学习任务了解变质作用期次及变质带的划分

变质作用期次的划分~

在变质地区研究工作中，划分变质作用期次是非常重要但又是十分困难的工作，其结论常常是在研究工作的最后才能得出，但应在研究工作的开始和研究工作的过程中，给予足够的重视，因为这是变质地区研究工作中根本性的问题。划分变质作用期次时，应注意的标志主要有：
1）两套变质地层（岩系）之间，为不整合接触，或有地层缺失，同时，两者在变质作用类型、变质相和变质相系、混合岩化和花岗岩浆作用的特点等方面也不相同。
2）两套变质地层（岩系）不仅呈不整合接触关系，同时，在上覆地层的底砾岩中，有下伏变质地层的砾石（包括各种变质岩、混合岩及花岗质岩石的砾石）。
3）两套变质地层（岩系）之间的上述标志不明显或者尚未研究清楚时，可依据下列综合标志来确定期次：①两套变质地层（岩系）在原岩建造、变质作用类型、变质相及变质相系特点上，具有明显不同的特点，那么，这两套变质地层（岩系）可能分属两个不同变质时期形成，但这不是确定变质期的充分条件，因为这种情况，也可能是由同时异相而引起的变质双带现象；②两套变质地层（岩系）在构造特征（如展布方向、褶皱形态等）或片理方向上明显不同，且在下伏变质地层中，见有两种构造形式或片理方向叠加现象；③两套变质地层（岩系）在混合岩化特征及花岗质岩石的发育情况上，有明显的不同；④两套变质地层（岩系）中的一套地层中，出现有代表一个地壳旋回结束标志的基性岩墙群，而这种岩墙群，在另一套地层中却没有发现。
4）两套变质地层（岩系），具有可靠的明显不同的变质年龄资料。
变质作用期次划分是变质地区研究的基本问题，难度很大，必须从野外到室内各项研究综合的基础上完成。

一、变质岩的化学成分
变质岩是早先已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩）遭受变质作用的产物，因此其化学成分不仅与原岩有密切关系，而且与变质作用的特点有关。
由于变质原岩的种类繁多，所以变质岩化学成分的含量变化比较复杂。一般情况下，虽然它们仍由 SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、CaO、K2O、Na2O、P2O5等氧化物组成，但与岩浆岩、沉积岩相比，变质岩化学成分含量变化范围大。
原岩的化学组成在变质作用的过程中是否发生变化，是变质作用和变质成矿作用理论研究的一个重要问题。从这一角度可以把变质作用划分为两类：等化学变质作用和异化学变质作用。
等化学变质情况下，变质岩化学成分（H2O和CO2除外）取决于原岩的化学成分，根据变质岩化学成分可以恢复原岩类型。一般说，来源于岩浆岩的正变质岩与来源于沉积岩的副变质岩在化学成分的含量上有如下区别：
（1）SiO2：正变质岩34%～80%，副变质岩0～95%以上，如大理岩和变质燧石岩。
（2）Al2O3：正变质岩不超过40%，副变质岩可高达90%以上（刚玉岩）。
（3）Fe2O3＋FeO：正变质岩一般＜15%，副变质岩可高达30%以上（富铁岩）。
（4）MnO：正变质岩含量少（＜2%），副变质岩可高达20%以上（富锰岩）。
（5）CaO：正变质岩不超过23%，但富钙副变质岩则可达50%以上。
（6）K2O/Na2O：正变质岩中K2O/Na2O＜1%的情况常见，副变质岩则K2O/Na2O常在1%以上。
（7）P2O5：正变质岩中很少超过3%，副变质岩可＞10%，甚至达40%（磷块岩）。
在变质岩的分类研究中，岩石的物质成分是基础。对一般变质岩，多数学者都很重视等化学系列和等物理系列的划分。等化学系列是指具有同一原始化学成分的所有岩石，其中矿物组合不同是由变质作用类型和强度决定的。如基性岩石在区域变质条件下，随着变质程度增加，出现绿片岩、绿帘角闪岩、角闪岩、斜长石-辉石麻粒岩，构成一个等化学系列；泥质岩则出现板岩、千枚岩、片岩、片麻岩系列。等物理系列是指同一变质条件下形成的所有岩石，其矿物组合的不同是由原岩化学成分决定的，如一个变质相或变质带的岩石。
二、变质岩化学类型的划分
Turner（1955）提出一个简明的等化学分类，将常见的变质岩划分为五种化学类型：
（1）泥质变质岩：来源于泥质沉积物。
（2）长英质变质岩：来源包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩。
（3）钙质变质岩：来源于灰岩和白云岩（可含石英、黏土矿物等杂质）等钙质沉积物。
（4）基性变质岩：由基性岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、Al、Fe、Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩。
（5）镁质变质岩：来源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其他富含Mg、Fe的沉积物。
除上述五种常见的化学类型外，尚存在硅质、铝质、铁质、锰质、磷质、碳质等六个特殊类型。它们是一些较少见的副变质岩石，以某个元素特别富集为特征。
五大类常见岩石中，以泥质和基性岩石对温压条件变化最敏感，矿物组合随温压条件变化快，富钙和镁质岩石对温压条件变化亦较敏感，长英质岩石则是对温压变化不敏感的岩石。因而，变质带、变质相的划分以泥质和基性变质岩矿物组合为标志。

一、变质作用的期次划分

在变质岩地区研究工作中，划分变质作用期次是非常重要但又是十分困难的工作，其结论常常是在研究工作的最后才能得出，但又应在研究工作的开始和研究工作的过程中，给予足够的重视，因为这是变质地区研究工作中根本性的重要问题。划分变质作用期次时，应注意的标志主要有：

（1）两套变质地层（岩系）之间，为不整合接触，或有地层缺失，同时，两者在变质作用类型、变质相和变质相系、混合岩化和花岗岩浆作用的特点等方面，也不相同。

（2）两套变质地层（岩系）不仅呈不整合接触关系，同时，在上覆地层的底砾岩中，有下伏变质地层的砾石（包括各种变质岩、混合岩及花岗质岩石的砾石）。

（3）两套变质地层（岩系）之间的上述标志不明显或者尚未研究清楚时，可依据下列综合标志来确定期次：①两套变质地层（岩系）在原岩建造、变质作用类型、变质相及变质相系特点上，具有明显不同的特点，那么，这两套变质地层（岩系）可能分属两个不同变质时期形成。但这不是确定变质期的充分条件，因为这种情况，也可能是由同时异相而引起的变质双带现象。②两套变质地层（岩系）在构造特征（如展布方向、褶皱形态等）或片理方向上明显不同，且在下伏变质地层中，见有两种构造形式或片理方向叠加现象。③两套变质地层（岩系）在混合岩化特征及花岗质岩石的发育情况上，有明显的不同。④两套变质地层（岩系）中的一套地层中，出现有代表一个地壳旋回结束标志的基性岩墙群，而这种岩墙群，在另一套地层中却没有发现。

（4）两套变质地层（岩系），具有可靠的明显不同的变质年龄资料。

变质作用期次划分是变质地区研究的基本问题，难度很大，必须从野外到室内各项实验研究综合的基础上来完成。

二、变质带的划分

在变质岩地区，由于岩石变质时物理化学条件的变化，往往可以发现各种不同成分和结构构造的变质岩在空间上呈明显分带，通常称为变质带。这种变质带代表了变质作用强度的变化，同一带中的变质岩形成于相同的压力-温度区间，属于等物理系列。每个变质带通常是以首次出现的特征变质矿物或矿物组合来进行命名的。

（一）深度带

（1）浅带：温度较低或中等，静压力低，应力较强但不均匀（有时不存在）。这一带内通过机械变形和化学反应主要形成含水的硅酸盐，典型矿物包括绢云母、绿泥石、硬绿泥石、蛇纹石、滑石、阳起石、绿帘石、钠长石、蓝闪石、锰铝榴石、方解石、白云母和菱铁矿等。

（2）中带：温度和压力都较浅带高，应力通常很强，但有时不存在，变质方式主要是变质结晶和重结晶作用。中带的典型矿物有黑云母、白云母、十字石、蓝晶石、直闪石、镁铁闪石、阳起石、普通角闪石、碱性角闪石、绿帘石、黝帘石、酸性斜长石、铁铝榴石、方解石等。有时可有少量浅带或深带的矿物与之共生。

（3）深带：温度高，静压力通常很大，应力比其他两个带较弱或不存在，变质作用方式以长时间持续的变质结晶和重结晶为主，通常不伴随变形作用。此带的典型矿物有黑云母、钾长石、矽线石、橄榄石、钙铁辉石、绿辉石、普通角闪石、碱性角闪石、钠辉石、硬玉、堇青石、石榴子石、蓝晶石、基性斜长石、符山石、方柱石、硅镁石、方解石和方镁石等。

（二）递增变质带

因为变质岩的矿物成分决定于原岩的化学成分和变质当时的物化条件，所以在一个变质岩地区内，化学成分相似的岩石中矿物成分在空间上的变化，能够反映变质时温压条件的相应变化。利用等化学系列变质岩中新矿物相的开始出现来划分的变质强度带称为递增变质带（渐近变质带）。变质带之间的界线称为等变线。变质带通常根据泥质岩和基性岩中某些矿物的首次出现进行划分。

（1）中压区域变质作用下泥质岩的递增变质带：巴洛和蒂利等人对英国北部苏格兰高地的早古生代达尔累丁片岩进行了研究，它们以泥质片岩中随变质作用增强时，每一种新变质矿物的首次出现为标志划分出下列6个变质带。

——绿泥石带：以绿泥石＋绢云母＋石英＋钠长石为标志。

——黑云母带：以红棕色黑云母出现为特征。

——铁铝榴石带（石榴子石带）：以铁铝榴石的出现为特征，它和黑云母、白云母、石英及更长石共生。

——十字石带：以十字石出现为特征。

——蓝晶石带：以蓝晶石出现为特征。

——矽线石带：以矽线石首次出现和蓝晶石消失为标志。

每一个带的矿物组合都在前一个带的基础上，通过特定变质反应所形成。上述分带在世界各地的泥质片岩中基本都得到了证实，通常称为巴洛式变质带。

（2）中压区域变质作用下基性变质岩中的递增变质带：基性、中性火山岩和火山碎屑岩分布较广，它们的矿物组合随温度变化的灵敏性不如泥质岩石，变质带的特点也不相同，可划分出以下几个变质带。

——钠长石-绿泥石带：典型矿物组合是钠长石＋绿帘石＋绿泥石。

——钠长石-阳起石带：典型矿物组合是钠长石＋阳起石＋绿帘石＋绿泥石＋石英＋方解石＋黑云母。阳起石开始出现是进入该带的标志。

——钠长石-普通角闪石带：典型矿物组合为钠长石＋普通角闪石＋绿帘石。蓝绿色普通角闪石开始出现是进入该带的标志。

——斜长石-普通角闪石带：典型矿物组合是斜长石＋普通角闪石＋铁铝榴石或透辉石，有时也含黑云母。斜长石（An＞17～20）开始出现是进入该带的标志。

——斜长石-辉石带（二辉石带）：典型矿物组合是斜方辉石＋单斜辉石＋中基性斜长石。进入该带的标志是基性变质岩中斜方辉石的开始出现。

除上述两类变质岩外，碳酸盐岩的递增变质带如下：

碳酸盐岩石中分布最广的是硅质白云质石灰岩，它对温度的升高比较灵敏，一般情况下变质矿物出现的顺序是：滑石、透闪石、透辉石、硅灰石；在某些硅不足的岩石中可出现镁橄榄石；如原岩含黏土质时，低温常出现绿帘石和白云母，温度较高则可出现钙铝榴石、符山石、普通角闪石、方柱石、斜长石、钾长石及金云母等矿物。

各种原岩划分的变质带大致对比如表3-10-1。

表3-10-1 按标志矿物首次出现而划分的区域变质带对比表

（三）变质反应级

变质带、变质反应级都是建立在标志矿物上，是根据等化学系列岩石中新变质矿物的开始出现来划分的。但是，任何一种矿物都是不同变质反应的产物，且同种矿物可以通过不同的变质反应产生，形成不同的共生组合，其形成时的温度压力也必然不同。例如：在泥质变质岩中，铁铝榴石的形成，既可以由绿泥石和石英的变质反应形成，此时，铁铝榴石可与黑云母或白云母共生，代表了较低的变质条件；又可以由白云母、石英及黑云母的变质反应形成，此时，铁铝榴石可与钾长石共生，代表了较高的变质条件。因此，只根据单一矿物划分出来的变质带，有可能是由不同变质反应形成的，代表了不同的变质条件；如果考虑到影响变质反应的因素，除温度外，还有压力，两者都是强度因素，而且两者之间又是互为变量的，那么，某一“标志矿物”的出现，只是代表了某一特定的变质反应，而不能代表其他；如果进一步考虑到在不同地区，温度-压力梯度可能不同，也会影响变质反应，其结果可以出现不同的矿物分带现象，所以在不同的变质地区之间，也不是所有的变质反应都是能互相对比的。

基于上述考虑，变质级是温克勒（H.G.F.Winklel，1976）根据野外观察和有关变质反应资料，提出了变质反应级的概念，并提出了可以应用14个特定的变质反应，建立了等反应级的概念，其基本概念是：等变质反应级就是建立在特定变质反应基础上的等变质级，即以变质矿物的空间变化及其所代表的变质反应来划分变质带。代表同一变质反应开始出现的地点的连线，称为等变质反应级，根据变质反应级（带）的概念，温克勒选择了14个特征变质反应作为变质岩区分带的标志（图3-10-1），在选择这14个反应时，参考的都是较常见的变质反应；这些反应都已有大量的实验资料，反映其温压等物化条件较明确；而且所涉及的矿物，要易于通过一般的岩矿鉴定方法加以区别并尽可能包括较多的原岩类型。温克勒根据常见岩石中的特定变质反应把变质作用的温压范围划分为如下几个变质级：

（1）极低级：只在基性变质岩中才能显示出来，特征是变质基性岩中出现浊沸石、斜钙沸石、硬柱石、葡萄石、绿纤石等矿物，其温度范围为200～400℃。

（2）低级：相当苏格兰高地的绿泥石、黑云母和石榴子石这三个带。温度下限为350～400℃，上限为500～550℃。它和极低级之间的临界反应是图3-10-1 中的反应①②和③，相应的矿物变化是绿纤石、硬柱石等消失，代之以黝帘石、绿泥石和阳起石等。

（3）中级：相对于苏格兰高地的十字石和蓝晶石带，温度范围在550～650℃之间，它和低级之间的临界反应是图3-10-1中的反应⑥。以十字石＋白云母＋石英组合出现，而绿泥石消失为特征。低压时出现堇青石。变质基性岩中以普通角闪石＋斜长石（An＝17）出现为特征，由于其成分复杂，反应的温压范围可能较宽，推测在500℃左右，但缺乏实验资料。

图3-10-1 一些重要的变质反应曲线的温压范围

（据H.G.F.Winkler，1976）

（4）高级：相当于苏格兰高地的矽线石带，温度一般在600～650℃以上，它和中级之间的界线：低压时（0.35GPa），为图3-10-1中的反应���。压力较高时，则表现为花岗质岩石的重熔，其最低重熔曲线可作为界线。

温克勒用图3-10-2所示表示4个变质级在P-T图解上的分区。由图上可以看出，虽然温克勒用变质反应级代替了原来的变质相和变质带，仅根据特定变质反应划分的4个变质级和有些变质相、变质带的界线相近。变质反应级及以其为基础的变质级划分，是变质地区变质作用强度带研究的一大发展，因所选的变质反应都有较可行的实验数据，这就为把变质作用强度带研究和变质作用温压条件的确定，从定性阶段引向定量阶段开辟了途径，在理论和实践的结合上向前发展了一大步。

图3-10-2 不同变质级的P-T 图解

（据H.G.F.Winkler，1976）

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