四变质作用与变质岩讲解

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1、一、变质作用与变质岩的概念 变质作用：原岩基本在固态的条件下，受温度、压力和化学活动性流体 的作用使原有的矿物成分和结构、构造发生变化，形成新的岩石的过程。变质 作用的结果是形成变质岩。 1、岩石基本保持固态，物质成分一般不发生大规模的迁移，原岩在变质前后 总的化学成分保持不变； 2、在地下深处高温高压下进行，和常温下的风化作用不同。变质作用的温压 条件：温度一般大于150c，上限大致在700c-900c，高于此上限属于岩浆作 用范围。 3、变质作用与地壳形成和发展密切相关，在不同时期，地壳状况、热流的强 度和分布、构造运动的特点有差异，即影响到变质作用。 正变质岩：指由岩浆岩经变质作用形成

2、副变质岩：指由沉积岩经变质作用形成 第三节 变质岩 George Marsh头像 ，雕于1890年，已被 酸雨强烈腐蚀，出现 大量麻点。 大理岩 二、变质作用的控制因素及变质作用方式 （一）变质作用的控制因素 影响变质作用的因素有多方面，内因主要指母岩的性质，外因一般包括温 度、压力、化学活动组分。 1、温度 温度是引起变质作用的最重要的因素之一，温度的升高有助于吸热反应的 进行。 （1）对单矿岩来说，温度的升高促使矿物晶粒由小长大，非晶质矿物重新 结晶成为晶质矿物，这一过程就叫重结晶作用。重结晶作用造成变质岩均 由晶质矿物组成。如微晶石灰岩变质粗粒变晶大理岩。 （2）对于复矿岩来说，温度的升

3、高，可促进其内部各种组分之间发生化学 反应，形成新的矿物，使母岩中的原有的矿物组合发生改变，形成新的岩 石。如：石英+方解石硅灰石+二氧化碳-热。（低压、550C） 高岭石红柱石+石英+水 （加热） 温度来源：地热、岩浆热、构造运动产生的摩擦热。 2、压力 压力按物性不同，分静压力和应力。 （1）静压力是指地下某深度处，由上覆物质的重量产生的负荷压力。 静压力各向均等，大小随深度增加，大致深度每增加1000米，静压力增加 0.275kPa。变质作用的静压力范围，一般认为在1-2kPa到7-8kPa之间，相当 于距地面深5公里-30公里的区间。 静压力的增加，有利于形成体积小、密度大的矿物。 如

4、： 镁橄榄石 + 钙长石 = 石榴石 分子体积缩小17.6% 体积：43.9 101.1 121 比重：3.2 2.7 3.4-4.3 （2）应力构造运动产生的定向压力。通常，在地壳上部静压力不大的地 方表现最强，在地壳深部，因静压力较大，岩石呈塑性，应力因塑性变形而 释放，因此，应力随深度增加而减弱。 应力的作用主要表现在它对岩石矿物的机械破坏（低温）以及造成压溶现象 （高温）。 压溶现象：在矿物受压部位，易产生溶解，其溶解物质倾向于沉淀在受压力 小的部位，从而使矿物颗粒呈现出沿某方向排列的趋势。从板岩、千枚岩、 片岩到片麻岩，矿物排列的方向性增强，反映了应力的增大。 化学活动性流体的来源：

5、部分来自原岩粒间孔隙中所含的液体，或者来自原 岩中含OH-矿物在脱水时和碳酸岩矿物在去碳酸盐化过程中析出的水和二氧化 碳，还可来自岩浆及地壳深处。 化学活动性流体存在于矿物粒间孔隙中，也可充填于裂隙中。在较高的温度 和压力下，它们呈气态；在较低的温度下，则形成热液。 化学活动性流体的作用：起溶剂作用，促进组分的溶解，并加强其扩散速度 ，从而促进重结晶和变质反应的进行；也可作为一种组分参加变质反应，如 脱水和水化反应，形成不含水或含水矿物；水溶液又是交代作用中物质加入 和带出不可缺少的介质。 如：钾长石 + Na+ = 钠长石 + K+ 3、化学活动性流体 化学活动性流体是指一种以水和二氧化碳为

6、主，并包含 了多种金属和非金属以及氟、氯、硼、磷等组分的溶液。 （二）变质作用方式 变质作用的方式是指岩石发生变质作用的途径和形式。主要 有： 重结晶作用：T，P，矿物在固态下重新生长的过程， 小大，以 H2O、CO2为主的粒间流体的存在是其必要条件。 生物碎屑灰岩大理岩 接触变 质作用 变质结晶作用：原岩基本保持固态下，经化学反应使岩石内 部的化学成分重新组合。结晶形成新矿物而原来矿物消失。 页岩 角岩，由接触变质作用 形成，白色斑点为变质 矿物 交代作用：化学活动性流体和固体岩石之间发生物质置 换作用。原矿物被破坏和新矿物形成同时进行。体积不变，但 成分改变。如常见绢云母交代石榴子石或红柱

7、石的假象 。 变形与碎裂作用：岩石受应力超过弹性极限时产生断裂 形变称碎裂作用。其中的一些片状、柱状矿物要定向排列形成 片理。 水平挤压形成褶皱，白云母、绿 泥石等片状矿物定向排列 变质分异作用 岩石在不发生熔 融和交代的情况下 ，某些组分经扩散 产生不均匀聚集， 使成分均匀的原岩 变成矿物成分不均 匀的变质岩。可形 成细脉、透镜体、 变斑晶等。 三、变质作用的主要类型 根据变质作用发生的地质环境和变质过程中起主导作用的物 理化学因素，变质作用可分为： 1、动力变质作用（碎裂变质作用） 2、接触变质作用 （1）热接触变质作用 （2）接触交代变质作用 3、区域变质作用 4、混合岩化作用 1、动力

8、变质作用 是以构造应力为主要影响因素的变质作用，发生于断裂带中， 形成动力变质岩，如断层角砾岩。 过去认为动力变质作用一般发生于 断裂带附近，属脆性变形的产物。 近年来注意到动力变质作用产生在 以韧性变形为主的韧性剪切带中， 宽达数公里-数十公里，不仅使原岩 破碎变形，而且还可能进一步重结 晶，产生新的矿物，其代表岩石就 是糜棱岩。 2、接触变质作用 它是由岩浆侵入围岩引起的变质作用，发生于侵入体的边缘地带。其规模一 般较小，分布不广，变质带宽度自数米到1公里左右，温度和挥发组分是主要 因素。根据引起接触变质的主要因素，接触变质作用分为： （1）热接触变质作用围岩主要受岩浆散发的大量热能影响而

9、产生的一种 变质作用。 温度为主要影响因素，基本无外来物质成分加入。热接触变质作用的方式是 重结晶作用，交代作用很弱或无，在变质前后总的化学成分没有变化，但通 过重新组合可以形成新矿物。 如：粘土岩受低热接触变质作用可形成石墨斑点板岩、红柱石板岩和变质粘 土岩等。受中热接触变质作用可形成具细粒变晶结构的各种云母角岩，受高 热接触变质作用可形成片麻岩。 从接触带向外，围岩的变质作用由 强到弱，依次递减，因而使不同强 度的接触变质带围绕侵入体成环状 分布。 （2） 接触交代变质作用除岩浆散发的热量外，还有岩浆析出的挥发组分 的加入，使接触带附近的岩浆岩和围岩发生明显的交代作用。 如：中、酸性岩浆侵

10、入碳酸盐岩时，接触交代作用特别强烈，形成以石榴子石 和透灰石为主要矿物的岩石，称为矽卡岩。矽卡岩中含多种金属矿产，如铁、 铜、钨、锡、钼、铅、锌等。 3、区域变质作用 是在广大地区或地壳的不同深度内，由温度、压力、化学活动性流体等因素 的综合作用引起的变质作用，形成的岩石称区域变质岩。地壳活动带是发生 区域变质作用的基本地质背景，区域变质呈大面积或带状分布，长数百至数 千公里，宽数十至数百公里。依热流质的高低和应力的大小不同，区域变质 通常分成三带： （1）浅带：定向压力大，温度和静压力都不高，水分比较多，变质后产生 许多含（OH）的片状、柱状矿物，如白云母、黑云母、绿泥石、绿帘石等。 形成板

11、状、千枚状构造，常见变质岩有千枚岩、板岩等。 （2）中带：定向压力很大，温度和静压力较高，岩石变质较深，原岩中的 矿物多已受到改造，形成白云母、黑云母、绿泥石、角闪石、长石、石榴子 石、蓝晶石、十字石等。形成片理构造，常见变质岩有各种片岩等。 （3）深带：定向压力不显著，温度和静压力都很高，变质后产生的矿物大 都不含（OH），而是形成在高温高压下稳定的矿物，如：长石、辉石、橄榄 石、石榴子石、硅线石等。原岩被彻底改造，形成各种片麻岩、混合岩等。 从浅带到深带，岩石变质程度由浅加深，在许多大型山脉中常见此种现象。 4、混合岩化作用 是一种超深变质作用，介于变质作用与岩浆作用之间的一种地质作用。在

12、强 烈的区域变质作用中，随着温度的上升，岩石局部熔融，来自地下深处的热 液也参与其间形成流体，这些多为长英质的流体以脉状贯入或渗透扩散，与 仍处于固态的变质岩相互混合的作用，称为混合岩化作用。形成的岩石为混 合岩。 混合岩的最大特点：岩石由原变质岩的基体和新生成的长英质脉体两部分组 成。通常，基体颜色较深，基体与脉体以不同的量比和方式相混合，形成形 态不同的混合岩。如条带状构造、眼球状构造、角砾状构造、片麻状构造、 阴影构造等。 混合岩化的成因机理：一种观点认为在区域变质作用过程中，当温度升至 700C左右时，岩石中的石英、长石等低熔点的矿物熔融形成长英质流体，从 而产生混合岩化。另一种观点认

13、为混合岩是由于深部上升的含水较多、且富 含钾、钠、硅组分的稀薄熔浆和围岩经过交代作用形成的。 板块构造学说认为：板块具有刚性，主要的构造活动、变质作用都集中 分布在板块的边缘附近。按日本地质学家都城秋穗的观点，沿岩石圈板块的 所有边界都有变质作用的发生。 在汇聚板块边界为造山作用带，在造山带内发生大规模的变质作用为区 域变质作用。区域变质的岩石通常在造山带内呈带状产出，称为变质带。 在离散型板块边界洋脊的下面，变质作用正在产生，称为洋底变质作用 。从大西洋和印度洋洋脊所取得岩石样品看，在裂谷谷壁上的玄武岩，许多 已经轻微变质，谷壁顶以下距1公里左右，开始出现低级变质的绿色片岩，在 有些更深的地

14、段还打捞到变质程度较高的斜长角闪岩。洋脊热流值高，较深 部位可达350C以上，在水溶液的参与下，可以引起上述变质。这些变质岩在 洋脊处产生，随着海底扩张而侧向移动到其他地区。 板块构造和变质带的形成 在环太平洋地区的许多地方，如日本发现发育良好的成双的变 质带，称为双变质带。其中一个带是高压低温变质带，分布于 靠大洋一侧；另一带是与之平行的高温低压变质带。双变质带 的成因，目前一般认为是大洋板块沿毕鸟夫带在岛弧与大陆边 缘下插引起的。 （一）物质成分 1、化学成分： 取决于原岩成分以及是否有交代作用，总体与岩浆岩类似；主要说明 变质前后是否变化。了解原岩类型、变质作用类型、交代作用的特点。 2

15、、矿物成分： 在三大类岩石中，变质岩的矿物成分是最复杂的，主要是形成了一些 独特的变质矿物，如红柱石、十字石、石墨、绿帘石、堇青石、蓝晶石等 等。受原岩化学成分和变质条件控制。课本107页表34 四、变质岩的基本特征 （二）变质岩的结构、构造 1、结构 指矿物组分的形状、大小和相互关系反映出的岩石特征。分为：变余结 构、变晶结构、交代结构、碎裂结构四种。 A、变余结构（残留结构）：改造不彻底，残留有原岩结构特点，在原 岩结构名称前加“变余”二字，如变余砂状结构。 B、变晶结构：经过重结晶以后所形成的。与岩浆岩的结构相似，变晶 结构也可进一步细分，如等粒变晶结构，斑状变晶结构等。 按晶粒大小分为： 粗粒变晶结构3mm 中粒13mm 细粒 75%。 粒状变晶结构 大理岩 （五）混合岩 区域变质作用的深化，局部熔融、熔浆渗透、交代、贯 入而成的新变质岩。包括基体和脉体两部分。 注入混合岩：脉体1550%，基体 、脉体清楚，交代作用不明显。 混合片麻岩：残留基体50%，基 体、脉体界限不清，交代作用强烈，片 麻状构造。 混合花岗岩：无法区分基体和脉 体，交代作用强烈，片麻状构造。 区域变质岩的基本演化过程 页岩板岩千枚岩 片岩 片麻岩 混合岩 同一变质岩 中，不同原 岩的变质程 度可以不同 。 白色为大理 岩，灰色为 千枚岩