合的矿物数目一般不大于5。一个共生组合中，某些元素在两个（一对）互相接触矿物之间的分配，服从能斯特分配定律。（二）矿物共生组合的判别标志——Harley,1989（三）矿物共生组合ACF和A’KF图解Al2O3+Fe2O3FeO+MgO+MnOCaO+Na2OK2O+Na2OA=[Al2O3]+[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]+[MnO]+[MgO]A+C+F=100%A’=[Al2O3]+[Fe2O3]-[K2O]K=[K2O]F=[FeO]+[MnO]+[MgO]A’+K+F=100%（三）矿物共生组合ACF和A’KF图解1。共生矿物标注蓝晶石、矽线石、红柱石:Al2SiO5方解石:CaCO3、硅灰石:CaSiO3白云石:CaMg(CO3)2、透辉石:CaMgSi2O6、普通辉石透闪石(Ca2Mg5Si8O22(OH)2、阳起石、普通角闪石钙铝榴石:Ca3Al2Si3O12、钙铁榴石:Ca3Fe2Si3O12铁铝榴石:(Fe,Mg,Mn,Ca)3Al2Si3O121.铁铝榴石+白云母+蓝晶石+斜长石+石英2.钾长石+石英+斜长石+白云母+黑云母2’.白云母+黑云母+钾长石+石英+斜长石3.铁铝榴石+斜长石+石英4.铁铝榴石+普通角闪石+斜长石+石英5.普通角闪石+斜长石+石英。。。。。。2。连结共生矿物3。标注矿物组合三、变质相系和构造环境变质相系：一个前进（递增）变质地区观察到的变质相的系列（Miyashiro,1994)接触变质相系列：AEH→HH→PH→（S）[And-Sil]（~80oC/Km)区域变质相：低P/T型：Z→PP→GS→A→G[And-Sil](~80-40oC/Km)中P/T型：Z/LA→PP→GS→EA→A→G[Ky-Sil](~40-10oC/Km)高P/T型：LA→BS（LW-BS→EP-BS）→E[Gl-Jd-Cos](~10-5oC/Km)四、P-T-t轨迹概念A:35Km地壳在缩短增厚前的定态地热梯度;B:缩短50%增厚1倍(约70Km)后扰动地热梯度1.埋藏期2.等压加热期3.折返加热期4.折返冷却期（F.Spear,1995)四、P-T-t轨迹概念（a）造山带的前进变质带剖面；（b）不同变质带岩石所纪录变质作用条件变化历程:P-T-t轨迹苏格兰高地达拉累丁片岩巴罗型前进变质带各变质带的热峰条件和野外变质梯度B、G、S、K、Si分别为黑云母、铁铝榴石、十字石、蓝晶石和矽线石等变质线在该区的热峰条件，这些热峰条件的连线称野外变质梯度（FMG）；不同的FMG代表不同的变质带序列问题理解矿物共生组合、变质相、变质作用P/T类型、压力类型、变质相系、P-T-t轨迹等概念简述共生分析原理为什么说变质岩当中一个共生组合中的矿物个数一般不大于5？岩石学中的“相”概念？对比岩浆岩相、沉积相、变质相三者之间的异同？总结变质带与变质相，和前进变质带与变质相系的异同？熟记低-高温和区域变质相和接触变质相的指示矿物共生组合说说板块构造与区域变质作用P/T比类型的关系TheEnd