变质岩与变质岩的地质构造教学讲义

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1、变质岩与变质岩的地质构造 地质学 (Geology) (Geological science) 地质学是 专门 从 现在地面或地面附近 所能观察到的 岩石 ，研究 地球自形成以来到目前为止 ， 地球的组成 与 地球的结构 是如何地 演变 的一门科学。 地球的固体部分，依据震波传播速度的差异，由内而外，分为 地核(core) 、 地幔 (mantle) 与 地壳(crust) 。 地质学家依据现在自然界所观察的与实验室所进行的实验，认为 固体地球最外层地壳的岩石 可以 依照 岩石形成过程 的不同区分为 沈积岩 (sedimentary rock)、 火成岩 (igneous rock)与 变质岩

2、 (metamorphic rock)三大类。 岩石 (rock)的定义： 岩石 是 由一群固体颗粒 (矿物、玻璃或生物遗骸 ) 结合所形成的物体。 岩石的形成过程 (processes of formation)： 一群颗粒自然地紧密结合在一起而形成岩石的过程。 地壳的三种基本岩石种类： 沈积岩 (sedimentary rock) 火成岩 (igneous rock) 变质岩 (metamorphic rock) 变质岩 (Metamorphic rock) 沈积岩或火成岩形成之后，被埋在地壳深处，因为地下的温度、压力随着深度的增加而增加，组成岩石的固体颗粒为了适应这种温度高、压力大的环境

3、，因此会发生化学的及 /或物理的变化，因而改变一部分或全部的矿物种类与颗粒之间排列的结构。 这种沈积岩或火成岩因为处在地下高温高压环境中因而改变原来的矿物种类与颗粒结构的岩石，称为变质岩。 这种使沈积岩或火成岩改变原来的矿物种类与颗粒结构的过程，称为 变质作用 (metamorphism)。 火成岩 (Igneous rock) 由岩浆 (magma)凝固所形成的岩石。 (Igneous的字源来自拉丁字的 ignis，意思是“火” ) 岩浆是地球内部的岩石，因为温度达到岩石的熔点，而熔化成为液态的物体。 岩石之所以会熔化成为岩浆，是因为作用在岩石上的温度增加或压力降低的结果。 火成岩的形成步骤

4、： 1.原来是固体的岩石熔化成液态的岩浆 2.液态的岩浆，因为温度下降，各部份的岩浆体各自凝固成为单独的矿物或矿物质的颗粒，聚集在一起而形成岩石。 火成岩的特征 火成岩是由温度很高而火热的岩浆冷却之后所形成的岩石，因此坚硬、致密。 岩浆冷却的速度有快、有慢。在地表附近，岩浆冷却的速度快，结晶出来的矿物颗粒小，或甚至来不及结晶成矿物，成为没有结晶构造的非晶质玻璃；在地下深处，岩浆冷却的速度慢，岩浆可以慢慢地结晶成大颗粒的矿物，紧密地镶嵌在一起。 岩浆流出地面而在地面凝固所形成的岩石，称为 喷出岩 (extrusive igneous rocks)。 喷出岩的特征 (1)绝大部份是玻璃 (glas

5、s)(内部没有结晶构造的固体 )，很少有结晶的矿物 (内部有结晶构造的固体 ) 。例如：浮石 (pumice)、黑曜石 (obsidian)。 (2)早期结晶的矿物，以显晶 (phenocryst)的姿态，镶嵌在较晚结晶而较小的矿物晶体或玻璃构成的基质（ groundmass）中，形成所谓的斑状结构 (porphyritic texture)。例如： 安山岩 (andesite)、玄武岩 (basalt)。 玄武岩 (basalt)磨成薄片后，在显微镜底下所呈现的 斑状结构 (porphyritic texture)。块状的矿物为橄榄石 (olivine)，橄榄石周围为不具有结晶构造的玻璃。

6、橄榄石 台湾北部基隆山的安山岩磨成薄片后，在显微镜底下所呈现的 斑状结构 (porphyritic texture)。 角闪石 斜长石 基质 深成火成岩的特征 (1) 组成岩石的颗粒都是有结晶构造的矿物，都大到可以用肉眼看出结晶的形状。例如： 花冈岩(granite)、闪长岩 (diorite)、辉长岩 (gabbro)、橄榄岩 (peridotite)。 岩浆在冷却成火成岩的过程中，随着温度的降低，在不同的温度会分为两个系列分别结晶出不同的矿物。一个是不连续系列，在最高温结晶的矿物是橄榄石 (olivine)，接着依序为辉石类 (pyroxene)、角闪石类 (amphibole)、云母 (

7、mica)、石英 (quartz)。另外一个系列是连续系列，亦称为斜长石系列，在最高温结晶的矿物是钙质斜长石，接着依序为钙钠质斜长石、钠质斜长石。 台湾可以见到的火成岩 在台湾地区产出的火成岩有安山岩、玄武岩与辉长岩。 安山岩 (andesite)是最容易见到的火成岩，大屯山、阳明山、观音山与基隆山都是由安山岩构成的。 玄武岩 (basalt)比较少见，偶而可以在大屯山、阳明山、观音山找到，在草岭山比较容易看到玄武岩。 辉长岩 (gabbro)更是少见，只有在海岸山脉南端的利吉层中，可以零星地看到嵌在泥岩当中的辉长岩岩块。 沈积岩 (Sedimentary rock)的定义 在地球表面，固体颗

8、粒 (复数 )由上往下透过空气(air)、水 (water)或冰 (ice)，在地面上聚集在一起后，经过压密作用与胶结作用所形成的岩石。 固体颗粒的来源基本上可分为三种： (1)暴露在地面上的岩石受到风化作用而形成的岩石碎屑。 (2)直接从水溶液沈淀出来的矿物颗粒。例如，盐水湖干沽时沈淀在湖底的矿物。 (3)有机体生长出来的骨骼与外壳。 沈积岩 (Sedimentary rock) (a)碎屑岩 (clastic sedimentary rock) 组成这种岩石的颗粒是原先就已形成的老岩石，受到机械性的风化作用，变成一些大小不等的颗粒后，被水、风或冰搬运后堆积在一起，再经过压密与胶结的固结作用

9、而形成的坚硬岩石。 例如：砾岩、砂岩、泥岩、冰碛岩等等。 (b)化学岩 (chemical sedimentary rock) 岩石中的颗粒是由溶液中沈淀下来的颗粒所组成时，这种岩石称为化学沈积岩。 例如：岩盐、石膏、石灰岩。 (c)有机岩 (organic sedimentary rock) 岩石中的颗粒主要是动、植物的遗体或分泌物时，这种的岩石称为有机沈积岩。 例如：由珊瑚礁转变而来的石灰岩。 (e)火山碎屑岩 (pyroclastic rock) 火山爆发时，喷发到空中的火山灰、火山弹及火山口周围岩石碎片掉落到地上紧密地集结在一起所形成的岩石。 例如：主要为火山灰的凝灰岩 (tuff)、

10、主要为大块碎屑或火山弹的火山集块岩(agglomerate)。 台湾常见的沈积岩 砾岩 (conglomerate)： 由主要是砾石般大小的颗粒构成的岩石。 砂岩 (sandstone)： 由主要是沙粒般大小的颗粒构成的岩石。 粉砂岩 (siltstone) 泥岩 (mudstone)： 由主要是泥土般的颗粒构成的岩石。 页岩 (shale): 具有层理构造的泥岩。 石灰岩 (limestone)： 主要是碳酸盐矿物组成的岩石。 沈积岩的特征 1.颗粒的形状是近乎圆形或破碎形的。 2.有动物或植物化石的存在。 3.有沈积构造，如交错层、粒级层等等。 4.组成的颗粒大部分是石英， 5.层次分明，

11、层与层之间的界限十分清楚，而且延伸得很远。 ( 请想象沈积岩的形成过程中，组成这些沈积岩的颗粒，在被河流、冰川或风搬运的过程时，颗粒的形状与大小可能会产生哪些不同的变化 及在沈积时，这些形状不同、大小不同的颗粒又是如何沈积下来的 )例如颗粒被河流搬运时，则在搬运时，颗粒会被磨圆，或相互碰撞成有棱有角的小碎块或小碎片 在沈积时，颗粒大的会先沈积下来，颗粒小的则会较晚沈积下来。 ) 沈积岩的特征： 层次分明的 层状构造 (stratification) 构成沈积岩的颗粒是由上往下掉落，由于颗粒的成分、形状与大小不同，因此由下往上堆积成一层层层次分明的岩层(stratum)(bed)。 一块岩石磨成

12、薄片后，在显微镜底下可以看出是由一堆有棱有角大小与沙子一般的碎块紧密地固合在一起的结构。这种岩石称为砂岩。 一块岩石磨成薄片后，在显微镜底下可以看出是由一堆有棱有角大小与沙子一般的碎块及生物遗体 (化石 )紧密地固结在一起的结构。这种岩石称为含有化石的砂岩。 生物遗体 受到很低度变质作用过的沈积岩的褶皱构造 受到很低度变质作用过的沈积岩的褶皱构造 变质岩 (Metamorphic rock) 变质岩 是 经过变质作用的沈积岩或火成岩。 变质矿物 ：将沈积岩或火成岩原来的矿物种类加以改变后所形成的矿物，称为变质矿物。 变质结构 ：将沈积岩或火成岩原来的颗粒结构加以改变后所形成的结构，称为变质结构

13、。 由于变质岩的矿物只是改变原来沈积岩或火成岩的矿物种类，其岩石整体的化学成分仍然是原来的化学成分，因此变质岩的矿物成分与原来岩石的化学成分 (矿物成分 )有密切的关系。 变质作用的营力 : Heat (热 ) Hot groundwater (热的地下水 ) Pressure (压力 ) Differential Stress (轴差应力 ) 变质岩的形成步骤： 1.形成沈积岩或火成岩 2.形成的沈积岩或火成岩，被埋在地壳深处，为了适应地下深处温度高、压力大的环境，组成岩石的固体颗粒发生化学的及 /或物理的变化，改变一部分或全部的矿物种类与颗粒之间排列的结构。 变质岩的特征 1.具有特殊的、

14、只有变质岩才有的叶理构造及矿物。 2.岩石中除了具有沈积岩或火成岩的结构之外，还具有非沈积岩或火成岩形成过程所能形成的结构及矿物。 3.岩石的矿物及结构显示有经过改变的现象。 矿物的改变： 矿物本身的大小、形状、结晶构造的改变。 结构的改变： 上述矿物的改变所导致之结构的改变，虽然矿物的成份改变不大，但矿物的大小、形状、或排列的状态改变，因而造成新的层状构造或平面构造 ( planar structure)或线条构造 (linear structure, lineation)。 变质矿物：经过变质作用产生的矿物 绿泥石 (chlorite) 蛇纹石 (serpentine) 绿廉石 (epid

15、ote) 蓝闪石 (glaucophane) 硬玉 (jade) 软玉 (nephenite) 阳起石 (actinolite) 红柱石 (andalusite) 蓝晶石 (kyanite) 硅线石 (sillimanite) 当 沈积岩或火成岩在地下深处变质成为变质岩时，如果还受到外力的作用，则原来的沈积岩或火成岩构造发生根本性的改变，这种在变质环境中所产生的地质构造，称为 变质构造。 Types of Metamorphic Rocks 变质岩的类型 (1)Foliated Metamorphic Rocks 具有叶理的变质岩 (2)Nonfoliated Metamorphic Rocks 不具有叶理的变质岩 Foliated Metamorphic Rocks 经过变质作用后有新叶理产生的变质岩。 叶理 (foliation) 变质岩中新产生的层状构造 (layering)。