第五章動力變質巖和接觸-熱變質巖動力變質巖熱-接觸變質巖2020年9月28日1動力變質巖動力變質巖一般特點動力變質巖類型大型剪切帶中動力變質巖的分布2020年9月28日2動力變質巖一般特點產在斷裂帶及韌性剪切帶中,呈線狀分布,所以又稱為斷層巖;由于與圍巖的差異風化,動力變質巖在地貌上常形成洼溝或陡墻;具碎裂結構、糜棱結構,有或多或少的棱角狀或眼球狀碎斑或碎塊;動力變質帶內巖性變化大,巖石面貌受原巖、變形機制和變形強度控制;由于動力變質帶是流體活動地帶,所以常伴隨有蝕變和礦化;2020年9月28日3動力變質巖類型未固結的固結的無面理的面理化的基質的性質構造破碎強于重結晶構造角礫構造角礫巖碎裂巖系列初糜棱巖糜棱巖系列<50基質體積分數(％)斷層泥碎裂巖千糜巖變種糜棱巖50～90超碎裂巖超糜棱巖>90重結晶為主變余糜棱巖

玻璃質假玄武玻璃碎裂巖系列(a)構造角礫巖;(b)碎裂巖;(c)假玄武玻璃.糜棱巖系列

(a)糜棱巖;(b)千糜巖;(c)變余糜棱巖

2020年9月28日4大型剪切帶中動力變質巖的分布縱向上：一個深達下地殼的大型剪切帶，從地表至地下不同深度P-T條件不同，變形機制不同，因而形成的動力變質巖類型也不同(圖21-2)。變形變強，脆性→塑性2020年9月28日5橫向上：在同一水平，由于變形強度通常由剪切帶兩側向中心遞增，而出現由兩側往中心的構造角礫巖一碎裂巖一超碎裂巖，或初糜棱巖一糜棱巖一超糜棱巖等分帶現象，如圖21-3所示的河南西峽蛇尾韌性剪切帶。變形加強，脆性→塑性2020年9月28日6接觸-熱變質巖接觸、熱變質巖的一般特點接觸、熱變質巖的主要巖石類型2020年9月28日7局限在侵人體與圍巖接觸帶附近圍巖之中圍繞侵入體分布,分布寬度變化很大.由于變質因素主要為T,缺乏偏應力,因而接觸—熱變質巖一般以具變晶結構、無定向構造為特征,在接觸變質暈外帶,變余結構構造發育.但不排除繼承原巖定向性的繼承性定向構造.接觸－熱變質屬于很低P／T變質(視地熱梯度>80℃／km),形成深度淺(通常P<0．3GPa),因而礦物成分上以紅柱石、堇青石、硅灰石等低壓礦物為特征.由于導致接觸-熱變質的熱和流體來自侵入體,因而接觸變質暈中出現自侵人體接觸帶向外變質程度逐漸降低的變質分帶,圍繞侵人體呈同心圈狀分布.發育完整的接觸變質帶.因巖漿流體的作用,接觸-熱變質巖往往有夕卡巖等交代巖伴生.接觸、熱變質巖的一般特點2020年9月28日8接觸變質作用緊鄰著火成巖侵入體侵入到冷的淺部巖石的熱巖漿熱效應影響的結果(andpossiblymetasomatic)壓力范圍很廣,包括極低壓力接觸變質暈2020年9月28日9接觸變質作用接觸變質暈的大小和形狀控制因素:侵入巖的性質圍巖的性質大小形狀方向溫度組分組分圍巖進入巖體的深度和變質級別強度滲透性

2020年9月28日10接觸變質作用

非常容易判別,通常一個侵入體侵入到淺部巖石中靠近侵入體的圍巖常常形成非常均勻的高級變質巖-角巖(hornfelses),殘留的結構和構造也是十分普遍的2020年9月28日11TheTypesofMetamorphism接觸變質作用多期變質巖石是十分普遍的,usuallyrepresentinganorogeniceventfollowedbyacontactoneSpottedphyllite(orslate)Overprintmaybedueto:LagtimebetweenthecreationofthemagmaatdepthduringTmaximum,anditsmigrationtothelowergraderocksabovePlutonismmayreflectaseparatephaseofpost-orogeniccollapsemagmatism(Chapter18)2020年9月28日12高熱變質作用在非常低的壓力條件下的非常高溫的變質,由火山巖或次火山巖巖體產生的.

也可以發育在捕虜體中2020年9月28日13Tuner（1955）簡明等化學分類泥質巖類：原巖為泥質沉積物。長英質：包括砂巖、酸性巖漿巖等。鈣質：原巖為各種灰巖、白云巖等。基性：包括基性侵入巖、火山巖以及鐵質白云質泥灰巖雜砂巖等。鎂質：原巖為相近的超基性巖以及與之成分泥巖、砂巖。

接觸、熱變質巖的主要巖石類型2020年9月28日14Fig.25-2.Temperature-pressurediagramshowingthegenerallyacceptedlimitsofthevariousfaciesusedinthistext.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.2020年9月28日15泥質巖鈣質巖石例子2020年9月28日16在英國Skiddaw接觸變質暈中的泥質巖的接觸變質作用,加里東Skiddaw板巖(英國的湖區(EnglishLakeDistrict))被幾個花崗巖體侵入侵入體是較淺的,接觸變質疊加在一個較早的低級區域造山變質作用之上.2020年9月28日17例子：英國SkiddawAureole泥巖根據結構特征,圍繞著Skiddaw花崗巖的接觸變質巖可分為三個亞帶:未改變的板巖星點狀板巖的外帶紅柱石板巖的中帶角巖內帶Skiddaw花崗巖變質級別增加在英國Skiddaw接觸變質暈中的泥質巖的接觸變質作用,2020年9月28日18Figure21-14.GeologicMapandcross-sectionoftheareaaroundtheSkiddawgranite,LakeDistrict,UK.AfterEastwoodetal(1968).GeologyoftheCountryaroundCockermouthandCaldbeck.Explanationaccompanyingthe1-inchGeologicalSheet23,NewSeries.InstituteofGeologicalSciences.London.2020年9月28日19中帶:板巖多被重結晶,含黑云母+白云母+堇青石+紅柱石+石英Figure21-15.Cordierite-andalusiteslatefromthemiddlezoneoftheSkiddawaureole.FromMason(1978)PetrologyoftheMetamorphicRocks.GeorgeAllen&Unwin.London.1mm在英國Skiddaw接觸變質暈中的泥質巖的接觸變質作用,2020年9月28日20內帶:整個重結晶無面理Figure21-16.Andalusite-cordieriteschistfromtheinnerzoneoftheSkiddawaureole.Notethechiastolitecrossinandalusite(seealsoFigure22-49).FromMason(1978)PetrologyoftheMetamorphicRocks.GeorgeAllen&Unwin.London.1mm在英國Skiddaw接觸變質暈中的泥質巖的接觸變質作用,2020年9月28日21這些帶是Rastall(1910)根據結構(textural)特征確定的最好應用礦物出現出現的順序和等變線確定這些帶在P-T域中低壓的等變線極為收縮因此,隨著變質級別增加建立Skiddaw礦物序列是難以精確確定的.在英國Skiddaw接觸變質暈中的泥質巖的接觸變質作用,2020年9月28日22鈣質巖石變質作用鈣質巖石在碳酸鹽巖類是主要的,通常有灰巖和白云巖通常沿被動大陸邊緣分布,形成在一個穩定的大陸架環境中.這些巖石也許是純的碳酸鹽巖,或者包含一些其他沉淀物(如燧石或赤鐵礦)和碎屑物質(如砂,粘土等)純的碳酸鹽巖到純的碎屑巖是完整的序列當被動大陸邊緣變為造山帶中的一部分時,變質作用開始產生2020年9月28日23變質碳酸鹽巖是變質的鈣質巖石,在這些鈣質巖石中碳酸組分是主要的大理巖是十分純的碳酸鹽巖鈣-硅酸巖:

碳酸物質是次要的,也許是由Ca-Mg-Fe-Al礦物構成,如透輝石(diopside),鈣鋁榴石(grossular),Ca-閃石(Ca-amphiboles),符閃石(vesuvianite),綠簾石(epidote),硅灰石(wollastonite)等.矽卡巖:

鈣-硅酸巖是由碳酸鹽巖和富硅酸鹽巖石或流體之間的交代作用而形成的沉積巖層之間的接觸變質碳酸鹽巖圍巖和一個熱的,含水的,硅酸鹽侵入體,如花崗巖之間的接觸變質.2020年9月28日24Skarn矽卡巖是瑞典文碎石或碎塊的意思,是瑞典的一個老礦山的術語.是指太古代的一些鐵礦和硫化物礦床,交代石灰巖形成主要是由鈣、鎂硅酸鹽類礦物所組成,常為中粗粒粒狀變晶結構,塊狀構造.常見的類型有:鈣質矽卡巖、鎂質矽卡巖.巖性變化很大.常見造巖礦物有:鈣鋁－鈣鐵榴石系的石榴子石;透輝石－鈣鐵輝石系的單斜輝石.有時含硅灰石,榍石,黑柱石等.當原巖為白云巖或其它鎂質巖石時,可以形成含硅鎂石族礦物,薔薇輝石,鈣鎂橄欖石,鎂橄欖石,金云母,尖晶石等礦物.原巖為凝灰巖,侵入巖等硅酸鹽巖時,還可以出現斜長石,普通角閃石,符山石,斧石,方柱石等.巖石成因較復雜,目前通行的看法認為:鈣質矽卡巖、鎂質矽卡巖主要是由中酸性侵入巖與鈣鎂碳酸鹽類巖石（石灰巖、白云質灰巖等）接觸時,由接觸交代作用所形成的一類巖石.2020年9月28日25矽卡巖的顏色、結構、構造矽卡巖的外貌和顏色變化較大,一般隨著礦物成分和粒徑而變化.顏色常常為棕褐色、紅褐色、綠褐色、暗綠色、以及淺灰色等.結構多為主要為等粒或不等粒粒狀變晶結構.粒徑不等,可以很細,細到隱晶質,也可以很粗粗到500mm以上,一般粒徑多在1－20mm之間,呈粒狀集合體.常含包含變晶結構,環帶結構,也可以出現各種交代變余結構、交代假象結構.矽卡巖構造多為塊狀、帶狀、條紋狀、斑塊狀、同心球狀、角礫狀、晶簇狀.其還可以出現大量的空洞或空隙,成為不規則的、被模狀、晶簇狀礦物充填或填滿.2020年9月28日26Figure29-2.AportionoftheAltaaureoleinLittleCottonwoodCanyon,SEofSaltLakeCity,UT,wheretalc,tremolite,forsterite,andpericlaseisogradsweremappedinmetacarbonatesbyMooreandKerrick(1976)Amer.J.Sci.,276,502-524.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.方鎂石鎂橄欖石滑石透閃石沖擊層2020年9月28日27鈣質巖石變質作用Figure29-1.ChemographicsintheCaO-MgO-SiO2

-CO2

-H2Osystem,projectedfromCO2andH2O.Thegreenshadedareasrepresentthecommoncompositionrangeoflimestonesanddolostones.Duetothesolvusbetweencalciteanddolomite,bothmineralscancoexistincarbonaterocks.Thedarkredlefthalfofthetriangleistheareaofinterestformetacarbonates.Carbonatedultramaficsoccupytherighthalfofthetriangle.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.2020年9月28日28Figure29-3.T-XCO2phasediagramforsiliceouscarbonatesatP=0.1GPa.CalculatedusingtheprogramTWQofBerman(1988,1990,1991).Thegreenareaisthefieldinwhichtremoliteisstable,theredishareaisthefieldinwhichdolomite+diopsideisstable,andtheblueareaisfordolomite+talc.Compatibilitydiagrams,similartothoseinFigure29-4,showthemineralassemblagesineachfield.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.2020年9月28日29Figure29-6.T-XCO2phasediagramforsiliceouscarbonatesatP=0.5GPa,calculatedusingtheprogramTWQofBerman(1988,1990,1991).Thelight-shadedareaisthefieldinwhichtremoliteisstable,thedarkershadedareasarethefieldsinwhichtalcordiopsidearestable.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.2020年9月28日30Figure29-5.MetamorphiczonesdevelopedinregionallymetamorphoseddolomiticrocksoftheLepontineAlps,alongtheSwiss-Italianborder.AfterTrommsdorff(1966)Schweiz.Mineral.Petrogr.Mitt.,46,431-460and(1972)Schweiz.Mineral.Petrogr.Mitt.,52,567-571.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.鈣質巖石變質作用2020年9月28日31來自美國Crestmore,CA,USA地區的接觸變質作用和矽卡巖洛山磯盆地中的Crestmore采場(Crestmorequarry)年齡不祥的石英二長巖侵入到含Mg的碳酸鹽巖之中-(晚古生代或者三疊系)Brunham(1959)填圖出下列帶,并列出每個帶的礦物組合(按照變質級別增加的順序排列):2020年9月28日32鎂橄欖石帶(ForsteriteZone):calcite+brucite(氫氧鎂石)+clinohumite+spinelcalcite+clinohumite+forsterite+spinelcalcite+forsterite+spinel+clintonite鈣鎂橄欖帶(MonticelliteZone): calcite+forsterite+monticellite(鈣鎂橄欖石)+clintonitecalcite+monticellite+melilite+clintonite(綠脆云母)calcite+monticellite+spurrite(灰硅鈣石)

(ortilleyite(粒硅鈣石))+clintonitemonticellite+spurrite+merwinite+melilite(黃長石)符閃石帶(VesuvianiteZone):Vesuvianite(idocrase)+monticellite+spurrite+merwinite(默硅鎂鈣石)+melilitevesuvianite+monticellite+diopside+wollastonite石榴石帶(GarnetZone): grossular+diopside+wollastonite2020年9月28日33切過接觸變質暈的一個理想的剖面(cross-section)Figure21-17.IdealizedN-Scrosssection(nottoscale)throughthequartzmonzoniteandtheaureoleatCrestmore,CA.FromBurnham(1959)Geol.Soc.Amer.Bull.,70,879-920.鈣鎂橄欖石符山石偉晶巖來自美國Crestmore,CA,USA地區的接觸變質作用和矽卡巖2020年9月28日34隨著變質級別的增高,新礦物的形成,在連續的帶中的礦物組合不斷變化這種變化只能通過化學反應(chemicalreaction)進行,在這化學反應種一些礦物被消耗,而另一些礦物生成.來自美國Crestmore,CA,USA地區的接觸變質作用和矽卡巖2020年9月28日35a)Calcite+brucite+clinohumite+spinelzonetotheCalcite+clinohumite+forsterite+spinelsub-zoneinvolvesthereaction:2Clinohumite+SiO2

9Forsterite+