第五章 变质作用与变质岩

高温
CaCO3（粗晶） 大理岩（质纯、洁白者称汉白玉）
2、静压力产生矿物成分变化的两种形式 （1）使体积大、比重小的矿物转变成比重大、体积小的矿物。
P＜5.5×108 Pa 5.5×
红柱石（比重3.13－3.16） 粘土矿物 蓝晶石（比重3.53－3.65 ）
P＞5.5×108 Pa 5.5×
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（2）高压下，比重小、体积大的不同矿物可结合成比重大、体 ）高压下，比重小、体积大的不同矿物可结合成比重大、 积小的新矿物。 积小的新矿物。 如 ］＋Ca ① Mg2［SiO4］＋ ［Al2Si2O8］→CaMg2Al2 ［SiO4］3 （橄榄石） 橄榄石） 分子体积 42.6 143.6 比 重 3.3
高级变质
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◆很低级变质：其下限以基性岩中浊沸石开始出现为标志， 很低级变质：
其温度界限在200℃左右，它与低级变质之间的界限是基性岩 中绿纤石或葡萄石和绿泥石的反应形成黝帘石和阳起石，临 界温度在350℃左右或稍高；
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低级变质： ◆低级变质：温度范围在350-550℃左右，与中级变质的界限
是泥质岩石中十字石的出现或黑云母存在时，堇青石的形成。
2、石英、钾长石、钠长石、白云母、黑云母等矿物，在火 石英、钾长石、钠长石、白云母、黑云母等矿物， 成岩、沉积岩、变质岩都可存在 成岩、沉积岩、
主要区别是，变质岩中的石英、长石具有波状消光，裂纹较发育。 主要区别是，变质岩中的石英、长石具有波状消光，裂纹较发育。而云 母作为主要矿物出现在岩石中，那肯定是变质作用形成的。 母作为主要矿物出现在岩石中，那肯定是变质作用形成的。
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（2）流体压力（粒间流体压力） 流体压力（粒间流体压力） 岩石抵抗静压力作用主要是固体颗粒和粒间的流体。当静 压力在岩石中传导至循环的粒间流体时，便形成了流体压力。 在不同的系统中流体压力值是不一样的。 在封闭系统中流体压力等于上覆岩石的静压值； 在开放系统中流体压力等于流体本身的重量，其值低于岩石 的静压力。 流体压力对岩石变质作用的影响：
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三、变质岩的结构和构造特征
岩石中矿物的粒度、形态和晶体之间的相互关系等特征，称 之为结构。变质岩的结构很特别，因为变质岩是一种转化改造原 岩的岩石。根据成因，其结构一般可分为四类：
变晶结构，变余结构，碎裂结构和交代结构。 变晶结构，变余结构，碎裂结构和
变质岩的构造是指岩石组分在空间上的排列和分布所反映的 岩石构成方式，着重于矿物集合体的空间分布特征。按其成因可 划分为三类：
控制化学反应的进程 ① 控制化学反应的进程； 影响变质作用的温度 ② 影响变质作用的温度。
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（3）定向压力
指由构造运动所引起的侧向挤压力，分挤压力和剪切力。 指由构造运动所引起的侧向挤压力，
岩石在定向压力的作用下，当超过弹性极限时可发生变形，而当 超过强度极限时则发生下破裂。 定向压力作用：①岩石结构、构造改变；②引起变质岩定向 ① ② 构造的形成（片理、线理构造）③促进粒间流体的活动，加速变 ③ 质作用的进行。
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变质作用一般在固态下发生，保持着原岩的 原岩的变形、破碎作用，重结晶作用，矿物 导致原岩的结构、构造，矿物成分及化学成
重组合和交代作用等。
(二) 变质级
变质级是指根据常见岩石中，反映矿物共生组合的 特定变质矿物反应百度文库划分变质带，成为变质级。 变质作用的区间可分为四个变质级：
很低级变质
低级变质
中级变质
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第二节 变质作用中原岩的变化 一、物质成分的变化
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： 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： 1、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， 温度变化， 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。 原矿物消失，新矿物生成。如，高岭石脱水（高温）反应 高岭石脱水（高温） Al4［Si4O10］［OH］8 (高岭石) 高岭石) 方解石的脱CO2的反应 CaCO3 ＋ SiO2 石英） (方解石) （石英） 方解石)
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（一）变质岩的结构
1、变晶结构
变晶结构是岩石在变质作用过程中发生重结晶和变质结晶 作用所形成的结构。这是变质岩最常见的结构。 作用所形成的结构。这是变质岩最常见的结构。
变晶结构的特点： 变晶结构的特点：
(1) 矿物的自形程度不高，多为它形或半自形，这与矿物颗粒的变晶生 矿物的自形程度不高，多为它形或半自形， 长同时进行有关。 长同时进行有关。 (2) 结晶力强的矿物较自形，结晶力弱的矿物呈它形，不能反映结晶先 结晶力强的矿物较自形，结晶力弱的矿物呈它形， 后顺序。 后顺序。 (3) 当变质岩具有斑状变晶结构时，变斑晶一般较自形。变斑晶与变晶 当变质岩具有斑状变晶结构时，变斑晶一般较自形。 基质几乎同时形成。变晶结构中的变晶是由重结晶作用形成的晶粒， 基质几乎同时形成。变晶结构中的变晶是由重结晶作用形成的晶粒，可根据 变晶的大小、形状和相互关系等特点可进一步划分： 变晶的大小、形状和相互关系等特点可进一步划分：
熔融时的温度。 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℃ 150℃属固 650℃ 之间 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。 结成岩作用；大于650℃岩石熔化，属岩浆作用范畴。 650℃岩石熔化
拉最先提出。 爱斯科拉认为“在特定的温度和压力条件下，经过变质作用， 并达到化学平衡，其所形成的任一种变质岩的矿物成分，仅受化 学成分控制”。即一个变质相包括了在一定物化条件下形成的， 代表多种原岩化学成分的变质矿物组合。 爱斯科拉最初划分了八个变质相，随着对变质作用的深入研 究与发展。在此基础上共划分了十一个变质相，每个变质相都有 一定的温度、压力范围。见示意图。
、CaO、MgO。
这说明通过交代作用，物质的化学成分发生了交换。
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二、变质岩的矿物成分
变质岩的矿物成分，既决定于原岩性质， 变质岩的矿物成分，既决定于原岩性质，还与变质作用的性 质、强度密切相关。因此，变质岩具有自己的矿物成分特点，又 强度密切相关。因此，变质岩具有自己的矿物成分特点， 与火成岩、沉积岩有一定联系，而且矿物成分更为复杂多样。 与火成岩、沉积岩有一定联系，而且矿物成分更为复杂多样。 1、特征变质矿物
30Kbar
（钙长石） 钙长石） 101
（石榴子石） 石榴子石） 119（总体积减17%） （总体积减 ）
2.76
120Kbar
3.52
② 比重
石英 2.65
柯石英 2.93
斯石英 4.35
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3、化学成分的交换（交代作用） 化学成分的交换（交代作用） 某些元素从原岩中带出，另一些元素从外部带入， 某些元素从原岩中带出，另一些元素从外部带入，使岩石 的化学成分和矿物成分发生改变，这种作用称交代作用 交代作用。 的化学成分和矿物成分发生改变，这种作用称交代作用 比如，钾长石被Na＋交代，转变为钠长石并带走K＋。 K［AlSi3O8］＋ Na＋ →Na［AlSi3O8］＋ K＋ 交代作用在侵入岩与围岩接触带较典型。特别是当中酸性 岩浆侵入到碳酸盐围岩中，岩体中的SiO2、Al2O3等成分被带进 围岩，而围岩中的CaO、MgO等成分被带入岩体，在岩体与围岩 接触带两侧出现石榴子石、透辉石、透闪石、阳起石等矿物组 合。这些变质矿物的化学成分中都含有SiO2、Al2O3
石、红柱石、钠云母、叶腊石等变 红柱石、钠云母、 质矿物的首次出现，作为变质作用 质矿物的首次出现， 的开始。这些矿物出现时的温度范 的开始。
围为是在150℃—250℃之间。 围为是在150℃—250℃之间。这就 150℃ 之间 是变质作用发生的起始温度。 是变质作用发生的起始温度。 ◆终止温度：原岩发生大规模 终止温度：
红柱石、蓝晶石、夕线石、十字石、阳起石、透闪石、滑石、蛇纹石、 红柱石、蓝晶石、夕线石、十字石、阳起石、透闪石、滑石、蛇纹石、 绿泥石、硅灰石、石榴子石、透辉石、篮闪石、石墨等。 绿泥石、硅灰石、石榴子石、透辉石、篮闪石、石墨等。 若这些矿物在岩石中出现，反映了原岩己变质，应属变质岩。 若这些矿物在岩石中出现，反映了原岩己变质，应属变质岩。
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◆中级变质：温度在550-650℃左右，与高级变质的界限是白 云母和石英反应形成矽线石+钾长石的组合。
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◆高级变质：温度>650℃时，属于高级变质，上限可达 800℃左右。
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(三) 变质相
所谓变质相，是指反映多种原岩成分，在一定的 P、T条件 所谓变质相，是指反映多种原岩成分， 下，与变质矿物组合之间的对应关系。变质相的概念是由爱斯科 与变质矿物组合之间的对应关系。
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2、压力
可分为静压力、流体压力、定向压力。 (1)静压力（均向压力） (1)静压力（均向压力） 静压力
一般指由上覆岩层的负荷重量所引起的压力。这种压力是随
深度增加而增大的，而且对岩石的作用力各向均等。 静压力的作用： 静压力的作用： ① 压缩岩石，使岩石孔隙减小， 变得致密坚硬； ② 矿物的原子、离子、分子间 距缩小，形成比重大、体积小的新矿 物。
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二、变质作用的控制因素
变质作用的控制因素主要指引起岩石发生 变质作用的控制因素主要指引起岩石发生 变质作用的外部因素，即物理、化学方面的因 素。具体地说，主要是温度(T)、压力(P)以及 素。具体地说，主要是温度(T)、压力(P)以及 具有化学活动性的流体。
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1、温度
温度是控制和影响变质作用的重要因素之一。 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。变质作用发生的温度是有一定的范围，那么，变质作用的起 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： 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 起始温度：以浊沸石、
挤压力
剪切力
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3、化学活动性流体
化学活动性流体，通常指气态或液态的水溶液，它对岩石的 变质作用起了重要作用。 成分： 成分：以H2O、CO2为主，含其它挥发分。 来源： 来源：① 存在岩石颗间孔隙及裂隙中以水为主的流体； ② 矿物结构中的流体(含H2O、CO2及其它挥发分) ； ③ 岩浆分逸的流体； ④ 地壳深部物质分逸出富含K、Na、SiO2等成分的热液。 存在于岩石孔隙和裂隙中的这些流体，在一定的温度、压力 条件下，将岩石中的一些元素溶滤出来，促使化学组分迁移，再 分配，形成与原岩性质完全不同的变质岩。 11
变余构造，变成构造和混合岩构造 变余构造，变成构造和
结构构造是变质岩的重要特征， 结构构造是变质岩的重要特征，常用作变质岩分类命名的重 要依据。通过对结构和构造的研究，还可以了解变质岩的原岩， 要依据。通过对结构和构造的研究，还可以了解变质岩的原岩， 判断原岩所经受的变质作用、环境、方式和程度等特点。 判断原岩所经受的变质作用、环境、方式和程度等特点。
第五章变质作用与变质岩
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一、变质作用、变质级与变质相的概念
(一) 变质作用的定义 岩石在固体状态下受到温度、压力和化学活动性流 体的作用，使原岩的矿物成分、化学成分、结构、构造 发生变化的地质作用，称为变质作用。 从定义我们可知，变质作用应包含如下内容：
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1、变质作用属于内动力作用。变质作用发生在地壳深部，T、 变质作用属于内动力作用。 P及化学活动性流体等因素的影响主要来自地球内部。这与沉积 岩形成的环境是不一样的。 2、变质物态 整体性。 3、变质方式 4、变质结果 分的改变。 由变质作用形成的岩石叫变质岩。根据原岩的类型不同，可 分两类： 正变质岩－ 正变质岩－原岩为火成岩经变质作用后形成的变质岩。 副变质岩－ 副变质岩－原岩为沉积岩经变质作用后形成的变质岩。
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☆温度作用：非晶质 温度作用： 细 矿 晶 物
结晶质（岩石结构变，组分不变） 粗 晶（岩石结构变，组分不变） 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。 温度来源： ◆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。 c ◆应力作用下的摩擦热：其较为局部，如断裂带。
470℃ 500℃
Al2［ SiO4 ］O＋2 SiO2＋4H2O (红柱石) 红柱石) (石英) 石英)
CaSiO3 ＋ CO2↑ （硅灰石） 硅灰石）
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矿物的重结晶－ ② 矿物的重结晶－温度升高使岩石的小晶体，再次生长成大晶体。 这是岩石在固态下质点重新排列，而不形成新矿物。如， CaCO3（微晶） 石灰岩