学习任务了解变质相及变质相系 变质相系
一、变质相
（一）变质相的概念
根据目前的研究现状，对变质相的概念可以初步确定如下：
变质相是指变质作用过程中，同时形成的一套矿物共生组合及形成时的物化条件。每一变质相都由一套具有各种原岩化学成分的变质矿物组合所组成，它们在时间上和空间上彼此紧密共生，且在不同的地区重复出现，其矿物组合和岩石化学成分之间有着固定的可以预测的对应关系。这些矿物组合形成于相同的温压区间，是在达到热力学平衡的基础上形成的平衡共生组合。
综上所述，变质相的概念应包含下列含义：
（1）一个变质相是一个等物理系列，它包括在一定物理化学条件范围内形成的各种化学成分的变质岩。
（2）矿物组合与岩石化学成分之间有固定的可以预测的对应关系。也就是说，在一个变质相中，对应不同的岩石化学成分有不同的矿物组合。因而，给定岩石化学成分，可以预测相应矿物组合。一个变质相内岩石化学成分与矿物组合的关系是岩石系统达到化学平衡的必然结果。
（3）变质相的标志是矿物组合。通常用基性变质矿物组合划分变质相，并以相应的基性变质岩来对变质相命名。如角闪岩相就是以该相条件下基性变质岩（角闪岩）中出现的斜长石-角闪石组合为标志划分的。并把角闪岩和与之相同的温压条件下形成的所有变质岩命名为角闪岩相，出于不同岩石对温压条件变化敏感程度不同，一个变质相内的岩石（如泥质岩）的矿物组合还可能有变化，因此，一个变质相可包括一个至几个变质带或亚相。
（二）变质相的表示方法
研究变质相时，常用图解的方式来表示变质相中每一种岩石的矿物共生组合和这一岩石化学组分的相互关系，这种图解在岩石学中比较常用，称为共生图解，也称为变质相图。变质相图一般用等边三角形来表示。以三角形的三个端点分别代表岩石中三种主要组分（即控制该变质相矿物共生的主要组分），而三角形内任一点则代表三种组分的不同比例。变质相图最常用的是 ACF 图解，其中以 ACF 分别代表各种矿物（或岩石）中的（Al，Fe）2O3、CaO和（Fe，Mg）O相应的分子数，即A＝（Al，Fe）2O3、C＝CaO、F＝（Fe，Mg）O。且应使A＋C＋F＝100。SiO2对于各种可能矿物组合的影响，常在ACF图解中加以注明，如SiO2过剩的或SiO2不足的。例如红柱石的化学成分为：Al2O3· SiO2，其ACF值为A＝100，C＝0，F＝O；堇青石的化学成分为2MgO·2Al2O3·5SiO2，所以它的A＝50，C＝0，F＝50，方解石的化学成分为CaO·CO2，其A＝0，C＝100，F＝0。其他矿物都可以根据它们的化学成分计算出它们的ACF值。
变质相图的具体作法是，以三角形三个端点分别代表ACF为100 的点，将工作区同一变质带内平衡共生矿物都按它们各自的ACF值投影在这个三角形中（贯通变质矿物不列入图内），再将彼此能够在一个组合内直接共生的矿物用直线连接，就成为一般的ACF图解。
例如挪威奥斯陆地区接触角岩的共生图解。戈尔德斯密特在1911年详细研究了该区的接触变质角岩，根据紫苏辉石和正长石稳定共生，白云母不稳定，出现硅灰石等，圈定了高温接触变质带，在该变质带范围内，由于原岩成分不同，共出现了10种不同的平衡矿物共生组合，即相应的10种不同角岩，表3-10-2列出了其中的8种。
表3-10-2 角岩矿物组合表
根据上述矿物组合，可列出下列主要矿物的化学成分和ACF值如下：
红柱石 Al2O3·SiO2，A＝100，C＝0，F＝0
堇青石 2MgO·2Al2O3·5SiO2，A＝50，C＝0，F＝50
钙长石 CaO·Al2O3·2SiO2，A＝50，C＝50，F＝0
紫苏辉石 MgO·SiO2，A＝0，C＝0，F＝100
钙铝榴石 3CaO·Al2O3·3SiO2，A＝25，C＝75，F＝0
透辉石 CaO·MgO·2SiO2，A＝0，C＝50，F＝50
硅灰石 CaO·SiO2，A＝0，C＝100，F＝0
正长石 K2O·Al2O3·6 SiO2，A＝100，C＝0，F＝0
黑云母 K2O·6FeO·Al2O3·6SiO2·2H2O，A＝14，C＝0，F＝86
钠长石 Na2O·Al2O3·6SiO2，A＝100，C＝0，F＝0
根据上述主要矿物的ACF值，可做出矿物共生图解，即ACF相图（图3-10-3）。
图3-10-3 SiO2过饱和岩石的ACF图解
（据戈尔德施密特）
（三）变质相的分类
由于影响变质矿物组合的因素比较复杂，因此关于变质相的数目、命名及分类方案尚不一致，下面介绍几种主要的变质相分类方案。
1.埃斯科拉的分类
1915年埃斯科拉提出5个变质相，1930年扩充为8个变质相，并主要以基性原岩所形成的变质岩命名：①绿片岩相；②绿帘角闪岩相；③角闪岩相；④麻粒岩相；⑤蓝闪石片岩相；⑥榴辉岩相；⑦辉石角岩相；⑧透长石相。其中①～⑥为区域变质相，⑦⑧为高温接触变质相。
2.特纳的分类
特纳在总结已有资料的基础上于1968年提出如下11个变质相。
（1）低压变质相（以温度增高为序）：①钠长石-绿帘石角岩相；②角闪角岩相；③辉石角岩相；④透长石相。
（2）中高压变质相（以压力增大为序）：①沸石相；②葡萄石-绿纤石变质硬砂岩相；③绿片岩相；④角闪岩相；⑤麻粒岩相。
（3）极高压变质相：①蓝闪-硬柱石片岩相；②榴辉岩相。
特纳把绿帘角闪岩相作为绿片岩相和角闪岩相之间的过渡类型，因此没有作为一个独立的变质相列出来。
3.都城秋穗的分类
都城秋穗（1973）在变质相分类中，特别强调压力的作用，他把变质相分为三个系列。
（1）低压类型的变质相（以温度升高为序）：①沸石相；②绿纤石-葡葡石相；③绿片岩相；④绿帘角闪岩相；⑤角闪岩相；⑥辉石角闪岩相；⑦麻粒岩相；⑧透长石相。
（2）中压类型的变质相：①沸石相；②绿纤石-葡萄石相；③绿片岩相；④绿帘角闪岩相；⑤角闪岩相；⑥麻粒岩相。
（3）高压类型的变质相：①绿纤石-葡萄石相；②蓝片岩相；③绿片岩相；④绿帘角闪岩相；⑤角闪岩相；⑥榴辉岩相。
（四）主要变质相特征简介
鉴于目前变质相划分很不统一的特点，以埃斯科拉和特纳的变质相分类为基础，考虑变质作用的主导因素是温度这一特点，同时由于接触变质角岩相的矿物组合和低压型区域变质作用所形成的变质相相似，所以接触变质角岩相可不必另立独立相的情况。对主要变质相特征介绍如下（每一变质相的特征变质矿物和矿物共生组合见表3-10-3）：
表3-10-3 主要变质相及常见矿物组合表
（1）沸石相：沸石相一般是代表显生宙地槽区火山岩系在一定埋藏深度开始出现的近低温变质作用，是区域变质作用与成岩作用之间的过渡类型，以浊沸石和钠长石代替片沸石和方沸石开始出现为其下限，温度稍高时还有葡萄石出现。根据地质观察和实验资料，这个相形成的温压条件一般是P＝0.2～0.3GPa，T＝230～300℃。
（2）葡萄石-绿纤石相：由于温度进一步升高，浊沸石完全分解为绿纤石。根据实验资料，绿纤石的形成温度为360～370℃，当温度增到400℃以上时，绿纤石又分解成斜黝帘石和绿帘石。这个相的温度范围很窄，形成时的温压条件大致为P＝0.2～0.6GPa，T＝360～400℃。
（3）蓝闪石片岩相：这个相常和绿片岩相或前述两个相伴生，且有过渡性矿物组合，属低温高压的变质相，典型的矿物组合随压力递增而变化。硬柱石是该相的标志性矿物。这个相的形成条件是P＝（6～12）×108Pa，T＝300～450℃。
（4）低绿片岩相：低绿片岩相是根据变质基性岩中出现的特征矿物组合来划分的，在变质泥质岩石中没有明确的划分标志，特征是斜黝帘石开始出现，葡萄石、绿纤石和硬柱石的完全分解。低绿片岩相形成的温压条件一般为P＝0.2～1.0GPa，T＝400～500℃。
（5）高绿片岩相：它和低绿片岩相之间的界线，主要是以变质基性岩中普通角闪石和铁铝榴石的首次出现作为标志。在变质基性岩中表现为普通角闪石代替阳起石，但富镁绿泥石和绿帘石仍保持稳定，斜长石主要为钠长石或更长石；在高压条件下，变质基性岩中也可出现铁铝榴石。高绿片岩相形成的温压条件一般为P ＝0.2～0.6GPa，T＝500～570℃。
（6）低角闪岩相：它和高绿片岩相的界线，主要是以泥质变质岩中十字石或堇青石的首次出现和白云母＋富铁绿泥石组合以及硬绿泥石的消失作为标志。低角闪岩相形成的温压条件一般为P＝0.3～0.8GPa，T＝575～640℃。
（7）高角闪岩相：它和低角闪岩相之间的界线，主要是以变质岩中矽线石的首次出现和白云母的消失作为标志。在变质基性岩中，界线不明显。高角闪岩相形成的温压条件一般为P＝0.3～1.0GPa，T＝640～700℃。
（8）麻粒岩相：麻粒岩相又称“二辉石相”，主要出现于前寒武纪结晶地盾区，通常和角闪岩相伴生，主要以紫苏辉石（或古铜辉石）的首次出现作为标志。麻粒岩相形成的温压条件一般为P＝0.2～1.0GPa，T＝700℃。
（9）榴辉岩相：属于极高压区域变质相（P＝13×108Pa，T＝700～800℃），这个相的特征岩石是榴辉岩。榴辉岩的温压条件以斜长石的不稳定为特征，其典型矿物组合为绿辉石（硬玉质透辉石）和铁铝-镁铝榴石，有时可出现少量的金红石、蓝晶石、顽火辉石，个别情况下可形成金刚石。
二、变质相系
（一）变质相系的基本概念
变质相系是都城秋穗（1961）在研究日本等地的变质带和变质相的基础上提出来的。在一个变质地区内，温度和压力之间的相互关系及变化特点，常常可以用一系列变质相来表示，这种系列称为变质相系或简称相系。
变质相系的本质是认为每一变质地区有特定的地热梯度及变化范围，它们是该区地壳发展特点及大地构造环境的反映，在P-T图解上可以是一条曲线或一组曲线，相应有一套矿物共生组合的变化序列。
（二）区域变质相系的基本类型
都城秋穗根据温度梯度与压力梯度的变化范围，于1972年把区域变质作用划分为三个基本类型，它们的主要特征及与相应变质相的对应关系见表3-10-4。
表3-10-4 区域变质作用相系的分类
（据都城秋穗，1972）
（1）低压型（红柱石-矽线石型）：此类型的特征是在泥质原岩中出现红柱石和堇青石。地热梯度为25～60℃/km。
（2）中压型（蓝晶石-矽线石型）：此类型的特征是在变质泥质岩中出现蓝晶石、十字石和铁铝榴石。地热梯度为16～25℃/km。
（3）高压型（硬玉-蓝闪石型）：此类型的特征是在变质硬砂岩和变质基性岩中出现硬玉、硬柱石、蓝闪石。地热梯度为7～16℃/km。
在三个基本类型之间还存在有不同的过渡类型：①低压过渡类型，以十字石和红柱石、堇青石等共生为特征。②高压过渡类型，以蓝闪石和蓝晶石共生为特征，但不含硬玉。
变质相系的研究明确的反映了每一个地区变质作用的物理条件受该区地质环境所控制，并有自己的特点，它们和地壳的演化有关。这一研究成果打破了长期以来变质相研究中单纯强调物化条件，有利于变质岩区的制图和找矿勘探工作。
学习任务了解变质岩的化学成分~
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。
自从Eskola建立变质相以来，地质学家们对不同地区的变质相类型及组合进行了详细的研究。研究发现不同地区的变质相组合不尽相同，即使同一地区不同构造背景下形成的变质相组合亦不相同。都城秋穗（Miyashiro）在研究日本“三波川带”和“领家带”时，发现同一地区可以存在两个不同的变质相组合。他于1961年首先提出了变质相系列的概念。在一个变质带中，从低温向高温变化的（所有变质相）可以定义为一个相系列，或者称作变质相系。每一种特定的变质相系列都反映了各自的特定地热梯度类型和所经历的事件和演化进程，这就是变质相系列的实质。为什么不同变质地区有不同的变质相的组合？Miyashiro（1961,1976）认为变质相系反映的是地热梯度，不同变质地区地热梯度不同导致它们的变质相系不同。自从变质作用P-T轨迹概念提出后，人们发现一个地区地热梯度随时间的不同而逐渐变化，因此变质相系反映的是变质作用或变质地区的P/T比，更加确切。对应于4个P/T比类型，有4个代表性的变质相系（图9-3，图9-4）。
图9-3 变质相的P-T图解
变质相及其P-T分区：AEH—钠长－绿帘角岩相；HH—普通角闪石角岩相；PH—辉石角岩相；S—透长岩相；Z—沸石相；PP—葡萄石－绿纤石相；LA—硬柱石－钠长石－绿泥石相；BS—蓝片岩相（以反应④为界，分Lw-BS（硬柱石－蓝片岩相）和Ep-BS（绿帘石－蓝片岩相）两亚相）；GS—绿片岩相；EA—绿帘－角闪岩相；A—角闪岩相；G—麻粒岩相；E—榴辉岩相；HPFS—高P/T变质相系；MPFS—中P/T变质相系；LPFS—低P/T变质相系；VLPFS—很低P/T变质相系；UN—自然界未知的条件；DG—成岩作用条件；MG—岩浆作用条件。各P-T分区边界都是渐变的。①～ 基性岩中的相界反应：①Anl（方沸石）＝Ab+V；②Lw+Q=Lm（浊沸石）；③Lm=Wr（斜钙沸石）＋V；⑨Cc+Di=Ak（钙镁黄长石）＋CO2（ ），反应④～⑧⑩ 涉及的物相均标在反应曲线两侧。曲线来源：①Liou（1971）；②③⑤Winkler（1976）；④Chatterjee et al.（1984）；⑥⑦Hyndman（1985）；⑧de Waard（1965）；⑨Turner（1981）；⑩天然蓝闪石最大稳定范围（Maresh,1977）； Bohlen＆Boetcher（1982），简化花岗岩系统过量水固相线（EHGS）和干固相线（DGS）据Huang＆Wyllie（1975）；拉斑玄武岩过量水固相线（EHTHS）和干固相线（DTHS）据Green（1982）
（1）高P/T型：以含蓝闪石（Gl）为特征，又称蓝闪石型。典型的相系列为：Z→LA→BS→E。典型地区为美国加州Franciscan地区。
（2）中P/T型：以低温出现蓝晶石、高温出现矽线石为特征，又称为蓝晶石－矽线石型。典型的相系列为：Z→PP→GS→EA→A→G。典型地区为苏格兰高地巴罗式地区。
图9-4 变质相系列与Gl（蓝闪石）和Prl（叶蜡石）及Al2SiO5多型变体稳定域的关系
Al2SiO5多型转变线据Holdaway（1971），叶蜡石（Prl）分解反应据Spear＆cheney（1989）；其余见图9-3
（3）低P/T型：以低温出现红柱石、高温出现矽线石为特征，又称为红柱石－矽线石型。典型的相系列为Z→PP→GS→A→G。典型地区为苏格兰高地巴肯式（Buchan）地区。
（4）很低P/T型：接触变质带（接触变质晕）称为接触型，典型的相系列为AEH→HH→PH；洋底变质也是很低P/T型，其相系列与低P/T型相同。
由上述可看出，硬柱石－钠长石－绿泥石相（LA）、蓝片岩相（BS）、榴辉岩相（E）三个相为高P/T型特有。低P/T型EA相不发育。而沸石相（Z）、葡萄石－绿纤石相（PP）可出现在各P/T型相系列之中。
学习任务了解变质相及变质相系
答：(1)低压类型的变质相(以温度升高为序):①沸石相;②绿纤石-葡葡石相;③绿片岩相;④绿帘角闪岩相;⑤角闪岩相;⑥辉石角闪岩相;⑦麻粒岩相;⑧透长石相。 (2)中压类型的变质相:①沸石相;②绿纤石-葡萄石相;③绿片岩相;④绿帘角闪岩相;⑤角闪岩相;⑥麻粒岩相。 (3)高压类型的变质相:①绿纤石-葡萄石...
变质相和变质相系
答：（1）一个变质相是一个等物理系，它包括热峰附近一定物理化学条件范围内形成的各种化学成分的变质岩。因而，变质相与岩石化学成分无关。（2）“矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的对应关系”，意思是在一个变质相中，对应不同的岩石化学成分有不同的矿物组合。因而，给定岩石化学成分，可以...
变质相和变质相系
答：战后，由于环太平洋区域变质岩岩石学研究的迅速进展，发现了区域性规模的蓝闪石的变质作用和红柱石的变质作用，说明区域变质作用的多样性。在此基础上，1961年Miyashiro提出了变质相系（metamorphic facies series）的概念。按照Miyashiro（1994）的最新定义，变质相系是“一个递增变质地区观察到的变质相的系列...
变质相系列和变质双带
答：当随深度 ( 压力) 增大升温很快时,在较浅部 ( 即压力较低时) 即可达相对较高温度,有利于形成反映低压高温的矿物组合系列( 变质相系) ; 相反,如随深度 ( 压力) 增大增温很慢时,则在达到很大深度 ( 压力) 时温度仍较低,此时有利于形成相对低温高压的变质相系列。但近年来的研究表明变质相系只是反映 P/T...
变质带、变质级、变质相与变质相系
答：7.4.3.4 变质相系 A.都城秋穗（1961）提出，在一个变质地区，温度的变化常常以一系列的变质相为特征，这个系列称为变质相系。即在一个变质地区，一定的温度、压力范围内形成的一套标型矿物组合序列。都城秋穗根据Al2SiO5的多形转变和硬玉、蓝闪石的出现，把区域变质相系分为三个基本类型和两个...
学习任务了解变质作用期次及变质带的划分
答：(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...
变质相(系)及变质作用类型划分及标准
答：(一)变质相划分及标准 1)变质相的基本概念:变质带、变质级、变质反应带、变质相、变质相系。以上术语与定义见本节的标准术语。2)变质相的划分标志:变质矿物共生组合、变质反应、特征变质矿物和温压条件等。3)变质相主要类型包括:浊沸石相、葡萄石-绿纤石相、蓝闪片岩相、低绿片岩相、高绿片岩相、...
什么是变质相系?
答：1.高p/T（高压）型相系 该相系以变质岩石中含有蓝闪石为特征（又称蓝闪石型）。其典型的变质相系为（沸石相）—（葡萄石-绿纤石相）—蓝片岩相—榴辉岩相（在括号中的相，可能不发育，下同），高p/T（高压）型相系产于俯冲带的地质构造环境。美国加利福尼亚州的海岸山脉是发育该变质相系...
变质相系
答：都城秋穗（Miyashiro）在研究日本“三波川带”和“领家带”时，发现同一地区可以存在两个不同的变质相组合。他于1961年首先提出了变质相系列的概念。在一个变质带中，从低温向高温变化的（所有变质相）可以定义为一个相系列，或者称作变质相系。每一种特定的变质相系列都反映了各自的特定地热梯度类型和...
变质相系
答：他认为:在一个变质地区，温度的变化常常以一系列的变质相为特征，因而可以用一系列的变质相来表示，这种系列可称为变质相系(metamorphic facies series)。即在一个变质地区，一定的温度、压力范围内形成的一套标型矿物组合序列。都城秋穗根据Al2SiO5的多形转变和硬玉、蓝闪石的出现，把区域变质相系分...
