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1、第五章 动力变质岩和接触-热变质岩,动力变质岩热-接触变质岩,动力变质岩,动力变质岩一般特点动力变质岩类型大型剪切带中动力变质岩的分布,动力变质岩一般特点,产在断裂带及韧性剪切带中,呈线状分布,所以又称为断层岩;由于与围岩的差异风化,动力变质岩在地貌上常形成洼沟或陡墙;具碎裂结构、糜棱结构,有或多或少的棱角状或眼球 状碎斑或碎块;动力变质带内岩性变化大,岩石面貌受原岩、变形机制和变形强度控制;由于动力变质带是流体活动地带,所以常伴随有蚀变和矿化;,动力变质岩类型,碎裂岩系列(a)构造角砾岩;(b)碎裂岩;(c)假玄武玻璃.糜棱岩系列(a)糜棱岩;(b)千糜岩;(c)变余糜棱岩,大型剪切带中动力
2、变质岩的分布,纵向上：一个深达下地壳的大型剪切带，从地表至地下不同深度P-T条件不同，变形机制不同，因而形成的动力变质岩类型也不同(图21-2)。,变形变强，脆性塑性,横向上：在同一水平，由于变形强度通常由剪切带两侧向中心递增，而出现由两侧往中心的构造角砾岩一碎裂岩一超碎裂岩，或初糜棱岩一糜棱岩一超糜棱岩等分带现象，如图21-3所示的河南西峡蛇尾韧性剪切带。,变形加强，脆性塑性,接触-热变质岩,接触、热变质岩的一般特点接触、热变质岩的主要岩石类型,局限在侵人体与围岩接触带附近围岩之中围绕侵入体分布,分布宽度变化很大.由于变质因素主要为T,缺乏偏应力,因而接触热变质岩一般以具变晶结构、无定向构造
3、为特征,在接触变质晕外带,变余结构构造发育.但不排除继承原岩定向性的继承性定向构造.接触热变质属于很低PT变质(视地热梯度80km),形成深度浅(通常P03GPa),因而矿物成分上以红柱石、堇青石、硅灰石等低压矿物为特征.由于导致接触-热变质的热和流体来自侵入体,因而接触变质晕中出现自侵人体接触带向外变质程度逐渐降低的变质分带,围绕侵人体呈同心圈状分布.发育完整的接触变质带.因岩浆流体的作用,接触-热变质岩往往有夕卡岩等交代岩伴生.,接触、热变质岩的一般特点,接触变质作用,紧邻着火成岩侵入体侵入到冷的浅部岩石的热岩浆热效应影响的结果(and possibly metasomatic)压力范围很
4、广,包括极低压力接触变质晕,接触变质作用 接触变质晕的大小和形状控制因素:,侵入岩的性质,围岩的性质,大小形状方向,温度组分,组分围岩进入岩体的深度和变质级别强度渗透性,接触变质作用 非常容易判别,通常一个侵入体侵入到浅部岩石中,靠近侵入体的围岩常常形成非常均匀的高级变质岩-角岩(hornfelses),残留的结构和构造也是十分普遍的,The Types of Metamorphism,接触变质作用 多期变质岩石是十分普遍的,usually representing an orogenic event followed by a contact one,Spotted phyllite(or
5、slate)Overprint may be due to:Lag time between the creation of the magma at depth during T maximum,and its migration to the lower grade rocks abovePlutonism may reflect a separate phase of post-orogenic collapse magmatism(Chapter 18),高热变质作用,在非常低的压力条件下的非常高温的变质,由火山岩或次火山岩岩体产生的.也可以发育在捕虏体中,Tuner（1955）简明等
6、化学分类泥质岩类：原岩为泥质沉积物。长英质：包括砂岩、酸性岩浆岩等。钙质：原岩为各种灰岩、白云岩等。基性：包括基性侵入岩、火山岩 以及铁质白云质泥 灰 岩杂砂岩等。镁质：原岩为相近的超基性岩以及与之成分泥岩、砂岩。,接触、热变质岩的主要岩石类型,Fig.25-2.Temperature-pressure diagram showing the generally accepted limits of the various facies used in this text.Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrol
7、ogy.Prentice Hall.,泥质岩钙质岩石,例子,在英国Skiddaw接触变质晕中的泥质岩的接触变质作用,加里东Skiddaw 板岩(英国的湖区(English Lake District)被几个花岗岩体侵入侵入体是较浅的,接触变质叠加在一个较早的低级区域造山变质作用之上.,例子：英国 Skiddaw Aureole泥岩根据结构特征,围绕着Skiddaw 花岗岩的接触变质岩可分为三个亚带:未改变的板岩星点状板岩的外带红柱石板岩的中带角岩内带Skiddaw 花岗岩,变质级别增加,在英国Skiddaw接触变质晕中的泥质岩的接触变质作用,Figure 21-14.Geologic Map
8、and cross-section of the area around the Skiddaw granite,Lake District,UK.After Eastwood et al(1968).Geology of the Country around Cockermouth and Caldbeck.Explanation accompanying the 1-inch Geological Sheet 23,New Series.Institute of Geological Sciences.London.,中带:板岩多被重结晶,含黑云母+白云母+堇青石+红柱石+石英,Figur
9、e 21-15.Cordierite-andalusite slate from the middle zone of the Skiddaw aureole.From Mason(1978)Petrology of the Metamorphic Rocks.George Allen&Unwin.London.,1 mm,在英国Skiddaw接触变质晕中的泥质岩的接触变质作用,内带:整个重结晶无面理,Figure 21-16.Andalusite-cordierite schist from the inner zone of the Skiddaw aureole.Note the chi
10、astolite cross in andalusite(see also Figure 22-49).From Mason(1978)Petrology of the Metamorphic Rocks.George Allen&Unwin.London.,1 mm,在英国Skiddaw接触变质晕中的泥质岩的接触变质作用,这些带是Rastall(1910)根据结构(textural)特征确定的,最好应用矿物出现出现的顺序和等变线确定这些带在P-T域中低压的等变线极为收缩因此,随着变质级别增加建立Skiddaw矿物序列是难以精确确定的.,在英国Skiddaw接触变质晕中的泥质岩的接触变质作用,
11、钙质岩石变质作用,钙质岩石在碳酸盐岩类是主要的,通常有灰岩和白云岩通常沿被动大陆边缘分布,形成在一个稳定的大陆架环境中.这些岩石也许是纯的碳酸盐岩,或者包含一些其他沉淀物(如燧石或赤铁矿)和碎屑物质(如砂,粘土等)纯的碳酸盐岩到纯的碎屑岩是完整的序列当被动大陆边缘变为造山带中的一部分时,变质作用开始产生,变质碳酸盐岩 是变质的钙质岩石,在这些钙质岩石中碳酸组分是主要的大理岩 是十分纯的碳酸盐岩钙-硅酸岩:碳酸物质是次要的,也许是由Ca-Mg-Fe-Al矿物构成,如透辉石(diopside),钙铝榴石(grossular),Ca-闪石(Ca-amphiboles),符闪石(vesuvianite
12、),绿帘石(epidote),硅灰石(wollastonite)等.矽卡岩:钙-硅酸岩是由碳酸盐岩和富硅酸盐岩石或流体之间的交代作用而形成的沉积岩层之间的接触变质碳酸盐岩围岩和一个热的,含水的,硅酸盐侵入体,如花岗岩之间的接触变质.,Skarn矽卡岩是瑞典文碎石或碎块的意思,是瑞典的一个老矿山的术语.是指太古代的一些铁矿和硫化物矿床,交代石灰岩形成主要是由钙、镁硅酸盐类矿物所组成,常为中粗粒粒状变晶结构,块状构造.常见的类型有:钙质矽卡岩、镁质矽卡岩.岩性变化很大.常见造岩矿物有:钙铝钙铁榴石系的石榴子石;透辉石钙铁辉石系的单斜辉石.有时含硅灰石,榍石,黑柱石等.当原岩为白云岩或其它镁质岩石时
13、,可以形成含硅镁石族矿物,蔷薇辉石,钙镁橄榄石,镁橄榄石,金云母,尖晶石等矿物.原岩为凝灰岩,侵入岩等硅酸盐岩时,还可以出现斜长石,普通角闪石,符山石,斧石,方柱石等.岩石成因较复杂,目前通行的看法认为:钙质矽卡岩、镁质矽卡岩主要是由中酸性侵入岩与钙镁碳酸盐类岩石（石灰岩、白云质灰岩等）接触时,由接触交代作用所形成的一类岩石.,矽卡岩的颜色、结构、构造矽卡岩的外貌和颜色变化较大,一般随着矿物成分和粒径而变化.颜色常常为棕褐色、红褐色、绿褐色、暗绿色、以及浅灰色等.结构多为主要为等粒或不等粒粒状变晶结构.粒径不等,可以很细,细到隐晶质,也可以很粗粗到500mm以上,一般粒径多在120mm之间,呈
14、粒状集合体.常含包含变晶结构,环带结构,也可以出现各种交代变余结构、交代假象结构.矽卡岩构造多为块状、带状、条纹状、斑块状、同心球状、角砾状、晶簇状.其还可以出现大量的空洞或空隙,成为不规则的、被模状、晶簇状矿物充填或填满.,Figure 29-2.A portion of the Alta aureole in Little Cottonwood Canyon,SE of Salt Lake City,UT,where talc,tremolite,forsterite,and periclase isograds were mapped in metacarbonates by Moore
15、 and Kerrick(1976)Amer.J.Sci.,276,502-524.Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.,方镁石,镁橄榄石,滑石,透闪石,冲击层,钙质岩石变质作用,Figure 29-1.Chemographics in the CaO-MgO-SiO2-CO2-H2O system,projected from CO2 and H2O.The green shaded areas represent the common composition range
16、 of limestones and dolostones.Due to the solvus between calcite and dolomite,both minerals can coexist in carbonate rocks.The dark red left half of the triangle is the area of interest for metacarbonates.Carbonated ultramafics occupy the right half of the triangle.Winter(2001)An Introduction to Igne
17、ous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.,Figure 29-3.T-XCO2 phase diagram for siliceous carbonates at P=0.1 GPa.Calculated using the program TWQ of Berman(1988,1990,1991).The green area is the field in which tremolite is stable,the redish area is the field in which dolomite+diopside is stable,an
18、d the blue area is for dolomite+talc.Compatibility diagrams,similar to those in Figure 29-4,show the mineral assemblages in each field.Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.,Figure 29-6.T-XCO2 phase diagram for siliceous carbonates at P=0.5 GPa,calculated usi
19、ng the program TWQ of Berman(1988,1990,1991).The light-shaded area is the field in which tremolite is stable,the darker shaded areas are the fields in which talc or diopside are stable.Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.,Figure 29-5.Metamorphic zones devel
20、oped in regionally metamorphosed dolomitic rocks of the Lepontine Alps,along the Swiss-Italian border.After Trommsdorff(1966)Schweiz.Mineral.Petrogr.Mitt.,46,431-460 and(1972)Schweiz.Mineral.Petrogr.Mitt.,52,567-571.Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.,钙质岩石
21、变质作用,来自美国Crestmore,CA,USA地区的接触变质作用和矽卡岩,洛山矶盆地中的Crestmore采场(Crestmore quarry)年龄不祥的石英二长岩侵入到含Mg的碳酸盐岩之中-(晚古生代或者三叠系),Brunham(1959)填图出下列带,并列出每个带的矿物组合(按照变质级别增加的顺序排列):,镁橄榄石带(Forsterite Zone):calcite+brucite(氢氧镁石)+clinohumite+spinelcalcite+clinohumite+forsterite+spinelcalcite+forsterite+spinel+clintonite钙镁橄榄带
22、(Monticellite Zone):calcite+forsterite+monticellite(钙镁橄榄石)+clintonitecalcite+monticellite+melilite+clintonite(绿脆云母)calcite+monticellite+spurrite(灰硅钙石)(or tilleyite(粒硅钙石)+clintonitemonticellite+spurrite+merwinite+melilite(黄长石)符闪石带(Vesuvianite Zone):Vesuvianite(idocrase)+monticellite+spurrite+merwinit
23、e(默硅镁钙石)+melilitevesuvianite+monticellite+diopside+wollastonite石榴石带(Garnet Zone):grossular+diopside+wollastonite,切过接触变质晕的一个理想的剖面(cross-section),Figure 21-17.Idealized N-S cross section(not to scale)through the quartz monzonite and the aureole at Crestmore,CA.From Burnham(1959)Geol.Soc.Amer.Bull.,70,
24、879-920.,钙镁橄榄石,符山石,伟晶岩,来自美国Crestmore,CA,USA地区的接触变质作用和矽卡岩,随着变质级别的增高,新矿物的形成,在连续的带中的矿物组合不断变化,这种变化只能通过化学反应(chemical reaction)进行,在这化学反应种一些矿物被消耗,而另一些矿物生成.,来自美国Crestmore,CA,USA地区的接触变质作用和矽卡岩,a)Calcite+brucite+clinohumite+spinel zone to the Calcite+clinohumite+forsterite+spinel sub-zone involves the reaction
25、:2 Clinohumite+SiO2 9 Forsterite+2 H2O,b)Formation of the vesuvianite zone involves the reaction:Monticellite+2 Spurrite+3 Merwinite+4 Melilite+15 SiO2+12 H2O 6 Vesuvianite+2 CO2,来自美国Crestmore,CA,USA地区的接触变质作用和矽卡岩,2)寻找一种简单的方法去展现这些数据,这也是十分有用的方法,如果我们将接触变质晕作为一个化学系统,我们可以注意到许多矿物是由CaO-MgO-SiO2-CO2-H2O 组分构成
26、的(可能具少量的 Al2O3),来自美国Crestmore,CA,USA地区的接触变质作用和矽卡岩,Zones are numbered(from outside inward),Figure 21-17.CaO-MgO-SiO2 diagram at a fixed pressure and temperature showing the compositional relationships among the minerals and zones at Crestmore.Numbers correspond to zones listed in the text.After Burnham(1959)Geol.Soc.Amer.Bull.,70,879-920;and Best(1982)Igneous and Metamorphic Petrology.W.H.Freeman.,钙质岩石变质作用,Figure 29-9.Map of isograds in the pelitic Waterville and calcareous Vassalboro formations of south-central Maine.After Ferry(1983)J.Petrol.,24,343-376.,
