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变质作用与变质岩
地质学第五章变质作用与变质岩，火成岩变质而成的称正变质岩，沉积岩变质而成的称副变质岩，变质岩变质而成的称复变质岩。
编辑于2022-04-10 15:37:30- 地质
- 变质作用与变质岩
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变质作用与变质岩
占地壳总体积27.4％
在地面分布范围较小，也不均匀
用途
变质岩中赋存许多矿物
可做优等建筑装饰材料
宝石的优良原料
岩石的演变
变质作用及其代表性岩石
接触变质作用
定义
由岩浆作用引起的发生在火成岩(主要是侵入岩)与围岩接触带范围的变质作用
温度
300-800摄氏度，甚至1000摄氏度
静压力
100-300MPa
分类（变质过程中有无交代作用）
接触热变质作用
引起变质的主要因素
温度
方式
岩石受热后发生矿物的重结晶、脱水、脱碳以及物质成分的重组合，形成新矿物与变晶结构
变质程度的影响因素
原岩离火成岩体的距离
原岩离岩体近，受到温度大，变质强烈，反之
不同接触热变质程度的岩石，常常围绕侵入体呈环带状分布，构成接触变质圈，角岩往往出现在内部，斑点角岩往往出现在外部带
代表岩石
角岩
结构
显微粒状变晶结构
构造
块状构造
致密坚硬
颜色
多暗色
原岩
碎屑岩或火成岩
多样性的因素
原岩成分不同
变质程度的差异
代表岩石
红柱石
堇青石
角页岩
层理
变余层理
成分
页岩或富含粉砂质的沉积岩变质形成
致密坚硬
斑点角岩
构造
斑点状构造和块状构造
特征
矿物成分的重组合不普遍，仅有少量新生的绢云母、绿泥石等矿物，常呈斑点状
结构
岩石重结晶程度低，多为变余泥状-粉砂状结构，有时呈显微鳞片变晶结构
原岩
黏土岩、凝灰岩
变质温度较低
大理岩
成分
方解石
结构
粒状变晶结构
构造
块状构造，常有变余层状构造
原岩
石灰岩、白云岩
汉白玉
几乎不含杂质的大理石，洁白似玉
杂质
多数大理石因含有杂质，显示不同颜色的条带
蛇纹石大理岩因蛇纹石而显艳绿色条带，系由含镁质的石灰岩如白云质石灰岩变质而来
石英岩
成分
石英
结构
粒状变晶结构
构造
块状构造
极为坚硬
原岩
石英砂岩或硅质岩
接触交代变质作用
方式
从岩浆中分泌的挥发性物质对围岩进行作用，导致围岩化学成分发生显著变化，产生大量新的矿物，形成新的岩石和结构构造
作用位置
侵入体与围岩的接触带上
代表岩石
矽卡岩
成分
主要矿物是石榴子石，绿帘石，透闪石，透辉石，阳起石，硅灰石等，有时还有云母，长石，石英，莹石，方解石。经常含2到3种主要矿物以及一些次要矿物，多数含有钙，镁硅酸盐矿物
颜色
暗绿色或暗棕色
部分由硅灰石，透闪石等浅色矿物组成的为浅灰色
结构
粒状或不等粒状变晶结构
构造
块状构造
在矽卡岩中富集的矿体
磁铁矿，黄铜矿，辉铜矿，闪锌矿，钨矿，锡矿等
由于挥发性物质以各种形式搬运金属矿物，并再次沉淀的结果
区域变质作用
区域变质作用
定义
在广大范围内由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素联合作用而引起的一种变质作用
范围
数千到数万平方千米，甚至更大，影响深度可达20千米以上
温度
200-300摄氏度到800-900摄氏度
压力
100-200MPa到1.3-1.4GPa
定向压力常起重要作用
意义
常和构造运动有关，构造运动可以对岩石施以强大的定向压力，使岩石弯曲、揉皱、破裂，或使浅层岩石沉入地下深处，受地热和围压的作用，或使深层岩石推挤到表层
导致岩浆的形成与侵入，从而带来热量和化学物质，或从地下深处引来化学活动性流体
由构造运动所造成的破裂，使热能和化学能向围岩渗透的良好通道
构造运动为岩石的区域变质，创造了极有利的物理、化学条件
影响因素
温度和压力
三种变质环境
低压高温环境
地温梯度高，为25-68℃/km，地下不到10km，温度即达600℃
引起岩石变质的主要因素
温度
特征
出现红柱石等低压、高温变质矿物
分布
这种地区火成岩相当发育，广泛发生接触变质作用
正常地温梯度环境
地温梯度正常，16-25℃/km
随温度与压力的变化可以出现不同的变质岩
高压低温环境
地温梯度底，为7-16℃/km，地下20-30km处，温度约300℃
特征
出现高压、低温变质矿物，如蓝闪石、硬玉、多硅白云母等
分布
岩石圈板块的聚合边界(俯冲带或碰撞带)
埋藏变质作用
成因
由于上覆巨厚沉积物的重量所产生的静压力以及较低的温度(一般低于400摄氏度)所引起的
热源
以放射性热为主，来自地层本身
影响因素
与岩石的埋藏深度有关
与构造运动及岩浆运动无关
变质程度较浅，可形成浊沸石，葡萄石，绿纤石等低温变质矿物
代表岩石
共性
具有变形结构及片理构造，片麻状构造
板岩
构造
板状构造
原岩
粘土岩，粘土质粉砂岩和中酸性凝灰岩
特征
重结晶作用不明显
新生矿物
出现绢云母或绿泥石等新矿物
结构
显微鳞片变晶结构，变余泥状结构，变余粉砂状结构，变余层理结构
轻微变质作用的产物
颜色&定名
板岩中含碳质者为黑色，称为碳质板岩，其他板岩多根据颜色定名
用途
质地细腻的板岩是制作砚台和工艺品的主要原料
千枚岩
构造
千枚状构造
原岩
粘土岩，粘土质粉砂岩和中酸性凝灰岩
特征
重结晶程度较高，基本上已全部重结晶
新生矿物
绢云母或绿泥石以及石英石矿物
光泽
丝绢光泽
揉皱构造普遍
定名
根据新生矿物和颜色定名
片岩
构造
片状构造
原岩
矿物成分与结构构造已全部重组
新生矿物
白云母，黑云母，绿泥石，石英，角闪石，阳起石，滑石，长石
特征
肉眼能清楚分辨矿物
结构
鳞片变晶，纤维变晶及粒状变晶结构为主，有时出现斑状变晶结构
命名
根据其中的主要矿物或特征性矿物进一步命名
云母片岩，石英片岩，石榴子石片岩
岩石中如含有两种主要矿物或特征矿物，命名时以其多者在后，少者在前
云母石英片岩，石榴子石云母片岩，南晶石白云母片岩
片麻岩
构造
片麻状构造
结构
中、粗粒粒状变晶结构
特征
含有较多长石。长石与石英的含量必须大于矿物总量的1/2，长石且含量大于石英含量，如长石含量减少，石英增加，则过渡为片岩
新生矿物
长石，石英，黑云母，角闪石等，有时出现蓝晶石，矽线石，石榴子石等
命名
根据长石的成分
以钾长石为主，称钾长片麻岩。以斜长石为主，称斜长片麻岩
根据片状，柱状或特征变质矿物作补充命名
角闪斜长片麻岩，矽线石钾长片麻岩
花岗片麻岩
成分与花岗岩相当，由钾长石，酸性斜长石，石英以及云母组成的片麻岩
变粒岩
成分
细粒状长石和石英。长石和石英含量占70%以上，且长石含量大于25%，片状与柱状矿物占10-30％
构造
片麻状构造不发育，多为粒状变晶结构，块状构造
原岩
粉砂岩，中酸性火山岩
命名
片状矿物或柱状矿物进一步命名
黑云母变粒岩、角闪石变粒岩
斜长角闪岩
成分
主要由角闪石和斜长石构成，角闪石等暗色矿物含量大于50%，石英很少
构造
粒状变晶结构，块状构造或片理构造
角闪岩
角闪石含量大于85%的，称为角闪岩
成因
由基性火山岩或富含钙，镁成分的沉积岩在中高温条件下变质而成
麻粒岩
变质程度很深的变质岩
成分
主要由辉石，石榴子石，长石，石英等粒状矿物组成，很少含有黑云母，角闪石等含氢氧根的矿物
结构
粒状变形结构，块状构造
粒状矿物有时被压扁而定向，浅色矿物与暗色矿物的条带有时粗细交互，显示微弱的片麻状构造
榴辉岩
成分
由暗红色的石榴子石(镁铝榴石)与鲜绿色的绿辉石构成，不含斜长石
构造
具有等粒或不等粒变晶结构，块状构造
颜色
深
密度
3.6-3.9g/cm3
变质岩中密度最大的岩石
成因
在压力极大，兼有适当的温度条件下形成的
命名
含柯石英甚至金刚石等超高压变质矿物者，称含柯石英榴辉岩，含金刚石榴辉岩
分布
如我国大别-秦岭造山带中就发育这种超高压变质岩，这种岩石主要出现在岩石圈板块的聚合带中，指示陆壳板块曾经发生过深度大于100千米的俯冲作用
岩石多样性的原因
原岩的成分不同
变质的温度与压力条件不同
花岗岩退温变质分带
成因
大体量的花岗质岩浆热能会产生局域性变质作用及其变质分带，导致从岩体中心到围岩发育退温变质分带
退温变质分带
块状花岗岩-含矽线石花岗岩-含石榴子石花岗片麻岩-二云母花岗片麻岩-泥砂质板岩
远离岩体，变质作用明显减弱乃至消失
分布
江西武功山章庄-明月山，武夷山西缘，福建漳州东山县澳角等地
产生局域性中-高温变质作用及其变质分带的原因
巨大的岩浆热库和围岩距离热库的远近
混合岩化作用
定义
由变质作用向岩浆作用转变的一种过渡性成岩作用
过程
当局域变质作用进一步发展，特别是在温度很高时，变质岩中的一部分岩石因受热而发生部分熔融，形成小规模的长英质熔融体，同时，从地下深处也能分泌出富含K.NaSi的热液，这些熔体和热液沿着形成的区域变质岩的裂隙或片里渗透、扩散、注入，甚至发生化学反应，在原先的变质岩石中形成一部分类似于由岩浆结晶而成的岩石
混合岩
定义
由混合岩化作用所形成的岩石
组成
基体
变质岩。一般是变质程度较高的各种片岩，片麻岩和斜长角闪岩，颜色较深
脉体
通过熔体和热液注入、交代而新形成的岩石。主要成分是石英、长石，颜色较浅
形成温度均低于900摄氏度，如大于900摄氏度，则基体会被熔融
混合岩化程度不同，混合岩中脉体与基体的相对数量也就不同，基体与脉体的混合形态是多样的，其混合岩也是多样的
如果脉体呈条带状贯入到基体中，则形成条带状混合岩 如果脉体呈肠状盘曲在基体中，则形成肠状混合岩
混合花岗岩
成因
当长英质熔体或富含K，Na，Si的热液彻底交代原先的变质岩石时，原来岩石的宏观特征可完全消失，变成花岗岩
混合岩化作用程度极高时的产物
花岗岩形成的一种重要途径
动力变质作用
定义
由于地壳运动的影响，岩石在强烈非同轴定向压力下发生的一种变质作用
分布
大型断裂带附近
表现
岩石的变形
脆性变形
表现为机械破碎
特征
一般不发生物质成分的重组，不形成新矿物
产物
压碎角砾岩、碎裂岩、碎粒岩
碎粒岩
颗粒多具定向排列现象
压碎角砾岩、碎裂岩
不是严格定义上的变质岩
韧性变形
常以 韧性变质-变形作用 称之
发生环境
定向应力环境中，其深度一般大于10km，温度在300℃以上，多出现在区域变质岩地区
特征
出现糜棱岩，常构成韧性剪切带
糜棱岩
成因
在中-高温、非同轴高剪切应变条件下产生的岩石，广泛发育在中下地壳岩层中
显著标志
糜棱岩中广泛发育新生的构造
贯穿全岩层的拉伸线理、面理(称透入性构造)，也产生变质矿物的不对称剪切变形组构 如大理岩中燧石的不对称变形组构，细颈化拉伸的石香肠，长石的旋转构造，云母的鱼尾构造，长石的多米诺骨牌剪切构造，长石的眼球构造
表现
从韧性剪切带的一侧进入另一侧，新生的构造连续而密集的分布，岩石被强烈扭曲，两侧岩块发生了位移，但看不到明显的破裂面(带)，韧性断层剪而不破，错而似连。这表明是一种逐次阔移、持续进行的构造变形与变质过程
影响
这种发生在中、下地壳范围的动力变质作用，可引起某些成矿物质的析出、迁移、富集，形成糜棱岩型矿床，如糜棱岩型金矿等
断裂带变形分布
一条向地下深切的大断裂，在地壳浅层（＜10km）表现为脆性变形，像地壳深层则过渡为韧性变质-变形。前者断裂面明显，位移显著，岩石碎裂构造角砾岩、断层擦痕发育，后者则以透入性构造和糜棱岩发育占主导
变质作用中原岩的变化
物质成分的变化
物质成分
化学成分
引起矿物成分的转变
矿物成分
在某些情况下需要通过化学成分的改变来完成
表现
挥发性成分的逃逸和获得，使得其余化学成分重新组合，形成新的矿物
原岩为沉积岩
脱水反应
若脱水反应进行不彻底，则形成白云母、绿泥石。二者皆含有OH，但含量较粘土矿物低
脱碳作用
普遍存在于沉积岩变质作用中。 eg.含粘土质的砂岩、页岩受热后都变成含叶蜡石，红柱石，云母，绿泥石的变质岩 不纯石灰岩受热后变成含碳或硅灰石的大理岩
原岩为火成岩
水化作用与碳酸化作用
水化作用
辉石可以变成角闪石或绿泥石，钾长石可以变成绢云母或白云母
碳酸化作用
中、基性斜长石等含钙矿物可变为方解石
当病治温度和压力很高时，含水矿物趋于消失
由体积大、密度小的矿物转变成为体积小、密度大的矿物
确定性条件
静压力
eg.粘土矿物在压力低于5.5*10八次方Pa和一定温度条件下会转变成相对密度较小（3.13-3.16）的红柱石，在压力高于5.5*10八次方时将转变为相对密度较大（3.53-3.65）的蓝晶石
在很高的静压力作用下，密度小，体积大的不同矿物可以结合成体积小，密度大的新矿物，并伴随着总体积缩小
超高压变质作用
在压力为2.6-2.7GPa（相当于地下近100km深度）时，石英会变成柯石英，成分未变，相对密度由2.65变成2.93
柯石英
行成于陨石坑或地幔深度的一种超高压变质矿物
不仅是辨识陨石超高压撞击作用，也是辨识大陆深俯冲作用的重要物质证据
发生化学成分的交换
交代作用
岩石在固态下发生，反应前后，岩石体积不变
通过矿物原子、离子和分子交换进行的，因而交代作用的发生不仅需要一定的温度，而且需要媒介，媒介作用的物质就是以水为主的富含各种化学成分的流体，他们易于在岩石的空隙中进行渗透或扩散，促进交代作用进行
矽卡岩化作用
当岩浆侵入时，在侵入岩与碳酸盐围岩之间最易发生物质成分的交换所造成的
变质岩中的矿物
特征变质矿物
定义
只能由变质作用形成
（多同质多象）
红柱石，蓝晶石，矽线石，硅灰石，石榴子石，滑石，十字石，透闪石，阳起石，蓝闪石，柯石英，透辉石，蛇纹石，石墨
变质矿物的出现就是发生过变质作用的最有力证据
既存在于火成岩，又能存在于沉积岩的矿物
成因
在变质作用中形成
从原岩中继承而来
石英，钾长石，钠长石，白云母，黑云母
能够适应较大幅度的温度、压力变化而保持稳定
变质岩的结构
火成岩与沉积岩的结构，通过变质作用可以全部或部分消失，形成变质岩特有的结构 反应变质作用的发生条件
变质岩结构
变晶结构
定义
岩石在固体状态下通过重结晶和变质结晶而形成的结构
表现
原矿物的长大，新矿物的形成以及晶粒相互密切嵌合
重要因素
重结晶作用
意义
变晶结构的出现，意味着火成岩及沉积岩中特有的非晶质结构，碎屑结构及生物骨架结构趋于消失，并伴随着物质成分的迁移及新矿物的形成
变晶
定义
由变质作用形成的经历
分类（大小）
粗粒
中粒
细粒
分类（大小的相对关系）
等粒变晶
变晶颗粒等大
班状变晶
变晶颗粒有两种，其粒径相差悬殊
形态
粒状
由石英，长石等矿物组成的
片状
由云母，绿泥石等组成
柱状、纤维状、放射状
由扬起时硅灰石等组成
变余结构
定义
变质程度不深时，残留的原岩结构
变余斑状结构(保留有岩浆岩的斑状结构) 变余泥状或砂状结构(保留有沉积岩的粒状或砂状结构)
碎裂结构
定义
动力变质作用使岩石发生机械破碎而形成的一类结构
特点
矿物颗粒破碎形成外形不规则的，带棱角的碎屑，碎屑边缘常呈锯齿状并具有扭曲变形等现象
分类（碎裂程度）
碎裂结构
碎斑结构
碎粒结构
交代结构
定义
变质作用过程中，通过化学交代作用(物质的带出和加入)形成的结构
特点
在岩石中，原有矿物被分解消失，形成新矿物子主题
一种变质岩有时具有两种或更多种结构，此外，在同一岩石中变余结构也可以变晶结构并存
变质岩的构造
反映变质作用的形成环境 火成岩与沉积岩构造通过变质作用，可以全部或部分消失，形成变质岩特有的构造
变质岩的构造
变质构造
定义
通过变质作用而形成的新构造
斑点状构造
形态
岩石中某些组分集中成为或疏或密的斑点
斑点形状
子主题
圆形或不规则形状，直径长为15毫米，成分为碳质、硅质、铁质、云母或红柱石等，基质为隐晶质-细晶
成因
在较低变质温度影响下，岩石中部分化学组分发生迁移，并重新组合而成；如温度进一步升高，斑点可能转变为班晶
板状构造
特征
岩石具有平行、密集而平坦的破裂面，沿破裂面常发育少量绢云母或绿泥石等低温变质矿物集合体，岩石容易此面分裂成薄板
薄板厚度
单层厚度从数毫米到百余毫米不等
结构
常具有变余泥状结构或显微变晶结构
成因
岩石受较强的定向压力作用而形成
片理构造
片理/面理
岩石中片状或长条状矿物连续而平行排列，形成平行密集而不甚平坦的纹理
特征
沿片理方向延时易于劈开
千枚状构造
岩石的矿物颗粒细小，且在片理面上出现丝娟光泽或细小皱纹者
片状构造
矿物颗粒较粗肉眼可清楚识别者
与定向压力作用的关系
岩石中的片状矿物或长柱状矿物在定向压力下可以发生位置转动，从而定向排列
粒状矿物在定向压力作用下可以被压扁或拉长，从而定向排列
矿物在平行于压力的方向上溶解，在垂直于压力的方向上生长，溶解与生长同时发生
在片理的形成过程中，往往伴随着矿物的重结晶作用，因此温度也是不可缺少的因素
不同矿物对定向压力的敏感性是不同的，敏感性强的容易定向排列
黑云母，白云母，娟云母，绿泥石等片状矿物及角闪石，阳起石，透闪石，硅灰石，矽线石等柱状矿物或纤状矿物
在较强的定向压力作用下，也能发生形变并压扁拉长，从而定向排列
石英，长石，方解石等粒状矿物
片麻状构造
成因
组成岩石的矿物长英质粒状矿物为主，伴随部分平行定向排列的片状、柱状矿物，后者在前者中成断续的带状分布
影响因素
造成片理的因素
原岩成分的控制
变质过程中，不同组分发生分异并分别聚集的结果
形态
矿物颗粒一般较粗
眼球状构造
长石可以变成粗大，似眼球者
拉伸线理
定义
岩石中的矿物颗粒或集合体、岩石碎屑、砾石等，在温度和剪切应力的联合作用下，被强烈剪切拉长、定向排列，呈现为平行密集的线状构造
分布
普遍发育在韧性剪切变质-变形岩石中的一种透入性的线状构造，在面理或片理面上最为醒目
块状构造
特征
变质矿物均匀分布，无定向排列
成因
温度和静压力对岩石联合作用的产物
变余构造
定义
变质岩中残留的原岩构造，如变余气孔构造，变余杏仁构造，变余层状构造等
特征
当变质程度不深时，原岩的构造易于部分保留
意义
变余构造的存在，便成为判断原岩属于火成岩还是沉积岩的重要依据，变余结构也有类似的作用
火成岩变质而成的称正变质岩 沉积岩变质而成的称副变质岩 变质岩变质而成的称复变质岩
变质作用概述
变质作用概念
定义
由于温度、压力、化学活动性流体的作用，使岩石的矿物成分、化学成分、结构构造在固体状态下发生变化，形成新的结构构造或新的矿物与岩石的地质作用
属于地球内动力作用的范畴
与岩浆作用的界限
固体岩石是否发生熔融
与沉积作用的根本差别
变质作用主要发生在地表以下一定深度，而沉积作用质发生在地球的表层
引起变质作用的温度和压力主要来源
地球内部
变质作用与固结成岩作用的异同点
同
在一定的静压力和温度条件下进行
异
后者温度、压力较低，埋藏深度小
岩石变质是个漫长的过程
岩石变质发生在地表的特殊情况
陨石撞地球
洋脊附近洋底的玄武岩受地下热流作用
引起变质作用的因素
温度
温度范围
150-180℃到800-900℃
作用原因
岩石受较高温度作用时，固态岩石中矿物的原子、离子或分子的活动性会增强，引起反应
作用方式
非晶体→晶体
细小晶体→粗大晶体
某几种矿物→另外几种矿物
分类
很低级变质
＜350℃
低级变质
350-550℃
中级变质
550-650℃
高级变质
＞650℃
影响因素
地热
随深度的增大而升高
岩浆热
岩浆侵入时，岩浆热会传到围岩，使围岩快速增温
放射热
地壳岩石中诸多放射性元素衰变
地壳运动和断裂
断裂块体相互错动和挤压，产生摩擦热和剪切热
压力
静压力
成因
上覆岩石重量引起
特征
随埋藏深度增加而增大
对岩石的作用力各向均等
范围
100-200MPa到1300-1400MPa
特殊情况
形成金刚石变质矿物（＞3.5GPa），深度达到上地幔
作用
使岩石压缩，使矿物中原子、离子、分子间的距离缩小，形成密度大、体积小的新矿物
流体压力
成因
静压力通过循环于岩石空隙中的流体传递而形成
影响因素
当岩石处于密闭状态，上覆岩石的重量都传递给了各部分的流体，此时流体压力的数值就等于岩石的静压力值
当上覆岩石有大量彼此连接，并与地面沟通的裂缝时，流体本身属于开放系统，此时流体压力仅有流体本身的重量决定，低于岩石静压力
作用
流体的成分及其压力的大小控制着许多化学反应的进程
定向压力
定义
作用于地壳岩石的侧向挤压力
特征
具有方向性，且两侧作用力方向相反
挤压应力
侧向挤压力位于同一直线上
剪切应力
侧向挤压力不位于同一直线上
成因
地壳中两个相邻岩石块体作相对运动而产生的
作用
导致岩石结构与构造以及形状的变化
化学流动性流体
成分
以水和二氧化碳为主，并含其他一些易挥发、易流动的物质
来源
岩石粒间孔隙及岩石裂隙中所含以水为主的液体
许多造岩矿物尤其是沉积岩中的矿物，其结构中含有较多的水和二氧化碳等挥发性物质，在温度和压力的作用下，其被分离出来
从岩石中被分离和逃逸出来的成分
从地球深部物质中分泌出含有K、Na、SiO2等化学成分的热液
作用
积极参与变质作用的各项化学反应
熔滤岩石中的一些元素，促使他们扩散和迁移，引起岩石化学成分的变化
流变学
研究流体的作用、发生、发展、变化过程的学问
各项变质因素在变质作用中多是相互配合的，在不同情况下起主导作用的因素会有所不同