变质作用.docx

1、变质作用一、变质作用变质作用（metamorphism）这一词是Boue（1820）第一个使用。但变质作用的定义是Lyell（1833）比较系统地提出的。变质作用是指与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用，是在地壳形成和演化地过程中，由于地球内力的变化，使已存在的地壳岩石在基本保持固态的条件下，原岩的总体化学保持不变，形成新矿物组合和结构构造。 变质作用和沉积作用、岩浆作用之间存在一定的区别和联系。变质作用与岩浆作用之间比较容易区别，它们之间的界线是熔融，而和沉积成岩作用之间的重要标志是矿物组合的变化，一般认为以浊沸石开始出现为标志。（一）变质作用-控制因素1温度 温度是控制和影响变质作用的重

2、要因素之一。多数变质作用是随温度升高而进行的。温度升高可使原来岩石中的一些矿物重结晶，更重要的是会使各种原始组分重新组合成新矿物。 首先要确定变质作用发生的温度范围，既起始温度和终止温度。按研究者目前的共同认识，变质作用不包括风化作用和沉积岩的成岩作用。而是以浊沸石、蓝闪石、硬柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现，作为变质作用的开始。这些矿物出现时的温度范围为是在150250之间。这就是变质作用发生的起始温度。而由于变质作用不包括原岩的大规模的熔融，终止温度就是原岩发生大规模熔融时的温度，现确定为为650100之间。 其次是关于温度变化的原因，导致温度变化的地质因素和热源具有多样性。主要有

3、下列几种因素： 地热增温：岩石随埋葬深度的增加，而温度逐渐增高，但其幅度一般不大，按地区的地质环境有所不同，从每千米十几度到一百多度，然而其空间范围较大。地质工作者称此种变化为地热增温率或地温梯度。 放射性元素衰释放的热量：其特点是总量大，不均匀，有时也极可观。 岩浆活动带来的热能：其强度和岩浆活动的规模有关，有时范围很小，仅限接触带，即是所谓的接触变质，有 时也可能影响一个区域。 应力作用下的摩擦热：其较为局部，如断裂带。变质作用-控制因素2压力 变质作用均在一定的压力环境下进行，所以压力是控制变质作用的重要物理因素。按压力的性质可分为二大类： 静压力：是指岩石在地壳内一定深度时，所承受的重

4、力，其大小随埋藏深度的增加而增加，上覆岩层厚度的增加而增加，增加的速率是25-30106Pa/KM。不同类型变质作用的压力变化很大，一般接触变质和动力变化发生在地表3-5km范围内，故压力不超过0.1GPa。区域变质作用的压力范围为0.1GPa0.8GPa。 应力：当物体遭受定向外力作用，其内部就会产生一种抵抗力，称为应力。应力通常和地壳活动带的构造运动有关。应力是引起岩石变质和变形的重要因素。地壳中岩石变形、板状流劈理和碎裂构造都和应力有关，而且它能增加变质反应和重结晶的速度，促使变质作用的进行。 3介质条件 在变质作用过程中，虽然岩石保持完整的固态，但其中仍有少量流体相。流体相存在于矿物粒

5、隙之间或岩石的裂隙中，成分以水和CO2，还可含有其它挥发份。它们在较高的温度和压力条件下，具有较大的活性。（二）变质作用-变质级由于许多变质矿物可以在不同温度、压力条件下，由不同变质反应形成，因而由标志矿物划定的等变线往往不是等变质条件的。因此温克勒提出，根据常见岩石中，反映矿物共生组合重要变质变化的特定矿物反应来划分变质带，成为变质级。温克勒讲整个变质作用区间分为四个变质级： 很低级变质：其低限以基性岩中浊沸石开始出现为标志，其温度界限在200左右，它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石的反应形成黝帘石和阳起石，临界温度在350左右或稍高； 低级变质：温度范围在350-550

6、左右，和中级变质的界限是泥质岩石中十字石的出现或黑云母存在时，堇青石的形成； 中级变质：温度在550-650左右，和高级变质的界限是白云母和石英反应形成矽线石+钾长石的组合； 高级变质：温度650时，属于高级变质，上限可达800左右。（三）变质作用-变质相 变质相的概念是由P.爱斯科拉最先提出。所谓变质相，是指反映多种原岩成分，在一定的p，T条件下，与变质矿物组合之间的对应关系。P.爱斯科拉认为“在特定的温度和压力条件下，经过变质作用，并达到化学平衡，其所形成的任一种变质岩的矿物成分，仅受化学成分控制”。即一个变质相包括了在一定物化条件下形成的，代表多种原岩化学成分的变质矿物组合。 P.爱斯科

7、拉最初划分了八个变质相，随着对变质作用的深入研究与发展。在此基础上共划分了十一个变质相，每个变质相都有一定的温度、压力范围，大致可见示意图。（四）变质作用-类型对变质作用的类型进一步划分，自变质岩作为一门独立学科的出现就提出许多分类，下面简要介绍常见的变质作用类型： 区域变质作用（regional metamorphism）：最先是由法国学者A.Daubree于1859年提出，是指大面积的岩石，因为温度增高和压力的作用等多种因素下，发生了程度不等的重结晶和变形的一类变质作用。区域变质作用形成的岩石普遍具有结晶片理及其他方向性组构。 接触变质作用（contact metamorphism）：是指

8、在岩浆作用影响下，围岩主要受岩浆体温度的影响而产生的一种局部性变质作用。通常规模不大，围岩主要受岩浆散发的热量及挥发份的作用。当围岩仅受岩浆体温度影响而发生重结晶作用、变质结晶作用，变质前后化学成分基本相同，这类变质作用称为热接触变质作用。当围岩除受岩浆体温度影响外，由于挥发组分的影响，岩体和围岩发生交代作用，致使接触带附近的岩体和围岩的化学成分也发生变化，称为接触交代变质作用。 动力变质作用（dynamo metamorphism）：是一种由于构造作用过程中所产生的强应力作用下，岩石发生破碎、变形，在破碎、变形的同时，伴有一定重结晶作用。其发育常受断裂构造控制，原岩的变化主要以脆性变形和塑性

9、变形为主。 气液变质作用（Pneumatolytic hydrothermal metamorphism）：是由于热的气体及溶液作用于已形成的岩石，使已有的岩石产生矿物成分、化学成分及结构构造的变化，称为气液变质作用。气液变质作用通常沿构造破碎带及矿脉边缘发育。二、变质岩变质岩，英文名称为metamophicrock，是一种转化的岩石。地壳中已经存在的岩石（可以是沉积岩，火成岩，乃至早先已形成的变质岩），因温度、压力及介质条件的变化，在没有显著熔融和溶解的固体状态下而形成的一种新的岩石。此种岩石具有与新的物理-化学环境相平衡的新的化学成分、矿物成分和结构、构造。任何变质岩都包含其原岩形成的历史

10、和变质作用的历史。（一）变质岩-化学成分由于变质岩是一种转化岩石，所以其成分与原岩的总化学成分和变质作用的类型、强度戚戚相关。在变质岩中的主要造岩氧化物仍为SiO2，Al2O3，Fe2O3，FeO，MnO，CaO，K2O，Na2O，H2O以及P2O5等，但在不同的变质岩中其含量变化很大。当原岩是火成岩时，常称其为正变质岩，原岩是沉积岩时，常称其为副变质岩。组成它们的主要成分特征如下： SiO2：正变质岩为34-80%，副变质岩为0-95%； Al2O3：正变质岩为40%，副变质岩从四分之一到90%以上； Fe2O3和FeO：正变质岩一般15%；副变质岩可高达30%以上； MnO：正变质岩含量很

11、低，2%；副变质岩可高达20%以上； CaO：正变质岩一般不超过23%；副变质岩可高达50%以上； K2O/Na2O：正变质岩通常1%，达到2-3%； P2O5：正变质岩通常3%，副变质岩可达16%，甚至超过40%。 对变质岩的化学成分进行研究，是恢复变质岩原岩性质的重要依据。变质岩-矿物成分变质岩的矿物成分，既决定于原岩性质，还与变质作用的性质、强度密切相关，因此变质岩具有自己的矿物成分特点，又和火成岩、沉积岩有一定联系，且比它们更复杂多样。主要造岩矿物在三大类岩石中分布情况列入下表：主要在岩浆岩中出现的矿物主要在沉积岩中出现的矿物主要在变质岩中出现的矿物三大类岩石均有的矿物鳞石英歪长石白榴

12、石方钠石黝方石蓝方石玄武角闪石等蛋白石玉髓水铝石粘土矿物海绿石盐类矿物卤化物矿物刚玉，石墨红柱石，蓝晶石，矽线石叶腊石，十字石，堇青石硬绿泥石，硬玉，浊沸石方柱石，钠云母，绢云母帘石类，葡萄石，硬柱石绿纤石，钙铝榴石符山石，绿泥石，阳起石蓝闪石，滑石，蛇纹石直闪石，硅镁石，透闪石钙镁橄榄石，钙铁辉石蔷薇辉石，硅灰石石英碱性长石斜长石类白云母，黑云母角闪石，辉石橄榄石磁铁矿钛铁矿磷灰石锆石金红石榍石碳酸盐矿物 （二）变质岩-结构和构造特征岩石中矿物的粒度、形态和晶体之间的相互关系等特征，称之为结构。变质岩的结构，颇为特别，因为其是一种转化改造原岩的岩石。根据成因，其结构一般可分为四类：碎裂结构，

13、变晶结构，变余结构和交代结构。 变质岩的构造是指岩石组分在空间上的排列和分布所反映的岩石构成方式，着重于矿物集合体的空间分布特征。按其成因可划分为三类：变余构造，变成构造和混合岩构造。 结构构造是变质岩的重要特征，常用作变质岩分类命名的重要依据。通过对结构和构造的研究，还可以了解变质岩的原岩，判断原岩所经受的变质作用、环境、方式和程度等特点。1变质岩-结构和构造特征-碎裂结构 碎裂结构原岩在定向压力作用下，当压力超过岩石或矿物的弹性极限时，矿物便发生弯曲、变形。如定向压力进一步增强，超过其强度极限时，则发生破裂和粒化作用，甚至产生韧性变形，形成各种碎裂结构。根据破碎程度可分为： 1.碎裂结构矿

14、物颗粒发生裂隙、裂开并在颗粒的接触处和裂开处被碎裂成许多小颗粒（也称碎边），因而矿物颗粒的外形都呈不规则的棱角状、据齿状，粒间则为粒化作用形成的细小碎粒和粉末。但破碎的颗粒间一般位移不大。 2.碎斑结构当破碎剧烈时，在粉碎了矿物颗粒中（称碎基）还残留有部分较大的矿物颗粒，很像斑晶（既碎斑），称为碎斑结构。碎斑形状不规则，具撕碎状边缘、裂纹，波状消光发育。碎基是细小碎粒至隐晶质的粉末，小碎粒往往也具有波状消光。 3.糜棱结构矿物颗粒几乎全部破碎称微粒状（或细粒至隐晶质），并在应力作用下发生了矿物的韧性流变现象，破碎的微粒呈明显的定向排列，形成明显的定向构造（条带、条纹），其中可残留少量稍大的矿物

15、碎片（碎斑，常为石英、长石等），称糜棱结构。当碎粒直径3mm） 中粒变晶结构（平均直径1-3mm） 细粒变晶结构（平均直径1mm） 显微变晶结构（在显微镜下才能分辨）镶嵌粒状变晶结构 缝合粒状变晶结构 鳞片变晶结构 纤状变晶结构 包含变晶结构 筛状变晶结构 残缕结构 旋转结构 沙钟结构 雪球状结构（1）变质岩结构-等粒变晶结构等粒变晶结构大部分矿物粒度大致相近。（2）变质岩结构-不等粒变晶结构不等粒变晶结构岩石主要矿物为连续变化，也称系列变晶结构。（3）变质岩结构-斑状变晶结构 斑状变晶结构即在粒度较小的矿物集合体中有相对较大的斑状晶体，基质和斑晶粒度差别悬殊，机制是可以各种结构，因为这些斑晶

16、是在变质作用中形成的，故称变斑晶，一般情况，随着变质程度加深，其晶体较大，晶形完好，包体减少，双晶、解理等光性特征渐明显。（4）变质岩结构-镶嵌粒状变晶结构镶嵌粒状变晶结构矿物颗粒成简单的多变形或浑圆形，彼此接触线较为平直，有时称平直镶嵌粒状变晶结构，是热变质反应达到平衡的结构。（5）变质岩结构-缝合粒状变晶结构 缝合粒状变晶结构（齿行粒状变晶结构）矿物颗粒外形极不规则，彼此接触线成齿状，它是各矿物、特别是单一矿物成分岩石中，变质后易产生的结构，是在晶体增大互相挤压嵌入的结果。（6）变质岩结构-鳞片变晶结构鳞片变晶结构岩石主要由云母、绿泥石、滑石等片状矿物组成，此种结构常组成结晶片理发育的变质

17、岩，多数情况下，这些片状矿物都是定向排列，但有时也可以是无定向排列的，导致岩石呈块状结构。（7）变质岩结构-纤状变晶结构纤状变晶结构岩石主要由纤维状、长柱状或针状矿物组成，矿物常成平行排列或束状集合体。（8）变质岩结构-包含变晶结构 包含变晶结构变质岩中一些变斑晶的形成是在基质中组分重结晶的同时或稍晚的阶段发育成长起来的，所以与岩浆岩中的斑晶相比较，其特点是变斑晶中常含有大量基质中矿物的包体。（9）变质岩结构-筛状变晶结构 筛状变晶结构包体矿物含量很多时，出现筛状变晶结构。此种筛状变晶多现于石榴子石、十字石、堇青石等矿物中，代表着变斑晶晚于被包裹矿物而形成。（10）变质岩结构-残缕结构残缕结构

18、较大的变晶矿物中包裹的细小矿物颗粒作平行定向排列，并与变晶基质中的同种矿物断续相连。（11）变质岩结构-旋转结构旋转结构当变斑晶形成过程中，内部包体因受应力而发生弯曲排列，常表现“S”形的旋转结构。 旋转结构为分析岩石应力的方向提供了依据。3变质岩-结构和构造特征-变余结构由于变质结晶作用不彻底，原岩的矿物成分和结构构造特征可能部分地保留下来，形成残余结构。变余结构的命名只要在原岩结构名称上加上“变余”二字便可。 原岩为火成岩的变余结构：由侵入岩和喷出岩经变质后的岩石中，变余斑状结构较常见。还有变余辉绿结构，变余花岗结构等； 原岩为沉积岩的变余结构：原岩为砂砾岩等正常沉积碎屑岩，变质后岩石中常

19、部分保留砾石或砂砾的外形，称为变余砾状结构及变余砂状结构； 原岩为变质岩的变余结构：原岩具有变质结构，经过再次变质形成新的矿物，但仍保留原来的变质结构，如变余碎裂结构，变余变晶结构等。4变质岩-结构和构造特征-交代结构交代结构是交代作用形成的。发生交代变质作用时，原岩中的矿物被取代、消失，遇刺同时形成新生的矿物。常见的交代结构类型如下：交代蚕蚀结构：交代矿物以不规则的外形伸入被交代的矿物之中； 交代残留结构：交代作用进一步加强，被交代矿物被分割成零星孤立的残留体包在新的矿物中； 交代假象结构：原来矿物被新生的交代矿物完全取代，但仍保持原料矿物的形态、晶形； 交代蠕虫结构：由交代作用形成的蠕虫结

20、构，如当斜长石交代钾长石，常见接触处的斜长石中有蠕虫状石英。5变质岩-结构和构造特征-变余构造岩石经变质后，仍保持原岩的构造特征称为变余构造。变余构造是恢复原岩性质的重要标志。 正变质岩中常见的变余构造有：变余气孔构造，变余杏仁构造，变余流纹构造，变余枕状构造，变余斑杂构造等。 副变质岩中常见的变余构造有：变余层理构造，变余斜层理构造，变余泥裂构造，变余波痕构造等。6变质岩-结构和构造特征-变成构造经变质结晶和重结晶过程形成的构造称为变成构造，在变质岩中占有重要地位。常见类型如下： 斑点状构造 板状构造 千枚状构造 片状构造 片麻状构造 块状构造（1）变质岩构造-斑点状构造 斑点状构造在变质初

21、期，使原岩中某些成分首先集中，产生新矿物，出现形状不一，大小不等的斑点，常见的有碳质、铁质和空晶石、堇青石、云母等矿物的雏晶，它们此时的外形和光学特征均不明显，这些斑点，呈团块状分散物，在温度进一步升高时，即可发展成矿物雏晶。斑点状构造时低温热变质的一种标志构造。（2）变质岩构造-板状构造 板状构造页岩等柔性岩石受区域低温时，常出现一组平行的破裂面劈理，劈理面常整齐而光滑，有时有少量绢云母、绿泥石等，新生矿物数量很少，一般为低级区域变质形成。（3）变质岩构造-千枚状构造千枚状构造变质重结晶程度不高，矿物颗粒肉眼还不能分辨，仅在片理面上见有强烈的绢丝光泽，此系绢云母、绿泥石密集排列所致，经常还表

22、现许多小皱纹，这种微片理常常细而薄，镜下见新生变质矿物微粒呈密集的连续排列或呈现微皱纹。（4）变质岩构造-片状构造 片状构造是变质岩中常见的类型，主要由云母、闪石等片状矿物和部分粒状矿物所组成，片理面可以是较平直，也可以波状弯曲。（5）变质岩构造-变成片麻状构造片麻状构造主要为粒状矿物，同时伴有部分成定向排列的片状或柱状矿物，后者在前者中成断续分布。一般它们的重结晶程度都比较高。（6）变质岩构造-块状构造块状构造岩石中矿物成分和结构都很均匀，不显示定向排列。7变质岩-结构和构造特征-混合岩构造 混合岩中基体和脉体两种组成的构造表现形式，是混合岩分类的主要依据。常见的混合岩构造有： 角砾状构造

23、网脉状构造 眼球状构造 条带状构造 片麻状构造 肠状构造 雾迷状构造（1）变质岩构造-角砾状构造 角砾状构造片理不佳的块状变质岩受混合岩化作用时，脉体将基体分割包围成角砾状构造。原来变质岩受构造变动后成角砾石，再经混合岩化作用，花岗质成分沿其破碎裂隙贯入亦成角砾状构造。（2）变质岩构造-网脉状构造 网脉状构造长英质脉体不规则地穿切基体，呈细脉状、分支状和网状分布。脉体数量较少，宽窄不定，有时尖灭，有时一端变成大小不等的透镜体状连续排列。（3）变质岩构造-眼球状构造眼球状构造混合岩化过程中，外来物质沿着片状、片麻状岩石注入时形成眼球状或透镜状的团块，断续分布，常有定向排列，眼球多为碱性长石组成，

24、大小不一，有时晶形较好，呈卵形，长方形，有时眼球为长英质的长石，石英集合体所组成，当此眼球含量增多时，可成串珠状断续连接，并逐步过渡为条带状构造。（4）变质岩构造-条带状构造条带状构造组成条带的是淡红色或灰白色长英质成分，常呈定向分布，在岩石上深浅条带相间出现，其界线清楚，条带宽窄不定。当条带脉体与基体的互层极薄且交代作用较好，可逐步过渡到片麻状构造。（5）变质岩构造-混合片麻状构造片麻状构造由于较强烈的混合交代作用，基体和脉体的界线已不清楚，成为较均匀略具方向性构造的岩石。在野外，经常见到具有片麻状构造的混合岩可向条痕状混合岩或向混合花岗岩过渡。这常是一种以渗透交代为主的岩石类型。（6）变质

25、岩构造-肠状构造肠状构造是混合岩地区特有的和常见的形态之一，特征是长英质脉体成复杂的肠状揉邹存在于基体中，基体通常是片理发育的云母片岩等。（7）变质岩构造-雾迷状构造雾迷状构造也称星云状构造或阴影状构造，是混合岩化程度较高的类型。基体与脉体之间的界线已完全不清，有时仅可见交代残留的某些轮廓，成斑杂状或阴影状分布，此种浑浊状的构造进一步可发展成均质状的结构构造。三、变质岩各论根据变质作用类型和成因的不同，可将变质岩分为五大类： 动力变质岩类 接触变质岩类 1. 热接触变质岩类 2. 接触交代变质岩类 区域变质岩类 混合岩类 交代变质岩类（一）变质岩各论-动力变质岩由动力变质作用形成的变质岩称为动

26、力变质岩，动力变质作用常与构造运动有关。在不同性质的应力影响下，岩石和矿物主要发生塑性变形（表现为矿物的粒内滑移和扭折）和脆性变形（矿物发生碎裂）。 根据岩石碎裂的特征将动力变质岩划分为以下主要类型，以岩石碎裂特征定出基本名称。变形性质碎裂特征岩石类型脆性变形碎裂的具破碎角砾结构构造角砾岩具碎裂结构或碎斑结构碎基含量50%碎裂岩碎 裂 岩 塑性变形糜棱的糜棱结构，有或无少量碎斑重结晶物质的含量（%） 90糜棱片岩或片岩次显微颗粒或玻璃假玄武玻璃1变质岩各论-动力变质岩-构造角砾岩 构造角砾岩指由于应力作用原岩破碎成角砾状被破碎细屑充填胶结或有部分外来物质胶结的岩石。将这样的结构称之为破碎角砾结

27、构。它是动力变质岩中碎裂程度中等的岩石。构造角砾岩在断层破碎带广泛分布。其厚度取决于破碎的强度。有时可厚达数百米，延伸数十至数百公里。2变质岩各论-动力变质岩-碎裂岩 具有碎裂结构或碎斑结构的岩石称为碎裂岩。碎裂岩是原岩在较强的应力作用下破碎而形成。其粒化作用仅发生在矿物颗粒的边缘，而尚未达到糜棱阶段，因而颗粒间的相对位移不大，原岩的特征尚部分被保存下来。据此可以判断原岩的性质。 碎裂岩可由各种岩石破碎而成，但主要在刚性岩石中发育，以长英质岩石中尤为常见。矿物除产生裂缝和机械破碎外，常发生晶面、解理面、双晶结合面的弯曲，云母等片、柱状矿物弯曲扭折，石英呈压扁凸镜状并被细粒的碎基围绕等现象。碎裂

28、岩中还可见到少量新生矿物的出现，如绢云母、绿泥石、绿帘石、方解石等。碎裂岩在断裂带经常可见。3变质岩各论-动力变质岩-糜棱岩和超糜棱岩具有糜棱结构的岩石称为糜棱岩。糜棱岩是强烈破碎塑变作用所形成的岩石。往往分布在断裂带两侧，由于压扭应力的作用，使岩石发生错动，研磨粉碎，并由于强烈的塑性变形，使细小的碎粒处在塑性流变状态下而呈定向排列。糜棱岩的粒度细小，但一般比较均匀，外貌致密，坚硬，需借助显微镜才能分辨颗粒轮廓。有时在断面上可见凸镜状定向排列的碎斑。 糜棱岩常由花岗质岩石和砂岩类岩石形成，所以主要矿物成分是石英和长石，并常被压扁、拉长，石英碎粒还可出现平行光轴的波状消光带。在磨碎的基质中有时残留有稍大的石英、长石单个晶粒（或碎屑），或由两者集合构成的“眼球状体”。眼球体中同样可见波状消光和解理双晶纹的弯曲。 糜棱岩常具条带状和纹层状构造，条带和纹层的形成系由矿物成分、颜色、颗粒大小等差别造成的。糜棱岩也常见一部分新生矿物出现，如绿泥石、绢云母、多硅白云母、绿帘石、滑石、蛇纹石等。这些矿物常作定向排列，致使条带构造更趋明显。4变质岩各论-动力变质岩-千枚糜棱岩（千糜岩