變質(zhì)巖的基本特征

關(guān)于變質(zhì)巖的基本特征第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、變質(zhì)巖化學(xué)成分特點(diǎn)

和化學(xué)類型劃分

變質(zhì)巖是先存巖石（火成巖、沉積巖）經(jīng)固態(tài)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，因此，其化學(xué)成分一方面與原巖成分關(guān)，另一方面與變質(zhì)機(jī)制有關(guān)。等化學(xué)變質(zhì)過程（封閉：重結(jié)晶和變質(zhì)重結(jié)晶及變質(zhì)分異），原巖主要造巖成分基本不變；異化學(xué)變質(zhì)過程（開放：變質(zhì)交代，以及碎裂與變形）：原巖主要造巖成分不同程度改變。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日1、化學(xué)成分特點(diǎn)（1）仍然以13個(gè)氧化物為主：SiO2,TiO2,Al2O3,Fe2O3,FeO,MnO,MgO,CaO,Na2O,K2O,P2O5,CO2,H2O+；另有微量元素（包括REE），同位素……。（2）與巖漿巖和沉積巖相比某種化學(xué)成分變化范圍大，相當(dāng)于巖漿巖和沉積巖相比極端值，如石英巖中的SiO2含量可達(dá)100wt%；可出現(xiàn)正常巖漿巖或沉積巖并不存在的化學(xué)成分：如藍(lán)晶石鋁直閃石片巖以高Al和高M(jìn)g為特征，在巖漿巖和沉積巖都無對應(yīng)化學(xué)成分的巖石類型。原因：兩步過程：第一、基性火山巖海底風(fēng)化交代，第二、變質(zhì)重結(jié)晶。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2、化學(xué)成分分類為更好地描述變質(zhì)巖的巖石化學(xué)特點(diǎn)，將變質(zhì)巖的化學(xué)成分做適當(dāng)劃分：A——孤立組分：低含量，如TiO2、P2O5，但一般形成獨(dú)立礦物，在巖石中以副礦物形式存在；B——過剩組分：取之不盡，用之不完，如CO2和H2O+，將作為一些主要礦物晶格的一部分；又如SiO2，在多數(shù)變質(zhì)巖中以石英礦物相存在，在絕大多數(shù)情況下可視屬過剩組分；C——有效組分：

Al2O3,Fe2O3,FeO,MnO,MgO,CaO,Na2O,K2O，變質(zhì)巖主要造巖礦物的主體成分，據(jù)類質(zhì)同像替換性質(zhì)，可進(jìn)一步歸并為

A=Al2O3+Fe2O3、C=CaO、A’=A-K2OK=K2O+Na2O、F=FeO+MnO+MgO,

并常選擇其中的三種組分構(gòu)成平面三角圖圖解，如ACF圖解和A’KF圖解來表達(dá)巖石的化學(xué)成分特征和礦物組合以及兩者之間的關(guān)系。第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日3.變質(zhì)巖化學(xué)類型Turner（1955）提出一個(gè)簡明的等化學(xué)分類，將常見的變質(zhì)巖歸納為５個(gè)化學(xué)類型，各個(gè)類型的可能的原巖如下：（1）泥質(zhì)變質(zhì)巖（pelitic）：源自沉積巖中的泥頁巖(含粘土巖)；（2）長英質(zhì)變質(zhì)巖（quartz-feldspathic/felsic）：源自沉積巖：石英砂巖、長石砂巖、雜砂巖等；巖漿巖：中酸性的凝灰?guī)r、火山熔巖和侵入巖；（3）鈣質(zhì)變質(zhì)巖（calcareous）：源自沉積巖：灰?guī)r和白云巖（可含石英、粘土礦物等雜質(zhì)）等鈣質(zhì)沉積物；（4）基性變質(zhì)巖（basic）：源自基性巖漿巖，極少量為富含F(xiàn)e、Mg的泥灰?guī)r；（5）鎂質(zhì)變質(zhì)巖（magnesian）：源自超鎂鐵質(zhì)巖漿巖和綠泥石質(zhì)及其它富含Mg、Fe的沉積物。其它在自然界中分布和含量較少，但一般卻具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如Fe質(zhì)、Mn質(zhì)、P質(zhì)、Al質(zhì)、C質(zhì)變質(zhì)巖等。第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日泥質(zhì)變質(zhì)巖：Al+K+Si，不等量的Fe+Mg等雜質(zhì)，分Al過剩（1區(qū)）和Al不足（2區(qū)）兩個(gè)亞類長英質(zhì)變質(zhì)巖：Si+K+Al±Na（2區(qū)）鈣質(zhì)變質(zhì)巖：Ca+Mg±Al±K（3區(qū)+部分4區(qū)紅線下方）基性變質(zhì)巖：Fe+Mg+Al±Ca（4區(qū)）鎂質(zhì)變質(zhì)巖：Mg+Fe，貧Si、Al、Ca……（5區(qū)）4.五大化學(xué)類型變質(zhì)巖的化學(xué)成分特征第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日Al過剩：巖石在中低溫變質(zhì)條件下即可出現(xiàn)紅柱石、藍(lán)晶石、矽線石和鐵鋁-鎂鋁榴石、十字石、堇青石、硬綠泥石等富鋁的礦物，共生礦物可有云母和石英而不出現(xiàn)鉀長石，在A’KF圖上分布于1區(qū)；原巖為含或不含鎂鐵雜質(zhì)的高嶺石、蒙脫石粘土巖；Al不足：中低溫變質(zhì)條件下無上述富鋁礦物，僅以大量云母（可達(dá)60%或更高），其余為石英和鉀長石，位于2區(qū)近MS-Bi連線附近區(qū)域；原巖為水云母（伊利石）粘土巖；長英質(zhì)變質(zhì)巖的化學(xué)成分也位于2區(qū)，其礦物組成上相似于Al不足泥質(zhì)變質(zhì)巖亞類，但以長石石英為主（>70-80%)，云母為次，巖石成分區(qū)位于K端元附近；原巖為長英質(zhì)沉積碎屑巖和中酸性巖漿巖。第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、礦物成分特點(diǎn)及影響因素

1.特點(diǎn)和成因類型1）復(fù)雜多樣

原因：化學(xué)成分和變質(zhì)條件范圍寬；變質(zhì)作用機(jī)制（等化學(xué)/異化學(xué)）復(fù)雜；應(yīng)力和溶液參與，等。2）變質(zhì)礦物的成因類型除了用主要、次要、副礦物和鎂鐵質(zhì)、長英質(zhì)等巖漿巖中常用的術(shù)語稱謂以外，從成因角度將變質(zhì)礦物劃分為以下成因類型：

（1）貫通礦物——可以在相當(dāng)寬的溫壓范圍內(nèi)存在；（2）特征變質(zhì)礦物——可靈敏指示溫壓條件范圍或原巖成分類型，對于前者，有時(shí)可直接用高壓、超高壓、高溫變質(zhì)礦物稱謂；第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日

（3）峰期礦物——變質(zhì)頂峰變質(zhì)反應(yīng)徹底進(jìn)行所形成的礦物；（4）殘余礦物——?dú)堄嗟V物指反應(yīng)進(jìn)行不徹底而殘留的變質(zhì)礦物，可以是進(jìn)變質(zhì)階段、或退變質(zhì)階段的產(chǎn)物；

（5）變余礦物——指未被完全改造而部分保存下來的原巖礦物；（6）退變礦物——峰期后隨溫度條件降低而產(chǎn)生的礦物，通常是取代峰期礦物而成的礦物；

（7）礦物世代——按形成先后劃分，可屬于不同變質(zhì)期或不同變質(zhì)階段變質(zhì)產(chǎn)物或礦物組合。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.影響因素（原巖化學(xué)成分與變質(zhì)條件）1）全巖化學(xué)成分因素（假設(shè)等化學(xué)）第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日2）變質(zhì)條件因素（溫度條件）

（1）基性變質(zhì)巖礦物成分變化與變質(zhì)級（溫度）關(guān)系第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日（2）泥質(zhì)變質(zhì)巖在不同變質(zhì)級（溫度）中的礦物成分第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日（3）常見造巖礦物光性與成分vs變質(zhì)溫度關(guān)系白云母：綠磷石分子（與Fe-Mg有關(guān)的端員組分）隨溫度升高而降低；黑云母：Fe/Mg比和Ti含量隨溫度升高而升高，其Ng顏色變化：低級（棕綠）中級（棕）高級（褐、褐紅）；角閃石：

Fe/Mg比和Ti含量隨溫度升高而升高，其Ng顏色變化：低級（淡綠）中低級（藍(lán)綠）中級（黃綠）高級（棕綠、綠棕）；紫蘇輝石：Al含量隨溫度升高而增高，Np從淡粉紅玫瑰紅斜長石：Ca/Na比值隨溫度升高而增高第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2）壓力條件對以下常見變質(zhì)礦物成分的影響（自我總結(jié)）

白云母：角閃石：單斜輝石：斜長石：石榴子石：Als（Al2SiO5）：石英：第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日三、變質(zhì)巖成分對原巖恢復(fù)的啟示

基本途徑（四個(gè)）（1）地質(zhì)產(chǎn)狀和巖石組合；（2）巖相學(xué)（特殊成分礦物和變余礦物，變余結(jié)構(gòu)、變余構(gòu)造）；（3）地球化學(xué)（主-微量元素、同位素等）；（4）副礦物組合特征和某些礦物如鋯石的晶內(nèi)和晶外特征。第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日（3）地球化學(xué)

①圖解法；

②函數(shù)判別第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日變質(zhì)石英砂巖中的碎屑鋯石弱變質(zhì)改造的變質(zhì)花崗巖中的巖漿成因鋯石（4）副礦物第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日本章小結(jié)1.變質(zhì)巖的全巖化學(xué)成分組成上仍然為13項(xiàng)，包含了巖漿巖和沉積巖化學(xué)成分的極端值；變質(zhì)巖的化學(xué)成分特征同時(shí)受原巖化學(xué)成分和變質(zhì)過程性質(zhì)控制；2.據(jù)分布最廣的變質(zhì)巖化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)，可將其化學(xué)成分類型劃分為泥質(zhì)、長英質(zhì)、鈣質(zhì)、基性和鎂質(zhì)變質(zhì)巖等五個(gè)大類。泥質(zhì)、鈣質(zhì)變質(zhì)巖的原巖通常為沉積巖，長英質(zhì)、基性和鎂質(zhì)變質(zhì)巖的原巖包括沉積巖和巖漿巖，是原巖恢復(fù)的重要對象。第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日本章小結(jié)3.變質(zhì)礦物種屬和成分變化受原巖化學(xué)成分和變質(zhì)溫-壓條件控制。對于等化學(xué)系列巖石，礦物組合的變化和常見造巖礦物如輝石、角閃石、云母、斜長石等和變質(zhì)礦物如石榴子石的成分變異，都是響應(yīng)變質(zhì)條件變化的記錄。4.巖石化學(xué)成分特征是變質(zhì)巖原巖恢復(fù)的主要依據(jù)之一，變質(zhì)礦物的種類和含量可以定性給出變質(zhì)巖原巖類型的初步判斷。第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日思考題

掌握ACF和A’KF圖解各個(gè)端元所代表的化學(xué)組分，讀懂五大化學(xué)類型變質(zhì)巖在圖中的分布區(qū)域及其所指示的化學(xué)成分特點(diǎn)、和可能出現(xiàn)的變質(zhì)礦物；已知巖石的礦物組合，指出它們的化學(xué)類型

①Di＋Tr＋Qtz＋Cc＋Dol；②And＋Crd＋Ms＋Bi＋Qtz；③Pl＋Hb（普通角閃石）＋Di＋Bi＋Qtz；Ms＋Bi＋Mi＋Pl＋Qtz；給定一個(gè)區(qū)域變質(zhì)的長英質(zhì)變質(zhì)巖石，你認(rèn)為如何從產(chǎn)狀和巖石組合、礦物成分特征和副礦物鋯石特征初步恢復(fù)其可能原巖性質(zhì)？第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日區(qū)分：變斑晶、變余斑晶、碎斑；比較下列巖石：（1）綠巖、綠片巖、鈉長-綠簾角巖、青磐巖；（2）鈣硅酸鹽角巖、鈣硅酸鹽粒巖、夕卡巖、榴輝巖；（3）白云母石英巖、白云母-石英片巖、云英巖、白