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1、第九章区域变质作用及区域变质岩第一节概述一、区域变质作用的基本概念区域变质作用是在岩石圈大规模范围内发生的多种因素综合起作用的复杂变质作用；区域变质作用常与构造运动相伴发生，多见于前寒武纪结晶基底及显生宙造山带，常伴有混合岩化、大规模的变形及岩浆活动，主要变质因素是温度、压力和流体；区域变质作用以分布范围广、变质环境多样和变质因素复杂为特征。二、区域变质作用因素区域变质作用中有各种变质因素的复杂配合，特别是区域性的地热异常和构造应力场的配合。一般来说变质峰期晚于变形峰期或与变形峰期大致同时。区域变质作用和花岗岩浆侵入作用间的关系虽有争议，但许多片麻岩热穹隆中心或造山带的热轴附近都伴随有大规模的
2、混合岩化作用和花岗岩浆活动。低压区域变质和花岗岩浆活动的关系更为密切。特别是一些发育“ 板底垫托 ”岩浆活动的地区，可以把岩体看作是热能提供者之一；但在另一些情况下，花岗岩、混合岩和高级变质岩都可能是受热达到顶峰时的产物，都与区域热流异常有关。在一个造山带中区域热流异常的强度往往是不均一的，导致造山带区域变质作用的不均一性，可以形成一个甚至多个变质热穹隆。区域变质作用的温度范围和接触变质作用大体相同，为200 800，而压力范围显然比接触变质高，为0.31.2GPa。但要注意两者之间的过渡关系，特别是高热流条件下的低压区域变质几乎与接触变质没有什么区别，应从产状上加以区分。压力是区域变质的一个
3、重要控制因素。一个区域范围内，温度对压力的改变率（dT/dp）称为地热梯度，记作/km。地热梯度的大小决定着区域变质作用的压力类型。三、区域变质作用的地质条件区域变质作用与造山运动有密切的成因联系。在我国及世界各地，最古老的岩石如太古宙结晶基底主要由区域变质岩构成，元古宙、 显生宙的一些造山带的核部，区域变质岩亦有大面积的分布。区域变质作用可发生于多种地质条件下，苏克（Milos Suk,1983）划分出5 种不同类型的区域变质作用：1.大陆地盾区的区域变质作用外形上不显带状，而呈面型分布。一般为低压变质，但温度 差异甚大，有的地盾区普遍遭受高级变质作用（高角闪岩相和麻粒岩相），伴随强烈混合岩
4、化作用。如加拿大地盾、斯堪的那维亚地盾等。也有些变质很浅。如非洲、澳大利亚、加拿大等地的绿岩带。2.造山带的区域变质作用多呈带状分布，延伸数百至上千公里，多为中压或高压型变质作用。如欧洲的加里东造山带为中压变质，阿尔卑斯造山带为高压变质，我国秦岭造山带则包括了不同压力类型的变质作用。3.汇聚板块边缘的区域变质作用以长达数千公里的双变质带为特征。靠大洋一侧由于板块 俯冲， 冷的洋壳和海沟沉积物被带到深处，常形成低温高压变质带（三波川型，蓝闪石硬玉型） ；靠大陆一侧是地幔物质上涌带，伴有中酸性岩浆活动，往往形成低压高温变质带（领家型，红柱石夕线石型）。但要注意，有的地区发育不同压力类型的变质作用，
5、而不一定是板块俯冲带。4.热穹隆核部的区域变质作用穹隆构造的核心部分变质程度高、出现片麻岩、混合岩和花岗岩， 向边部变质程度逐渐降低。是一种中心式递增变质作用，常围绕热中心发育递增变质带。此类变质作用归因于局部热流增高。局部热流增高可由于传导（局部放射性热流增加）、对流（深部上升的岩浆）、或者地幔底辟上隆而引起的地壳加热等方式产生。5.洋底变质作用由于洋中脊和热点附近热流值的增加和深部上升的含Mn、Fe、Zn、Pb 等元素的热水溶液的作用，使洋壳岩石发生不同程度的变质作用。如拉斑玄武岩转变为角闪岩或绿片岩、 超基性岩蛇纹石化等。变质程度从沸石相到角闪岩相，地热梯度较高， 可达 150/ km（
6、塞浦路斯的特鲁多斯）。第二节区域变质岩的分类及常见的岩石类型一、区域变质岩的分类区域变质作用可以看作是等化学变质作用。因此，区域变质岩多采用等化学系列和等物理系列相结合的分类方案。我国学者程裕淇 （1963）的分类方案中将区域变质岩分为九大类：长英质、 泥质、中性、半粘土质、基性、钙质、钙镁质、富硅岩、镁质。程先生的分类中考虑了不同变质相条件下各种原岩类型的矿物组合的变化及混合岩化过程中各类岩石的变化，并提出一整套命名原则。该分类命名原则一直是后来各省区拟订变质岩分类命名方案的蓝本。本课程采用特纳的分类法，即将变质岩按化学类型分为：泥质变质岩，长英质变质岩，钙质变质岩，基性变质岩，镁质变质岩。
7、二、常见区域变质岩的特征及命名区域变质岩常具有区域性大面积分布，多发育区域性的劈理、结晶片理。区域变质岩中常见岩石类型的基本名称的确定主要是依据其结构构造和矿物组成特征。常见的区域变质岩的主要类型及其特征如下：1.板岩是一种隐晶质极细粒、具完好的平面面理的变质岩石，板状构造，并保留残留的泥质、 粉砂质、 凝灰质结构及变余层理构造。常发育与层理斜交的板状劈理。变质程度非常低，原岩矿物成分无明显的重结晶现象，新生矿物很少，仍以隐晶质为主，无丝绢光泽。原岩主要为泥质、粉砂质沉积岩及部分中酸性凝灰岩等。进一步命名：质板岩。2.千枚岩一种显微晶质很细粒的变质岩，变质程度比板岩高，但肉眼仍很难鉴定出矿物成
8、分， 而在显微镜下可鉴定出矿物成分。典型的主要矿物组合是绢云母绿泥石石英，有时含较多钠长石。常为显微粒状鳞片（状）变晶结构，千枚状构造，也常出现交面线理或皱纹线理。原岩常为泥质、粉砂质及部分中酸性火山岩及混合型岩石。进一步命名： 片状矿物千枚岩。3.片岩主要由片柱状矿物和粒状矿物组成，可含有十字石、蓝晶石、石榴子石、蓝闪石等 特征变质矿物。 片柱状矿物含量较高，常 30%，粒状矿物以石英为主，可含一定量的长石，但长石含量 25%，常为鳞片粒状变晶结构，片状构造。极易沿片理劈开成薄的岩片。原岩是粘土岩、半粘土岩，各种火山岩及火山碎屑岩和混合型沉积岩。进一步命名： （颜色）特征变质矿物片（柱）状矿
9、物片岩。4.片麻岩主要由石英、长石及少量暗色矿物组成，长石+石英 70%，长石 25%，暗色矿 物 30%。常为鳞片粒状变晶结构，变晶粒度1mm，片麻状构造。由于片柱状矿物含量降低，虽说岩石的面理比较显著，但不如片岩中的完善，沿面理剥开的能力不及片岩。原岩可是正常沉积岩，也可是火山岩或火山碎屑岩及各种中酸性侵入岩。进一步命名： 特征变质矿物片柱状矿物长石种类片麻岩。5.长英质粒岩主要由长石、石英等粒状矿物组成，其含量70%，长石 25% ，片、柱状矿物 30%，常为细粒等粒鳞片粒状变晶结构，变晶粒度0.5mm， 岩石常为块状和弱片麻状构造。（1）变粒岩暗色矿物含量1030%；（2）浅粒岩暗色矿
10、物含量10%。原岩可以是长石砂岩、半粘土质沉积岩、中酸性火山岩、火山碎屑岩等。进一步命名： 特征变质矿物片柱状矿物长石种类基本名称。6.石英岩类主要由石英组成，石英含量75%，常为等粒粒状变晶结构，粒度变化大，块状构造。是石英砂岩或燧石岩重结晶的产物。常见类型： （1）纯石英岩石英含量 90%，少量云母、长石、帘石或磁铁矿等。（2）长石石英岩除石英外，含一定数量的长石及少量云母类矿物，长石含量一般20%。原岩为长石石英砂岩。（3）磁铁石英岩主要由石英和磁铁矿（部分赤铁矿）组成。可含镁铁闪石、铁白云石、黑硬绿泥石、 镁鲕绿泥石、 黄铁矿、 磁黄铁矿、 普通角闪石、 阳起石、 辉石、 富铁橄榄石等
11、。常为等粒粒状变晶结构，变晶粒度变化大（0.0020.5mm ） ，块状或条带状构造。原岩主要为富硅、 富铁的凝胶化学沉淀物所形成的铁质碧玉岩。主要形成于前寒武纪古老变质岩系中，低级到高级变质均可出现。7.大理岩类主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物组成，碳酸盐矿物含量50%（否则为钙硅酸盐粒岩类） ，常含有其它钙硅酸盐、钙镁硅酸盐、钙铝硅酸盐类矿物如硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、镁橄榄石、斜长石、方柱石等，石英、方镁石、云母等也常可出现，通常为粒状变晶结构，粒度变化大，细粗粒皆有，块状构造，也见条带状构造。进一步命名： 特征变质矿物大理岩。8.角闪岩习称斜长角闪岩。主要由普通角闪石和斜长石组成，
12、一般情况下两类矿物含量大致相等，可含少量透辉石、石榴子石、黑云母、绿帘石、石英等。如果不含斜长石或斜长石含量很少，岩石主要由普通角闪石组成时称为角闪石岩（hornblendite ） ；如果片理发育，线理显著，则可称角闪片岩。角闪岩多数由基性火成岩变质而成，但也可能来自不纯的碳酸盐岩或杂砂岩。9.麻粒岩形成于麻粒岩相条件下并含有紫苏辉石等高温变质矿物组合的特定岩石，可含单斜辉石及相当数量的斜长石、钾长石、 石榴子石或其它高温变质矿物（夕线石、堇青石等），TiO2含量高，出现金红石、钛铁矿而不出现榍石，可含一定数量的石英；含水矿物不存在或少量出现， 角闪石由于钛、 铁含量相对较高而具有橄榄绿色或
13、棕色，黑云母也因富镁、钛而显棕色；常为细、中、粗粒粒状变晶结构，块状构造或片麻状构造、条带状构造。原岩成分可从基性到酸性，据此可分出暗色麻粒岩和浅色麻粒岩。麻粒岩主要分布于太古代至早元古代变质地体中，研究其成因对于了解早期地壳演化特征具有重要意义。近年来，相继有较多的显生宙麻粒岩地体被发现，这些发现对于认识显生宙造山带形成演化过程中的热力学和动力学机制具有非常重要的意义。进一步命名： 特征变质矿物+麻粒岩 。10.榴辉岩类主要由淡绿色绿辉石和红色富镁的石榴子石组成，也可含透辉石、顽火辉石、 蓝晶石、 金红石及金刚石、柯石英等， 但斜长石不出现于典型的榴辉岩中。岩石一般为深色中粗粒不等粒变晶结构
14、，块状构造，密度大，约为3.5g/cm3。一般认为，榴辉岩是橄榄玄武岩至拉斑玄武岩成分的岩石在高压变质条件下形成的。榴辉岩一般呈包裹体状零散分布于其它有关岩石之中。根据其地质产状，可分为三种类型：（1）A 型榴辉岩在金伯利岩或其它超基性岩体中作为深源包体存在，其中偶尔也产金刚石，由此推断其来源深度超过100 公里。岩石成分较简单， 几乎全由绿辉石和石榴子石组成，石榴子石中镁铝榴石分子含量55%，有时含橄榄石，除金云母外，不含原生含水矿物。常具碎裂结构。（2）B 型榴辉岩夹在中压区域变质的斜长角闪岩或片麻岩之中，可见其向斜长角闪岩退变质的现象。岩石中石榴子石含镁铝榴石分子30 55，有时含普通角
15、闪石和云母等。（3）C 型榴辉岩产于蓝片岩之中，属低温类型。成分较复杂，除石榴子和绿辉石外，含冻蓝闪石、 斜黝帘石、 蓝晶石、 硬柱石或多硅白云母等。岩石中石榴子石含镁铝榴石分子小于 30%。11.蓝片岩高压型蓝片岩相的变质岩石，其化学成分特点是氧化铁含量和Fe2O3/FeO 值都较高， Na2O 含量也较高。蓝片岩一般为细粒鳞片变晶结构，其矿物成分以含蓝闪石、铝铁闪石-钠闪石系列、硬柱石、硬玉、霰石，还有绿纤石、黑硬绿泥石、红帘石、钠云母等高压低温矿物为特征，也可含一般矿物如绿泥石、绿帘石、钠长石、石榴子石、白云母等。蓝闪石（白云母）绿泥石片岩、硬柱石铝铁闪石石英片岩、硬柱蓝闪钠长片岩等都是
16、其重要类型。硬柱石被视为蓝片岩相的重要特征矿物，硬柱石钠长石带可能出现于相对低压条件下，硬柱石硬玉质辉石带可能出现在高压条件下，硬玉质辉石和霰石只限于更高压的条件下。第三节中压区域变质相系一、一般特征中压区域变质相系形成深度较大(15km)，压力较高0.50.8GPa，反映区域上具中等地温梯度 (16 25/km ，平均 20 /km)。热流和构造应力共同起作用。其特征是：主要分布于前寒武纪结晶基底及显生宙造山带；变质作用因素主要是温度、压力、应力；常伴随中酸性岩浆活动及混合岩化；一个发育完全的相系列有：中压沸石相中压葡萄石-绿纤石相中压绿片岩相中压绿帘角闪岩相中压角 闪岩相中压麻粒岩相。常见从绿片岩相到角闪岩相。以 Barrow 提出六个指示矿物带而闻名的苏格兰高地加里东变质带是中压区域变质相系的典型代素。二、各相的特征在中压区域变质相系中，沸石相和葡萄石绿纤石相都属于埋藏变质相，多形成于很低的温度下，重结晶极不完全，常保留有较多的原
