课3、第四章：变质作用与变质岩
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变质岩复习整理
变质岩复习整理1.变质作用和变质岩概念变质作用:由于地球内动力作用，原始条件发生改变，已形成的（原有的）岩石为了适应新的环境在基本保持固态的情况下发生的结构、构造和矿物成分（有时甚至化学成分）的变化和调整，甚至局部发生部分熔融。
从原始岩石到形成新的岩石类型所发生的一系列变化过程统称为变质作用变质岩: 由变质作用形成的一种新的岩石2.变质作用控制因素？温度的作用、来源、在变质作用过程中的范围变质作用控制因素:温度，压力，具化学活性的流体温度的作用：1、促进重结晶；2、促进变质反应；3、导致原岩部分重熔温度的来源：1地热增温；2放射性衰变；3机械能转变；4岩浆侵入或上地幔热流活动温度在变质作用中的范围：200~800℃3.压力的分类及定义，压力对变质反应的影响，构造超压压力的分类：负荷压（固体岩石所承受的上覆岩石的压力，是一种均向性的静压力）、流体压（岩石系统中流体所具内压）、定向压（应力，物体遭受定向外力作用时其内部产生的一种抵抗力）压力对变质反应的影响：构造超压：是应力的垂直分压，作用相同于负荷压，即为超出正常负荷压的那部分静压力。
4.流体的成分、含量及变化规律，来源和作用流体的成分：H2O, CO2, CH4, S, N2, Cl, F……含量及变化规律：总量不超过1~2% 随岩石变质程度的增高而减少来源：1、继承原岩中的；2、岩浆侵入和地幔去气作用；3、大气降水进入底下在循环；4、原有含挥发份矿物的分解作用：1、控制反应；2、携带活动组分导致交代作用；3、提高反应速率；4、降低熔融温度5.变质作用方式及含义，以及各种变质作用发生的控制因素变质作用方式：1、重结晶作用；2、变质结晶作用；3、变质分异作用；4、交代作用；5、变形与碎裂作用6.变质作用类型；区域、接触、气液、动力（断裂）、埋深、洋底；各种变质作用类型的主要变质作用因素和变质作用方式7.正变质岩、副变质岩，进变质、退变质正变质岩：原岩为火成岩的变质岩副变质岩：原岩为沉积岩的变质岩进变质或退变质：由原来的变质岩又一次遭受新的变质作用8.影响脆性或韧性变形的因素：温度、压力; 韧性变形的三阶段，不同矿物韧性变形相对难易（强弱）韧性变形的三阶段：滑移、恢复、重结晶不同矿物韧性变形相对难易（强弱）：由易到难石英>长石>云母9.变质岩的基本特征（结构构造、矿物成分、化学成分），它们受什么因素控制（原岩特征，变质类型及强度）10.正、副变质岩的化学特征、等化学系(列)、等物理系（列）（p19, 25）等化学系列：不论原岩类型如何，但其原始总化学成分特征相同的所有变质岩等物理系列：主要按温度高低来划分，包括在特定变质条件下形成的所有变质岩的系列11.特征变质矿物、贯通矿物特征变质矿物：形成温压条件窄，能灵敏地反映外界条件变化，并能较好地指示原岩化学成分特征的变质矿物。
变质作用与变质岩
大理岩
2、变余结构
——变质程度较低，重结晶和变质结晶不完全，保 留有原岩的结构。如：变余泥质结构、变余斑状结 构等。
变余泥质结构
三、变质岩的构造
变质岩各个组成部分之间相互排列，组合 方式所表现出的外貌特征。
1、变成构造——原岩通过重结晶等作用 形成的构造。 分为：斑点状构造、板状构造、片理构 造、片麻状构造、块状构造。
•石英含量大于85％；质地坚硬，耐风化 • 形成于区域变质及接触变质作用
石英岩
大理岩
•白色、灰白色或各种彩色。具粒状变晶结构， 块状或条带状构造 •主要由方解石、白云石（>50%）重结晶所组成 •母岩为石灰岩或白云岩 •形成于接触变质作用或区域变质作用 •优质装饰石材和建材、雕刻用石材
泥岩
板岩
三大作用之间联系
➢ 与岩浆作用的区别，变质作用岩石没有熔融， 岩石具整体性；当温度达到一定时，变质作用转 化为岩浆作用。 ➢ 引起变质作用的温度、压力等来自地球内部， 所以它发生在地下一定深度，而沉积作用是由于 外动力地质作用，发生在地表，但固结成岩时的 温度、压力较低。
温度
二、变质作用的影响因素 压力
蓝片岩相
变质程度高
变质作用概述
变质作用类型 变质岩的特征 常见变质岩
变质作用类型
变质作用根据变质因素和地质条件的不同分为四种类型：
接触变质作用
区域变质作用
动力变质作用
混合岩化作用
变质作用类型
一、接触变质作用
• 发生在岩浆与围岩的接触带 • 岩浆“烘烤”＋活动性流体 • 常围绕侵入体形成变质程度
•宏观上可见平行排列的矿物 • 变质程度高于千枚岩
片岩
• 具鳞片粒状变晶结构，片麻状构 造或条带状构造。
四变质作用与变质岩
（二）变质岩的结构、构造
1、结构 指矿物组分的形状、大小和相互关系反映出的岩石特征。分为：变余 结构、变晶结构、交代结构、碎裂结构四种。 A、变余结构（残留结构）：改造不彻底，残留有原岩结构特点，在原 岩结构名称前加“变余”二字，如变余砂状结构。 B、变晶结构：经过重结晶以后所形成的。与岩浆岩的结构相似，变晶 结构也可进一步细分，如等粒变晶结构，斑状变晶结构等。 按晶粒大小分为： 粗粒变晶结构－>3mm 中粒…………－1－3mm 细粒…………－<1mm
2、压力 压力按物性不同，分静压力和应力。 （1）静压力——是指地下某深度处，由上覆物质的重量产生的负荷压力。 静压力各向均等，大小随深度增加，大致深度每增加1000米，静压力增加 0.275kPa。变质作用的静压力范围，一般认为在1-2kPa到7-8kPa之间，相当 于距地面深5公里-30公里的区间。 静压力的增加，有利于形成体积小、密度大的矿物。 如： 镁橄榄石 + 钙长石 = 石榴石 分子体积缩小17.6% 体积：43.9 101.1 121 比重：3.2 2.7 3.4--4.3
第三节
变质岩
一、变质作用与变质岩的概念
变质作用：原岩基本在固态的条件下，受温度、压力和化学活动性流体 的作用使原有的矿物成分和结构、构造发生变化，形成新的岩石的过程。变 质作用的结果是形成变质岩。 1、岩石基本保持固态，物质成分一般不发生大规模的迁移，原岩在变质前后 总的化学成分保持不变； 2、在地下深处高温高压下进行，和常温下的风化作用不同。变质作用的温压 条件：温度一般大于150º c，上限大致在700º c-900º c，高于此上限属于岩浆作 用范围。 3、变质作用与地壳形成和发展密切相关，在不同时期，地壳状况、热流的强 度和分布、构造运动的特点有差异，即影响到变质作用。 正变质岩：指由岩浆岩经变质作用形成 副变质岩：指由沉积岩经变质作用形成
4-变质作用与变质岩
第二节 变质岩的特征
• 变质岩的特征： – 一是岩石中的矿物重结晶明显。 – 二是岩石具有特定的结构和构造，特别是片理构造。
• 变质岩和岩浆岩的区别： – 变质岩往往有典
• 变质岩和沉积岩的区别： – 沉积岩具层理构造，常含化石；而变质岩则无。 – 沉积岩中一般不具结晶粒状结构；而变质岩大部分是重 结晶的岩石，只是结晶程度不同。
H4Al2Si2O9→Al2SiO5＋SiO2＋2H2O
高岭石
红柱石 石英
又如硅质石灰岩在高温下，其中SiO2和CaCO3可重结晶成硅灰 石：
重组合作用不仅改变了原岩的结构、构造，而且也改 变了矿物成分，但岩石总的化学成分基本上未发生变化。
二、变质作用的因素
（一）温度
温度升高除使原岩发生重结晶作用和重组 合作用外，还可使矿物发生部分熔融。熔融部 分主要是低熔点的长英质组分，并形成流体而 进一步促进变质作用的发展。
菱镁矿 热水
滑石
–又如，石灰岩在挥发组分作用下，可形成钙铁石榴子 石，等等。
–三种变质因素在变质作用过程中具有相互联系， 同时存在的，但在具体条件下，往往仅有其中 的一种或两种因素起主导作用，且各因素持续 时间的长短也会影响变质作用的进行。
–在相同的变质因素作用下，不同岩石的变质程 度会有明显差异。
– 重结晶作用——温度影响，使岩石中矿物晶体内，质点的活力增强， 重新排列，晶粒变粗。
例如： 石灰岩——重结晶——大理岩（化学成分和矿物成分基本不变）。
二、变质作用的因素
（一）温度
• 温度作用的结果：
–产生新矿物（重组合）——岩石受热，矿物成分间化学反 应，重新组合结晶，形成新的矿物。
例如，高岭石高温下形成红柱石和石英。
《变质作用与变质岩》课件
ERA
变质作用的定义
总结词
变质作用的定义
详细描述
变质作用是指地壳中已形成的岩石，在温度、压力和化学活动性流体的作用下 ，发生矿物成分、化学成分、岩石结构与构造变化的地质作用。
变质作用的类型
总结词
变质作用的类型
详细描述
变质作用可以分为接触变质作用、动力变质作用和区域变质作用。接触变质作用发生在岩浆活动影响的区域，岩 石在高温下发生重结晶和变质；动力变质作用则是由构造运动产生的应力引起的，使岩石发生破裂和变形；区域 变质作用是在较大区域内广泛发生的变质作用，涉及的岩石种类多，变化范围广。
03
变质岩的特征
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ERA
变质岩的构造特征
板状构造
变质岩中常见的一种构 造，岩石呈板状或板状 集合体，平行或近于平
行排列。
千枚状构造
岩石呈薄片状或薄层状 ，片理或层理清晰，常
有丝绢光泽。
片状构造
岩石主要由片状矿物组 成，呈定向排列，有时 可见矿物呈透镜状、眼
不同类型变质岩的工程性质也不 同，如片麻岩的抗压强度高，而 大理岩则易受化学风化作用的影
响。
变质岩的鉴别方法
通过观察岩石的矿物成分、结构和构造等特征，可以初步判断岩石是否为变质岩。
进一步鉴别变质岩的类型，需要结合岩石的产状、分布规律和形成环境等因素进行 综合分析。
常见的鉴别方法包括手标本观察、薄片显微镜下观察和化学分析等。
02
变质岩的形成
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ERA
接触变质岩的形成
总结词
接触变质岩是在岩浆侵入过程中，由于高温和气相压力作用，使围岩受到物理和 化学变化而形成的新岩石。
变质作用的定义
总结词
变质作用的定义
详细描述
变质作用是指地壳中已形成的岩石，在温度、压力和化学活动性流体的作用下 ，发生矿物成分、化学成分、岩石结构与构造变化的地质作用。
变质作用的类型
总结词
变质作用的类型
详细描述
变质作用可以分为接触变质作用、动力变质作用和区域变质作用。接触变质作用发生在岩浆活动影响的区域，岩 石在高温下发生重结晶和变质；动力变质作用则是由构造运动产生的应力引起的，使岩石发生破裂和变形；区域 变质作用是在较大区域内广泛发生的变质作用，涉及的岩石种类多，变化范围广。
03
变质岩的特征
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变质岩的构造特征
板状构造
变质岩中常见的一种构 造，岩石呈板状或板状 集合体，平行或近于平
行排列。
千枚状构造
岩石呈薄片状或薄层状 ，片理或层理清晰，常
有丝绢光泽。
片状构造
岩石主要由片状矿物组 成，呈定向排列，有时 可见矿物呈透镜状、眼
不同类型变质岩的工程性质也不 同，如片麻岩的抗压强度高，而 大理岩则易受化学风化作用的影
响。
变质岩的鉴别方法
通过观察岩石的矿物成分、结构和构造等特征，可以初步判断岩石是否为变质岩。
进一步鉴别变质岩的类型，需要结合岩石的产状、分布规律和形成环境等因素进行 综合分析。
常见的鉴别方法包括手标本观察、薄片显微镜下观察和化学分析等。
02
变质岩的形成
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ERA
接触变质岩的形成
总结词
接触变质岩是在岩浆侵入过程中，由于高温和气相压力作用，使围岩受到物理和 化学变化而形成的新岩石。
变质作用及变质岩
三、变质作用的方式
1、重结晶作用：指在原岩基本保持固态条件下，同种矿物的化学组 重结晶作用： 重结晶作用 分的溶解、迁移和再次沉淀结晶，使粒度不断加大，而不形成新的矿 物相的作用。例如，石灰岩变质成为大理岩。 2、变质结晶作用：指在原岩基本保持固态条件下，形成新矿物相的 变质结晶作用： 变质结晶作用 同时，原有矿物发生部分分解或全部消失。这种过程一般是通过特定 的化学反应来实现的，又称为变质反应。在矿物相的变化过程中，多 数情况下岩石中的各种组分发生重新组合。在变质结晶作用中形成新 矿物相的主要途径有脱挥发分反应、固体－固体反应和氧化－还原反 应等。变质岩中新矿物相的出现首先受变质反应过程中物理化学平衡 原理的控制，其次受化学动力学有关原理的控制。
第四章 变质作用及变质岩
★变质作用的因素
高温高压带 低温高压带 高温低压带
及类型
洋壳
大陆壳
★变质岩的Байду номын сангаас般特
征
岩石圈
第一节 变质作用的因素及类型
一、变质作用的概念
变质作用
指地壳中已经形成的岩石在高温高压和化学 活动性流体作用下，引起岩石的结构、构造或成 分发生变化，形成新的岩石的一种地质作用。 岩石是否发生变质要看其有无重结晶现象或 有无变质矿物出现为标志。 岩石的变质作用是在固态状况下进行的。
如橄榄石和钙长石在一定的压力下就会形成石榴子石，如下式：
2）定向压力(应力）：当物体遭受定向外力作用， ）定向压力 其内部就会产生一种抵抗力，称为应力。应力是 由构造运动或岩浆作用产生的一种侧向压力，也 称为动压力。 应力通常和地壳活动带的构造运动有关。应力是 引起岩石变质和变形的重要因素。地壳中岩石变 形、板状流劈理和碎裂构造都和应力有关，而且 它能增加变质反应和重结晶的速度，促使变质作 用的进行。例如当岩石受到挤压、断裂活动或岩 浆侵入，一方面可使它变形或破碎；另一方面也 可使它重结晶，并使岩石中片状或柱状矿物在垂 直于应力方向生长、拉长或压扁，形成明显的定 向排列，从而使岩石具有各种片理构造。
普通地质学—变质作用与变质岩
普通地质学—变质作⽤与变质岩第五章变质作⽤与变质岩第⼀节变质作⽤概述⼀、变质作⽤概念指岩⽯基本处于固体状态下，受到温度、压⼒和化学活动性流体的作⽤，发⽣矿物成分、化学成分、岩⽯结构构造的变化，形成新的结构、构造或新的矿物与岩⽯的地质作⽤。
变质岩：由变质作⽤所形成的新岩⽯。
新形成的岩⽯⽆论是岩⽯的矿物成分，还是结构、构造，均可与原岩不同。
1、变质作⽤与岩浆作⽤的区别：岩浆作⽤是⾼温、⾼压，使原岩从固态转变成熔融的液态后再成岩。
⽽变质作⽤过程中，原岩基本处于固态，温度⽐岩浆作⽤要低。
2、变质作⽤与沉积作⽤的区别：沉积作⽤只发⽣在地球的表层，与⼤⽓、⽔、⽣物等外因有关。
⽽变质作⽤主要发⽣在地表以下⼀定深度，与温度、压⼒等因素有关,温度⽐沉积作⽤要⾼。
⼆、引起变质作⽤的因素引起变质作⽤的因素有温度、压⼒以及化学活动性流体。
1、温度：温度是引起岩⽯变质的主要因素。
其作⽤是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。
变质作⽤的温度范围⼀般介于（150）180℃～800（900）℃之间。
低于此温度，就属于固结成岩作⽤（沉积岩）。
⼀旦温度⾼到使原岩熔融，那么就进⼊到岩浆作⽤的范畴。
因此，变质作⽤基本上在固态下进⾏。
变质温度的基本来源有三个⽅⾯：（1）地热：地下温度随着深度增加⽽增⾼。
如果地表岩⽯因某种原因沉陷到⼀定深处，就能获得相应的温度。
（2）岩浆热：岩浆是⾼温熔融体，当岩浆侵⼊时，岩浆热会传到围岩，使围岩增温。
（3）地壳岩⽯断裂：断裂块体相互错动和挤压，能产⽣剪切热，使岩⽯升温。
2、压⼒：压⼒可分为静压⼒、流体压⼒及定向压⼒。
（1）静压⼒与流体压⼒：静压⼒是由上覆岩⽯重量引起的，它随着埋藏深度增加⽽增⼤。
静压⼒对岩⽯的作⽤⼒各项均等。
流体压⼒：静压⼒在岩⽯中的传递不只是通过固体的岩⽯质点，也可以通过循环于岩⽯空隙中的流体传递，形成流体压⼒。
变质作用及变质岩
岩浆岩占总面积的76％，沉积岩20％， 变质岩不足4％。 岩石圈的总体积
沉积岩约占总体积的5％，岩浆岩35％， 变质岩60％。
地质作用与三大岩类的形成
岩浆作用
沉积作用
变质作用
沉积岩
变质岩
岩浆岩
三 大 岩 类 的 相 互 转 化
沉积岩
变质岩 岩浆岩
出露到地表面的岩浆岩、变质岩与沉积岩，在大气圈、水圈 与生物圈的共同作用下，可以经过风化、剥蚀、搬运作用而变成 沉积物，沉积物埋到地下浅处就硬结成岩--重新形成沉积岩。
韧性变形
变质作用的基本类型： （３）区域变质作用
是在大区域范围内发生，影响的范围可达数千 至数万km２以上，影响深度可达30 km以上。常发 生在板块边界附近与大断裂带附近。由温度、压力、 化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。 变质环境：温度在200-800℃之间， 静岩压力可随埋深不同而变化，存 在较强的定向压力（构造应力）。
每公里厚的岩石压力约为275巴； 地下10 公里 约2750巴； 地下 20公里 约5500巴。
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 剪切力
沉积岩
埋到地下深 处的沉积岩或 岩浆岩，在温 度不太高的条 件下，可以以 固态的形式发 生变质，变成 变质岩.
变质岩
岩浆岩
沉积岩
变质岩 岩浆岩
不管什么岩石， 一旦进入高温（大 于700～800℃）状 态，岩石就将逐渐 熔融成岩浆。岩浆 在地下浅处冷凝成 侵入岩，或喷出地 表而形成火山岩。
变质作用及变质岩类型
变质作用及变质岩类型
目
CONTENCT
录
• 引言 • 变质作用类型 • 变质岩类型 • 变质岩的鉴别与特征 • 变质岩的应用与意义
01
引言
变质作用的定义
变质作用是指地壳中已形成的岩石，在固态条件下由于温度、压 力等变化，引起的岩石成分、结构、构造变化的地质作用。
它包括接触变质作用、区域变质作用、动力变质作用和混合岩化 作用等类型。
02
变质作用类型
接触变质作用
定义
接触变质作用是指在岩浆侵入过程中，由于高温和 气体的影响，使围岩发生化学成分和矿物成分的变 化，从而形成新的岩石的过程。
影响因素
岩浆的温度、气体的性质和围岩的化学成分。
常见岩石类型
大理岩、石英岩等。
区域变质作用
定义
区域变质作用是指在广泛分布的区域范围内，由于温度和压力的升 高，使原岩发生重结晶、变质反应等变化，形成新的岩石的过程。
高压条件下仍会经历蚀变作用，形成新的矿物和岩石
类型。
05
变质岩的应用与意义
变质岩在地质学研究中的意义
01
提供地质历史和地壳演化的证据
变质岩记录了地壳的历史和演化过程，通过研究变质岩的特征和形成过
程，可以了解地壳的运动、板块构造和地质事件。
02
揭示地球深部过程
硬度
变质岩的硬度通常比原岩高，因 为矿物颗粒紧密结合。
密度
变质岩的密度通常比原岩高，因 为矿物颗粒排列紧密。
导热性
变质岩的导热性比原岩高，因为 矿物颗粒的热传导性能较好。
变质岩的化学性质
化学成分
01
变质岩的化学成分与原岩相似，但经过变质作用后，矿物组成
和含量会发生变化。
目
CONTENCT
录
• 引言 • 变质作用类型 • 变质岩类型 • 变质岩的鉴别与特征 • 变质岩的应用与意义
01
引言
变质作用的定义
变质作用是指地壳中已形成的岩石，在固态条件下由于温度、压 力等变化，引起的岩石成分、结构、构造变化的地质作用。
它包括接触变质作用、区域变质作用、动力变质作用和混合岩化 作用等类型。
02
变质作用类型
接触变质作用
定义
接触变质作用是指在岩浆侵入过程中，由于高温和 气体的影响，使围岩发生化学成分和矿物成分的变 化，从而形成新的岩石的过程。
影响因素
岩浆的温度、气体的性质和围岩的化学成分。
常见岩石类型
大理岩、石英岩等。
区域变质作用
定义
区域变质作用是指在广泛分布的区域范围内，由于温度和压力的升 高，使原岩发生重结晶、变质反应等变化，形成新的岩石的过程。
高压条件下仍会经历蚀变作用，形成新的矿物和岩石
类型。
05
变质岩的应用与意义
变质岩在地质学研究中的意义
01
提供地质历史和地壳演化的证据
变质岩记录了地壳的历史和演化过程，通过研究变质岩的特征和形成过
程，可以了解地壳的运动、板块构造和地质事件。
02
揭示地球深部过程
硬度
变质岩的硬度通常比原岩高，因 为矿物颗粒紧密结合。
密度
变质岩的密度通常比原岩高，因 为矿物颗粒排列紧密。
导热性
变质岩的导热性比原岩高，因为 矿物颗粒的热传导性能较好。
变质岩的化学性质
化学成分
01
变质岩的化学成分与原岩相似，但经过变质作用后，矿物组成
和含量会发生变化。
变质岩的形成作用
△ G ---反应的吉布斯自由能变化， △S - 反应的熵变， △V 反应的体积变化
式中的dP / dT是P-T图解上变质反应曲线的斜率，根据 △S 和△V 的变化可以确定P-T图解的斜率，正向反应△S 一般为正值，所以斜率的正负取决于△V 。
变质岩的形成作用
第二节 变质反应（变质结晶作用）
• 变质反应的基本类型
柯石英和金刚石出现的压 力在3.0GPa以上(100km) 是良好的超高压指示矿物
变质岩的形成作用
第二节 变质反应（变质结晶作用）
• 固体—固体反应
变质岩的形成作用
第一节 变质重结晶作用
三.类型--静态重结晶; 动态重结晶 2.动态重结晶
一般发生在强应变区, 是在有较强应力作用条件下发生 的重结晶作用. 可以分为两个阶段： 1）初始重结晶（恢复）阶段：无应变的新颗粒取代具有
高应变能的变形颗粒，产生细粒化作用。
2）次生重结晶（结晶）阶段：新生无应变能颗粒取代具 高应变能变形颗粒后继续生长，颗粒加粗加大的过程
变质岩的形成作用
第二节 变质反应（变质结晶作用）
• 变质反应平衡时的基本热力学方程
变质变质反应是在一定的体系内，一定的温度、压力、组分浓度等 条件下进行的，当变质反应达到平衡时，遵从的基本热力学方程为： d（ △ G）= 0 = △VdP- △SdT 即
dP / dT = △S /△V （Clausius------Clapeyron方程）
常数； dP / dT近似为常数，反应曲线为直线； 4 变质岩石中的固--固反应无论具有正斜率， 还是
负斜率，其斜率的绝对值都比较低，在P--T图上 这些反应的单变线比较平缓，因此, 常用这类反 应确定变质岩石的压力类型
变质岩的形成作用
式中的dP / dT是P-T图解上变质反应曲线的斜率，根据 △S 和△V 的变化可以确定P-T图解的斜率，正向反应△S 一般为正值，所以斜率的正负取决于△V 。
变质岩的形成作用
第二节 变质反应（变质结晶作用）
• 变质反应的基本类型
柯石英和金刚石出现的压 力在3.0GPa以上(100km) 是良好的超高压指示矿物
变质岩的形成作用
第二节 变质反应（变质结晶作用）
• 固体—固体反应
变质岩的形成作用
第一节 变质重结晶作用
三.类型--静态重结晶; 动态重结晶 2.动态重结晶
一般发生在强应变区, 是在有较强应力作用条件下发生 的重结晶作用. 可以分为两个阶段： 1）初始重结晶（恢复）阶段：无应变的新颗粒取代具有
高应变能的变形颗粒，产生细粒化作用。
2）次生重结晶（结晶）阶段：新生无应变能颗粒取代具 高应变能变形颗粒后继续生长，颗粒加粗加大的过程
变质岩的形成作用
第二节 变质反应（变质结晶作用）
• 变质反应平衡时的基本热力学方程
变质变质反应是在一定的体系内，一定的温度、压力、组分浓度等 条件下进行的，当变质反应达到平衡时，遵从的基本热力学方程为： d（ △ G）= 0 = △VdP- △SdT 即
dP / dT = △S /△V （Clausius------Clapeyron方程）
常数； dP / dT近似为常数，反应曲线为直线； 4 变质岩石中的固--固反应无论具有正斜率， 还是
负斜率，其斜率的绝对值都比较低，在P--T图上 这些反应的单变线比较平缓，因此, 常用这类反 应确定变质岩石的压力类型
变质岩的形成作用
4、地质培训-第四讲变质作用与变质岩
变质作用主要类型与板块构造关系
区域变质作用 接触变质作用
动力变质作用
一、接触变质作用
接触变质作用------在岩浆岩体与围岩的接触部位 接触变质作用------在岩浆岩体与围岩的接触部位 上，由岩浆散发的热量和流体引起的一种变质作 用。 其温度范围大致为300一800℃ 有的达1000℃ 其温度范围大致为300一800℃〈有的达1000℃以 属高温低压变质作用。 上〉,属高温低压变质作用。 温度和活动性流体是主要因素, 温度和活动性流体是主要因素, 接触变质作用又可分为两种类型： 接触变质作用又可分为两种类型： 接触热变质作用; 接触热变质作用; 接触交代变质作用。 接触交代变质作用。
注意以下几个概念的区别
1、变质岩的原岩可以是沉积岩、岩浆岩或早先的变质岩。如果原 、变质岩的原岩可以是沉积岩、岩浆岩或早先的变质岩。 岩是沉积岩,则形成的变质岩称副变质岩 如果原岩是岩浆岩,则形 则形成的变质岩称副变质岩;如果原岩是岩浆岩 岩是沉积岩 则形成的变质岩称副变质岩 如果原岩是岩浆岩 则形 成的变质岩称正变质岩。 成的变质岩称正变质岩。 2、变质作用与岩浆作用、风化作用和成岩作用的区别： 、变质作用与岩浆作用、风化作用和成岩作用的区别： （1）变质作用通常在高压和高温条件下进行，变质作用的温度一 ）变质作用通常在高压和高温条件下进行， 般大于150--250℃,但基本在固态下发生的 但基本在固态下发生的; 般大于150--250℃,但基本在固态下发生的; （2）岩浆作用也是在高温、高压条件下进行，使原岩从固态转变 ）岩浆作用也是在高温、高压条件下进行， 成熔融的液态后再结晶或凝固; 成熔融的液态后再结晶或凝固 （3）风化作用是地表岩石在常温、常压条件下进行，主要由外动 ）风化作用是地表岩石在常温、常压条件下进行， 力引起的各种变化; 力引起的各种变化 它是在较低的温压（ （4）成岩作用不属于变质作用范围 它是在较低的温压（压力 ）成岩作用不属于变质作用范围,它是在较低的温压 <1×108Pa,温度低于 温度低于150--250℃）条件下进行的。 × 温度低于 ℃ 条件下进行的。 3、引起岩石变质作用、岩浆作用的动力为内动力 而风化作用属外 、引起岩石变质作用、岩浆作用的动力为内动力,而风化作用属外 动力不同。 动力不同。
变质作用与变质岩
变质静压力最低为108Pa～2×108Pa，最高可达 13×108Pa～14×108Pa，即可在地下几公里到40公里深处 出现变质作用。
（2）流体压力 静压力通过循环于岩石空隙中的流体而形成流体压 力。 岩石处于封闭状态时，全部岩石重量传递给各部位流体，则流 体压力值等于静压值。
当岩石中有大量彼此连接而又与地面沟通的裂隙时，流体本身 为开放性系统，此时流体压力仅由流体本身重量决定，所以它低于 岩石静压值。 （3）定向压力 指作用于地壳岩石的侧向挤压力，具方向性，且两 侧作用相反： 当位于同一直线上时称为挤压力； 不在同一直线上时称为剪压力。 成因：地壳岩石相邻块体的相对运动所致。
第五章
变质作用与变质岩
变质岩占地壳总体积的27.4%
第一节
变质作用概述
一．概念
1．定义：固态岩石，受温度、压力及化学活动性液 体作用，发生矿物成分、化学成分、岩石结构构造变化的 地质作用，叫变质作用。 2．注意几个问题 （1）岩石基本不发生熔融，原岩未失其整体性，否则 成火成岩、岩浆作用了。但一旦温度达到熔点，变质作用 将转为岩浆作用，二者有成因联系。 （2）引起变质作用的温度、压力主要来自地球内部， 所以它发生在地表以下一定深度中，这与发生在地表的沉 积作用不同，沉积作用固结成岩的温度压力也比变质作用 小，深度也小。 （3）特殊情况下，变质作用可在地表进行：陨石撞击、 地下热流
2．其它稳定型矿物，如石英、钾长石、钠长石、白云母、黑云母 等属于沉积岩、火成岩的矿物也存在于变质岩中。
3．只适宜常温常压下的矿物：粘土、蛋白石、玉髓、石膏在变质 岩中是难存在的。 4．大量云母出现成为岩石主要矿物时，则为变质作用所成。
三．变质岩的结构
1．变晶结构 原岩发生重结晶而形成的结构，表现为矿物形成、 长大、晶粒相互紧密嵌合。新成晶体叫变晶，它可以粗、 中、细粒。也可以分为等粒变晶和斑状变晶（二种颗粒大 小相差悬殊）。 2．变余结构 浅变质时所留下的原岩结构： 变余斑状结构 变余砾状结构 保留原岩斑状结构 保留原岩砾状结构
第三节 变质作用与变质岩
第三节变质作用与变质岩变质岩约占大陆面积的1/5左右，是岩浆岩或沉积岩经变质作用所形成的岩石。
一、变质作用与变质岩（一）变质作用变质作用——岩浆岩、沉积岩或者先成变质岩在地壳运动、岩浆活动等作用下导致的物理、化学条件的变化，并使之成分、结构、构造产生一系列改变，这种变化和改变的作用称为变质作用。
（二）变质岩——指地壳中已有的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）在地壳运动或后来的岩浆活动的影响下，受到高温高压和化学活性物质的作用，使原岩的结构、构造甚至于化学成分都发生剧烈的变化而形成新的岩石---变质岩。
（如粘土矿物在温度压力增高时可变为云母）二、变质作用因素主要因素为温度、压力和化学性质活泼的气体和溶液（一）温度：影响变质作用的最基本因素多数变质作用是随温度升高而进行的。
变质作用发生的温度是有一定的范围，那么，变质作用的起始温度和终止温度是多少呢？目前的共同认识是：◆起始温度：以浊沸石、蓝闪石、红柱石、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。
◆终止温度：原岩发生大规模熔融时的温度。
因此，变质作用的温度变化范围应为650℃—150℃之间。
低于150℃属固结成岩作用；大于650℃岩石熔化，属岩浆作用范畴。
温度作用：非晶质结晶质（岩石结构变，组分不变）细晶粗晶（岩石结构变，组分不变）矿物新矿物（矿物成分、结构、构造变）温度来源：◆地热增温率：1℃/33M ，需其它热源补充、迭加。
◆放射性元素衰释放的热量：特点是总量大，不均匀，有时也极为可观。
◆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。
在变质作用过程中物质成分的变化，温度和压力起了重要作用，表现在：温度变化，①使岩石通过释放或获得某些挥发分，发生化学成分重新组合，原矿物消失，新矿物生成。
变质作用与变质岩
在偏应力参与下，伴随 变形而发生的重结晶
恢复
使变形晶体降低应
重结晶
剩余应变能的 消耗过程 特征：发育和 生长无应变新 颗粒
变能而回到未变形
状态的过程。
特征：在变形晶体
中产生大量细小
(粒径一般小于
0.02—0.03mm) 的 亚颗粒
新颗粒首先从高应变区开始发育，通过亚 颗粒的旋转及其边界迁移、消耗老颗粒而生长。 重结晶颗粒比亚颗粒稍大但仍较细，颗粒形态 为压扁拉长状，原始边界被破坏，显示不稳定 态。进一步重结晶使颗粒粒度增大，呈矩形状 而达稳定态。 Raymond (1995)描述了在偏应 力影响下的变质作用过程中单矿物岩石结构变 化理想序列简图
可大大加快变质反应速率和晶体生长；
T升高可改变岩石的变形行为，从脆性变形向塑性
变形转化；
T升高会通过脱水反应、脱碳酸反应形成变质热液
作为催化剂、搬运剂和热媒介对变质作用施加影响。 此外，T升高还会导致部分熔融而发生混合岩化。
变质作用最低温度是由成岩作用向变质作用的转
化的记录，其与许多因素，如压力（深度）、流体
变形晶体有大量位错，储集了变形施加的应变
能，因而不稳定而力图通过重结晶以消除应变能
恢复到稳定的无应变状态。这种伴随变形而发生 的重结晶称为动态重结晶，包括恢复和重结晶两 个阶段；
而无偏应力参与的重结晶作用称静态重结晶，它 们都属于重结晶范畴。
静态重结晶 (static recrystalizaion)： 无偏应力参与的重结晶 作用 动态重结晶(dynamic recrystallization)：
大到＝Pl时即与Pl达平衡，Pf进一步增加，在系
统高度封闭、不易扩散的情况下，会造成局部 Pf
恢复
使变形晶体降低应
重结晶
剩余应变能的 消耗过程 特征：发育和 生长无应变新 颗粒
变能而回到未变形
状态的过程。
特征：在变形晶体
中产生大量细小
(粒径一般小于
0.02—0.03mm) 的 亚颗粒
新颗粒首先从高应变区开始发育，通过亚 颗粒的旋转及其边界迁移、消耗老颗粒而生长。 重结晶颗粒比亚颗粒稍大但仍较细，颗粒形态 为压扁拉长状，原始边界被破坏，显示不稳定 态。进一步重结晶使颗粒粒度增大，呈矩形状 而达稳定态。 Raymond (1995)描述了在偏应 力影响下的变质作用过程中单矿物岩石结构变 化理想序列简图
可大大加快变质反应速率和晶体生长；
T升高可改变岩石的变形行为，从脆性变形向塑性
变形转化；
T升高会通过脱水反应、脱碳酸反应形成变质热液
作为催化剂、搬运剂和热媒介对变质作用施加影响。 此外，T升高还会导致部分熔融而发生混合岩化。
变质作用最低温度是由成岩作用向变质作用的转
化的记录，其与许多因素，如压力（深度）、流体
变形晶体有大量位错，储集了变形施加的应变
能，因而不稳定而力图通过重结晶以消除应变能
恢复到稳定的无应变状态。这种伴随变形而发生 的重结晶称为动态重结晶，包括恢复和重结晶两 个阶段；
而无偏应力参与的重结晶作用称静态重结晶，它 们都属于重结晶范畴。
静态重结晶 (static recrystalizaion)： 无偏应力参与的重结晶 作用 动态重结晶(dynamic recrystallization)：
大到＝Pl时即与Pl达平衡，Pf进一步增加，在系
统高度封闭、不易扩散的情况下，会造成局部 Pf
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schist
Foliated rocks
片麻岩及混合岩
coarse-grained, elongated/banded minerals, alternating bands Parent rock: sandstone or granite
gneiss
COLOR
white or reddish dark:
变质作用——地壳中已经形成的岩石在基本 上处于固体状态下，受到温度、压力及化学活动 性流体的作用，发生岩石结构、构造和物质成分 变化的地质作用。 由变质作用形成的岩石为变质岩。
岩浆岩 “变质作用” 沉积岩 结构/矿物组合变化 变质岩 变质岩
由岩浆岩变质而成的岩石称为正变质岩，
由沉积岩变质而成的岩石称为副变质岩。
斑 点 板 岩
（2）板状构造：岩石具有平行、密集而平坦的破裂 面，沿此面岩石易分裂成薄板。由于岩石受较轻的 定向压力作用而形成。如板岩。
板 岩
（3）片理构造：岩石中片状或长条状矿物连续而平行 排列，形成平行、密集而不很平坦的纹理——片理，沿 片理方向岩石易劈开。主要是由于定向压力造成。
颗 粒 定 向
物颗粒肉眼即可分辨。矿物平行排列的面，称为片理面。片状构造是变质岩 最常见、最典型的构造。（片岩）
千枚岩
片岩
片岩中矿物的定向排列（薄片）
（4）片麻状构造：是岩石以粒状矿物为主，含一定量的片、
柱状矿物，两者相间作定向排列。因片、柱状矿物数量不多，被 粒状矿物隔开而呈断续分布。（片麻岩）
片 麻 岩
2.变余构造：
母岩：泥岩
板岩
千枚岩
片岩
片麻岩
变质作用程度浅
变质作用程度深
第三节 变质作用类型及代表岩石
变质作用根据变质因素和地质条件的不同 分为四种类型：
区域变质作用－区域变质岩 接触变质作用－接触变质岩
混合岩化作用－混合岩 动力变质作用－变质岩动力
一、接触变质作用——岩浆侵入与围岩接触的地带，
由于温度增高和气水热液与围岩发生的作用。
变质作用不彻底而保留下来的原岩的构造。 分为：变余层理构造、变余气孔构造、变余杏仁构造等. 变余构造是恢复原岩类型的主要依据
3.混合岩化构造： 混合化过程中，由脉体和基体两部分相互作用形成的构造
基体—早期变质岩
脉体—部分溶融的变质岩
混合岩
从板状构造－千枚状构造－片状构造－片麻状构造
反应了变质作用程度由浅变深。
挤压力 方向
挤压力 方向
Foliation Example
定向性不明显的黑云母
平行定向的黑云母
具片理构造的变质岩
常见片理构造
千枚状构造：已有稍强的重结晶，片状矿物已初具平行排列，
但矿物颗粒肉眼尚难分辨。岩石片理面上呈现丝绢光泽。（千枚岩）
片状构造：是岩石中大量片状、柱状、粒状矿物呈定向排列而成，矿
中，形成变质岩基体和长石石英质脉体组成的混合岩。
形成了包括脉体（重 熔岩浆体或再生岩浆 体）和变质基体（变 质岩）两部分组成的 混合岩。一般地，脉 体色较浅，而基体色 较深。
四、动力变质作用（破裂变质作用）
——构造运动使岩石产生破碎、变形、 重结晶的一种变质作用。主要出现在断裂带 附近，常形成特有的构造岩, 如沿断裂带分 布断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩，是判断断 层存在的依据之一。
二、变质岩形态 以及颗粒之间的关系。常见的结构有：
2、变晶结构 ——原岩在固态下发生重结晶、变质结晶 作用，形成的结晶质结构。如：粒状变晶结构（石英岩、 大理岩）、鳞片变晶结构（千枚岩、云母片岩）等。
千枚岩 大理岩
对变晶结构可根据矿物颗粒的大小及形态划分
泥岩 板岩
二、变质作用的影响因素
一）温度：150~180°C到800～900°C
1. 重结晶作用——非晶质岩石变成结晶质岩石；隐 晶质变成显晶质；晶粒细小变成 晶粒粗大。如：
泥晶灰岩
大理岩
薄片中的大理石
石英岩
Breck P. Kent
Fig. 8.9a
薄片中的石英岩
2.重组合——由于温度升高，组成原岩的不同矿物通过化 学反应重新组合形成新矿物，但岩石总的化学成分未发生 变化。
断层角砾岩
糜棱岩 －深部断裂带的变质岩
糜棱岩 －深部断裂带的变质岩
常见变质岩
无片理构造的变质岩
大理岩
coarse grained, color from impurities Parent rock: limestone (calcite) or dolomite (Ca-Mg carbonate)
主要出现在岩浆 岩中的矿物
磷石英 透长石 霞石 白榴石 方钠石 黝方石 玄武角闪石
主要出现在沉积 岩中的矿物
粘土矿物 蛋白石 玉髓 海绿石 水铝石 褐铁矿 石膏 硬石膏 盐类矿物 有机碳质
主要出现在变质岩 中的矿物
红柱石 蓝晶石 硅线石 硅灰石 绿帘石 符山石 透闪石 透辉石 阳起石 硬绿泥石 蛇纹石 滑石 石墨 十字石 镁橄榄石 石榴石 刚玉
Common metamorphic rocks
Foliated rocks
片岩
coarse-grained, strongly foliated micas seen with naked eye easy to split in flakes/slabs Parent rock: shale
Caco3+sio2
Casio3+Co2
静压力
二）压力
定向压力
1、静压力——由上覆岩层的重力引起的,随着深度的
增加而增加，其力对岩石各个方向均等。
静压力
（1）静压力使岩石的体积缩小，密度加大，变的致
密坚硬，并形成新的矿物。如：
CaAl2SiO8+(MgFe)2SiO4 钙长石 橄榄石 Ca(MgFe)2Al2(SiO4)2 石榴子石
颗粒形态在后。
鳞片粒状变晶结构
3.变形结构：
碎裂结构：矿物部分被压碎成细粒，少数只保留原来轮廓， 石英波状消光明显。 糜棱结构：此结构是破裂结构的进一步细化，所有的矿物 被压碎成锯齿状接触的细小颗粒，定向性明显。
糜棱结构：
糜棱结构：
三、变质岩的构造
1、变成构造——原岩通过重结晶、变质结晶形成的 新构造。 （1）斑点状构造：岩石中某些组分集中成疏密不等 的斑点。斑点成分多为炭质、硅质、铁质、云母等。 如斑点板岩。
片 岩
Metamorphic Foliation
S. Dobos
Fig. 8.5b
压力
Pressure/Stress
（三）化学活动性的流体
1.来源：主要来自岩浆和深层热水溶液，也可以是原来的岩 石中的流体。 2.成分：主要是水、二氧化碳以及氧、氟、氯、硼、磷等易 挥发性组分。 3.作用方式：主要是通过流体产生物质置换的交代作用。流 体将岩石中的一些元素熔滤出来，引起岩石物 质成分的变化。 如：
橄榄石 黑云母
蛇纹石；辉石 绿泥石、绢云母； 绿泥石、绢云母
变质作用概述
变质岩的矿物
变质岩的特征 变质作用类型
常见变质岩
变质岩的结构
变质岩的构造
一、变质岩的矿物
共有的矿物： 如石英、长石、
方解石
石英
云母、角闪石、辉石、磁铁矿以 及方解石、白云石等。
云母
正长石
变质矿物： 在变质过程中产生的新矿
常见变质岩
无片理结构的变质岩
石英岩
very hard white, other colors from impurities Parent rock: sandstone
常见变质岩
slate
片理构造变质岩
板岩
very finegrained dark or black Parent rock: shale
1.接触热变质作用——以温度增高为
主，岩石受热后发生矿物的重结晶。
石灰岩
大理岩
石英砂岩
石英岩
2.接触交代变质作用——除温度以外，来自岩浆的挥发 性物质（气水热液）与围岩发生交代作用，使岩石发生 复杂的化学变化，并产生新的矿物。最典型的代表是：
酸性岩浆与碳酸盐岩石接触交代，形成矽卡岩，并且常
形成矽卡岩矿床（某些金属矿物沉淀）。
所形成的主要岩石：按变质程度由浅到深依次为：板岩、千枚
岩、片岩、片麻岩
板岩
千枚岩
片岩
片麻岩
变质作用程度浅
变质作用程度深
三、混合岩化作用（超深变质作用）
——区域变质作用进一步发展，向岩浆作用过渡，由于地壳 内部热流量的增大和动力作用的增强，产生深部热液和重熔岩浆 （富含K、Na、Si），它们广泛渗透、扩散、交代，并注入围岩
Common metamorphic rocks
Foliated rocks
phyllite
千枚岩
fine- to medium-grained, fine crystals of muscovite or chlorite rock has ‘sheen’
phyllite
slate
schist
Pioneer Range, Idaho
Foliated rocks
片岩
coarse-grained, strongly foliated micas seen with naked eye easy to split in flakes/slabs Parent rock: shale
第四章 变质作用 与 变质岩
变质岩, 27.60%
沉积岩, 7.90%
岩浆岩, 64.70%
三类岩石占地壳总体积的百分比