變質(zhì)巖石學(xué)：第一章變質(zhì)作用概述

1、第三篇 變質(zhì)巖石學(xué),變質(zhì)巖-火成巖-沉積巖的聯(lián)系與區(qū)別,形成過程 A-火成巖原巖熔融結(jié)晶 B-沉積巖原巖風(fēng)化搬運(yùn)沉積 C-變質(zhì)巖原巖P、T、C變質(zhì) 特征繼承與改造 特征變質(zhì)礦物的出現(xiàn),變質(zhì)巖石學(xué)的內(nèi)容/方法/目的,內(nèi)容： 巖類學(xué)；巖理學(xué)；成礦巖石學(xué)。 目的： 基本特征；基本理論；基本方法。,變質(zhì)巖研究的意義、任務(wù)和方法,一、變質(zhì)巖研究的意義 變質(zhì)巖是地殼的重要組成部分，是來自地殼深部的使者，給我們帶來了地殼深部的有關(guān)信息。 其研究意義是： 了解深部地殼的組成和早期地殼演化； 恢復(fù)變質(zhì)時期地殼的熱力學(xué)演化歷史； 恢復(fù)原巖建造； 指導(dǎo)找礦。,變質(zhì)巖研究的意義、任務(wù)和方法,二、變質(zhì)巖石學(xué)的任務(wù) 對不

2、同類型的變質(zhì)巖進(jìn)行全面、系統(tǒng)的巖石學(xué)研究 研究變質(zhì)作用的發(fā)生及其演化過程 研究變質(zhì)與變形的關(guān)系 研究變質(zhì)作用的時代 三、變質(zhì)巖的研究方法 地質(zhì)學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)變質(zhì)巖石學(xué)方法、理論綜合方法,第一節(jié) 變質(zhì)作用和變質(zhì)巖,為什么我們現(xiàn)在所見到的巖石不僅僅是巖漿巖和沉積巖這兩大類呢？,第一章 變質(zhì)作用概述 第一節(jié) 變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念 第二節(jié) 變質(zhì)作用的因素 第三節(jié) 變質(zhì)作用的類型 第四節(jié) 變質(zhì)作用機(jī)制,原因：地球動力學(xué)事件使早先存在的巖石所處的地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件發(fā)生變化，偏離其初始形成時的地質(zhì)環(huán)境及物理化學(xué)條件。,在地殼形成和發(fā)展、演化過程中，早先形成的巖石 (包括巖漿巖、沉積巖以及先存的變質(zhì)巖

3、)在地殼一定深 處，為適應(yīng)新的地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件，在基本保持固 態(tài)的條件下發(fā)生的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造甚至化學(xué)成分的變 化稱為變質(zhì)作用(Metamorphism)。,一詞是由法國學(xué)者Boue (1820)年首次提出來的，后來由英國學(xué)者C. Lyell(1833) 在他的名著地質(zhì)學(xué)原理中比較系統(tǒng)地進(jìn)行了論述 。,* 地質(zhì)環(huán)境和物化條件的改變可由地殼的構(gòu)造運(yùn)動、巖漿活動、區(qū)域熱流變化、應(yīng)力變化等引起。 * 特殊條件下可發(fā)生部分熔融產(chǎn)生一定量的流體相。,關(guān)于變質(zhì)作用的概念應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn): (1) 變質(zhì)作用是一種改造作用，這種改造發(fā)生在風(fēng)化帶和膠結(jié)帶以 下，原巖經(jīng)過改造后在固態(tài)下轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新的巖石。,

4、正變質(zhì)巖和副變質(zhì)巖,關(guān)于變質(zhì)作用的概念應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn): (2) 變質(zhì)過程中巖石基本上保持固態(tài)，并且強(qiáng)調(diào)溫度的遞增過程， 這一點(diǎn)與巖漿作用不同。后者強(qiáng)調(diào)的是礦物從硅酸鹽熔融體中 結(jié)晶，所涉及的是晶體液態(tài)的平衡，并強(qiáng)調(diào)溫度的下降過 程。當(dāng)變質(zhì)作用溫度較高時，巖石可發(fā)生部分熔融，出現(xiàn)一定 數(shù)量的熔體，這些熔體與固態(tài)殘余物之間可發(fā)生混合巖化作 用。,低溫高壓帶,高溫高壓帶,高溫低壓帶,大陸殼,洋殼,巖石圈,(據(jù)Tarbuck and Lutgens, 1997),變質(zhì)作用的溫度、壓力范圍,現(xiàn)代巖石學(xué)通常把變質(zhì)作用限定為一種內(nèi)生地質(zhì)作用，是地殼演化過程中原先形成的巖漿巖和沉積巖在地殼 一定深處所發(fā)生的一

5、種固態(tài)轉(zhuǎn)變。 發(fā)生于地殼一定深處和固態(tài)轉(zhuǎn)變是變質(zhì)作用的兩個基本點(diǎn)，也是區(qū)別于其他礦物轉(zhuǎn)變作用的關(guān)鍵所在。,* 地殼一定深處的含義：是指變質(zhì)作用發(fā)生于一定的溫度 和壓力范圍，通常是T=200800，P=0.021.5GPa。此 溫度范圍大致位于成巖后生作用和巖漿作用之間，壓力范 圍表明它要求處于地殼一定深處，即風(fēng)化帶之下。 * *變質(zhì)作用不包括各種表生作用。,第二節(jié) 變質(zhì)作用的因素,第一章 變質(zhì)作用概述 第一節(jié) 變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念 第二節(jié) 變質(zhì)作用的因素 第三節(jié) 變質(zhì)作用的類型 第四節(jié) 變質(zhì)作用機(jī)制,控制變質(zhì)作用的根本因素是地質(zhì)因素，如：大地構(gòu)造位置(島弧、海溝、洋中脊等)、構(gòu)造過程(沉

6、降、隆升等)、巖漿作用等。,從物理化學(xué)角度看 （物理化學(xué)因素）,1. 溫度（T） 、壓力（P）,2. 流體成分（x）,3. 時間（t）,1. 溫度(T )、壓力(P),(1) 溫度范圍： 200 - 800， 超高壓可達(dá)1000 。 (2) 變化原因：巖漿；深部熱流；地殼放射熱；機(jī)械摩擦；地?zé)嵩鰷?正常情況 25-30 / km)。 (3) 主要作用：可導(dǎo)致重結(jié)晶、變質(zhì)反應(yīng)、重熔；增加流體 活性； 改變巖石變形性質(zhì)等。 它是變質(zhì)作用的主導(dǎo)因素。,1. 溫度 溫度升高增加了巖石礦物分子運(yùn)動能力和化學(xué)活動性，使那些沒有結(jié)晶的礦物結(jié)晶，已結(jié)晶的礦物晶體由小變大，產(chǎn)生粗粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)。,由于溫度的升高，加

7、速了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程，產(chǎn)生新的礦物組合。,溫度升高，變質(zhì)反應(yīng)伴隨著脫水而形成變質(zhì)熱液。這些熱液積極參加反應(yīng)，從而加速變質(zhì)反應(yīng)的速度，使其呈指數(shù)倍增加。,熱液可將原巖中某些組分遷移到較遠(yuǎn)距離或使其相對富集。 在某些情況下，問題的進(jìn)一步升高可使原巖在變質(zhì)結(jié)晶的基礎(chǔ)上進(jìn)一步選擇性重溶，引起混合巖化現(xiàn)象。,溫度升高，變質(zhì)反應(yīng)伴隨著脫水而形成變質(zhì)熱液。這些熱液積極參加反應(yīng)，從而加速變質(zhì)反應(yīng)的速度，使其呈指數(shù)倍增加。,熱液可將原巖中某些組分遷移到較遠(yuǎn)距離或使其相對富集。 在某些情況下，問題的進(jìn)一步升高可使原巖在變質(zhì)結(jié)晶的基礎(chǔ)上進(jìn)一步選擇性重溶，引起混合巖化現(xiàn)象。,在變質(zhì)作用中，引起溫度升高的熱能來源是多方面

8、的，主要有以下幾種：,(1) 巖漿侵入體所帶來的巖漿熱，使圍巖發(fā)生接觸變質(zhì)作用。,(2) 地?zé)嵩鰷?，隨深度增加而增高。不同地區(qū)的地?zé)嵩鰷芈视?差異，通常地?zé)嵩鰷芈蕿?050m/。 上部地殼放射性元素蛻變引起的放射熱。 深部物質(zhì)重力分異而產(chǎn)生的熱，其熱流值為500700 。 構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦熱。 地殼中物質(zhì)相轉(zhuǎn)變而釋放出來的熱能。,2壓力,除了溫度條件外，巖石發(fā)生變質(zhì)還需要在一定的壓力條件下進(jìn)行。 根據(jù)作用的方式和性質(zhì)分為： (1) 靜壓力 (2) 定向壓力 (3) 粒間流利壓力,(1) 靜壓力 負(fù)荷壓力，指各個方面相等的圍壓，主要是由上覆巖石重量引起的，其大小隨深度的增加而增大。單位帕(Pa

9、)；在 40km 范圍 內(nèi)與深度關(guān)系為0.0275GPa / km(P=gh。 范圍：動力變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用多在5 km 范圍內(nèi)， 壓力低于0.1GPa； 區(qū)域變質(zhì)作用 深度大于5 km，壓力高于0.1GPa， 按壓力大小分為不同的壓力型(低壓、中壓、高壓、超高壓),作 用: 1）控制變質(zhì)反應(yīng)方向，影響變質(zhì)反應(yīng)溫度 2）有利于形成分子體積小、密度大的礦物 3）改變巖石的熔點(diǎn),(1) 靜壓力,如橄欖石和鈣長石在一定的壓力下就會形成石榴子石，如下式：,(2) 定向壓力 是由構(gòu)造運(yùn)動或巖漿作用產(chǎn)生的一種側(cè)向壓力，也稱為動壓力。,巖石在定向壓力作用下，將發(fā)生變形和破碎，使巖石產(chǎn)生節(jié)理、破裂面等。

10、組成巖石的礦物在定向壓力作用下，也會發(fā)生變形、破裂、轉(zhuǎn)動以及引起光學(xué)性質(zhì)的改變(云母的扭折，石英的壓碎、由一軸晶變?yōu)槎S晶等。)，從而可導(dǎo)致巖石在結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化。,(3) 粒間流體壓力 是指存在于巖石顆粒之間、巖石的顯微裂隙及毛細(xì)孔中的流體性質(zhì)，主要為水、二氧化碳、氧等。 流體壓力的總和為各組分分壓之和 Pf=PH2O+PCO2+PO2+.,變質(zhì)巖中含H2O礦物、碳酸鹽礦物及這些礦物包裹 體的存在，特別是流體包裹體的存在，是變質(zhì)作用過程 中存在流體相的直接證據(jù)。 早先，人們認(rèn)為下地殼和上地幔是缺乏流體的。然 而，近30年來變質(zhì)巖和上地幔巖的流體包裹體研究證 明，即使在麻粒巖和地幔巖中流體也是廣

11、泛存在的。 對整個巖石圈而言，H2O、CO2是流體的最主要成 分，可近似看成流體相由H2O和CO2組成。,流體成分,由圖17-11，不同成分流體在溫度大于300400可以彼此完全混溶。因此，在通常變質(zhì)作用P-T條件下，流體相為均一的一相。不同成分（H2O，CO2）彼此起稀釋作用。以摩爾分?jǐn)?shù)表示其濃度，則 這個表達(dá)式可近似表達(dá)巖石圈中流體組成,圖17-11 0.05GPa（1）和0.1Gpa（2）下隨著溫度降低流體不混溶圖解 （引自Marakushev，1991）,在較高溫壓條件下, 具有較大的活性。主要作用如下： 溶劑和媒介（載體）作用。 控制變質(zhì)反應(yīng)方向。例如 Cc + Q Wo + CO2

12、 降低巖石熔點(diǎn)。 長英質(zhì)巖: 無水950, 含水640 變質(zhì)反應(yīng)的催化劑。例如鐵橄欖石的合成實(shí)驗(yàn)： 2 MgO + SiO2 Mg2SiO4 在干體系 10000C條件下, 須時近四天, 只有26%轉(zhuǎn)化； 在濕體系 4600C條件下, 只須時間幾分鐘, 就全部轉(zhuǎn)化。,流體成分,變質(zhì)作用過程中流體主要來源： 原巖中的流體 主要是沉積巖中的孔隙流體，在埋藏變質(zhì)中起重要作用 海水 在洋底變質(zhì)和俯沖帶變質(zhì)中起重要作用 變質(zhì)流體 源于變質(zhì)過程中脫流體反應(yīng)，廣泛出現(xiàn)在各類變質(zhì)環(huán)境 巖漿流體 在接觸變質(zhì)和交代變質(zhì)中起重要作用； 深源流體 主要來自地幔放氣作用，是高級變質(zhì)的流體相主要來源,1.溫度: 一般是最

13、重要因素，它不僅控制著變質(zhì)作用的發(fā)生和發(fā)展，也制約著流體的活性和巖石變形性質(zhì)； 2.壓力: 影響物化平衡的獨(dú)立因素，有時對礦物組合起決定作用； 3.應(yīng)力: 不是物化平衡的獨(dú)立因素，但它是變質(zhì)巖組構(gòu)的最重要因素，此外還控制著變質(zhì)反應(yīng)的速度和規(guī)模； 4.流體: 是變質(zhì)作用得以實(shí)現(xiàn)的基本因素，但溫度又是流體具有活動性的前提。,相互關(guān)系-相互促進(jìn)又相互制約,3時間（t）,變質(zhì)作用時間因素通常從兩個角度理解： 變質(zhì)作用發(fā)生的地質(zhì)時代，即不同時代變質(zhì)作用的特點(diǎn)不同， 這是由地球發(fā)展的方向性和不可逆性決定的 一次變質(zhì)作用自始至終所經(jīng)歷的時間，不同時間變質(zhì)作用的特點(diǎn)不同，關(guān)于這一點(diǎn)下面進(jìn)一步闡述。,因?yàn)樵诤笊?/p>

14、成巖過程中也會產(chǎn)生一些在變質(zhì)作用中形成的礦物。因此，在區(qū)別成巖作用與變質(zhì)作用時，典型礦物共生組合更為重要。如綠泥石是成巖作用和變質(zhì)作用中都能出現(xiàn)的礦物，但綠泥石與葡萄石、黝簾石或斜黝簾石的共生則是變質(zhì)作用的范疇。,成巖后生作用與變質(zhì)作用之間沒有截然的界限,變質(zhì)作用的發(fā)生過程主要是一個升溫過程，先存巖石伴隨溫度升高發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生新的礦物組合，或者發(fā)生重結(jié)晶改變原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)造；而巖漿作用主要是降溫過程，是高溫巖漿在溫度下降條件下不斷晶出礦物的過程。,變質(zhì)作用與巖漿作用的區(qū)別：,變質(zhì)作用主要是在固態(tài)條件下的礦物轉(zhuǎn)變，而巖漿作用則是在液態(tài)條件下的礦物晶出。 這一點(diǎn)明顯地表現(xiàn)在巖石結(jié)構(gòu)上，變質(zhì)巖是固態(tài)

15、下礦物成核、生長的產(chǎn)物，多呈變晶結(jié)構(gòu)，晶粒的自形程度取決于礦物的結(jié)晶勢或成面能，而與礦物的結(jié)晶順序無關(guān)；巖漿巖中晶出的礦物，其自形程度與礦物自熔體中結(jié)晶出的順序關(guān)系密切。,當(dāng)溫度升高、變質(zhì)巖中存在一定量流體的情況下，巖石可能發(fā)生“部分重熔”，出現(xiàn)數(shù)量不等的熔體，這就是所謂的“混合巖化”?；旌蠋r化可以看作是變質(zhì)作用與巖漿作用之間的過渡環(huán)節(jié)。,變質(zhì)作用與巖漿活動之間也沒有一條截然的界線,第三節(jié) 變質(zhì)作用的類型,第一章 變質(zhì)作用概述 第一節(jié) 變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念 第二節(jié) 變質(zhì)作用的因素 第三節(jié) 變質(zhì)作用的類型 第四節(jié) 變質(zhì)作用機(jī)制,根據(jù)變質(zhì)作用的地質(zhì)成因和變質(zhì)作用因素將變質(zhì)作用分以下的5種類型

16、：,1. 熱接觸變質(zhì)作用 2. 動力變質(zhì)作用 3. 氣液變質(zhì)作用 4. 區(qū)域變質(zhì)作用 5. 混合巖化作用,(1) 接觸變質(zhì)作用,發(fā)生在侵入巖體與圍巖的接觸帶上的變質(zhì)作用。,根據(jù)引起接觸變質(zhì)接觸主要因素和方式，接觸變質(zhì)作用可進(jìn)一步分為兩種情況。 熱接觸變質(zhì)作用 指圍巖受巖漿高溫的影響而發(fā)生的變質(zhì)作用。溫度是主要因素，壓力次之，變質(zhì)作用的方式主要是重結(jié)晶和變質(zhì)反應(yīng)。典型的接觸熱變質(zhì)巖稱為角巖。 接觸交代變質(zhì)作用 如果變質(zhì)因素除溫度壓力之外，還有大量來自巖漿的揮發(fā)組分參與，就會使接觸帶附近的侵入巖和圍巖發(fā)生明顯的交代作用，從而形成變質(zhì)巖。,(2) 動力變質(zhì)作用,指巖石受定向壓力的作用而產(chǎn)生破碎、變形

17、、重結(jié)晶的變質(zhì)作用。其特點(diǎn)是低溫、高應(yīng)變速率、重結(jié)晶不強(qiáng)烈，往往與斷裂帶有關(guān)。,根據(jù)變質(zhì)環(huán)境和方式不同，可分為碎裂變質(zhì)和韌性變形兩種類型。 碎裂變質(zhì) 在地殼的淺部，巖石呈脆性，當(dāng)應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度極限時，巖石便會被壓碎或磨碎，產(chǎn)生碎裂變質(zhì)，有代表性的巖石是構(gòu)造角礫巖。 韌性變形 在地殼中、深部，溫度和壓力較高，巖石具塑性，在斷裂帶中的巖石一般不發(fā)生明顯的破裂，而是以強(qiáng)烈韌性剪切變形或塑性流動為主，有代表性的巖石是糜棱巖。其特征是細(xì)?；?，并具有明顯的定向構(gòu)造。,(3) 氣液變質(zhì)作用,有化學(xué)活動性的氣態(tài)或液態(tài)溶液，對巖石進(jìn)行交代而使巖石發(fā)生變質(zhì)的一種作用。 常發(fā)生于一些熱液礦床或礦脈周圍以及侵入體與

18、圍巖的接觸帶上，前者稱圍巖蝕變，后者稱接觸交代變質(zhì)作用。除流體外，溫度、組分的化學(xué)勢是主要的控制因素，交代作用和變質(zhì)反應(yīng)是其主要的變質(zhì)方式。,(4) 區(qū)域變質(zhì)作用,指在大范圍內(nèi)，由于溫度、壓力和化學(xué)活動性流體等因素的綜合作用下而產(chǎn)生的變質(zhì)作用。 淺變帶：溫度和靜壓力不大，以定向壓力為主，板理發(fā)育，主要形成板巖、千枚巖。 中變帶：壓力較大，溫度也較高，常形成各種結(jié)晶片巖。 深變帶：靜壓力較大，溫度高，重結(jié)晶顯著，形成各種片麻巖和混合巖。,(5) 混合巖化作用,在區(qū)域變質(zhì)作用基礎(chǔ)上地殼內(nèi)部熱流繼續(xù)升高，便產(chǎn)生深部熱液或局部重熔熔漿的滲透、交代、貫入于變質(zhì)巖中，形成混合巖。 從變質(zhì)巖經(jīng)深熔而形成混合

19、巖的過程稱為混合巖化。亦稱超變質(zhì)作用。,下圖表明了上述變質(zhì)作用的溫壓及相互關(guān)系,圖 變質(zhì)作用的主要類型及其溫度、壓力范圍示意圖,(6) 其他類型的變質(zhì)作用,在地殼演化過程中，變質(zhì)作用常常具有多期次特點(diǎn)，稱之為復(fù)變質(zhì)作用。 復(fù)變質(zhì)作用：又稱疊加變質(zhì)作用，指巖石經(jīng)受不同期次變質(zhì)作用的疊加。 進(jìn)一步可分為兩種： 退變質(zhì)作用：原來比較高溫的變質(zhì)礦物共生組合被較低溫的礦物組后所取代的復(fù)變質(zhì)作用。 進(jìn)變質(zhì)作用：與退變質(zhì)作用相反。,(6) 其他類型的變質(zhì)作用,此外，還有一些特殊的或局限的變質(zhì)作用，如： 洋底變質(zhì)作用：在大洋中脊形成的富鈉質(zhì)和水的中-低級變質(zhì)礦物組合的變質(zhì)作用。 沖擊變質(zhì)作用：隕石墜落于地表形

20、成的瞬時高溫壓礦物組合的變質(zhì)作用。 高熱變質(zhì)作用：也稱為烘焙變質(zhì)作用，為巖流底部使地表巖石產(chǎn)生高溫接觸變質(zhì)的變質(zhì)作用。 極低級變質(zhì)作用：介于后生成巖作用與低級變質(zhì)作用之間。,洋底變質(zhì)作用,洋殼巖石在大洋中脊附近上升熱流和海水作用下產(chǎn)生的規(guī)模巨大的變質(zhì)作用。溫度和流體（海水）中活動組分化學(xué)位（或濃度）是主要的變質(zhì)因素。P/T比很低。變質(zhì)作用機(jī)制是重結(jié)晶作用并伴隨有交代作用，巖石面、線理不發(fā)育。是區(qū)域規(guī)模的異化學(xué)變質(zhì)作用。 典型的洋底變質(zhì)巖為綠巖，是一種主要由Ab、Ep和Act、Chl組成的綠色塊狀區(qū)域變質(zhì)巖。,是分布在隕石坑附近，在隕石沖擊地表的強(qiáng)大沖擊波作用下產(chǎn)生的變質(zhì)作用 瞬時的高壓、高溫條

21、件是其控制因素。 變形和伴隨的部分熔融是其主要的變質(zhì)機(jī)制。,沖擊變質(zhì)作用,也稱為烘焙變質(zhì)作用，為巖流底部使地表巖石產(chǎn)生高溫接觸變質(zhì)的變質(zhì)作用。,高熱變質(zhì)作用,介于后生成巖作用與低級變質(zhì)作用之間。,極低級變質(zhì)作用,第四節(jié) 變質(zhì)作用的機(jī)制(方式),第一章 變質(zhì)作用概述 第一節(jié) 變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念 第二節(jié) 變質(zhì)作用的因素 第三節(jié) 變質(zhì)作用的類型 第四節(jié) 變質(zhì)作用的機(jī)制,變質(zhì)作用是巖石在基本保持固態(tài)狀態(tài)下發(fā)生轉(zhuǎn)變的 過程，那么巖石是如何在這種狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)礦物成分、結(jié)構(gòu) 構(gòu)造甚至化學(xué)成分變化的呢？ 與巖漿作用和沉積作用相比，變質(zhì)作用機(jī)制更為復(fù) 雜，主要包括變質(zhì)結(jié)晶、變形和變質(zhì)分異3類。,變質(zhì)作用是

22、一個基本保持固體狀態(tài)下的轉(zhuǎn)變過程。 1. 變質(zhì)結(jié)晶 (Meta. crystallization) 2. 變形 (Deformation) 3. 變質(zhì)分異 (Meta. differentiation) 此外，在高級變質(zhì)中還可出現(xiàn)部分熔融主要屬于巖 漿作用范疇； 在很低級變質(zhì)(埋藏變質(zhì))中甚至可出現(xiàn)壓實(shí)作用主 要屬于沉積作用范疇。,一、變質(zhì)作用的機(jī)制,變質(zhì)結(jié)晶作用：巖石在變質(zhì)條件下的結(jié)晶作用。 主要機(jī)制包括1.1重結(jié)晶作用和1.2交代作用,一、變質(zhì)作用的機(jī)制,固態(tài)下成核多為在有成核劑存在下的非均勻成核。成核劑可以是一個先成的固體顆粒界面或某一變形構(gòu)造等。 固態(tài)下晶體生長受表面能驅(qū)使，通過粒度增

23、大和均勻化、顆粒界面平直化(多邊形化)而不斷降低表面能，以達(dá)到表面能最低的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)。,與巖漿結(jié)晶類似，變質(zhì)結(jié)晶作用也包括成核和生長。,1.1 重結(jié)晶作用 recrystallization,巖石在基本保持固體狀態(tài)下的礦物重新組合和通過 化學(xué)反應(yīng)形成新礦物的過程。重結(jié)晶前后，巖石總化學(xué) 成分不變(除H2O、CO2外，封閉系統(tǒng))。,變質(zhì)結(jié)晶主要有重結(jié)晶和交代兩種機(jī)制,圖17-1 變燧石巖粒徑對距輝長巖接觸帶距離圖解,單礦物Si/Ca質(zhì)巖 的重結(jié)晶 礦物的重組合，無變質(zhì)反應(yīng)、無礦物成分變化，僅結(jié)構(gòu)變化 當(dāng)達(dá)到最低顆粒界面能的情況下，相鄰晶面之間的面間角約為120,c. 反應(yīng)完全，粒度進(jìn)一步增大，

24、形成新的高溫條件下穩(wěn)定的礦物組合Cc+Wo和平衡結(jié)構(gòu),a.低溫下Cc+Q平衡結(jié)構(gòu),b. 溫度超越 Cc+Q=Wo+ CO2 反應(yīng)溫度時，粒度增大的同時Q與Cc反應(yīng)，形成Wo反應(yīng)邊。在Wo集合體內(nèi)有少量Q殘留，不平衡結(jié)構(gòu),a,b,c,多礦物巖的重結(jié)晶 發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致礦物成分和結(jié)構(gòu)變化,滲透：裂隙溶液中組分遷移驅(qū)動力為壓力差,固體巖石在化學(xué)活動性流體作用下通過組分帶入帶出而使巖石總化學(xué)成分和礦物成分發(fā)生變化的過程。巖石在交代過程中保持體積不變(開放系統(tǒng))。,擴(kuò)散：粒間孔隙溶液中組分遷移驅(qū)動力為濃度差,1.2 交代作用 replacement,可以在系統(tǒng)中帶入帶出的組分稱為活動組分。 流體相是完

25、全活動組分。 通常的變質(zhì)作用也會造成巖石的H2O、CO2和Fe的價態(tài)變化，巖石系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)，從化學(xué)角度稱為等化學(xué)變質(zhì)作用 。 伴隨交代作用，系統(tǒng)除H2O、CO2 、O2等揮發(fā)分之外， K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Si4+等金屬陽離子也成為活動組分可帶入帶出時，巖石系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，其它組分也發(fā)生變化的變質(zhì)作用稱為 異化學(xué)變質(zhì)作用 。,對 比,2 變形,不同環(huán)境條件 不同變形行為,a. 近地表低溫低壓和較高應(yīng)變速率條件下，巖石顯示脆性行為，永久變形機(jī)制為脆性變形，表現(xiàn)為巖石沿裂縫破裂，產(chǎn)生碎裂和斷裂,b. 地下高溫高壓特別是當(dāng)應(yīng)變速率低時，巖石顯示塑性行為，巖石永久變形主要由于塑性流動產(chǎn)生，導(dǎo)致礦物畸變和褶皺而沒有破裂,偏應(yīng)力施加于巖石，當(dāng)應(yīng)變增加至超越彈性極限，巖石就會產(chǎn)生永久變形,在過渡區(qū)，巖石變形行為既有脆性特征，又有塑性特征 ，永久變形由于碎裂流動而產(chǎn)生。變形巖石宏觀上顯塑性變形特征，微觀上顯脆性變形特征。,單個晶體的扭折,直線滑移,雙晶滑移,顆粒邊界的滑移,擴(kuò)散流動diffusive flow,晶內(nèi)塑性變形,晶界塑性變形,地下較高溫壓條件下塑性流動導(dǎo)致的永久變形(塑性變形)機(jī)制,不改變晶格方位,改變晶格方位產(chǎn)