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第二十二章中P/T高溫和高P/T區(qū)域變質(zhì)巖一、中P/T高溫區(qū)域變質(zhì)巖(一)麻粒巖相(二)混合巖二、高P/T區(qū)域變質(zhì)巖變質(zhì)條件:T>700
℃,P
>0.3GPa(紅框區(qū))標(biāo)志性礦物組合:基性變質(zhì)巖礦物組合中出現(xiàn)Ca-Cpx+Opx(二) 麻粒巖相GHb分解反應(yīng)在相當(dāng)大的T區(qū)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行,在反應(yīng)帶含水礦物Hb仍然穩(wěn)定,因而在G相低溫部分,基性變質(zhì)巖具有向A
相過渡的礦物組合如Pl+Hb+Hy
±Di±Gt+Q變質(zhì)巖具有無水礦物組合如
Pl+Di+Hy+Gt+Q溫度進(jìn)一步升高,Hb將完全消失,Hb+Alm因而在麻粒巖相高溫部分,基性+
QHb+Alm+Q+
Opx+Pl+Cpx+VOpx
+Pl+Cpx+VMs+QAls+Or+Q+VSil-Or帶Crd-Gt-Or帶Bi+AlsCrd+Gt+Or+VAG1G2普通角閃石反應(yīng)為紫蘇輝石的反應(yīng)結(jié)構(gòu)證據(jù)(據(jù)Bucher
&Frost,
2006
)泥質(zhì)變質(zhì)巖中A相與G相相界反應(yīng)
為Ms分解反應(yīng),Or與富鋁礦物Sil、Gt等共生,出現(xiàn)Sil-Or帶,源自鋁
過?;蜾X不足原巖的礦物組合相同;T進(jìn)一步升高,Bi也變得不穩(wěn)定,
Bi分解反應(yīng)是G相低溫與高溫亞相界線,出現(xiàn)Crd-Gt-Or或Hy-Qr-Gt組合Sil-Or帶Crd-Gt-Or
帶Hb+Alm +
QHb+Alm+Q+
Opx+Pl+Cpx+VOpx
+Pl+Cpx+VMs+QAls+Or+Q+VSil-Or帶Crd-Gt-Or
帶Bi+AlsCrd+Gt+Or+VAG1G2(3)礦物化學(xué)特征①Opx
為Hy
,含Al2O
3可達(dá)6-10%
,有較強(qiáng)的粉紅—淡綠色多色性;②Cpx
為Ca-Cpx:Di、Aug
(普通輝石)等,也含Al2O
3,即含Jd分子(NaAlSi
2O
6
)和Ca-Ts
(鈣契爾馬克分子,CaAl
2
Si2O
6);③Gt:Pyr—Alm質(zhì),Gro成分含量低;Sil-Or帶Crd-Gt-Or帶G1G2④Bi是含Mg、Ti高的紅褐色Bi;⑤Hb
是含Ti、Al高的褐色Hb;⑥Kf是Or,常常是條紋長石。成分上富Na;Pl是奧長石—中長石,含K,常常是反條紋長石。有時長石呈暗藍(lán)、藍(lán)綠或褐綠、米黃色;⑦Q
有時具暗藍(lán)色或藍(lán)灰色;⑧Al2SiO
5礦物在中—低P/T下為Sil,高P/T下為Ky;⑨含Ti的副礦物通常是金紅石和鈦鐵礦,只有在鈣質(zhì)巖中才出現(xiàn)榍石;(4)巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征高溫退火使得變余結(jié)構(gòu)構(gòu)造已完全消失;高溫脫水反應(yīng)使巖石中的Ms、Bi、Hb分解,導(dǎo)致巖石這些片狀、纖狀礦物中減少和消失,因此麻粒巖
相巖石的典型結(jié)構(gòu)為花崗變晶結(jié)構(gòu)(等?;虿坏攘#湫蜆?gòu)造為片麻狀至塊狀構(gòu)造;由于形成于地下深處高T條件下,它們現(xiàn)今出露地表曾經(jīng)歷過過較寬的降溫和降壓過程,因而在麻粒巖相變質(zhì)巖常見反應(yīng)結(jié)構(gòu),主要有兩種:麻粒巖相變質(zhì)巖中反應(yīng)結(jié)構(gòu):IBC型與IBC近等壓冷卻軌跡有關(guān)的反應(yīng)結(jié)構(gòu)實例(
Harley1989
)a反應(yīng)邊(冠狀體)結(jié)構(gòu)
指示巖石中發(fā)生近等壓冷卻反應(yīng)
Opx+Pl→
Gt+Cpx+Qb出溶結(jié)構(gòu)指示巖石中發(fā)生近等壓冷卻反應(yīng)高Al-Px→低Al-Px+Gt麻粒巖相變質(zhì)巖中反應(yīng)結(jié)構(gòu):ITD型b.Gt與Q之間的Pl、Opx
反應(yīng)邊,指示巖石中發(fā)生近等溫減壓反應(yīng)Gt+3Q=6Opx+3Pl與ITD
(近等溫減壓)軌跡有關(guān)的反應(yīng)結(jié)構(gòu)實例(
Harley1989
)a.Gt分解為Opx-Pl
后成合晶,Cpx具Opx環(huán)邊,指示巖石中發(fā)生近等溫減壓反應(yīng)Gt+Cpx+Q=Pl+Opx(1)泥質(zhì)(組合1,2)低溫亞相(Sil-Or帶)Sil-Gt-Or片麻巖(組合①,可含Bi)Gt-Bi-Or片麻巖(組合②)高溫亞相(Crd-Gt-Or帶)Bi消失,出現(xiàn)Crd、
HySil-Crd-Gt-Or片麻巖(組合①)Hy-Gt-Or片麻巖(組合②)(5)代表性礦物組合和巖石12)長英質(zhì)(組合1,2)礦物組合與泥質(zhì)同,但長石、石英含量高,為各類長英麻粒巖低溫亞相(Sil-Or帶)Sil-Gt長英麻粒巖(圖22-11a,組合①,可含
Bi)Gt-Bi長英麻粒巖(圖22-11a,組合②)高溫亞相(Crd-Gt-Or帶)Sil-Crd-Gt長英麻粒巖(圖22-11b,組合①)Hy-Gt長英麻粒巖(圖22-11b,組合②)基性(組合3)輝石麻粒巖低溫亞相:含HbGt-Pl-Hb-二輝石麻粒巖高溫亞相:Hb消失Gt-Pl-二輝石麻粒巖鈣質(zhì)(組合4)通常無Wo、Gro泥灰?guī)r:Cc-Pl-Di粒巖不純灰?guī)r:Pl-Di大理巖鎂質(zhì)二輝石巖尖晶石-二輝橄欖巖Co-Sil-Qr
GneissSilOrCo變質(zhì)作用向巖漿作用過渡的類型,混合巖具有介于變質(zhì)巖和巖漿巖之間的地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)特征(二)混合巖(1
)分布:
大面積分布在前寒武紀(jì)地盾區(qū)和顯生宙島弧帶、大碰撞帶、大陸拉張帶低—中
P/T
區(qū)域變質(zhì)區(qū),與中、高級區(qū)域變質(zhì)巖及花崗巖類深成侵入體共生和相互過渡,習(xí)稱區(qū)域混合巖1、混合巖的一般特點中色體mesosome暗色體melanosome淺色體leucosome暗色體melanosome中色體mesosome(2)結(jié)構(gòu)組分:混合巖由基體
substrate和脈體
vein
material兩個基本組成部分組成基體
Substrate脈體vein
material基體substrate-古成體paleosome}新成體neosome-古成體paleosome四個混合巖區(qū)淺色體
CIPW
標(biāo)準(zhǔn)礦物Q-Ab-Or
成分對比圖(3)在化學(xué)成分上,淺色體為長英質(zhì)的,常具有Q-Ab-Or系統(tǒng)共結(jié)點或同結(jié)
線成分,說明它們是部分熔
融產(chǎn)物。古成體可包括泥質(zhì)、長英質(zhì)、鈣質(zhì)、基性、鎂質(zhì)
等各種化學(xué)類型變質(zhì)巖。但以長英質(zhì)片麻巖和斜長角閃
巖最常見;在相同混合巖化作用條件下,泥質(zhì)、長英質(zhì)變質(zhì)巖比基性變質(zhì)巖明顯易受混合改造(易熔),而鈣質(zhì)、鎂質(zhì)變質(zhì)巖一般不受混合巖化影響(抗熔);(4)巖石結(jié)構(gòu):古成體具鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)等變晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu),多顯著定向構(gòu)造;
新成體具半自形粒狀結(jié)構(gòu)等熔體結(jié)晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu),定向性較古成體弱。部分熔融的結(jié)構(gòu)證據(jù):古成體中交代結(jié)構(gòu)往往是部分熔融結(jié)構(gòu),而新成體和片麻狀花崗巖中的交代結(jié)構(gòu)往往是熔融殘留結(jié)構(gòu)部分熔融的結(jié)構(gòu)證據(jù)(5)混合巖構(gòu)造:基體與脈體的空間排布方式。Mehnert(1968
)將混合巖按構(gòu)造分為
12
類。最常見的混合巖有
角礫狀混合巖、眼球狀混合巖、條帶狀混合巖和云染狀混合巖(云染巖)
等4類角礫狀網(wǎng)狀碎塊狀細(xì)脈狀條帶狀香腸狀褶皺狀腸狀眼球狀斑塊狀析離狀云染狀magmatitestriped
migmatiteAugen
migmatite
?Striped
&
Augen
migmatite二、高P/T區(qū)域變質(zhì)巖超高壓變質(zhì)巖全球分布(產(chǎn)地下的數(shù)字代表年齡值/Ma)(據(jù)Maruyama
et
al.,2010
)智利北部的安第斯俯沖帶和變質(zhì)帶(S.Dutch,2003)(一)一般特征1、地質(zhì)產(chǎn)狀:產(chǎn)于海溝帶和大陸碰撞帶2、變質(zhì)相和變質(zhì)相系:有
LA
、BS
、E
等變質(zhì)相,為高壓變質(zhì)地體特有,其中的LA
、BS
相屬于很低級變質(zhì)相,
E
相見于中-高溫的高P/T變質(zhì)相;與洋殼俯沖有關(guān)的海溝帶常發(fā)育變質(zhì)相系 Z
?LA?BS?E。單個變質(zhì)相帶比中或低P/T變質(zhì)地體的要寬。3、巖漿作用與混合巖化:高壓變質(zhì)地體不發(fā)育巖漿作用和混合巖。與俯沖相關(guān)的巖漿作用絕大多數(shù)發(fā)育于島弧區(qū)1、硬柱石-鈉長石-綠泥石相LA位于Z相與BS相之間,僅代表一個小的P-T范圍:P≈0.3-0.4Gpa,T≈150-300℃,很低級變質(zhì)相;以Lw+Ab+Ch
(硬柱石+鈉長石+綠泥石)組合為特征,無Z相特征礦物L(fēng)m(濁沸石),也無BS相特征礦物Gl(藍(lán)閃石),可出現(xiàn)P-P相特征礦物Pu
(綠纖石);巖石:硬柱鈉長綠泥片巖、硬柱石變砂雜砂巖變余結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)育(二)變質(zhì)相特征2、藍(lán)片巖相BSBS相特征礦物是藍(lán)閃石類Na-Am,包括藍(lán)閃石(Glaucophase
)Gl-Na
2(Mg,Fe)3Al2[S8iO
22](OH)2、青鋁閃石(Crossite)Crs
-Na
2(Mg,Fe)3(Al,Fe3+)2[S8iO
22](OH)2和鎂鈉閃石(Magnesio-Riebeckite)Mg-Rie-Na
2(Mg,Fe)3
Fe23+[S8iO
22
](OH)2,它們構(gòu)成Al-Fe3+連續(xù)類質(zhì)同象系列,常統(tǒng)稱為藍(lán)閃石鏡下Gl與Crs不容易區(qū)分,它們都具有藍(lán)-紫-棕褐的多色性、角閃石式解理和小的消光角,但GL為正延性,Crs延性可正可負(fù)。以硬柱石Lw分解反應(yīng)為界,BS相分為兩個亞相:Lw-BSLw-BS相和Ep-BS相又稱作Franciscan型。特征礦物組合為Na-Am+
Lw
+Ab(或Jd
),可含Pu但無Ep。Na-Am是Gl和CrsEp-BS可稱為三波川型或大別型。與Lw-BS相比,相對低壓高溫。特征礦物組合為Na-Am+
Ep
+Ab
,無Lw
、Jd
和Pu
。Na-Am
是Crs和Mg-Rie
,罕見Gl,可含Ca-Am
(Act
),具有BS
相與GS
相過渡性質(zhì)藍(lán)片巖相典型巖石:Gl-Ep-Ms-Ab
片巖湖北木蘭山BS相巖石變余結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)育,如變余碎屑結(jié)構(gòu),變余輝長—輝綠結(jié)構(gòu)、變余層理構(gòu)造、變余枕狀構(gòu)造等。由于俯沖帶強(qiáng)烈的構(gòu)造變形,巖石構(gòu)造面理發(fā)育,有的地段可以出現(xiàn)構(gòu)造混雜現(xiàn)象,形成混雜巖melange3、榴輝巖相(
E
)高壓(P>1.0
GPa
)條件下形成的溫度條件500
o
C以上的變質(zhì)相,以典型巖石榴輝巖eclogite而得名榴輝巖是主要由紅—紅棕色Gt
和草綠色Omp
組成的高壓基性變質(zhì)巖,
可含Ky
、Q
,但無原生Pl高壓變質(zhì)巖可進(jìn)一步以普通石英轉(zhuǎn)變?yōu)榭率⒌姆磻?yīng)劃分高壓和超高壓兩類;或以溫度高低劃分為低溫(
450-550、550-900、900-1600
o
C劃分為低溫、中溫、高溫榴輝巖相(
Carswell,1990
)Gt
是Alm-Pyr-Gro
的成分復(fù)雜固溶體Omp
是榴輝巖的指示礦物,化學(xué)成分上,是Di-Ca-Ts-Jd-Ac
(錐輝石)的成分復(fù)雜的Cpx
,可看作富鋁含鈉的Ca-Cpx
。手標(biāo)本上呈草綠色,鏡下呈淡綠色,不與Pl共生。要多觀察并記住Omp
的肉眼和鏡下的顏色Gaoqiao
eclogiteEclogite
from
Donghai榴輝巖的形成與高P/T
基性麻粒巖(Gt-Cpx麻粒巖)有關(guān)隨著壓力增加,高P/T
基性麻粒巖中Pl將發(fā)生分解2NaAlSi
3
O
8Ab→
NaAlSi
2
O
6
+
SiOJd
Q2CaAl
2
Si2
O
8
→
CaAl
2
SiO
6
+
SiOAn
Ca-Ts
Q反應(yīng)導(dǎo)致Pl消失,產(chǎn)生的Jd分子進(jìn)入Cpx
,形成Omp
。Ca-Ts
分子則主要進(jìn)入Gt3CaAl
2
SiO
6
+
2SiO2Ca-Ts
Q
Gro→
Ca
3
Al2
Si3
O
12
+
2Al
2
SiO
5Ky反應(yīng)伴有Ky
生成,
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