第二章 变质作用的
变质作用
一、变质作用变质作用（metamorphism）这一词是Boue（1820）第一个使用。
但变质作用的定义是Lyell（1833）比较系统地提出的。
变质作用是指与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用，是在地壳形成和演化地过程中，由于地球内力的变化，使已存在的地壳岩石在基本保持固态的条件下，原岩的总体化学保持不变，形成新矿物组合和结构构造。
变质作用和沉积作用、岩浆作用之间存在一定的区别和联系。
变质作用与岩浆作用之间比较容易区别，它们之间的界线是熔融，而和沉积成岩作用之间的重要标志是矿物组合的变化，一般认为以浊沸石开始出现为标志。
（一）变质作用---控制因素1温度温度是控制和影响变质作用的重要因素之一。
多数变质作用是随温度升高而进行的。
温度升高可使原来岩石中的一些矿物重结晶，更重要的是会使各种原始组分重新组合成新矿物。
首先要确定变质作用发生的温度范围，既起始温度和终止温度。
按研究者目前的共同认识，变质作用不包括风化作用和沉积岩的成岩作用。
而是以浊沸石、蓝闪石、硬柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现，作为变质作用的开始。
这些矿物出现时的温度范围为是在150℃—250℃之间。
这就是变质作用发生的起始温度。
而由于变质作用不包括原岩的大规模的熔融，终止温度就是原岩发生大规模熔融时的温度，现确定为为650℃—100℃之间。
其次是关于温度变化的原因，导致温度变化的地质因素和热源具有多样性。
主要有下列几种因素：地热增温：岩石随埋葬深度的增加，而温度逐渐增高，但其幅度一般不大，按地区的地质环境有所不同，从每千米十几度到一百多度，然而其空间范围较大。
地质工作者称此种变化为地热增温率或地温梯度。
放射性元素衰释放的热量：其特点是总量大，不均匀，有时也极可观。
岩浆活动带来的热能：其强度和岩浆活动的规模有关，有时范围很小，仅限接触带，即是所谓的接触变质，有时也可能影响一个区域。
应力作用下的摩擦热：其较为局部，如断裂带。
变质作用---控制因素2压力变质作用均在一定的压力环境下进行，所以压力是控制变质作用的重要物理因素。
煤矿地质第二章三大类岩石简述
斑。
隐晶结构，玻璃质结构，块状构造。
四、花岗岩－流纹岩类（酸性岩类) 1．一般特征： SiO2>65% 主要矿物：钾长石，酸性斜长石，石英 次要矿物：黑云母，角闪石
副矿物：磁铁矿，锆石等
色率一般小于10
2．深成岩：花岗岩－呈浅肉红色，浅灰色等，
粗－细粒结构或似斑状结构，块状构造。主要
第二章
一、矿物的概念：
矿物和岩石
矿物
第一节
矿物 ：是由各种地质作用形成的，在一定地 质条件和物理化学条件下相对稳定的自然元素单 质或化合物。 晶体与非晶体的概念 所谓晶体是指内部质点（原子、离子或分子） 在三维空间呈周期重复排列的固体。也可以形象 地说，晶体是具有格子构造的固体。
（一）矿物的形态
1．矿物的单体（单个晶体）形态 （1）理想晶体的形态 单形（由同形等大的晶面构 成的晶体形态）、聚形（由两种或两种以上形状 和大小的晶面构成的理想形态）。 （2）实际晶体的形态 歪晶（晶体在生长过程中， 由于受外界条件影响，常不同程度地偏离其理想 形态，形成歪晶） 。 （3）晶体的习性 矿物晶体在一定条件，常常趋向 于形成的某一习惯性形态，称为晶体的习性，简 称晶习。三向等长、二向延展、一向伸长。（许 多晶体的晶面上可以见到一系列平行或交叉的条 纹，称晶面条纹）。
主要矿物：中性斜长石，角闪石
次要矿物：辉石，角闪石，黑云母，石英
色率为15-40
2．深成岩：闪长岩－呈灰色至绿灰色，中、
细粒粒状结构，块状构造，
主要矿物中性斜长石，角闪石。次要矿物辉石，
黑云母，石英或钾长石。
浅成岩：闪长玢岩－斑晶是中性斜长石，
角闪石,呈灰绿色，斑状结构，块状构造。
变质作用
角岩相 沸石相 绿 片 岩 相 角 闪 岩 相 麻 粒 岩 相
蓝 片 岩 相
榴辉岩相
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500～660℃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。
角岩相 沸石相 绿 片 岩 相 角 闪 岩 相 麻 粒 岩 相
蓝 片 岩 相
榴辉岩相
从岩石的结构、构造上来看，泥质岩 随着变质程度的加深，变质岩种类变化最 明显，可以由变质最浅的板岩、依次变为 千枚岩、片岩、片麻岩直到麻粒岩； 中酸性的岩浆岩可变成片麻岩和麻粒 岩； 偏基性的岩浆岩可变质为片岩和角闪 片岩等。 石灰岩或石英砂岩，变质后的变化序 列不明显，一般都变成大理岩或石英岩。
1、接触变质作用
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 体所引起的一种变质作用。 接触变质作用的主要变质因素是温度 及化学活动性流体，压力居比较次要的地 位。接触变质作用的温度较高，一般为300 ～800℃， 接触变质作用发生的深度不大，通常 在10 km以内，为高温、低压的变质环境， 其地温梯度常达到6℃/100 m以上。
地壳深处的变质岩及岩浆岩，经 构造运动的抬升与表层地质作用的风 化与剥蚀又可上升并出露于地表，进 入形成沉积岩的阶段。 因此，三大类岩石是可以不断相 互转化的。
下课了！
区域变质作用按压力可分为3种类型： 低压区域变质作用、中压区域变质作 用、高压区域变质作用
（1）低压区域变质作用
发生的深度较浅，一般小于15km；压力 较小，一般为200～400MPa；温度通常较高, 可高达600℃以上;局部或暂时性的地温梯度 很高,约25～60℃/km，通常属于高热流或地 热异常区。
《地球化学》章节笔记
《地球化学》章节笔记第一章：导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义：地球化学是应用化学原理和方法，研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支，同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象：- 地球的固体部分，包括岩石、矿物、土壤等；- 地球的流体部分，包括大气、水体、地下水等；- 地球生物体，包括植物、动物、微生物等；- 地球内部，包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容：- 地球物质的化学组成及其时空变化；- 地球内部和外部的化学过程；- 元素的迁移、富集和分散规律；- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用；- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法：- 野外调查与采样：包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等；- 实验室分析：包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、原子吸收光谱（AAS）等；- 地球化学数据处理：包括统计学分析、多元回归、聚类分析等；- 地球化学模型：建立地球化学过程的理论模型和数值模型；- 同位素示踪：利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义：- 揭示地球的形成和演化历史；- 了解地球内部结构、成分和动力学过程；- 探索矿产资源的形成机制和分布规律；- 评估和治理环境污染问题；- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡；- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程：- 起源阶段：19世纪初，地质学家开始关注矿物的化学组成；- 形成阶段：19世纪末至20世纪初，维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础；- 发展阶段：20世纪中叶，地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展；- 现代阶段：20世纪末至今，地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉，形成新的研究领域。
变质作用方式
3.2 变质结晶作用
1．概念 变质结晶作用（metacryatellization）
变质过程中，发生变质反应，原有的矿物相消失 而出现新矿物相的过程。
变质结晶过程中新矿物的出现与原矿物的消失是 同时进行的，当过程不完全时有原矿物的残留。
2）扩散作用
组分以分子、离子的形式由于浓度差产生迁移， 从而引起成分更替的过程。
3.3 交代作用
3．特点
1）成分上：有新矿物相产生，常有含水矿物； 出现成分（矿物）分带现象，变质反应普遍，成分变 化大，但仍符合相律。
2）结构上：常为不均匀的变晶或变余结构，可 分带出现，交代结构普遍。
3）构造上：较复杂变化大。
2）变质条件（外因）：T、P和C，温度变化、 适当的压力、水溶液的存在对重结晶有利。但C不能 引起变质反应，否则矿物种类或（和）相数会发生改 变。
3.1 重结晶作用
4．识别标志
1）成分上：岩石、矿物成分不变；C仅起溶剂作 用，不形成新的矿物和特征变质矿物。
2）结构上：趋于均匀（或继承原岩的成分层、 定向特点）的粗粒方向发展的变晶结构，矿物颗粒大 小、形态相当。如镶嵌或风化粒状变晶结构。
2）结构上：常为不均匀的变晶结构，交代结构 普遍，可出现结构分带现象。
3）构造上：带状特点清楚，但变化大，分群较 复杂。
3.4 变质分异作用
1．概念
变质分异作用 （metamorphic differentiation）
成分、结构构造均匀的原岩，在变质过程中形成 矿物成分、结构、构造不均匀的各种作用。
3.2 变质结晶作用
三大岩石类型及其成因之变质岩
变晶结构
固态介质中，在流体影响下由 交代作用和重结晶作用形成， 具有完好自形晶体的一种特殊 交代结构。变质岩中最主要的 一种结构。 自形程度很高的晶体，反而较 周围矿物更晚形成。 按矿物颗粒的大小可划分为：
粗粒变晶结构 粒径>3mm； 中粒变晶结构 粒径3-1mm； 细粒变晶结构 粒径<1mm 。
碎斑：原岩碎裂的角砾或矿物的碎粒。 基质：原岩的微细碎砾，又称碎基，其 粒径小于 2毫米。
碎裂岩一般具有碎斑结构、碎粒结构， 块状构造和带状构造。 按碎斑与基质的含量比例，可将碎裂岩 分为：初碎裂岩，基质占10～50％；碎 裂岩，基质占50～90％，主要粒级在 0.5～1.0毫米之间；超碎裂岩，基质为 90～100％，主要粒级小于0.1毫米。
一、是自岩浆始，到岩浆终；而且生成岩浆岩的只能是岩浆。 二、是有一个箭头指向的方框应为岩浆岩；有两个箭头指向的 方框 一般 为沉积岩或变质岩；有三个箭头指向的方框必为岩浆。 三、是沉积岩中含有化石。
第二章．三大岩石类型及其成因 第三节．变质岩与变质作用
一、变质作用与变质岩
变质作用：在地下特定的环境中，由于温度、压力或流体 作用的影响，使原岩在基本上为固态条件下，发生物质成 分与结构、构造变化。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变质岩：由变质作用所形成的新岩石。
原岩：三大类岩石中的任何一种。 引起变质作用的因素：
粒状变晶结构； 鳞片状变晶结构； 片状变晶结构
按矿物形态分为：
碎裂结构
又称压碎结构，是动力 变质岩石的一种结构。
在应力作用下，岩石中 的矿物颗粒破碎成外形 不规则的棱角状碎屑,碎 屑的边缘常呈锯齿状， 并常具裂隙、扭曲变形 及波状消光等现象。 根据碎裂程度可分为碎 裂结构、碎斑结构和糜 棱结构。
变质作用的因素和方式2
在侵入体附近，由于岩浆结晶过程 中析出大量流体相，也可在局部出现Pf ＞Pl的情况，此时Pf也是控制变质反应的 独立因素，可以不考虑Pl。
（三）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。当岩石受到来自构造运 动的定向压力作用时，其应力状态可用 一定剖面上的垂直直应力 A 和水平直应 力 B 表示，但 A≠B。总应力状态包括 两部分：一部分为偏应力，是一种非静 水应力，与应力差（ A－B）有关，它 导致岩石变形，但一般不影响岩石相平 衡；另一部分为平均应力，其大小＝ （A－B）/2。
四、时间
时间也是影响变质作用的重要因素。 时间因素有两方面的涵义，一是指变质 作用发生的地质时代，二是指变质作用 从发生到终止所经历的时间。研究表明， 同一地区在不同地质时期发育的变质作 用具有不同的特征。另一方面，在变质 温压条件下，如果没有足够的时间，变 质作用就难以进行或作用很不明显。
这是因为变质反应往往极其缓慢，所以 外界环境要在适宜变质反应的温压条件 下保持足够长的时间（一般要超过几个 百万年），反应才得以发生或进行较彻 底。换句话说，外界条件改变的速率要 小于变质反应的速率，才能发生变质反 应。
而在降温过程中，如果存在饱和水溶液， 则会使不含水矿物变得不稳定，转变成 含水矿物—— 水化作用。这些作用对硅 酸盐矿物的晶格类型及元素分配也有很 大影响。较低温的含水变质矿物多数为 层状或双链状结构，如绿泥石、云母和 角闪石类。而较高温的不含水硅酸盐则 多为孤立四面体、单链或架状结构。
3.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。
变质岩总结
第一章 变质作用概述
三、变质作用方式（见后）：
变质重结晶作用、变质结晶作用、变形作用、 交代作用、变质分异作用。
四、变质作用类型：
分类依据:分布规模/地质背景或物化条件。有关术语 1、局部变质作用：接触变质作用; 动力变质作用; 冲击变质作用; 交代变质作用. 2、区域变质作用: 造山变质作用; 洋底变质作用; 埋藏变质作用; 混合岩化作用.
一、变质作用概念
第一章 变质作用概述
（1）与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用； （2）地壳已存岩石在基本保持固态条件下的转变过程. （3）特殊条件可以产生重熔（溶），形成部分流体相（岩浆）
二、变质作用影响因素
包括原岩化学成分；地质条件；物理化学因素。 物理化学因素包括温度、压力、应力、流体。它们通常是同时出现， 相互促进又相互制约。 温度一般是最重要的因素，它不仅控制着变质作用的发生和发展， 也制约着流体的活性和岩石变形性质； 压力也是影响物化平衡的独立因素，有时对矿物组合起决定作用； 应力不是变质反应物化平衡的独立因素，但它是变质岩组构的最重 要因素，此外还控制着变质反应的速度和规模； 流体是变质作用得以实现的基本因素，但温度又是流体具有活动性 的前提。
二、常见区域变质相的划分标志、主要特征及与温克勒变 质级的对比
重点掌握在中压地区，基性系列和富铝系列经受从绿片岩相到麻粒岩 相变质作用，可能出现的典型岩石及典型矿物组合
（1）低绿片岩相，低级变质。矿物组合及典型岩石类型为： 基性岩石：绿帘石＋阳起石＋绿泥石＋钠长石±石英±方解石； 绿泥片岩等绿 片岩； 泥质岩石：白云母＋黑云母＋绿泥石＋石英±硬绿泥石； 绿泥石黑云母片岩等。 （2）高绿片岩相，低级变质。矿物组合及典型岩石类型为： 基性岩石：普通角闪石＋绿帘石＋钠长石＋绿泥石±石英 ； 角闪绿泥片岩等。 泥质岩石：铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英； 石榴石黑云母片岩。 （3）低角闪岩相，中级变质。矿物组合及典型岩石类型为： 泥质岩石：十字石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石 ； 十字石二 云母片岩。 泥质岩石：蓝晶石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石 ； 蓝晶石白 云母片岩。 基性岩石：普通角闪石＋斜长石（An>30）±黑云母±绿帘石±石英 ；斜长角 闪岩。 （4） 高角闪岩相，高级变质。矿物组合及典型岩石类型为： 泥质岩石：夕线石＋石榴石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石； 石榴夕线钾长 片麻岩。 基性岩石：普通角闪石＋斜长石±透辉石±石英； （透辉）斜长角闪岩。 （5）麻粒岩相，高级变质。矿物组合及典型岩石类型为： 基性岩石：紫苏辉石＋透辉石＋斜长石±石英±角闪石 ； 二辉麻粒岩。 泥质岩石：夕线石＋石榴石＋堇青石＋钾长石＋石英±斜长石； 夕线石榴堇青 钾长片麻岩。
变质作用的类型
变质作用的类型一、变质作用的类型依据引发变质作用的主要因素、变质规模，变质作用可分为下面几种常见的类型：区域变质作用：是岩石在大范围内，在温度增高及定向和均向压力、流体等多因素参与下经过重结晶、变质结晶、变形，有时伴随有变质分异或交代等作用的一类变质作用。
大面积的岩石普遍经历了程度不等的变质，所形成的岩石普遍具有结晶片理及其他定向性组构，一般地质构造复杂。
低变质区常保留了原岩某些矿物及结构、构造，而高级变质区常伴随混合岩化作用及岩浆作用。
区域变质作用广泛出现于太古代结晶基底及其他时代的变质活动带，里面状或带状分布，其地质成因极为复杂。
接触变质作用：这种类型变质作用是一种局部性变质作用，常规模不大，围岩主要受岩浆所散发的热量及挥发分的影响，发生重结晶及变质结晶作用而形成新的岩石；有时也可伴有热水溶液交代作用，引起化学成分的变化。
静压力和应力的作用较为次要。
当以温度升高为主时，围岩仅受岩浆体温度影响而发生重结晶、变质结晶作用，变质前后化学成分基本相同，挥发组分仅起催化剂作用。
这类接触变质作用称为热触变质作用。
当接触变质作用发生时，围岩除受岩浆体温度影响外，由于挥发组分的影响，在岩体与围岩之间发生交代作用（化学成分的交换），致使接触带附近岩体和围岩的化学成分发生变化，称接触交代变质作用。
当接触变质作用发生在与火山岩接触的围岩中时，由于火山岩的温度比深部岩浆高，但冷凝速度更快，可发生小规模的高温变质作用，称为高热(烘烤)变质作用。
特征是围岩被烘烤变色、脱水，甚至部分熔融，可出现一些特殊的低压高温矿物，如鳞石英、硅锌矿等。
动力变质作用：动力变质作用是在构造作用过程中所产生的强应力作用下，岩石发生破碎、变形的同时，伴一定的变质结晶、重结晶作用的一类变质作用。
其发育常受断裂构造所控制，原岩受动力变质作用后的变化也极为复杂，有时碎裂作用占主导地位（脆性状态下的岩石），变质结晶、重结晶作用轻微。
有时变形作用（塑性状态下的岩石）和变质结晶、重结晶作用都很显著，视动力变质作用发生时的地质环境及热动力条件而定。
第二章变质岩
• 地热 来源
• 岩浆热 • 岩石的断裂挤压
压力：
1．静压力——上覆岩石自重引起的，各向等同。 静压力是各向同性的，作用结果使岩石中 矿物变为密度大，体积小的新矿物。 ２．定向压力——
作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有方向性， 主要是构造力的作用造成。作用结果使岩石中 片、柱状矿物定向排列。 挤压力
长英质的矿物溶解浸透、扩散、贯入 组成脉体（浅色）； 铁镁质的矿物组成基体（深色）；
代表岩石：
混合岩
条带状混合岩
肠状混合岩
变质作用的类型与在地壳中发生的部位
三. 变质岩的特征
一）、 变质岩中的矿物
特有矿物变质矿物： 石榴子石、 红柱石、 夕线石、蓝晶石、 蓝闪石、十字石、蛇纹 石 共有矿物： 石英、长石、云母
二） 变质岩的结构
1、 变晶结构 由于原岩在变质过程中的重结形成的结构。 按变晶的大小和可分为
粗粒变晶结构 中粒变晶结构 细粒变晶结构 显微变晶结构 主要矿物粒径 >3mm 1-3mm 0.1-1mm <0.1mm
等粒变晶结构
不等粒变晶结构
斑状变晶结构
按变晶的形态可分
粒状变晶结构 鳞片变晶结构 纤维状变晶结构
接触热变质作用
接触交代变质作用
接触热变质作用 单纯由于热量多而引起的接触变质 主要变质岩： 石英砂岩 石灰岩 石英岩 大理岩
接触交代变质作用 除温度因素之外，还有从岩浆中分泌的 挥发性物质所产生的交代作用。 主要变质岩： 矽卡岩
接触变质作用
接触变质晕
接触交代变质作用形成的主要变质岩：
矽卡岩
当碳酸盐岩石与 中、酸性侵入岩相接 触时常形成矽卡岩。 我国大量中、小型含 金的富铜、富铁矿床 大多是与矽卡岩关系 密切的金属矿床。
变质岩基本特征-3
第二节 变质岩的矿物成分
一. 变质岩矿物成分一般特征
4. 变质岩矿物化学方面的特征 1）广泛出现铝的硅酸盐类矿物（Al2SiO5）； 2）可以出现不含铁的镁硅酸盐类矿物，如Fo，并可出现
复杂的Ca-Mg-Fe-Mn-Al的硅酸盐类矿物，如Grt；岩 浆岩-Fe-Mg成类质同像的正硅酸盐。 3）可以出现Fe -Mg-Al的铝硅酸盐类矿物，Cord，St；岩 浆岩——K-Na-Ca的铝硅酸盐类矿物，如长石。 4）纯钙的硅酸盐（硅灰石）为变质岩所特有。 5）变质岩中含（OH）的矿物比岩浆岩为多。 6）变质岩中碳酸盐类矿物分布更广泛。
原岩是：泥质岩石（泥岩、页岩）或火山凝灰岩. 2. 长英质系列：化学成分特征是富硅; 贫钙, 铁, 镁; 铝含量也较低.
原岩是含长石的各种砂岩, 粉砂岩和酸性—中酸性火山岩, 花岗岩. 3. 碳酸盐系列：化学成分特征是富钙, 镁; 铝, 铁, 硅含量较低且变
化范围大. 原岩：石灰岩和白云岩.
第一节 变质岩的化学成分
三.矿物成分与变质条件的关系--等物理系列
(一）等物理系列的划分
Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) : 很低级, 低级, 中级, 高级
图 1-1. 等化学系列概念说明图解
辉长-辉绿岩 玄武岩 铁质白云质灰岩 基性凝灰质砂岩
变质地质课件之变质作用基本概念
第一讲
第一讲 变质作用基本概念
变质作用的概念 变质作用的分类 变质作用机制 变质作用因素 变质作用P-T-t轨迹
变质作用及有关概念
●变质岩岩石学：研究变质岩的成分、结构、构造、产状、分布、分 类、 命名、共生组合和变质岩形成、演化的机制与条件以及其在 地球（天体）形成、演化中的地位及作用、与矿产的关系等内容的 独立的学科
含石英大理岩的结构演化（Mason（1999）绘，有修改补充）
1. 石英；2. 方解石； 3. 硅灰石 a. 低温下Cc+Q平衡结构 b. 温度超越Cc+Q=Wo+ CO2↑反应温度时，粒度增大的同时Q与Cc反应，
形成Wo反应边。在Wo集合体内有少量Q残留，不平衡结构 c. 反应完全，粒度进一步增大，形成新的高温条件下稳定的矿物组合
变质作用条件(MT)与岩浆作用条件(MG)间有一个范围广大的P-T过渡区，在
熔融曲线1～8之间
变质作用P-T-t轨迹
所谓P-T-t轨迹（P-T-t path）就是“岩石在变质作用过程中P-T 条件随时间（t）的变化而变化的历程（course）或在P-T图解中
表示该历程的曲线” （Miyashiro, 1994）
晶内塑性变形包括直线滑移（translation gliding）、 双晶(twinning)滑移和单个晶体的扭折(kinking)，它 们与晶体位错(dislocation)移动相联合
晶界塑性变形包括颗粒边界的滑移和扩散流动 (diffusive flow)
变质分异（ metamorphic differentiation ） 就是使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程 （Raymond, 1995）
从现有资料看，变质分异产生成分层的机理主要 有下列三种解释 （1）成分层代表扩散反应带。 （2）成分层的发育是构造重结晶的结果。 （3）成分层是强烈压扁（塑性变形）的结果。
变质作用类型、概念、特点及代表性岩石
2.角岩又称角页岩。是由泥质岩石（粘土岩、页岩等）、粉砂岩、火山岩等经热接触变质作用而成的变质岩，原岩已基本上重结晶，细粒变晶结构，块状构造，致密坚硬，一般为灰、灰黑和近于黑色。矿物成分有长石、石英、云母、角闪石等，但肉眼常难分辨；有时具红柱石等变斑晶（呈柱状，横断面近方形，具黑心），称红柱石角岩；若红柱石呈放射状，则通称菊花石。
9.麻粒岩是在高温高压条件下形成的区域变质岩，温度大致为700—900℃，压力为0.7×1010—1.2×1010Pa，相当于地下25—40km的深度。浅色矿物成分主为斜长石，有时含有石英，暗色矿物主为不含或基本不含水的矿物，如紫苏辉石、透辉石等，有时含有黑云母、普通角闪石、石榴子石等。具中粗粒花岗变晶结构，片理构造不清楚，块状构造。暗色矿物含量若少于30％，称浅色麻粒岩或酸性麻粒岩；其含量若大于30％（甚至可达80—85％），称暗色麻粒岩或基性麻粒岩。麻粒岩是变质程度最深的岩石，关于其成因，普遍认为是原先位于地壳上部的岩石因构造运动而逐渐埋藏到地下深处，受到高温变质作用而成。70年代以后，有的地质学家认为是由上地幔派生的岩浆，上升侵入地壳底部，在高温高压下变质而成。还有一种看法，原岩是洋壳板块俯冲至地壳深处熔融的产物。麻粒岩广泛分布于太古宙古老地层中，并常富含金、银、铬、镍、铂、铜、铅、硼、石墨、压电石英、宝石、云母、金红石、磷灰石等矿产。
6.片麻岩具明显片麻状构造的岩石。主要矿物成分为长石、石英（二者含量大于50％，而长石一般多于石英）等，片状和柱状矿物有云母、角闪石、辉石等，有时含矽线石、石榴子石等变晶矿物。属于变质程度较深的区域变质岩，但在高温热接触变质作用下，也可形成片麻岩。原岩为粘土岩、粉砂岩、砂岩和中酸性火成岩等。根据岩石中长石种类和主要片状、柱状矿物，还可进一步命名。如角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩等。若长石种类不定，则长石不参加命名。
第二章 变质作用P-T-t轨迹
变质级metamorphic grade
主要指示变质作用的热峰温度：很低级、低级、中级、高 级分别与很低温、低温、中温、高温相当。
野 外 P-T 曲 线 field P-T curve
在P-T图解上，各变质带岩石样品矿物组合相应 的一组热峰条件的连线叫作野外P-T曲线、视地 热梯度apparent geothermal 或野外变质梯度 metamorphic field gradient，一个变质地区 不同变质带的岩石样品，在不同时刻到达热峰， 野外P-T曲线是穿时的diachronous
这些轨迹中，P、T、x等条件由变质矿物和矿物包裹体记录， 时间t由专门的定年方法测定。
3．几个有关的基本概念
热峰条件
岩石在变质作用过程中经历的最高温度状态时的条件，包括热峰温 度、热峰压力等。也称为顶峰变质条件，由变质岩矿物组合所记录。
由图可看出，热峰条件显然不 等于埋藏停止、岩石处于最大深度 时刻的条件。前者具有最高温度 Tmax，后者具有最大压力Pmax。 可以证明在碰撞造山带岩石热峰压 力仅为所经历的最大压力的50-80%。 同样，两样品热峰条件之差也不等 于两样品处于最大深度时刻的条件 之差。如两样品热峰压力之差 （△P）不能代表二者埋藏停止时 刻的深度差（△D）。由于矿物组 合是变质岩最重要特征，而矿物组 合记录的是热峰条件，因此，热峰 温度是非常重要的。
2．大陆碰撞造山带的P-T-t 轨迹
构造演化两个阶段 热演化三个阶段 P-T-t轨迹包括相应的三个段落
（a）造山带的变质带剖面
陆壳（或岩石圈）增厚阶段 埋藏期
侵蚀阶段 加热期 冷却期
（b）变质作用
P-T-t 轨迹
1、2、3：变质程度增高为序的变质带A、B、 C岩石样品在剖面上的位置（图a） 及其 相应的热峰条件（图b） FPC：野外P-T曲线 SSG：与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热 梯度 Tmax：岩石样品经历的最高温度（热峰温度） Pmax：岩石样品经历的最大压力 t0：岩石在埋藏停止时刻处于最大深度（压力 为Pmax）时的地热梯度 t1、t2、t3：侵蚀过程中的瞬时地热梯度 △D：岩石样品1、样品2在掩埋停止时刻的厚 度差 △P：岩石样品1、2热峰压力差 点划线：进变质P-T轨迹 实线：退变质P-T轨迹
第二章 变质岩的基本特征和分类命名
此平衡共存的一组矿物。
所谓 “平衡共存” 是指这些矿物之间彼此接触而
不存在变质反应关系。
变质岩的矿物成分虽复杂，但可根据变质岩的矿物 共生组合，来认识其组成特征和变化规律，为变质岩 分类和变质作用研究奠定基础。
三、变质岩矿物共生组合的规律
变质岩的矿物共生组合与原岩的化学成分和变质条 件存在着依存关系。也就是说，影响变质岩矿物共生 组合的控制因素是原岩的化学成分和变质作用过程中 的物理化学条件。为此，提出了等物理系列的概念。
第二章 变质岩的 基本特征和分类命名
第二章 变质岩的基本特征和分类命名
一、变质岩的化学成分和化学类型 二、变质岩的矿物成分 三、变质岩矿物共生组合的规律 四、变质岩的结构和构造 五、变质岩的成因分类
成因分析 基本特征
变质岩
{
组成
{ 矿物组成
{ 构造
岩理学
化学组成
构成
结构
分类命名
岩相学
一、变质岩的化学成分和化学类型 1. 变质岩的化学成分
泥质、钙质是两个副变质岩石系列。而镁质变质岩 原岩主要是超基性岩浆岩。富镁的沉积物很少，因此， 这三类变质岩原岩性质问题不大。 判断长英质和基性两类变质岩原岩性质是一个较复 杂的问题，需综合考虑地质产状、岩石组合、变余的结 构构造、岩石化学等多方面特征。当强烈的变质、变形 使得地质产状、变余结构构造破坏、消除时，用岩石化 学方法恢复原岩更显得重要 .
{ 变质作用的特点
变质岩类型
正变质岩 副变质岩 复变质岩
原岩
原岩性质
岩浆岩 沉积岩 变质岩
变质作用特点：
等化学变质 变质岩化学成分 原岩化学成分
恢复原岩类型 对比变质地层 异化学变质 变质岩的化学成分
变质作用类型
变质作用类型的划分对变质作用的类型进一步划分，自变质岩作为一门独立学科的出现就提出许多分类，下面简要介绍常见的变质作用类型：区域变质作用（regional metamorphism）：最先是由法国学者 A.Daubree 于1859年提出，是指大面积的岩石，因为温度增高和压力的作用等多种因素下，发生了程度不等的重结晶和变形的一类变质作用。
区域变质作用形成的岩石普遍具有结晶片理及其他方向性组构。
接触变质作用（contact metamorphism）：是指在岩浆作用影响下，围岩主要受岩浆体温度的影响而产生的一种局部性变质作用。
通常规模不大，围岩主要受岩浆散发的热量及挥发份的作用。
当围岩仅受岩浆体温度影响而发生重结晶作用、变质结晶作用，变质前后化学成分基本相同，这类变质作用称为热接触变质作用。
当围岩除受岩浆体温度影响外，由于挥发组分的影响，岩体和围岩发生交代作用，致使接触带附近的岩体和围岩的化学成分也发生变化，称为接触交代变质作用。
动力变质作用（dynamo metamorphism）：是一种由于构造作用过程中所产生的强应力作用下，岩石发生破碎、变形，在破碎、变形的同时，伴有一定重结晶作用。
其发育常受断裂构造控制，原岩的变化主要以脆性变形和塑性变形为主。
气液变质作用（Pneumatolytic hydrothermal metamorphism）：是由于热的气体及溶液作用于已形成的岩石，使已有的岩石产生矿物成分、化学成分及结构构造的变化，称为气液变质作用。
气液变质作用通常沿构造破碎带及矿脉边缘发育。
变质作用类型划分的目的，是把自然界出现的不同类型的变质岩石组合，进行综合分析、比较，找出他们内在联系，从成因上阐述他们的相互关系及矿产形成、分布的规律。
过去有很多分类，有的侧重于形成时的地质环境；有的强调形成时的物化因素；有的侧重于矿物组合及变形作用特点；也有的考虑到变质岩石的分布规律和引起变质作用的方式等等。
变质反应及变质作用因素
2.1.2 变质反应的基本类型
2）固溶体矿物的出溶： 如：长石、角闪石的变质双晶的形成；
钠 长 石 双 晶
变质反应及变质作用因素
2.1.2 变质反应的基本类型
3）纯固相反应： 如反应：
硬玉 ＋ 石英 ＝ 钠长石 反应在低温下由压力变化控制，向右进行 为压力降低的退变质；反之为升压进变质。反 应前后没有物态的变化，但有相数的改变。
2.2.2 压力（P）
温度、流体压力、流体中
CO2的含量（以摩尔分数 表示）与CaCO3＋SiO2＝ CaSiO3＋CO2的平衡关系 图（按格林伍德，1962；
XCO2即CO2的摩尔分数）
结论： 流体压力能影响变
质作用的温度。
变质反应及变质作用因素
2.2.2 压力（P）
3. 应力（Ps）
亦称为定向压力、构造压力、侧向压力，是由构 造运动产生的引起岩石变形→变质结晶和重结晶（动 力变质）。
1. 变质过程的温度范围
变质作用的温度范围是
900℃
向沉积后生成岩 作用上限过渡
200℃～800℃
向岩浆作用 下限过渡
110℃
变质反应及变质作用因素
2.2.1 温度（T）
按温度变化可将变质作用过程分为三级：
低级变质：T＝200℃～550（或500）℃
中级变质：T＝550℃～700℃
高级变质：T＝700℃～800℃
变质反应及变质作用因素
2.2.2 压力（P）
1）Pl ＝Pf ：为地壳深部封闭系统，Pf 为 非独立因素；
2）Pl ＜Pf ：为岩体附近岩浆水富集地带， 引起水化反应；但在干环境时可Pf ＜Pl ；
3）Pl ＞Pf ：为地壳浅部的裂隙发育区、
变质作用的四大类型
变质作用的四大类型
变质作用的四大类型包括接触变质、区域变质、动力变质和混合岩化。
1. 接触变质作用是由岩浆沿地壳的裂缝上升，停留在某个部位上，侵入到围岩之中，因为高温，发生热力变质作用，使围岩在化学成分基本不变的情况下，出现重结晶作用和化学交代作用。
例如中性岩浆入侵到石灰岩地层中，使原来石灰岩中的碳酸钙熔融，发生重结晶作用，晶体变粗，颜色变白（或因其他矿物成分出现斑条），而形成大理岩。
它的分布范围局部，附近一定有侵入体。
2. 动力变质作用是由地壳构造运动所引起的、使局部地带的岩石发生变质。
特别是在断层带上经常可见此种变质作用。
此类受变质的岩石主要是因为在强大的、定向的压力之下而造成的，所以产生的变质岩石也就破碎不堪，以破碎的程度而言，就有破碎角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等等。
好在这些岩石的原岩容易识别，故在岩石命名时就按原岩名称而定，如称为花岗破裂岩、破碎斑岩等。
3. 区域变质作用是使大面积的岩石发生变质。
区域变质的岩石类型很多，包括板岩、千枚岩、片岩、大理岩与片麻岩等。
4. 混合岩化作用是指从较深部地壳的区域变质岩石向浅部的较大规模的热液或交代流动，是岩石由变质向成矿的转化过程。
如需了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询地质学家。
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•第二章变质作用的因素及方式第一节变质作用的主要因素↗内部因素（内因）↗外部因素（外因），也称地质因素（空间、时间）内部因素只能影响变质作用产物的一些特征，而真正控制变质作用发生、影响变质作用特点的因素是地质因素。
变质作用的主要控制因素有四种：温度、压力、具化学活动性的流体和时间。
•一、温度（一）温度在变质过程中的作用◆温度升高可使原岩中一些矿物发生重结晶。
❖温度变化能引起原岩中矿物之间发生变质反应形成新矿物。
如：CaCO3＋SiO2⇌ CaSiO3＋CO2↑↗因此，温度是变质反应中最重要的热力学平衡参数。
♦温度升高可为变质反应提供能量，并使岩石中流体的活动性增大，促进变质反应进行，使新矿物和新组构能以较快的速度和较大的规模形成。
⌧温度持续升高可使原岩在重结晶和变质结晶基础上发生部分重熔，其中长英质组分成为流体相，引起混合岩化作用。
（二）温度（热状态）改变的原因❶地热增温❷上地幔热流的运动❸放射性元素衰变释放热能的积累❹岩浆活动带来的热❺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二、压力（一）负荷压力（P l）又称围压或固体岩石所承受的压力，以P l（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：P l= gD。
其数值随深度增加而增加，取决于上覆岩层的厚度和密度。
负荷压力的单位是Pa或GPa。
一般情况下，P l随岩层深度约以25×106Pa～30×106Pa/km的速率增加，其增加值取决于岩石的密度。
在离地表0～40km范围内，根据岩石的平均密度计算，每加深1公里，负荷压力增加0.0275GPa。
变质作用的压力范围一般为0.02～1.5GPa。
具体数值可根据变质当时上覆岩层的厚度和密度估算。
计算表明，大陆壳内不同深度的近似压力如下：深度（km）10 35 50压力（Gpa）0.26 1 1.5负荷压力是变质反应的重要热力学平衡参数之一，它和温度一样，都能独立决定岩石中矿物组合的稳定范围及通过特定变质反应形成新矿物组合的可能性。
负荷压力的作用表现为：❶改变发生变质反应的温度。
压力增高，多数情况下可使吸热反应的平衡温度升高。
如CaCO3＋SiO2 ⇌CaSiO3＋CO2↑的反应，当压力由105Pa（1bar）增高到0.1GPa（1Kb）时，发生这一反应的温度将由470℃增到670℃。
❷压力的增高有利于形成分子积体较小、密度较大的高压矿物或矿物组合。
如硬玉和霰石等。
（二）流体压力（P f）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P f表示。
流体压力作用于颗粒表面，起与P l相反的作用，趋向于使颗粒分开。
流体相中各组分的分压则分别以P H2O、P CO2……表示，其数值和各自在流体相中的相对摩尔含量成正比，在理想混合时，符合道尔顿定律：P f=P H2O＋P CO2＋……流体压力在变质反应的热力学分析中能否作为一个独立变量加以考虑，要具体情况具体分析。
1. 在近地表处，岩层中裂隙发育且与地表连通，体系是开放的，此时P f等于相应深度该流体相本身的重力，而常小于上覆岩层的重力，因此P f＜P l。
这种情况下，对于有流体相参与的变质反应，P f应作为一个独立的变量来考虑。
部分高级变质条件下，由于挥发分被带走或原岩中含水很少，孔隙或裂隙中流体相呈不饱和状态，也可出现P f＜P l的情况。
对于有这些挥发分参与的变质反应，P f也应作为独立变量来考虑。
2. 在地壳较深部，大约在1～2km以下，由于岩层中构造裂隙不太发育，流体处于封闭体系中，当流体相在岩石中又呈饱和状态时，流体相和晶体颗粒受到同样大小的负荷压力，负荷压力压在流体上，通过流体再传递到晶体颗粒上，出现P f=P l的情况，它们都取决于上覆岩层的重力。
这时有两种情况：❶若流体相为单一组分，如P f=P H2O，则它不是决定变质反应热力学平衡的独立参数；❷如果流体相为非单一组分，P f=P H2O＋P CO2＋……，对于没有这些组分参加的变质反应，P f仍不会影响平衡状态，而对于有这些组分之一参加的变质反应，该组分的分压就成为决定平衡状态的独立参数。
3. 有时在封闭体系中，随着温度的上升，多种变质反应将释放出大量的H2O和（或）CO2，由于毛细孔体积很小，同时岩石的强度又足够大，则可出现P f＞P l的情况。
两者的差值称作流体超压，Winkler认为这是“内部产生的气体超压”，一般是局部的。
这种情况下，无论变质反应是否有流体相参与，P f都是控制变质反应的独立因素。
在侵入体附近，由于岩浆结晶过程中析出大量流体相，也可在局部出现P f＞P l 的情况，此时P f也是控制变质反应的独立因素，可以不考虑P l。
（三）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。
当岩石受到来自构造运动的定向压力作用时，其应力状态可用一定剖面上的垂直直应力σA和水平直应力σB表示，但σA ≠σB。
总应力状态包括两部分：一部分为偏应力，是一种非静水应力，与应力差（σA－σB）有关，它导致岩石变形，但一般不影响岩石相平衡；另一部分为平均应力，其大小＝（σA －σB）/2。
平均应力与负荷压力之差称为构造超压，是构造作用对总压力的贡献。
不过构造超压大小与岩石强度有关，后者本身又因成分、温度、变形速率及其他因素而变化。
由于变质作用发生在高温条件下，岩石强度通常不大，因而构造超压通常较小，正常变质条件下小于0.1Gpa。
近年来有些学者认为应力的垂直分量和前述负荷压力的性质相似，在地壳较浅处可以附加于负荷压力之中，从而局部增大某些地段岩石中的总压力，这部分附加压力称为构造超压。
从而可解释许多高压地体的形成。
构造超压只有在地壳浅部、岩石处于刚性状态且应变迅速时才有意义。
而在地壳较深处，温度较高、负荷压力较大，岩石具有一定的塑性，应力可通过塑性变形而被释放，所以不大可能起附加压力的作用。
这方面的问题仍在探讨（争论）之中。
应力的作用主要表现在：1.对岩石和矿物的机械改造。
如地壳浅部的岩石变形，板状流劈理和碎裂结构的形成等；区域变质岩中的结晶片理多与应力作用下的固态流或重结晶和重组合有关。
2.通过多种途径加快变质反应和重结晶的速度，促进这些作用的进行。
尤其在较低温环境中，其作用更为明显。
❶应力所提供的能量可以克服高温矿物组合在低温环境中的过稳状态，使化学反应能真正开始进行，并形成相应的低温矿物组合（对固相反应起催化剂作用）。
❷应力引起的碎裂作用、研磨作用使矿物间接触机率增高，裂隙的发育又使流体相能更好地流通，这些因素都能有效地促进变质反应的进行。
变质作用过程中单位岩石的总压力P＝P l＋流体超压＋构造超压。
但由于流体超压和构造超压都比较小，所以在大多数情况下，可以假定P≈P l≈P f。
在这个假定的基础上根据矿物组合估计的压力应指示深度的最大值，实际深度有时可能要小约3km，甚至更多。
指示超高压变质条件的矿物是柯石英和金刚石，它们在大约3.0Gpa 以上的压力下稳定，其形成深度可能超过100km。
三、具化学活动性的流体❑含量很低，作用不小。
❑变质地质学的三大前沿课题之一。
❑名义上的无水矿物。
（一）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。
（二）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。
（三）流体相的来源❶原岩中保存的流体相。
❷变质作用中的脱水及脱碳酸反应，可提供相当多的流体。
❸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。
（四）流体在变质过程中的作用❶流体相可起溶剂作用，促进原有矿物中组分的溶解，并加快其扩散速度，从而加快重结晶和变质反应的速度。
在一定条件下，还可通过流体将体系内的某些组分带出而将体系外的某些组分带入，引起体系（原岩）化学成分的变化。
❷水化和脱水反应是常见的最重要的变质反应，H2O直接参与这些反应。
反应系统中H2O的化学位或含量对这类反应的平衡温度影响很大。
一般随温度升高而进行的脱水反应，使矿物中H2O呈（OH）－离子或结晶水析出，结果由含（OH）矿物变成不含水的较高温矿物。
对于这类反应，H2O的化学位增高会推迟特定反应的进行，即扩大了低温含水矿物的稳定区。
而在降温过程中，如果存在饱和水溶液，则会使不含水矿物变得不稳定，转变成含水矿物——水化作用。
这些作用对硅酸盐矿物的晶格类型及元素分配也有很大影响。
较低温的含水变质矿物多数为层状或双链状结构，如绿泥石、云母和角闪石类。
而较高温的不含水硅酸盐则多为孤立四面体、单链或架状结构。
❸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。
❹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640±20℃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。
四、时间时间也是影响变质作用的重要因素。
时间因素有两方面的涵义，一是指变质作用发生的地质时代，二是指变质作用从发生到终止所经历的时间。
研究表明，同一地区在不同地质时期发育的变质作用具有不同的特征。
另一方面，在变质温压条件下，如果没有足够的时间，变质作用就难以进行或作用很不明显。
↗这是因为变质反应往往极其缓慢。
所以外界环境要在适宜变质反应的温压条件下保持足够长的时间，反应才得以发生或进行较彻底。
换句话说，外界条件改变的速率要小于变质反应的速率，才能发生变质反应。