具变质反应边结构的岩石中矿物之间的平衡关系有哪些?

如题所述

在具有变质反应边结构的岩石中矿物之间的关系较复杂。有的早期反应矿物与晚期生成矿物之间呈不平衡的关系但在特殊情况下也可呈平衡关系和局部平衡的关系。

1.早期的反应矿物与晚期生成矿物呈不平衡关系

在新的变质条件下,变质岩石中早期矿物经变质反应形成在新的环境下稳定的晚期生成矿物,它们分别是不同变质条件的产物,并不属于同一个矿物共生组合。如在大别山地区的榴辉岩,早期的矿物组合是绿辉石+石榴子石,在压力和温度降低的地质环境中绿辉石和石榴子石不稳定,经退化变质形成蓝绿色角闪石(照片9-16)、单斜辉石和斜长石(照片3-216,217)、蓝绿色角闪石和斜长石呈蠕虫状交生的后成合晶结构(照片3-218,220)。在大多数情况下,具有变质反应结构的岩石中,不同变质条件下形成的矿物共生组合之间呈不平衡的关系,在自然界中是十分常见的。尤其是在压力较高的榴辉岩和高级变质的岩石中,高温或高压的矿物被温度和压力较低的变质矿物置换的退化变质现象经常存在。

2.早期反应矿物与晚期生成矿物之间的平衡共生关系

早期被反应的矿物与变质生成的晚期矿物之间具有反应边结构时,早期矿物呈残余矿物存在,在特定的变质条件下(如特定的温度、压力)的变质反应在单变平衡曲线上(不连续反应),或在特定的温度 压力区间内(连续反应),反应矿物和生成矿物可属于同一个矿物共生组合。这一现象在自然界的变质岩石中是较少见的。

在西藏南迦巴马峰地区的石榴蓝晶黑云斜长片麻岩的蓝晶石(照片9-21)晶体中,有细柱状矽线石集合体,其中有的蓝晶石晶体只有部分被矽线石置换(照片9-22),也有的被矽线石集合体全部置换,但这些矽线石集合体仍保留了柱状蓝晶石晶体的晶形外形,形成矽线石集合体具有蓝晶石假象(照片9-23)。照片(9-21,22,23)中显示了蓝晶石和矽线石为固体与固体变质反应的同质多象变体的转变,反映了蓝晶石在温度升高条件下不稳定而转变为矽线石。这一变质反应式是:蓝晶石?矽线石。在这一特定的变质条件下,蓝晶石和矽线石正处于这一变质反应的单变平衡线上,它们之间尽管存在着变质反应的关系,但在特定的温度和压力条件下仍属于同一个矿物共生组合,直到蓝晶石全部转变为矽线石(照片9-23),并最终消失,在新的变质条件下稳定的矿物是矽线石,形成石榴矽线黑云斜长片麻岩。

在由固溶体矿物参加的连续反应(滑动反应)的特定温度和压力区间内,参加变质反应的早期固溶体矿物和反应新形成的固溶体矿物同属一个矿物共生组合。其实例是,在含有石榴子石和堇青石的富铝片麻岩中,堇青石经常环绕石榴子石生长(照片9-15),其变质反应式为:

其中堇青石和石榴子石均是固溶体矿物。由于压力降低,石榴子石不稳定,堇青石开始出现,随着变质反应的进行,石榴子石中的Fe,Mg组分随着堇青石的生长而逐渐减少,岩石中的石榴子石也相应减少,直到堇青石中的xFe(xFe=Fe/Fe+Mg)与开始变质反应时石榴子石的xFe相等时,石榴子石才全部消失,岩石中的矿物(堇青石+矽线石+石英)达到新的平衡。在上述连续反应过程中,石榴子石和堇青石在反应曲线附近的温度、压力双变量的区间内有一个平衡共生的区域,在这一特定的变质条件下,参与变质反应的矿物(堇青石、石榴子石、矽线石和石英)仍属同一个矿物共生组合。

3.参与变质反应矿物之间呈局部平衡关系

在具有变质反应结构的变质岩石中,早期被反应矿物之间被晚期生成矿物所环绕,并被生成矿物分隔,导致变质反应不能继续进行,而形成局部平衡的矿物共生组合。

河北金厂峪地区由斜长石和单斜辉石组成的斜长辉岩中,石榴子石或石榴子石+石英呈环链状分布于单斜辉石和斜长石之间,形成冠状反应边或环状(collar)反应边结构(照片9-25)。分析岩石中矿物之间的关系可以确定岩石中早期矿物是单斜辉石和斜长石,由变质反应形成的晚期生成矿物主要是石榴子石、也有少量石英。岩相学研究发现岩石中单斜辉石与斜长石不接触,石英和斜长石也不接触。据岩石中矿物之间的接触关系存在着两个矿物共生组合:单斜辉石+石榴子石+石英和斜长石+石榴子石。这两个矿物共生组合显示岩石并未达到平衡状态(如达到平衡的矿物共生组合应是单斜辉石+石榴子石+石英,或是斜长石+石榴子石+石英),而在变质反应中形成上述两个局部平衡的矿物共生关系。这是由于石榴子石+石英组成的冠状体完全环绕在单斜辉石周边,形成石榴子石+石英的外壳,阻碍了单斜辉石与斜长石接触,致使变质反应未能继续进行。

综上所述,具有变质反应边结构的变质岩石中,在大多数情况下岩石中的矿物分属于不同变质条件下稳定的矿物共生组合,形成不平衡关系;但在特定的温度、压力的条件下的单变平衡曲线上或双变平衡区内,早期反应矿物和晚期生成矿物可以是属于同一个矿物共生组合;在有些情况下,也可能出现局部平衡共生组合关系。

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