地球科学概论2变质作用

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1、一、变质作用的因素与方式二、变质作用的基本类型第二节 变质作用第三节 岩石圈三大岩类的演变变质作用的概念变质作用的概念指在地下特定的地质环境中，由 于物理、化学条件的改变，使原有岩 石基本上在固体状态下发生物质成分 、结构和构造变化而形成新岩石的地 质作用。由变质作用所形成的新岩石称为 变质岩。 变质作用的温度低限变质作用的温度低限150150200,200, 高限大致高限大致为为700700900900。一旦温度高到使原岩熔融，那么就一旦温度高到使原岩熔融，那么就 进入到进入到岩浆作用岩浆作用的范畴。因此，变质作的范畴。因此，变质作 用基本上在固态下进行。用基本上在固态下进行。如果温度小于如

2、果温度小于150150200200，就处于，就处于 成岩作用成岩作用的范围。的范围。注意！注意！引起变质作用的主要因素 是温度、压力及化学活动性 流体。 一、变质作用的因素与方式温 度是引起岩石变质的主导因素。 它可以提供变质作用所需要的能 量，促使一系列的化学反应和结晶作 用得以进行；同时温度增高还可使矿物的溶解 度加大，增强了流体的渗透性、扩散 性及化学活动性，促进了变质作用的 过程。导致岩石温度升高的主要原因有：导致岩石温度升高的主要原因有： 岩浆的侵入作用使其围岩温度岩浆的侵入作用使其围岩温度 升高；升高； 当地壳浅部的岩石进入更深部当地壳浅部的岩石进入更深部 时时, ,由于地热增温使

3、原岩的温度升高由于地热增温使原岩的温度升高; ; 由深部热流上升所带来的热量由深部热流上升所带来的热量 使岩石的温度升高使岩石的温度升高; ; 岩石遭受机械挤压或破裂错动岩石遭受机械挤压或破裂错动 时由机械能转化的热量使岩石的温度时由机械能转化的热量使岩石的温度 升高，这种热量一般较小或较局限。升高，这种热量一般较小或较局限。压压 力力可分为静压力和动压力。可分为静压力和动压力。静压力（围压）：静压力（围压）：是由上覆岩石的是由上覆岩石的 重量引起的压力。重量引起的压力。它具有均向性，促使矿物内部结构它具有均向性，促使矿物内部结构 改变，形成密度大、体积小的新矿物。改变，形成密度大、体积小的新

4、矿物。 动压力动压力构造运动所产生的构造运动所产生的定向压力定向压力。由于。由于 动压力只作用于一定的方向上，因而使动压力只作用于一定的方向上，因而使 岩石在不同方向上产生了岩石在不同方向上产生了压力差压力差。它可以引起矿物的压溶作用，导致它可以引起矿物的压溶作用，导致 原岩发生矿物的重新分异与聚集，造成原岩发生矿物的重新分异与聚集，造成 矿物定向排列；矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，也可以使原岩破碎或产生变形，从从 而改造了原岩的结构与构造。而改造了原岩的结构与构造。化学活动性流体是指在变质作用过程中存在于岩石空 隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的 流体。这种流体以HO及CO为主

5、,并包含有 多种其它易挥发物质及其溶解的矿物成分 。在地下温度、压力较高的条件下，该流 体常呈不稳定的气液混合状态存在，因 而具有较强的物理化学活动性，在变质过 程中起着十分重要的作用。化学活动性流体可以促使矿物组分 的溶解和迁移，引起原岩物质成分的变化；即流体 本身也积极参与了变质作用的各种化学 反应。此外，流体的存在还会大大降低岩 石的重熔温度，使变质作用的高温界限 变低。流体的作用化学活动性流体来源：岩石空隙中原存的孔隙水；变质过程中从矿物结构中析出 的HO及CO等挥发性物质；从岩浆中分离出的挥发性组分 ；从地下深处分异上升的深部热 液等。1 1、重结晶作用、重结晶作用是指岩石在固态下，

6、同种矿物经是指岩石在固态下，同种矿物经 过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后 又重新结晶成粗大颗粒的作用，在这又重新结晶成粗大颗粒的作用，在这 一过程中并未形成新矿物。一过程中并未形成新矿物。例如，石灰岩例如，石灰岩 大理岩大理岩隐晶隐晶 显晶显晶 变质作用的主要方式变质作用的主要方式2 2、变质结晶作用、变质结晶作用是指在变质作用的温度、压力是指在变质作用的温度、压力 范围内，在原岩总体化学成分基本范围内，在原岩总体化学成分基本 保持不变的情况下（挥发分除外）保持不变的情况下（挥发分除外） ，原有矿物或矿物组合转变为新的，原有矿物或矿物组合转变为新的 矿物或矿物组

7、合的作用。矿物或矿物组合的作用。由于这种变化过程多数情况下由于这种变化过程多数情况下 涉及岩石中各种组分的重新组合，涉及岩石中各种组分的重新组合， 并以化学反应的方式完成，故又称并以化学反应的方式完成，故又称 重组合作用重组合作用或或变质反应变质反应。绿片岩相角闪岩相蓝片岩相麻粒岩相榴辉岩相角岩相沸石相例如，高岭石在大于350左右 的温度时可转变为叶腊石；此时静 岩压力低于300MPa易形成红柱石， 如高于 300 MPa则形成兰晶石；当 温度在500660之间则变成十字 石及石英；温度高于660则变成石 榴子石与矽线石。3 3、交代作用、交代作用是指变质过程中，化学活动性流是指变质过程中，化

8、学活动性流 体与固体岩石之间发生的物质置换体与固体岩石之间发生的物质置换 或交换作用，其结果不仅形成新矿或交换作用，其结果不仅形成新矿 物，而且岩石的总体化学成分发生物，而且岩石的总体化学成分发生 改变。如：改变。如：KAlSiKAlSi3 3O O8 8 + Na+ Na+ + NaAlSi NaAlSi3 3O O8 8 + K+ K+ +( (钾长石钾长石) ) ( (带入带入) ) ( (钠长石钠长石) ) ( (带出带出) )变质作用发生的地质条件是极其变质作用发生的地质条件是极其 复杂多样的，一般根据变质作用发生复杂多样的，一般根据变质作用发生 的地质背景和物理、化学条件，将变的地

9、质背景和物理、化学条件，将变 质作用划分为以下四种主要类型：质作用划分为以下四种主要类型： 1 1、接触变质作用、接触变质作用 2 2、动力变质作用、动力变质作用 3 3、区域变质作用、区域变质作用 4 4、混合岩化作用、混合岩化作用 二、变质作用的基本类型是在岩浆侵入体与围岩的接触带上，主是在岩浆侵入体与围岩的接触带上，主 要由岩浆活动所带来的热量及挥发性流体所要由岩浆活动所带来的热量及挥发性流体所 引起的一种变质作用。引起的一种变质作用。接触变质作用的主要变质因素是接触变质作用的主要变质因素是温度温度及及 化学活动性流体化学活动性流体，压力居比较次要的地位。，压力居比较次要的地位。 接触变

10、质作用的温度较高，一般为接触变质作用的温度较高，一般为300300 800800，接触变质作用发生的深度不大，通常在接触变质作用发生的深度不大，通常在 10 10 kmkm以内以内，为，为高温、低压的变质环境高温、低压的变质环境，其，其 地温梯度常达到地温梯度常达到6/100 6/100 m m以上。以上。1 1、接触变质作用、接触变质作用接触变质作用围绕岩体周围发生，且 离侵入体越近变质作用越强，远离侵入体 则减弱直至完全没有变质现象，因而形成 一个以岩体为中心、变质程度向外减弱的 环带状接触变质带，称为变质晕。变质晕的宽度一般为几米至12km, 这种变化主要受侵入体的规模、产状、成 分、温

11、度以及围岩的性质等因素控制。变质晕按引起接触变质的主导因素及变质作 用方式的不同，接触变质作用可分为两种 ：接触热变质作用、接触交代变质作用。接触热变质作用 引起接触变质的主导因素是岩浆侵入 造成的温度升高，变质作用的方式主要为 重结晶作用和变质结晶作用，变质作用前 后岩石的总体化学成分无显著改变。 接触变质变质作用的类型接触交代变质作用引起变质的因素除温度以外， 从岩浆中分泌的挥发性物质所产生 的交代作用具有重要意义。在这一 过程中原岩有物质成分的带入和带 出，因而变质前后原岩总体化学成 分有显著变化，同时伴有大量新矿 物产生。可形成矽卡岩。是指在构造运动所产生的定向压力作用是指在构造运动所

12、产生的定向压力作用 下下, ,岩石发生的破碎、变形以及伴随的重结晶岩石发生的破碎、变形以及伴随的重结晶 等的作用。等的作用。这种变质作用主要发生在构造运动使相这种变质作用主要发生在构造运动使相 邻的两个岩石块体之间发生相对运动时的接邻的两个岩石块体之间发生相对运动时的接 触带上，这种接触带被称为触带上，这种接触带被称为断裂带断裂带或或断层带断层带 ，所以，动力变质作用又被称为，所以，动力变质作用又被称为断裂断裂（或断（或断 层）层）变质作用变质作用。2 2、动力变质作用、动力变质作用动力变质作用及其所形成的动力变质 岩在平面上和剖面上均呈线性或带状分布 ，动力变质岩也称为断层岩，如碎裂岩和 糜

13、棱岩。动力变质带的宽度可从几厘米到几公 里，大型的甚至可达几十公里；动力变质 带的长度一般几公里到几百公里，大型的 长达1 000 km以上。动力变质带的规模往往与其发育的历 史长短及两侧岩块的相对运动强度、断层 规模等有紧密关系。断层带动力变质岩的剖面结构在广大范围内发生并由温度、压力 及化学活动性流体等多种因素共同引起 的一种变质作用。其范围可达数千至数 万平方公里以上，深度可达30 km以上。区域变质作用的温度下限(最低)约 200300，上限(最高)约700800, 静压力随深度不同变化在几十到一千多 兆帕斯卡之间。 此外,还存在着较强的 定向压力作用。 3 3、区域变质作用、区域变质

14、作用变质作用与变质岩类型示意图 1动力变质作用；2接触热变质作用；3-接触交 代变质作用；4区域变质作用；5混合岩化作用区域变质作用的方式包括重结晶作用 、变质结晶作用和交代作用等多种，其中 尤其以变质结晶作用最为普遍。区域变质作用的发生常常和构造运动区域变质作用的发生常常和构造运动 有关有关。构造运动可以对岩石施加强大的定。构造运动可以对岩石施加强大的定 向压力，使岩层弯曲、柔皱、破裂；也可向压力，使岩层弯曲、柔皱、破裂；也可 以使浅层岩石沉入或卷入地下深处，以遭以使浅层岩石沉入或卷入地下深处，以遭 受地热增温和围压的作用。受地热增温和围压的作用。构造运动还能导致岩浆的活动，从而构造运动还能

15、导致岩浆的活动，从而 带来热量和化学物质；或者导致深部热液带来热量和化学物质；或者导致深部热液 的向上运移。的向上运移。 （1 1）低压区域变质作用）低压区域变质作用发生的深度较浅，一般小于发生的深度较浅，一般小于1515kmkm；压力压力 较小，一般为较小，一般为200200400400MPaMPa；温度通常较高温度通常较高, , 可高达可高达600600以上以上; ;局部或暂时性的地温梯度局部或暂时性的地温梯度 很高很高, ,约约252560/60/kmkm，通常属于高热流或地通常属于高热流或地 热异常区。热异常区。 区域变质作用按压力可分为区域变质作用按压力可分为3 3种类型：种类型： 低压区域变质作用、中压区域变质作低压区域变质作用、中压区域变质作 用、高压区域变质作用用、高压区域变质作用（2 2）中压区域变质作用）中压区域变质作用发生的深度较大，一般大于发生的深度较大，一般大于10km10km； 压力也较大，一般压力也较大，一般300300800MPa;800MPa;区域地区域地 温梯度中等温梯度中等, ,一般一般161625/km25/km，平均平均 20/km20/km；温度随深度不同而不同，一般温度随深度不同而不同，一般 为为300300600600。（3 3）高压区域变质作用）高压区域变质作用发生的深度大，一般大于发生的深度大，一般大于10 km