什么是变质相系？
变质相这一概念是埃斯科拉于1915年正式提出来的，他认为：一个变质相包括一定的p-T范围，由不同化学成分的原岩，经变质作用达到化学平衡时，形成的所有变质岩的矿物组合，与岩石的总化学成分有关，而与原岩的成因类型无关。各种变质岩的矿物组合和它们的化学成分之间有着一定的规律性对应关系，化学成分相同的岩石在同一变质相中具有相同的矿物组合。
自变质相概念的提出，几十年来，许多岩石学家如特纳、柯尔仁斯基、都城秋穗、温克勒等人都对这一概念提出了不同的看法，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而成，它们在时间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p-T区间，是在达到热力学平衡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—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。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这种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p-T条件下形成的所有变质岩命名为角闪岩相，由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。
一、变质相系列
变质相系列是由都城秋穗 ( Miyashiro，1961) 提出的。他在研究日本和环太平洋中生代变质地带之后，发现区域变质作用的多样性，远非巴洛式变质带这一种样式所能包括。他认为具有递进变质带的地区，与之相对应，必然包括几个变质相或亚相，它们以一定规律顺序排列，即构成一个变质相系列，简称变质相系。如巴洛式变质地带的相系列从低温到高温依次为: 低绿片岩相→高绿片岩相→低角闪岩相→高角闪岩相。每个相 ( 或亚相)的矿物组合特征和彼此排列样式各地区可以各不相同。当时他仍主张变质温度和压力均随地壳深度而增大。按这种观点，他认为变质相系不同的原因是由于各地区随深度 ( 压力)的增大而增温的速率 ( 即地温梯度) 不同。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 比在空间上的变化，它在 P － T 图上应是一条曲线，后者与反映地温梯度的P － T 曲线性质完全不同 ( 参考图 21 － 1) 。他依据 Al2SiO5三相点和 Ky = And 及 Ab = Jd +Q 的反应线，用 3 条 P / T 线在 P － T 图上划分出低压、中压和高压相系区 ( 图 22 － 15) 。但必须说明，此处所指的并不是压力绝对值的大小，实际是指 P/T 比值的大小 ( 或图中P － T 线的斜率) 。也可认为是指相同温度条件下，压力的相对大小，如当温度为 400℃时，低压相系的压力高限为 0. 4GPa，而中压相系的压力则在 0. 4 ～0. 9GPa 之间。他当时的划分方案如下:
图 22 －15 变质相系的 P － T 图( 据 Miyashiro，1972)
◎ 低压型 ( And － Sil 型) : 泥质岩石中出现红柱石和堇青石，P/T 梯度为 60 ～25℃ / km。
◎ 中压型 ( Ky － Sil 型) : 泥质岩石中出现蓝晶石、十字石和铁铝石榴子石，P/T 梯度为 25 ～ 16℃ /km。
◎ 高压型 ( Gl － Jd 型) : 以硬玉 + 石英代替钠长石或出现蓝闪石、硬柱石和文石等高压矿物为特征，P/T 梯度为 16 ～7℃ /km。
◎ 低压过渡型: 以十字石和堇青石、红柱石共生为特征。
◎ 高压过渡型: 以蓝闪石和蓝晶石共生，但不含硬玉为特征。
他认为每一变质地带范围内，变质岩中矿物共生和转变关系所反映的变质相空间组合样式实际是反映当时温压条件的空间展布和变化规律，后者又决定于地质背景和大地构造体制。例如，他提出以蓝片岩相为代表的高压相系反映高 P/T 梯度，而这种高压低温环境又和洋壳俯冲消减带相联系。这打破了长期以来单纯从物化作用角度来研究变质相的倾向，将变质作用的研究引向和大地构造环境相结合的新方向。不妥之处是仍以温度和压力均随深度而增大的深度带概念来看待所有变质作用，而且混淆了变质 P/T 梯度和瞬变的地温梯度之间的实质性差别。
二、变质双带及其成因
都城秋穗对日本列岛区域变质作用研究的另一重要成果是在多处发现高压变质地带和低压变质地带呈弧形配对平行排列，其延伸方向与大陆边缘轮廓一致，两带之间有时为宽百余千米的不变质地带。通常是高压带位于濒临大洋的凸侧，低压带则位于趋向大陆的凹侧。都城将这种特征称之为配对的变质地带 ( Paired MetamorphicBelt) ，文献 中 常 简 称 为 变质 双 带 或 双 变质 带。日本列岛范围内共有 3 处这样的变质双带，( 图 22 －16 ) ，其 中 以 由 领 家 ( Ryoke) 低 压( 低 P/T) 变质地带和三波川 ( Sanbagawa) 高压( 高 P/T) 变质地带组成的双带最为著名。
图 22 －16 日本列岛中生代变质双带分布示意图( 据 Miyashiro，1973)
1. 三波川高压 ( 高 P /T) 变质地带
主要由二叠纪海沟相火山 － 沉积岩系组成，多期变形强烈而不均匀，发生于白垩纪的变质作用属蓝片岩相 ( Sanbagawa 型) ，从海岸向中央构造线依次发育如下递进变质带: 沸石带→绿纤石 － 阳起石带→蓝片岩 － 绿片岩带→斜长角闪岩带。带内无同期花岗岩。一般认为这种高压带相当于洋壳板块俯冲时挠曲所形成的深海沟地带。组成洋壳的基性火山岩和深海相沉积物在此带较快速俯冲到深部，致使压力很快增高，但因岩石对热的传导较慢，至深处仍暂时保持原来近地表的较低温度，因此出现低温高环境，形成蓝片岩相变质作用，如俯冲深度更大时，还可出现榴辉岩 ( 图 22 －17) 。
图 22 －17 日本中生代变质双带的形成机制( 据 Miyashiro，1973)
2. 领家低压 ( 低 P /T) 变质地带
此带位于三波川高压变质地带的内侧，两者以中央构造线相接触。领家带主要由岛弧型沉积岩系夹中酸性火山岩等组成，变形作用强烈，其变质作用与三波川带基本同时，但属于低压类型。变质强度不均匀，相当一部分达角闪岩相，并局部见紫苏辉石，有向麻粒岩相过渡的趋势。红柱石和堇青石等低压矿物相当常见。部分地带为绿片岩相。泥质岩石中存在如下递进变质带: Q + Ab + Bi + Chl ( + Ms + Sps + Alm) →Q + Pl ( An30 ～50) +Bi ( + Ms + Kf + And + Alm) →Q + Pl + Ms + Alm + Kf + Crd ± Gt→Q + Pl + Kf + Bi ( + Sil +Alm + Crd) 。高级变质岩的分布与广泛分布的花岗闪长岩侵入体关系密切，有些已属接触变质范畴，都城秋穗认为从区域构造背景来看，此时没有必要严格区分是区域变质作用还是接触变质作用。
低压带的成因大致如图 22 －17 所示，此带总体相当于古岛弧，当大洋板块以一定倾角向大陆板块俯冲时，两者的界面为一剪切带，此带上方会出现一系列由剪切作用诱导出来的直立裂隙。由于地幔去气作用和俯冲洋壳及沉积物脱水作用析出的 H2O 等流体相沿这些裂隙上升达大陆地壳底部，使其熔融，形成大量花岗质岩浆，它们向地壳较浅部位运动，使这一部位出现一种低压高温环境，形成一套相应的变质岩系。这些岩浆本身则成为中酸性火成侵入体和熔岩。所以低压高温变质岩系———广泛的花岗岩类侵入体 － 安山岩 －流纹岩火山岩系三位一体是这个带的最大特征。
三、变质双带的研究意义
都城秋穗自 1961 年提出变质相系概念以来，一直强调变质双带的全球意义。日本已发现三对变质双带 ( 图 22 －16) ，发生于古生代较老的飞 低压带 － 三郡高压带位于较新的领家 － 三波川双带的大陆一侧，这可能反映大陆地壳向外增生，及海沟 － 岛弧位置向海洋方向的迁移。在南太平洋的西里伯斯和新西兰南岛也有这种变质双带的报导。他认为北美西海岸的 Franciscan 群为典型高压变质带，它与其东北百余千米处的 Sierra Nevada 花岗岩带也可组成变质双带，但实际后者只有一些接触变质现象，并无广泛的低压高温区域变质岩系存在。他认为这种变质双带不限于中新生代环太平洋地区，欧洲也可能存在。如在加里东造山带中苏格兰的低压变质地带发育大量花岗岩，南阿普兰则有蓝片岩的报导，两者可能组成双变质带。欧洲南部的海西低 P/T 变质地带和阿尔卑斯的高 P/T 变质地带虽变质时代相距 200Ma，但也可看做变质双带。可是都城秋穗这种推论后来未能为国内外大多数岩石学家所接受。因为典型的变质双带实际只限于环太平洋的中新生造山带，它可能与现代板块机制的威尔逊旋回有关。全球其他各时代的造山带中有些存在蓝片岩相高压变质，但并无同时的低压带与之配套，有不少地区则根本不发育蓝片岩相高压变质地带，它的地位被绿片岩相所取代。总之，变质双带似不能成为全球各地质时代的通用模式。
另一方面都城秋穗认为低压变质和高压变质是区域变质作用的两个基本端元，而中压变质只是个过渡类型，不具独立地位。蓝片岩相与绿片岩相之间的区别也只是俯冲板块的厚度、俯冲角度和速度等因素不同所致。但近年来许多地区的研究表明，高压变质广泛出现于各时代碰撞造山带，并无与低压变质过渡现象。特别是按当代对变质作用进行动态研究的结果显示，这些低压组合常是变质高峰期后，地体回返和减薄过程中取代中压组合而成。England ＆ Richdson ( 1978，1984) 等的热模拟实验结果也表明，碰撞造山带的地球动力学模式一般只能形成中等 P/T 的变质相系列。总之这些方面的问题都还需进一步深入研究。
思 考 题
1. 正确理解深度带、递进变质带和等变质反应级等概念，说明它们之间的关系及其研究方法。
2. 对比中压条件下富铝系列和基性系列岩石中的递进变质带，并列出各带之间的临界变质反应。
3. 分析中压和低压条件下泥质岩石中递进变质带的差异。对比中压条件下富铝 ( Al2O3＞K2O + Na2O + CaO) 和 FeO / ( FeO + MgO) 比值高的泥质岩石和 Al2O3＜ K2O + Na2O +CaO 的泥质岩石中递进变质带的不同。
4. 列表总结各个区域变质相的泥质和基性岩中的特征矿物组合，它们与相邻变质相之间的临界变质反应及其温压条件。
5. 麻粒岩相和榴辉岩相的温压范围及其判断依据。
6. 蓝片岩相 Francisan 型和 Sangabawa 型的矿物组合特征和温压条件有哪些不同? 试探讨其构造环境方面的可能差别。
7. 说明变质相系和递进变质带概念的关系。为什么说变质相系所反映的是变质时的 P / T梯度，而不是地热梯度?
8. 变质双带的模式能否适用于全球各地质时代造山带? 为什么?
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的典型地区。
2.中p/T（中压）型相系
该相系以中温时在变质岩石中出现蓝晶石，高温时出现矽线石为特征（又称蓝晶石-矽线石型）。其典型的变质相系为（沸石相）—（葡萄石-绿纤石相）—绿片岩相—角闪岩相—（麻粒岩相）。在水饱和的条件下，地壳熔融可发生在高角闪岩相，所以中 p/T（中压）型相系的麻粒岩相仅产于贫H2O的岩石中、或产在较下部的贫水地壳和粒间流体中含有高的XCO2的地区。苏格兰高地巴罗型（Barrovian type）是典型的中p/T（中压）型相系，常产于造山带中。
3.低p/T（低压）型相系
该相系以较低温时在变质岩石中出现红柱石，高温时出现矽线石为特征（又称红柱石 矽线石型）。其典型的变质相系是（沸石相）—（葡萄石-绿纤石相）—绿片岩相—角闪岩相—麻粒岩相。苏格兰高地的布羌型（Buchan type）和日本的阿武隈型（Abukuma type）是典型的低p/T（低压）型相系。低p/T（低压）型相系以高热流造山带为特征。
接触变质作用也应属于低p/T（低压）型相系，也有人将其称为很低p/T（很低压）型相系，其典型的相系是：钠长-绿帘角岩相—角闪角岩相—辉石角岩相—（透长石相）。一般情况下透长石相很少产出，或仅在局部发育。很低p/T（很低压）型相系产于岩体侵入围岩的接触变质晕圈中。
答：变质相系是在特定的p/T比值范围内变质相的序列，也反映了变质作用或变质地区的p/T比。都城秋穗提出三类变质相系（相当于三个压力比类型），它们分别是高p/T（高压）型、中 p/T（中压）型、低p/T（低压）型，也有的在低p/T型中又划分出很低p/T（很低压）型，相当于接触变质相系。不同的...
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...
答：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、低角闪岩相、高角闪岩相、...
答：他认为具有递进变质带的地区,与之相对应,必然包括几个变质相或亚相,它们以一定规律顺序排列,即构成一个变质相系列,简称变质相系。如巴洛式变质地带的相系列从低温到高温依次为: 低绿片岩相→高绿片岩相→低角闪岩相→高角闪岩相。每个相 ( 或亚相)的矿物组合特征和彼此排列样式各地区可以各不相同。当时他仍主张...
答：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。
答：于是，都城秋穗(1961)提出了变质相系的概念。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...
答：变质相系反映的是变质作用或变质地区的P/T比，而不是其地热梯度。对应于4个P/T比类型，有4个代表性的变质相系（参见图20-9、图20-10）。（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。典型地区为加州Franciscan地区。（2）中P/T型：以低温出现...
答：实际上变质相系反映的是变质作用或变质地区的P/T比（野外P－T曲线显示的视地热梯度），而不是其地热梯度。对应于4个P/T比类型，有4个代表性的变质相系（图23－11，图23－12），它们产出的构造背景不同。◎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...
答：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（...
答：变质相系，通常简称为相系，是一种地质学术语，用于描述在一个特定的变质区域内，温度和压力变化所呈现出的一系列变质相特征。这一概念最初由都城秋穗在1961年提出，他将变质相系划分为三个基本的压力类型：低压、中压和高压，依据的是地热梯度的差异。变质相系的划分反映了变质过程中的温度与压力条件...
