§1

混合巖及混合巖化作用§2

沖擊變質(zhì)作用及巖石§3埋藏變質(zhì)作用§4洋底變質(zhì)作用§5

汽成水熱變質(zhì)作用及巖石第八章

其它變質(zhì)作用及變質(zhì)巖§1

混合巖及混合巖化作用1.1.混合巖的概念及主要類型混合巖一詞最早由芬蘭巖石學(xué)家Sederholm(1907)

，原指由熔融體和固體組成的混合物。后來，地質(zhì)學(xué)界對(duì)混合巖的概念和成因產(chǎn)生了很大爭論。1980年代的國外文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)混合巖一詞是個(gè)描述性術(shù)語，指的是發(fā)育于中高級(jí)變質(zhì)區(qū)的，宏觀上極不均勻的巖石，其中一部分為長英質(zhì)的淺色體?；旌蠋r(migmatite)由基體和脈體兩部分組成：脈體，又稱為淺色體

(leucosome)，指混合巖中新生的長英質(zhì)或花崗質(zhì)的部分，脈體的巖性類型有花崗質(zhì)、偉晶質(zhì)、細(xì)晶質(zhì)及長石石英脈等?；w，指混合巖化過程中殘留的變質(zhì)巖，一般達(dá)到高角閃巖相和麻粒巖相，具體巖石類型有各種變粒巖、片麻巖和斜長角閃巖等。根據(jù)基體和脈體的比例及其構(gòu)造特征，常見的混合巖類型包括：眼球狀混合巖基體是富含云母和角閃石的片麻巖或其它具有明顯定向性構(gòu)造的巖石，脈體是一些堿性長石的變斑晶或透鏡狀的長石、石英集合體。其長軸平行于主片理排列，基體的片理常常繞過這些變斑晶或集合體，總體構(gòu)成眼球狀構(gòu)造。條帶狀混合巖基體可以是黑云母片麻巖或斜長角閃巖，一般片理發(fā)育。脈體呈條帶狀平行于基體的片理分布，一般脈體厚度均勻，延伸較遠(yuǎn)。網(wǎng)狀混合巖脈體呈網(wǎng)狀或樹枝狀分布于基體之中。角礫狀混合巖基體呈碎塊或角礫狀分布于脈體中，此類混合巖的基體多半是片理不發(fā)育或具有塊狀構(gòu)造的鎂鐵質(zhì)變質(zhì)巖類。角礫的大小極不相同，從成因上看角礫狀混合巖極可能是先期的構(gòu)造角礫巖混合巖化的產(chǎn)物。腸狀混合巖脈體發(fā)生強(qiáng)烈褶曲而成為腸狀。陰影混合巖也稱為迷霧狀混合巖，在混合巖化很深的情況下，脈體的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了基體，基體幾乎 ，僅在花崗質(zhì)或花崗閃長質(zhì)的總體巖石中，隱約看出暗色礦物集中的條片或團(tuán)塊，它們分布不均，與脈體之間無明顯界線，遠(yuǎn)觀似云霧狀?；旌蠋r的主要類型眼球狀混合巖條帶狀混合巖腸狀混合巖網(wǎng)狀混合巖3>

混合片麻巖脈體>50%，基體中暗色礦物+構(gòu)造+混合片麻巖如：黑云母眼球狀混合片麻巖4>

混合花崗巖脈體>80%，構(gòu)造+暗色礦物+混合花崗巖如：云霧狀黑云母混合花崗巖1.3.

混合巖的成因模式最早的混合巖成因模式由芬蘭地質(zhì)學(xué)家

Sederholm

于1907-1934

提出，他認(rèn)為混合巖是花崗巖漿注入于片巖或片麻巖所致,

認(rèn)為形成混合巖的流體（巖汁，ichor）來自于相鄰的花崗巖體。Holmquist(1921)

提出脈熔合巖(veinite)模式，把混合巖的成因解釋為巖石

形成的熔體或溶解物質(zhì)富集于淺色脈體的結(jié)果，脈體物質(zhì)來自變質(zhì)巖本身，這是與Sederholm的外源說對(duì)立之處，也是當(dāng)代混合巖爭論的一個(gè)焦點(diǎn)。Winkler和Von

Platon進(jìn)行過一系列熔融實(shí)驗(yàn)，主張混合巖是片麻巖部分熔融形成的，混合巖中的淺色體是由熔融物質(zhì)集中所致，Winkler

稱之為原地成因說。Mehnert研究德國南部黑森林地區(qū)混合巖時(shí)提出部分熔融加上變質(zhì)分異的模式。即巖石中發(fā)生部分熔融，同時(shí)淺色熔體和暗色殘留物作小尺度的分離成為透鏡體或細(xì)脈。他把原始變質(zhì)巖稱為古成體(palaeosome)，它分異成淺色體和暗色體，后者總稱為新成體(neosome)，古成體在化學(xué)成分上等于淺色體加上暗色體。除上述模式外，一些學(xué)者認(rèn)為還存在一類沒有熔體參與的混合巖，即流體交代成因模式?；旌蠋r化過程中出現(xiàn)的流體（或巖汁）以滲透或擴(kuò)散方式運(yùn)動(dòng)，將Si、Na、K等帶入巖石，同時(shí)使Fe、Mg、Ca等帶出并相對(duì)富集，形成“基性前鋒”，使巖石中部分發(fā)生改變?yōu)椤懊}體”，部分交代殘余為基體，總體構(gòu)成混合巖。開放體系封閉體系有熔體出現(xiàn)巖漿注入熔融無熔體出現(xiàn)交代作用變質(zhì)分異混合巖化的幾種方式：形成混合巖的流體（巖汁，ichor）來自于相鄰的花崗巖體的注入。I巖漿注入說(Sederholm)II

深熔作用Anatexis

(Winkler)混合巖是片麻巖部分熔融形成的，混合巖中的淺色體是由熔融物質(zhì)集中所致。深熔作用(anatexis)又稱重熔作用。由于溫度增高(壓力不變)，壓力下降(溫度不變),或者流體注入，使巖石產(chǎn)生部分熔融。熔漿可從部分熔融的巖石系統(tǒng)中釋出,或保留在該系統(tǒng)中。部分熔融的地殼硅鋁質(zhì)巖石產(chǎn)生花崗巖質(zhì)熔漿;部分熔融的地幔橄欖巖產(chǎn)生玄武巖質(zhì)熔漿。Anatexis

(meaning

"to

me own")

in

geology,

refersto

the

differential,

or

partial,

melting

ofrocks,especially

in

the

forming

of

metamorphic

rocks

suchas

migmatites.Simplified

P-T

phase

diagramty

of

melt

generatedduring

the

melting

of

muscovite-biotite-bearing

crustal

sourcerocks,

after

Clarke

(1992)Granitoid

Rocks.Shaded

areas

in

(a)

indicate

meltgeneration.巖石發(fā)生部分熔融，同時(shí)淺色熔體和暗色殘留物作小尺度的分離成為透鏡體或細(xì)脈。III

變質(zhì)分異作用(Mehnert)混合巖化過程中出現(xiàn)的流體（或巖汁）以滲透或擴(kuò)散方式運(yùn)動(dòng)，將Si、Na、K等帶入巖石，同時(shí)使Fe、Mg、Ca等帶出并相對(duì)富集，形成“基性前鋒”，使巖石中部分發(fā)生改變?yōu)椤懊}體”，部分交代殘余為基體，總體構(gòu)成混合巖。IV

交代作用(metasomatism)發(fā)生在隕石沖擊星體表面產(chǎn)生的沖擊坑中。在極短的時(shí)間內(nèi)壓力可達(dá)數(shù)十到上百個(gè)吉帕(GPa)，溫度可超過1500℃。是在瞬時(shí)高溫和動(dòng)態(tài)高壓條件下發(fā)生的特殊類型變質(zhì)作用。礦物學(xué)標(biāo)志是出現(xiàn)柯石英(coesite)

、斯石英(stishovite)、斜鋯石、焦石英和沖擊玻璃等，并且許多礦物的晶體結(jié)構(gòu)

破壞。石英和長石等可以發(fā)育多組面狀構(gòu)造(擊變面狀頁理)，黑云母發(fā)育扭折帶，多數(shù)礦物都發(fā)育

波狀消光?！?

沖擊變質(zhì)作用及巖石Distribution

of

the

approxima y

180

confirmed

impact

structuresknown

on

Earth

as

of

February

2011

(Earth

Impact

Database

2011)遼寧岫巖隕石坑(Crater)Coesite

embedded

in

silica

glass石英的擊變面狀頁理

(Planar

DeformationFeatures).岫巖隕擊標(biāo)志Images

of

Precambrian

spherule

layersand

spherules

in

the

Barbertongreenstone

belt

(BGB)

(South

Africa)缺少透入性片理；埋藏變質(zhì)作用常使原巖改造得不徹底，保留大量的原巖組構(gòu)；在沉積盆地中，自淺而深發(fā)育濁沸石相和葡萄石－綠纖石相，如在新西蘭南島Taringatura地區(qū)，自上而下出現(xiàn)片沸石、濁沸石、濁沸石＋葡萄石和濁沸石＋葡萄石＋綠纖石。埋藏變質(zhì)作用出現(xiàn)于顯生宙，尤其是中、 的地槽沉積物 國的準(zhǔn)葛爾和鄂爾多斯盆地也發(fā)生了埋藏變質(zhì)作用?！?

埋藏變質(zhì)作用Burial

Metamorphism

(Otago,

New

Zealand)Section

X-Y

shows

moredetailFigure

21-10.

Geologic

sket ap

of

the

South

Island

ofNew

Zealand

showing

the

Mesozoicmetamorphic

rockseastof

the

older

Tasman

Belt

and

the

Alpine

Fault.

The

TorleseGroup

is

metamorphosed

predominantly

in

the

prehnite-pumpellyite

zone,

and

the

Otago

Schist

in

higher

gradezones.

X-Y

is

the

Haast

River

Section

of

Figure

21-11.FromTurner

(1981)

Metamorphic

Petrology:

Mineralogical,

Field,and

Tectonic

Aspects.

McGraw-Hill.Burial

Metamorphism

(Otago,

New

Zealand)Isograds

mapped

at

the

lower

grades:ZeolitePrehnite-PumpellyitePumpellyite

(-actinolite)Chlorite

(-clinozoisite)BiotiteAlmandine

(garnet)Oligoclase

(albite

at

lower

grades

is

replaced

by

amore

calcic

plagioclase)洋底變質(zhì)作用指洋中脊附近的巖石由于受到來源于深部的熱流和自上而下的熱鹵水的影響發(fā)生變質(zhì)作用。變質(zhì)程度自上而下主要為沸石相、葡萄石－綠纖石相和綠片巖相，深部也可出現(xiàn)角閃巖相，為低壓相系。由于洋底擴(kuò)張，洋底變質(zhì)作用的巖石遍布整個(gè)洋底。研究:(1)

大洋直接取樣(打撈和深海鉆探);(2)

造山帶中的蛇綠巖套(Ophiolite)§4

洋底變質(zhì)作用Figure

13-3.

Lithology

and

thickness

ofa

typical

ophiolite

sequence,

based

onthe

Samial

Ophiolite

in

Oman.

AfterBoudier

and

Nicolas

(1985)

EarthPlanet.

Sci.

Lett.,

76,

84-92.OphioliteTwo

types

of

ocean-floor

metamorphism:low

grade

alterationformation

of

palagonite

（橙玄玻璃）formation

of

smectitesformation

of

carbonatecompact

and

dehydrationHigh

grademetamorphismZoelite

faciespumpellyite

faciesepidote

faciesamphibolite

faciesOcean-floor

metamorphismHorokanaiOphioliteisUnderlain

byKamuikotonHP

terraneOcean-floormetamorphismHP

RockUltramaficHorokanai

OphioliteZone

A:

zoelite

faciesZone

B:

greenschist

faciesZone

C:

transitional

zoneof

greenschist-amphiboliteZone

D:

transitional

zoneof

amphibolite

to

granuliteOcean-floor

metamorphismABCDMaficRocks:Zone

A:

zoelite

+

chlorite

+

albite

+

pumpellyite100℃

-300℃Zone

B:

albite

+

chlorite

+

actinolite

+

epidote350℃

-420℃,

2

KbZone

C:

albite

+

oligoclase

+

actinolite

+

hornblende

+

chlorite

–epidote420℃

-550℃,

2KbZone

D:

hornblende

+

calcic

plagioclase

+

clinopyroxene

+

orthopyroxene600℃

-750℃Ultramafic

Rocks:Chrysotile

+

lizardite

+

talc

+

Na

amphibole

+

augite

+

hypersthene+spinel

680℃

-730℃NoantigoriteChemical

composition:

Cpx:

Al2O3

1.0-2.1

wt

%Opx:

CaO

<

0.7

wt%

Al2O3

0.5-1.3

wt%Horokanai

OphioliteGranulite

FaciesUltramafic

rocksChrysotile

+

lizardite

+

talc

+

Naamphibole

+

augite

+

hypersthene+

spinel 680℃

-730℃Horokanai

Ophiolite汽成水熱變質(zhì)作用是指熱液與固態(tài)巖石發(fā)生的交代作用，使其化學(xué)成分、礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生變化，也稱為蝕變作用。一般發(fā)生在地殼淺部。交代作用的類型:擴(kuò)散交代和滲透交代影響汽成水熱變質(zhì)作用的主要因素為：①汽水熱液的性質(zhì)；②圍巖的性質(zhì)；③溫度、壓力等外部條件。§5

汽成水熱變質(zhì)作用及巖石主要的蝕變作用和蝕變巖類型:1.蛇紋巖化及蛇紋巖超基性巖受水熱交代作用變成蛇紋巖的過程稱為蛇紋巖化。蛇紋巖主要是蛇紋石組成，可含數(shù)量不等的鎂質(zhì)碳酸鹽、滑石、水鎂石、磁鐵礦、鉻鐵礦和透閃石等。Evans,

BW.

2010.

Lizardite

versus

antigorite

serpentinite:Magnetite,

hydrogen,

and

life(?)

Geology,

38:

879-882.主要的蝕變作用和蝕變巖類型:2.磐巖化與青磐巖中性和中基性火山巖經(jīng)氣水溶液的交代作用形成的，主要由綠泥石、鈉長石、綠簾石、石英、方解石、陽起石和黃鐵礦等礦物組成的，綠色－暗綠色的塊狀巖石稱為青磐巖，這種過程稱為青磐巖化。綠片巖相變質(zhì)的中基性火山巖主要的蝕變作用和蝕變巖類型:3.云英巖化及云英巖云英巖化是酸性侵入巖

氣水熱液交代作用形成云英巖的過程。云英巖的主要組成礦物是石英和云母，這里的云母為白云母、鋰云母和鐵鋰云母等，不出現(xiàn)黑云母，此外可出現(xiàn)黃玉、螢石、電氣石、錫石、輝鉬礦、輝鉍礦、毒砂、白鎢礦及黃鐵礦等。主要的蝕變作用和蝕變巖類型:4.

矽卡巖化和矽卡巖在中酸性侵入體和碳酸鹽巖的接觸帶附近，由于接觸交代作用形成的一種巖石，稱為矽卡巖按巖石成分類型：①鈣質(zhì)矽卡巖，是交代石灰?guī)r形成的。主要礦物有石榴

子石(鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列)和輝石(透輝石-鈣鐵輝石系列)，有時(shí)含有符山石、硅灰石、方柱石、綠簾石、磁鐵礦、碳酸鹽礦物和石英②鎂質(zhì)矽卡巖，是交代白云巖或白云巖化灰?guī)r形成的。標(biāo)型礦物有透輝石、鎂橄欖石、尖晶石、金云母、硅鎂石、蛇紋石、韭閃石、硼鎂鐵礦、磁鐵礦和白云石③鈣硅酸鹽矽卡巖，是富鈣的硅酸鹽巖石受交代作用形成的。其成分與鈣質(zhì)矽卡巖相似，最典型的礦物是方柱石。矽卡巖的分類按產(chǎn)出部位：外矽卡巖(Exsoskarn):產(chǎn)于接觸帶沉積巖一側(cè)內(nèi)矽卡巖(Endoskarn):產(chǎn)于接觸帶巖體一側(cè)遠(yuǎn)矽卡巖(Distal

skarn):產(chǎn)于遠(yuǎn)離接觸帶的沉積巖中，以斷裂或巖脈與主巖體相連。接觸矽卡巖(Contact

skarn)：共同產(chǎn)于內(nèi)、外接觸帶的巖體和沉積巖中。矽卡巖的分類矽卡巖的形成階段：矽卡巖形成期：形成各種硅酸鹽，無石英出現(xiàn)A.

干（早）矽卡巖階段（無礦階段）：800-500oC高溫超臨界條件下，富硅流體與碳酸鹽反應(yīng)，形成各種無水的鈣-鐵-鎂硅酸鹽礦物，如鈣鋁榴石、透輝石、硅灰石、方柱石、橄欖石等，不出現(xiàn)有用的礦石礦物B.濕（晚）矽卡巖階段（磁鐵礦階段）：形成溫度400-500oC，富硅流體與碳酸鹽反應(yīng)形成含水礦物，如陽起石、透閃石、普通角閃石、綠簾石、綠泥石等，故稱“濕矽卡巖階段”，由于溫度較低，鐵不再進(jìn)入礦物晶格，形成磁鐵礦析出并堆積成礦，也可稱為“磁鐵礦階段”C.

氧化物階段：為過渡階段，溫度進(jìn)一步降低(400-300oC)，形成鉀長石、鈉長石、云母、石英和金屬氧化物，如：白鎢礦

(CaWO4)、錫石(SnO2)、赤鐵礦、磁鐵礦，少量硫化物出現(xiàn)矽卡巖的形成階段：石英-硫化物期：A.

早硫化物階段(Fe-Cu硫化物階段)：溫度

300-200oC，形成綠泥石、綠簾石、絹云母、石英、螢石等，金屬硫化物為黃銅礦、磁黃鐵礦、毒砂、黃鐵礦、輝鉬礦、輝鉍礦等B.晚硫化物階段(Pb-Zn硫化物階段):