變質(zhì)巖石學(xué)第四章 變質(zhì)帶

變質(zhì)巖石學(xué)MetamorphicPetrology第四章變質(zhì)帶

（1）問題的提出及有關(guān)術(shù)語（2）變質(zhì)帶的概念及劃分標(biāo)志（3）泥質(zhì)變質(zhì)巖的遞增變質(zhì)帶（4）基性變質(zhì)巖的遞增變質(zhì)帶

問題的提出及有關(guān)術(shù)語

變質(zhì)巖石的分帶現(xiàn)象：

在一定變質(zhì)時期形成的變質(zhì)巖系中，變質(zhì)程度不同的巖石,在空間上往往呈有規(guī)律的帶狀分布特征，即所謂分帶現(xiàn)象。不同帶的巖石以礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征相區(qū)別。如何認(rèn)識變質(zhì)巖石的空間分帶現(xiàn)象？曾經(jīng)提出過不同的理論，例如深度帶/變質(zhì)帶/變質(zhì)級/變質(zhì)反應(yīng)級等，其中變質(zhì)帶這一術(shù)語得到了廣泛的應(yīng)用。

變質(zhì)帶的概念及劃分標(biāo)志術(shù)語解釋:

在一定變質(zhì)時期形成的變質(zhì)巖系中，根據(jù)特定變質(zhì)原巖中出現(xiàn)的特征變質(zhì)礦物，可以將這些變質(zhì)程度不同的帶劃分出來，同一個帶的變質(zhì)巖大致代表相同的變質(zhì)條件，這些指示變質(zhì)程度的帶稱為變質(zhì)帶。劃分標(biāo)志:

特定原巖中出現(xiàn)的特征變質(zhì)礦物(需特別注意）代表人物:

G.Barrow(1893),Tilley(1925),Harker(1932)等變質(zhì)帶是研究變質(zhì)作用強(qiáng)度空間變化的最有效最方便的方法

泥質(zhì)變質(zhì)巖的遞增變質(zhì)帶

研究意義

泥質(zhì)變質(zhì)巖源于富鋁的沉積巖，對研究變質(zhì)作用、變形作用的動力學(xué)過程具有重要意義。因為

泥質(zhì)變質(zhì)巖的原巖由細(xì)粒含水的礦物組成，隨溫度和壓力的升高不穩(wěn)定；含有流體相，促進(jìn)變質(zhì)反應(yīng)和部分熔融的規(guī)模和速度。

經(jīng)歷了如下過程：原巖形成于地球表面----被埋藏到地殼深部并保持一段時間——抬升到地殼表面主要內(nèi)容

巴洛式遞增變質(zhì)帶、中壓高溫變質(zhì)帶、巴肯式遞增變質(zhì)

巴洛式遞增變質(zhì)帶

英國地質(zhì)學(xué)家GeorgeBarrow(1893)，在研究蘇格蘭高地加里東期的Dalradian

片巖時，以泥質(zhì)巖石中新礦物的首次出現(xiàn)為標(biāo)志劃分了三個變質(zhì)帶，即十字石帶、藍(lán)晶石帶和夕線石帶。后來Barrow（1912）、Tilley(1925)和Harker(1932)進(jìn)一步肯定并擴(kuò)展了這一研究工作，在Dalradian片巖中劃分出六個變質(zhì)帶：綠泥石帶－黑云母帶－石榴石帶－十字石帶－藍(lán)晶石帶－夕線石帶這六個變質(zhì)帶依次以綠泥石、黑云母、富鐵鋁榴石的石榴石、十字石、藍(lán)晶石和夕線石的首次出現(xiàn)劃分出來，每一個特征礦物首次出現(xiàn)的點的連線稱為等變線（Isograd）。并且較高級變質(zhì)帶都是在前一個變質(zhì)帶組合基礎(chǔ)上發(fā)育形成，因此，這一變質(zhì)帶系列稱為遞增變質(zhì)帶(Progressivemetamorphiczones),也稱為巴洛型變質(zhì)帶。

巴洛式遞增變質(zhì)帶ChlBiGaStKySillChlBiGaStKySill綠泥石帶黑云母帶鐵鋁榴石帶十字石帶藍(lán)晶石帶夕線石帶T0C圖1巴洛式遞增變質(zhì)帶說明圖G.Barrow根據(jù)泥質(zhì)變質(zhì)巖中首次出現(xiàn)的特征變質(zhì)礦物劃分出六個變質(zhì)帶:

巴洛式遞增變質(zhì)帶圖2蘇格蘭高地東部巴洛式遞增變質(zhì)帶Tilley(1925)

巴洛式遞增變質(zhì)帶(1).綠泥石帶:

典型礦物組合Chl+Ser+Q+Ab(2).黑云母帶:典型礦物組合Bi+Chl+Ms+Qz+Ab

特征是紅棕色的黑云母開始出現(xiàn)。黑云母等變線反應(yīng):

6Ms+3Chl=6Bi+3(富鋁)mg-Chl+14Q+H2O(連續(xù)反應(yīng))

Phn(多硅白云母)+Chl=Bi+Ms+Q+H2O(連續(xù)反應(yīng))

Stp(黑硬綠泥石)+Phn=Bi+Chl+Q+H2O(連續(xù)反應(yīng))

注意:不同反應(yīng)的條件不同.另外對于連續(xù)反應(yīng)而言,黑云母出現(xiàn)的早晚取決于原巖中的鐵/鎂比值.

巴洛式遞增變質(zhì)帶(3).鐵鋁榴石帶:典型礦物組合Gt+Bi+Ms+Chl+Pl+Qz

特征是鐵鋁榴石開始出現(xiàn)，它和黑云母，白云母，石英等共生。鐵鋁榴石帶等變線反應(yīng):

Cld(硬綠泥石)+Bi=Gt(石榴石）+H2O(連續(xù)反應(yīng))

Fe-Cld+Ann(羥鐵云母）=Alm(鐵鋁榴石）+H2O(不連續(xù)反應(yīng))(4).十字石帶:典型礦物組合St+Gt+Bio+Ms+Pl+Qz

特征是十字石開始出現(xiàn)，它和鐵鋁榴石/黑云母/白云母/石英等共生十字石帶等變線反應(yīng):Ms+Chl=St(十字石)+Bi+Q+H2O(連續(xù)反應(yīng))

注意:對于連續(xù)反應(yīng)，起始溫度與原巖中鐵/鎂比值有關(guān)。

巴洛式遞增變質(zhì)帶5.藍(lán)晶石帶:典型礦物組合

Ky+Gt+Bi+Ms+Pl+Qz

特征十字石消失，藍(lán)晶石開始大量出現(xiàn)，它和鐵鋁榴石、黑云母、白云母、石英等共生。藍(lán)晶石帶等變線反應(yīng):

St+Q=Gt+Ky+H2O(連續(xù)反應(yīng))6.夕線石帶:

典型礦物組合

Sil+Gt+Bi+Ms+Kfs+Pl+Qz

特征夕線石開始出現(xiàn)，它和鐵鋁榴石，黑云母、鉀長石、斜長石、石英等共生。

夕線石帶等變線反應(yīng):

Ky=Sill(不連續(xù)反應(yīng))

巴洛式遞增變質(zhì)帶

巴洛式遞增變質(zhì)帶術(shù)語解釋Barrow認(rèn)為:上述六個變質(zhì)帶中的每個變質(zhì)帶都大致代表了類似的變質(zhì)作用條件,并強(qiáng)調(diào)了溫度的作用,把每個變質(zhì)帶看成是等溫帶.這些帶在地質(zhì)圖上構(gòu)成了遞增變質(zhì)帶.它們代表了當(dāng)時變質(zhì)作用的強(qiáng)度(梯度)變化.這種模式稱巴洛式遞增變質(zhì)帶.巴洛式遞增變質(zhì)帶是以特定的原巖(泥質(zhì)巖石)經(jīng)過特定的變質(zhì)作用(中P/T型)后形成的特征變質(zhì)礦物的首次出現(xiàn)來劃分的,這是遞增變質(zhì)帶的劃分原則.

巴洛式遞增變質(zhì)帶巴洛式遞增變質(zhì)帶的局限性1、只代表中P/T型地區(qū),隨溫度升高,在特定化學(xué)成分的泥質(zhì)巖中,礦物成分依次變化的一種模式.但不是唯一模式.2、用以劃分變質(zhì)帶的特征變質(zhì)礦物可以通過不同的變質(zhì)反應(yīng)形成于不同的P-T條件,因此,不同地區(qū)這些特征變質(zhì)礦物是否出現(xiàn)及其出現(xiàn)的相對順序等必定有所不同.3、不同地區(qū)的壓力條件及相應(yīng)的溫度--壓力梯度各有不同,所以可以出現(xiàn)不同的礦物組合.例如,低P/T型地區(qū),常缺綠泥石帶,黑云母提早出現(xiàn),鐵鋁榴石不發(fā)育,其位置常為堇青石+紅柱石代替.

泥質(zhì)巖石的高溫變質(zhì)作用夕線石-正長石帶（Uppersillimanitezone）

在蘇格蘭高地，夕線石帶構(gòu)成了變質(zhì)泥質(zhì)巖石的最高溫部分，在其他一些地區(qū)如大別山，變質(zhì)溫度超越了這一溫度，結(jié)果白云母變的不穩(wěn)定，代之會出現(xiàn)夕線石和鉀長石的組合，代表著高級變質(zhì)條件。其等變線反應(yīng)為

Muscovite+quartz=Al2SiO5+K-feldspar+H2O堇青石—石榴石—正長石帶

當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時，黑云母變的不穩(wěn)定，將出現(xiàn)堇青石、石榴石、正長石共生。代表著更高級的變質(zhì)條件。其等變線反應(yīng)為

Al2SiO5+Biotite+quartz=cordierite+garnet+K-feldspar+H2O

巴肯式遞增變質(zhì)（選講）（1）黑云母帶

礦物組合：

biotite+chlorite+muscovite+quartz.（2）堇青石帶

礦物組合：

cordierite+biotite+quartz

等變線反應(yīng)：

chlorite+muscovite=cordierite+biotite+quartz+H2O（3）紅柱石帶

礦物組合：

cordierite+andalusite+biotite

等變線反應(yīng)：chl+mus+quartz=cordierite+andalusite+biotite+H2O（4）夕線石帶

礦物組合：

cordierite+sillimanite+biotite

等變線反應(yīng)：andalusite=sillimanite

（5）夕線石-正長石帶

礦物組合：

sill+cord+bio+K-feldspar+Qz等變線反應(yīng)：Muscovite+quartz=Al2SiO5+K-feldspar+H2O

注意巴肯式遞增變質(zhì)與巴洛式遞增變質(zhì)帶的對比圖3蘇格蘭高地巴洛式和巴肯式遞增變質(zhì)帶(Miyashiro,1994)Barrow’sArea夕線石帶藍(lán)晶石帶紅柱石帶石榴石帶黑云母帶綠泥石帶變質(zhì)帶Buchan’sArea(十字石)

巴洛式遞增變質(zhì)帶圖4.蘇格蘭高地巴洛式遞增變質(zhì)帶和巴肯式遞增變質(zhì)帶的對比(Berman,1988,1990,1991).

基性變質(zhì)巖的遞增變質(zhì)帶在中壓變質(zhì)地區(qū)?？蓜澐譃橐韵聨讉€變質(zhì)帶1.鈉長石—綠泥石帶：

典型礦物組合:Ab+Epi+Chl

±Cc±Q±Ser

這些礦物可由輝石和基性斜長石的水化作用形成,也可由其它變質(zhì)反應(yīng)形成.鈉長石—陽起石帶:

陽起石的出現(xiàn)是進(jìn)入這個帶的標(biāo)志.陽起石主要由綠泥石脫水反應(yīng)形成.Chl+Cc+Q

Act+C2O+H2O

典型礦物組合:Ab+Act+Epi+Chl

±Cc±Q±Bi

基性變質(zhì)巖的遞增變質(zhì)帶3.鈉長石—普通角閃石帶:

標(biāo)志是出現(xiàn)藍(lán)綠色的普通角閃石.普通角閃石可由陽起石等反應(yīng)形成.

典型礦物組合是:Ab+Hb+Epi

±BI±Alm

4.斜長石—普通角閃石帶:

標(biāo)志是斜長石(An>17)

的出現(xiàn).一般認(rèn)為斜長石由鈉長石和簾石反應(yīng)生成.

典型礦物組合是:Pl(An>17)+Hb±Alm±Bi5.二輝石帶:

標(biāo)志是斜方輝石的出現(xiàn).斜方輝石可由

Hb和Q或Hb、Alm和Q反應(yīng)形成.

典型礦物組合是Opx+Cpx+Pl(An>30)

變質(zhì)