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1、变变 质质 岩岩 岩岩 石石 学学第一章第一章 总总 论论第一节 变质作用和变质岩岩浆岩 岩石 岩石学 为什么我们现在所见到的岩石不仅仅是岩浆岩和沉积岩这两大类呢？ 原因：地球动力学事件使早先存在的岩石所处的地质环境和物理化学条件发生变化，偏离其初始形成时的地质环境及物理化学条件。这必然引起岩石的矿物组成、结构构造甚至化学成分发生变化(调整或改造)，以适应新的地质环境及物理化学条件。一、变质作用和变质岩一、变质作用和变质岩变变质质作作用用：在在地地壳壳形形成成和和发发展展、演演化化过过程程中中，早早先先形形成成的的岩岩石石（包包括括岩岩浆浆岩岩、沉沉积积岩岩以以及及先先存存的的变变质质岩岩）在
2、在地地壳壳一一定定深深处处，在在基基本本保保持持固固态态的的条条件件下下发发生生的的矿矿物物组组成成、结结构构构造甚至化学成分的变化称为构造甚至化学成分的变化称为变质作用。变质作用。变质岩：变质岩：在变质作用条件下形成的新的岩石称为变质岩。在变质作用条件下形成的新的岩石称为变质岩。变质岩变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。变质岩石类型众多，可形成于不同时期和不同地区，既变质岩石类型众多，可形成于不同时期和不同地区，既可出露于古老的结晶基底可出露于古老的结晶基底地盾或地台，也可出现于地盾或地台，也可出现于较新的变质活动带，分布遍及大陆和海洋。较新的变质活动带
3、，分布遍及大陆和海洋。变质作用的因素可分为两类：变质作用的因素可分为两类：一类是内部因素（内因），指原岩的成分、结构构造及岩石组合特征；另一类是外部因素（外因）亦即地质因素，指温度、 压力、具化学活动性的流体和时间。二、变质作用的因素及方式变质作用的主要因素变质作用的主要因素 1.温度温度 温度在变质过程中的作用温度在变质过程中的作用 温度变化温度变化是引起变质作用的主要因素，多数变质是引起变质作用的主要因素，多数变质作用是伴随升温而进行的作用是伴随升温而进行的。温度升高温度升高 可使原岩中一些矿物发生重结晶可使原岩中一些矿物发生重结晶 引起原岩中矿物之间发生变质反应，各种组分引起原岩中矿物之
4、间发生变质反应，各种组分重新组合重新组合 形成新矿物形成新矿物 温度（热状态）改变的原因温度（热状态）改变的原因 l 地热增温：可从每千米十几度到每千米一百多度。l 上地幔热流的运动 l 放射性元素衰变释放热能的积累 l 岩浆活动带来的热（局部）。l 在应力作用下，变形和摩擦作用产生的热能，即机械能转变的热能变质作用的研究范畴：变质作用的研究范畴：1.1.变质作用的下限：与成岩作用的界限变质作用的下限：与成岩作用的界限- -埋藏变质作用埋藏变质作用2.2.变质作用的上限：与岩浆作用的界限变质作用的上限：与岩浆作用的界限- -混合岩化作用混合岩化作用 岩浆作用岩浆作用magmatism变质作用变
5、质作用metamorphism成岩作用成岩作用diagenesis700-900oC150-200oC混合岩化作用混合岩化作用migmatism埋藏变质作用埋藏变质作用burial metamorphism2.压力 压力的标准国际单位是压力的标准国际单位是Pa和和GPa，地质上常用，地质上常用bar和和kbar；其换算关系为：；其换算关系为： 1 bar 105Pa 1 kbar 0.1GPa（1）负荷压力（ Pl） 又称围压或固体岩石所承受的压力，以Pl（或 P围、P岩、P固）表示，是一种均向性的静压力。其大小等于上覆单位岩石柱的重量，即：Pl=gD。其数值随深度增加而增加，取决于上覆岩层的
6、厚度和密度。每加深每加深1公里，负荷压力增加公里，负荷压力增加0.0275GPa。（2）流体压力（Pf） 一般来说，任何岩石在变质前多少都含有一定量的流体。如果仅有薄薄的流体薄膜吸附于颗粒表面，则不构成独立的流体相。变质作用一旦开始，便有流体释放出来，它们充填于毛细孔和微裂隙中，不完全被颗粒所吸附，便成为一个独立的流体相，其所具有的内压称为流体压力。以Pf表示。（3）定向压力（应力） 可理解为伴随构造运动、来自一定方向的侧压力。3.具化学活动性的流体q含量很低，作用不小。q变质地质学的三大前沿课题之一。（1）流体相的组成 流体相的成分，总体来讲以H2O和CO2为主，可有CH4、H2S等。在变质
7、作用的温压条件下，岩石中的某些组分如K、Na、Si、Mg、Al、Fe、Cl、F、S等也可溶解到流体相中作为流体相的组成部分。（2）流体相的存在状态 在变质作用的温度压力范围内，在较低的温度和压力条件下，H2O、CO2等呈气态或液态存在；在较高的温度和压力条件下，流体呈超临界状态，是一种具许多流体性质的高密度气体。流体既可以存在于矿物颗粒之间被吸附在颗粒边界上，成为不能整体流动的间隙溶液；也可填充在岩石的裂隙之中，成为能够整体流动的裂隙溶液。 纯 H2O： 临 界 温 度 Tc=374； 临 界 压 力Pc=217atm。217atm时，H2O呈超临界状态。 （3）流体相的来源 原岩中保存的流体
8、相。变质作用中的脱水及脱碳酸反应，可提供相当多的流体。与岩浆活动有关的流体相。 此外，在地壳深处，上地幔中的流体相也可进入地壳中在变质过程中发挥作用；在大洋与大陆板块的边缘，部分海水也可伴随俯冲作用进入地壳深处而在变质过程中发挥作用。（4）流体在变质过程中的作用流体相可起溶剂作用、水化和脱水反应、 含CO2的流体对碳酸盐化和脱碳酸反应的平衡条件有很大影响。 系统中CO2含量的增大会阻碍碳酸盐转变为硅酸盐的脱碳酸反应。在泥灰质岩石中，CO2和H2O的含量比例对变质矿物组合及其形成温度影响也很大。以水为主的流体相在岩石中处于饱和状态时，可降低岩石中长英质组分的熔融温度。 如在不含水的条件下，长英质
9、低熔组分在温度高达950时才开始重熔，而在饱和水情况下，同样的低熔组分在64020时就可开始重熔。由于流体相的经常存在，因此在中高级变质条件下，常有长英质组分发生不同程度的重熔，形成各种类型的混合岩。三、 变质作用的方式这些作用受各种物理化学原理及力学原理的控制，其产物特征既取决于外部条件（即变质作用因素），又与原岩成分和性状有关。1.1.重结晶作用重结晶作用重结晶作用是指在变质作用条件下，原岩中重结晶作用是指在变质作用条件下，原岩中矿物颗粒的重新矿物颗粒的重新组合组合，只有矿物颗粒形状和大小的变化，而不形成新的矿物只有矿物颗粒形状和大小的变化，而不形成新的矿物相相。重结晶作用的速度和强度既受
10、原岩成分和结构的控制，也与各种变质因素有关。组分较简单的岩石比组分较复杂的岩石易于重结晶。影响重结晶作用的外部因素主要是流体相和温度。2.2.变质结晶作用变质结晶作用 变质结晶作用是指在变质作用的温度、压力范围内，原岩在基本保持固态的条件下新矿物相的形成过程，同时必然有相应的原有矿物相趋于消失。由于这种矿物相的变化过程多数情况下涉及岩石中各种组分的重新组合，所以也称重组合作用。变质岩中新矿物相的形成可有多种途径，但都可归结为变质反应变质反应变质结晶作用与重结晶作用有何不同？变质结晶作用与重结晶作用有何不同？3.变质分异作用 指成分均匀的原岩，在岩石总成分不变的前提下，造指成分均匀的原岩，在岩石
11、总成分不变的前提下，造成矿物成分不均匀的一种变质作用。成矿物成分不均匀的一种变质作用。目前一般认为变质分异作用目前一般认为变质分异作用是在变质作用的温压条件下，是在变质作用的温压条件下，原岩中某些矿物组分经扩散原岩中某些矿物组分经扩散作用而不均匀聚集的过程。作用而不均匀聚集的过程。它以组分在空间上有一定范它以组分在空间上有一定范围的迁移而不同于一般的重围的迁移而不同于一般的重结晶作用，又以没有组分从结晶作用，又以没有组分从系统中带出或从系统外带入系统中带出或从系统外带入而不同于交代作用（后述）。而不同于交代作用（后述）。4.交代作用交代作用指变质作用条件下，由变质原岩以外的物质的带入和原岩物质
12、的带出而造成的一种矿物被另外一种化学成分与其不同的矿物所置换的过程。交代作用是一种机理复杂的成岩成矿作用过程，在自然界交代作用是一种机理复杂的成岩成矿作用过程，在自然界分布很广，可在多种地质环境中出现，并和不同的地质作分布很广，可在多种地质环境中出现，并和不同的地质作用相联系。用相联系。特征：特征：5.5.变形和碎裂作用变形和碎裂作用 各种岩石受应力超过弹性限度时，就会出现破碎或塑性变形现象。变形和碎裂是变质过程中的一种重要作用。变形和碎裂的发育程度和特点与许多因素有关，如岩石的物理性质、所处的深度（温度、静压力条件）以及所受应力的作用方式和强度等。 热接触变质作用：指发生于侵入体周围的接触带
13、上，由岩浆侵入带来的热使围岩发生的变质作用，也称热变质作用。其主要控制因素是温度，变质作用的方式主要是重结晶和变质反应。这类变质作用一般深度不大，围限压力不高，约为23108Pa以下。典型的接触热变质岩称为角岩。 四、变质作用的类型根据变质作用发生的地质背景划分根据变质作用发生的地质背景划分动力变质作用：指断层带或其它强烈错动（剪切作用）带上，由于构造应力的作用，岩石通过碎裂、变形或重结晶等方式，发生结构、构造上的改造，有时有矿物成分上的转换。其特点是低温、高应变速率。除高级动力变质外，一般变质温度相当于绿片岩相。典型岩石如糜棱岩。 气液变质作用：指在化学活动性流体的参与下，岩石中某些活动性组
14、份之间发生的一种交代作用。区域变质作用：指岩石圈大规模范围内发生的多种因素综合起作用的复杂的变质作用。多与构造运动相伴发生，常见于前寒武纪结晶基底及造山带中。主要变质因素有温度、压力（包括围限压力和应力）和流体。一般发生于地壳深部，并且常伴随有混合岩化、大规模的构造变形及岩浆活动。 埋藏变质作用：岩层由于上覆沉积物的深埋而处于地下较深处，由负荷压力和地热增温引起的一种大规模的重结晶作用。可看作区域变质作用的一种。 特点是变质温度低，重结晶和变质反应不彻底，多形成很低级至低级变质岩石，常见原岩矿物残余和变余结构，缺乏显著片理。区域动热变质作用：由温度、均向压力、定向压力和具化学活动性的流体综合作
15、用所形成的变质作用。常以定向构造为特征。混合岩化作用：地壳深部高级变质岩发育区，由于温度、压力的增高及流体的参与，一些变质岩发生熔融产生相当数量的花岗质熔体，这种现象称为深熔作用。当熔融程度很高时可产生花岗质岩浆，冷凝后便形成典型的花岗岩；如果熔融程度低（只有部分熔融）则出现部分属花岗岩质、部分属原变质岩的混合岩石，称为混合岩。从变质岩经深熔而形成混合岩的过程称为混合岩化。亦称超变质作用。第二节第二节 变质岩的结构构造变质岩的结构构造一、变质岩的结构一、变质岩的结构按照成因分为四种类型：按照成因分为四种类型： （一）变（一）变 余余 结结 构构 （二）变（二）变 形形 结结 构构 （三）变（三
16、）变 晶晶 结结 构构 （四）交（四）交 代代 结结 构构（一）变余结构（一）变余结构 在变质作用过程中，由于变形、重在变质作用过程中，由于变形、重结晶和变质结晶作用不强烈，原岩结构特结晶和变质结晶作用不强烈，原岩结构特征没有被彻底改造，部分地被保留下来时，征没有被彻底改造，部分地被保留下来时，称为称为变余结构变余结构，也称也称残余结构残余结构。 变余结构总的特点是变余结构总的特点是：外貌上具原外貌上具原来沉积岩或岩浆岩的结构特征，而矿物成来沉积岩或岩浆岩的结构特征，而矿物成分上则表现出一些变质矿物的特点，有时分上则表现出一些变质矿物的特点，有时也保留了一些原岩矿物的特点也保留了一些原岩矿物的
17、特点。变余结构的命名变余结构的命名在原结构名称之在原结构名称之前加前加“变余变余”二字。二字。原岩为岩浆岩的变余结构：原岩为岩浆岩的变余结构：变余变余花岗结构、变余斑状结构等花岗结构、变余斑状结构等。原岩为沉积岩的变余结构：原岩为沉积岩的变余结构：变余变余砾状结构、变余砂状结构砾状结构、变余砂状结构。 （二）变形结构（二）变形结构岩石受应力作用形成的结构。岩石受应力作用形成的结构。（1） 碎裂结构碎裂结构：由脆性变形形成，矿由脆性变形形成，矿物颗粒产生裂隙、裂开并在颗粒的接触处物颗粒产生裂隙、裂开并在颗粒的接触处和裂开处形成小碎粒。和裂开处形成小碎粒。 矿物颗粒的外形呈不规则棱角状、锯矿物颗粒
18、的外形呈不规则棱角状、锯齿状，但破碎的矿物颗粒没有明显的位移。齿状，但破碎的矿物颗粒没有明显的位移。（2 2）碎斑结构）碎斑结构岩石受应力破碎时，由于破碎的强度岩石受应力破碎时，由于破碎的强度不同，矿物常可分为大小两群不同，矿物常可分为大小两群碎斑和碎斑和碎基。由碎斑和碎基两部分构成时称碎基。由碎斑和碎基两部分构成时称碎斑碎斑结构。结构。碎斑以不规则的破碎边缘、较多的裂碎斑以不规则的破碎边缘、较多的裂隙、波状消光及边缘颗粒化为特征。碎基隙、波状消光及边缘颗粒化为特征。碎基粒度很小，甚至可是隐晶质的粉末状。粒度很小，甚至可是隐晶质的粉末状。（3 3）糜棱结构）糜棱结构矿物颗粒几乎全部被破碎呈微粒
19、状（或矿物颗粒几乎全部被破碎呈微粒状（或细粒、隐晶质），并发生矿物的韧性流变现细粒、隐晶质），并发生矿物的韧性流变现象象破碎的微粒呈明显的定向排列，碎斑破碎的微粒呈明显的定向排列，碎斑分布于细粒至隐晶质基质中，有新生矿物。分布于细粒至隐晶质基质中，有新生矿物。基质含量基质含量50%50%90%90%，碎斑颗粒具显微破碎斑颗粒具显微破裂、圆化现象。矿物晶内塑性变形现象很普裂、圆化现象。矿物晶内塑性变形现象很普遍，如波状消光、亚颗粒化、扭折、机械双遍，如波状消光、亚颗粒化、扭折、机械双晶、变形纹等。晶、变形纹等。（三）变晶结构（三）变晶结构变晶结构变晶结构岩石在基本保持固态的条岩石在基本保持固态的
20、条件下发生重结晶和变质结晶形成的结件下发生重结晶和变质结晶形成的结晶结构。晶结构。变晶结构是变质岩最常见的结构。变晶结构与岩浆岩中的结晶质结构变晶结构与岩浆岩中的结晶质结构有些相似（全晶质）。但由于形成条有些相似（全晶质）。但由于形成条件不同，其结构特征也有明显区别。件不同，其结构特征也有明显区别。变晶结构根据变晶矿物的粒度大小（相变晶结构根据变晶矿物的粒度大小（相对大小、绝对大小）、形状以及颗粒间的对大小、绝对大小）、形状以及颗粒间的相互关系进一步划分。相互关系进一步划分。1 1）根据变晶矿物的粒度：）根据变晶矿物的粒度：按变晶矿物粒度的绝对大小分为：按变晶矿物粒度的绝对大小分为： 粗粒变晶
21、结构粗粒变晶结构 粒度粒度3mm3mm 中粒变晶结构中粒变晶结构 粒度粒度1 13mm3mm 细粒变晶结构细粒变晶结构 粒度粒度0.10.11mm1mm 显微变晶结构显微变晶结构 粒度粒度0.1mm0.1mm2.2.变晶结构的分类变晶结构的分类根据变晶粒度的相对大小可划分为：根据变晶粒度的相对大小可划分为：等粒变晶结构等粒变晶结构 主要变质矿物的粒度大致主要变质矿物的粒度大致相近。相近。石英岩、大理岩、变粒岩中常具此种结石英岩、大理岩、变粒岩中常具此种结构。接触变质岩的构。接触变质岩的“角岩结构角岩结构”也属此类。也属此类。不等粒变晶结构不等粒变晶结构 主要变质矿物的粒度不主要变质矿物的粒度不
22、等，但粒度变化基本上是连续的。等，但粒度变化基本上是连续的。斑状变晶结构斑状变晶结构在大量较细粒矿物集合体在大量较细粒矿物集合体（变晶基质）中分布有粒度特别粗大的斑（变晶基质）中分布有粒度特别粗大的斑状晶体（变斑晶），基质和变斑晶粒度相状晶体（变斑晶），基质和变斑晶粒度相差悬殊。差悬殊。2 2）按变晶矿物的形状划分）按变晶矿物的形状划分粒状变晶结构粒状变晶结构 岩石主要由近等轴状的岩石主要由近等轴状的粒状矿物组成（如石英、方解石、长石等）。粒状矿物组成（如石英、方解石、长石等）。矿物颗粒如具较规则的接触界面称矿物颗粒如具较规则的接触界面称镶嵌镶嵌粒状变晶结构。粒状变晶结构。矿物颗粒若呈锯齿状接
23、触则称矿物颗粒若呈锯齿状接触则称缝合粒状缝合粒状变晶结构。变晶结构。粒度较粗的粒状变晶结构可称粒度较粗的粒状变晶结构可称花岗变晶花岗变晶结构结构。花岗变晶结构与岩石成分无关。花岗变晶结构与岩石成分无关。热接触变质作用形成的显微粒状变晶结热接触变质作用形成的显微粒状变晶结构称构称角岩结构。角岩结构。鳞片变晶结构鳞片变晶结构 岩石主要两向延长的片岩石主要两向延长的片状矿物（层状硅酸盐类）组成。状矿物（层状硅酸盐类）组成。如云母类、如云母类、绿泥石类、滑石等。绿泥石类、滑石等。片状矿物常作定向排列构成结晶片理片状矿物常作定向排列构成结晶片理（构造），有时也可呈非定向排列，导致岩（构造），有时也可呈非
24、定向排列，导致岩石呈块状构造。石呈块状构造。纤状变晶结构：纤状变晶结构：岩石主要由纤维状、岩石主要由纤维状、针状或长柱状矿物组成。针状或长柱状矿物组成。如阳起石、透闪石、如阳起石、透闪石、夕线石等（链状硅酸盐类）。夕线石等（链状硅酸盐类）。这些矿物可做定向或不定向排列。也可这些矿物可做定向或不定向排列。也可作向心状和束状排列，可分别称作向心状和束状排列，可分别称向心结构向心结构和和蒿束结构蒿束结构。变质岩结构的观察、描述和命名变质岩结构的观察、描述和命名 二、变质岩的构造二、变质岩的构造变质岩的常见构造有：变质岩的常见构造有：变余构造变余构造变成构造变成构造（一）变余构造（残留构造（一）变余构
25、造（残留构造）变质作用对原岩构造改造不彻底变质作用对原岩构造改造不彻底使原岩构造的某些特点得以保留，构使原岩构造的某些特点得以保留，构成变余构造。成变余构造。正变质岩常见的变余构造有：正变质岩常见的变余构造有：变变余杏仁构造、变余流纹构造等。余杏仁构造、变余流纹构造等。副变质岩常见的有：副变质岩常见的有：变余层理构变余层理构造，变余波痕构造、变余泥裂构造等。造，变余波痕构造、变余泥裂构造等。（二）变成构造（二）变成构造指变质作用过程中由重结晶和变质结晶指变质作用过程中由重结晶和变质结晶作用形成的构造。作用形成的构造。常见类型有：常见类型有： 1. 1. 斑点状构造斑点状构造 是岩石中分布一是岩
26、石中分布一些形状不一、些形状不一、 大小大小不等的雏晶集合体组不等的雏晶集合体组成斑点。成斑点。 不具定向排列的构造不具定向排列的构造2.2.条带状构造条带状构造 不同的变质矿物呈条带状相不同的变质矿物呈条带状相间分布。间分布。3.3.块状构造块状构造 岩石中矿物成分和结构均匀，岩石中矿物成分和结构均匀，不显示定向排列。不显示定向排列。4.4.板状构造板状构造 变质变质泥岩等柔性岩石受压泥岩等柔性岩石受压力作用形成的一种构力作用形成的一种构造。特点是岩石具有造。特点是岩石具有相互平行的破裂面相互平行的破裂面（劈理面），能使岩（劈理面），能使岩石破裂成薄板状。石破裂成薄板状。具定向排列的构造具定
27、向排列的构造5. 5. 千枚状构造千枚状构造 是一种低级定向构造。微是一种低级定向构造。微片理面上因绢云母、绿泥石密集排列而片理面上因绢云母、绿泥石密集排列而有强烈的丝绢光泽。有强烈的丝绢光泽。 6. 片状构造片状构造 岩石中含较多的片柱、状矿物，并岩石中含较多的片柱、状矿物，并成成连续定向排列连续定向排列。 7.7.片麻状构造片麻状构造 岩石主要由岩石主要由浅色粒状变晶浅色粒状变晶矿物组成，少矿物组成，少量片状及柱状量片状及柱状暗色矿物成暗色矿物成断断续定向排列。续定向排列。第三节第三节 变质岩的分类变质岩的分类根据变质作用的类型划分：根据变质作用的类型划分：1. 1. 动动 力力 变变 质质 岩岩2. 2. 热热 接接 触触 变变 质质 岩岩3. 3. 区区 域域 变变 质质 岩岩4. 4. 混混 合合 岩岩5. 5. 交交 代代 变变 质质 岩岩
