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变质作用的因素

变质作用的因素

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变质作用的因素

引起岩石变质的原因很多,但最根本的原因是地质环境的改变,如岩层埋深加大、强烈构造挤压、板块俯冲碰撞、遭遇岩浆侵入等。在一定时间内,这种地质环境改变导致了区域性的温度场、压力场、物质化学平衡等发生剧烈变化,为变质作用创造了条件。因此,人们通常把温度、压力、化学活动性流体等视为变质作用的重要因素。

1.温度

温度的改变是引起岩石变质的重要因素之一,大部分的变质作用都是在温度升高的情况下发生的。温度升高对原岩产生的影响主要有三个方面。

(1)温度升高可以促进并加速矿物重结晶,促进并加速原岩的结构、构造发生变化,使原岩中的矿物颗粒由细变粗。例如,隐晶质石灰岩在遭遇高温作用时,其中微粒状方解石发生重结晶作用而形成粗粒的晶体,使石灰岩变成大理岩。

(2)温度升高可提高活化分子比例,有利于矿物之间发生化学反应,并促进变质反应向吸热方向进行,形成高温变质矿物。例如,细粒硅质石灰岩在遭遇高温(470℃)作用时,闹拆不仅发生重结晶作用,而且生成高温变质矿物硅灰石,形成硅灰石大理岩。

(3)温度升高可使岩石中流体相的活动性增大。当温度持续升高(超过800~900℃)时,还可使原岩在变质结晶和重结晶的基础上进一步发生选择性重熔,其中长英质低熔组分呈液相出现,从而导致混合岩化作用。

变质作用中温度升高的原因有:岩层埋深加大递增的地热,岩浆侵入原岩放出的岩浆热,来自地幔的上升热流(放射性元素衰变产生的放射热),以及由构造变动的机械能转化而来的热能等。一般认为,变质作用的温度下限为230℃左右,上限为900℃左右。

2.压力

压力也是控制变质作用的重要因素。在变质作用过程中,压力增加有利于体积缩小的反应发生,形成高密度矿物组合。参与变质作用的压力有三种类型:负荷压力、流体压力和定向压力。压力的标准国际单位为Pa(帕[斯卡])或GPa(吉帕,1GPa=109Pa)。并老

(1)负荷压力:是一种各向相等的静水压力,即均向压力,其大小等于上覆单位岩石柱的重量。变质作用一般发生在地表以下3~40km的深度内,因此其负荷压力范围大致为0.1~1.5 GPa。通常,将负荷压力为0.1~0.3 GPa的变质作用称为低压变质作用,负荷压力为0.3~0.5 GPa的称为中压变质作用,负荷压力为0.5~1.2 GPa的称为高压变质作用,负荷压力>2.5 GPa的称为超高压变质作用。

(2)流体压力:是指存在于岩石的粒间、微裂隙和毛细孔隙中的流体物质(H2O 和CO2等)对周围物质(包括孔隙四周的壁、顶、底)所产生的压力(排斥力)。负荷压力一般趋向于使岩石中的矿物颗粒紧密结合,而流体压力则相反,趋向于将矿物颗粒分开。流体压力增大有利于水化反应的发生,抑制富含结构水的矿物的分解,而流体压力减小则有利于脱水反应的发生,促进富含结构水的矿物的分解和重结晶作用。

(3)定向压力:也叫应力,主要是指由构造运动或岩浆侵入围岩时所产生的侧向挤压力。一般情况下,定向压力常引起岩石变形(褶皱或断裂),但在发生变质作用的地质环境中,定向压力不仅引起岩石变形,而且对岩石变质并在变质岩中形成定向构造等起着重要作用。当定向压力作用于岩石后,在挤压方向上矿物的熔点降低,溶解度增大,溶解的物质在垂直于挤压方向上,重新沉淀结晶、改变空间排列分布方式。特别是在区域变质过程中,当定向压力与温度联合作用于某些富含挥发分的岩石时,岩石将发生局部溶解和重结晶,而重结晶形成的片状、板状、针状、柱状、棒状矿物,以及被拉长的粒状矿物大都呈连续或断续定向分布、平行排列,形成片理和线理构造等。因此定向压力是重要的变质作用因液蔽枣素。

3.化学活动性流体

具有化学活动性的流体,主要是指岩石中沿裂隙或孔隙中循环的气态或液态物质,其成分主要是H2O和CO2,其次是O2、F2、B、Cl2等易挥发物质。在有一定温度和压力联合作用的情况下,化学活动性流体在某些变质反应中是不可缺少的重要因素。在这些变质反应中,H2O和CO2等化学活动性流体,主要起催化剂、溶剂、运移介质等的作用。

(1)起反应催化剂作用。在变质作用过程中,原岩空隙中的化学活动性流体数量虽少(一般不超过岩石总体积的1%~2%),但能加速矿物之间化学反应的进行,起到催化剂的作用。例如,用MgO与SiO2人工合成镁橄榄石(Mg2SiO4)的实验证明,若反应在干燥的条件下进行,当温度达1000℃时,4 天内只能形成26%的镁橄榄石,而在有水参与的情况下,在450℃只需几分钟反应就可全部完成。

(2)起溶剂作用。岩石中渗透于矿物颗粒之间的化学活动性流体(溶液)是矿物彼此间的接触剂,通过这种溶液的媒介作用,岩石中的易溶组分能在较大范围溶解和扩散,从而促进了矿物的重结晶和变质反应。有时化学活动性流体还可直接参与水化和脱水等变质反应。此外,水溶液的存在还可降低矿物的熔点和岩石的重熔温度。例如,花岗质岩石在不含水溶液的情况下,温度要高达950℃才开始重熔,而当水溶液饱和时,温度在640℃左右就开始重熔。

(3)起运移介质作用。具有化学活动性的流体是运移介质,通过它们可将某些组分从外部带入岩石中,或将岩石中的某些组分溶解带出,发生物质组分的迁移,从而改变原岩的化学成分,发生交代变质作用。