工学变质岩石学总论

强调：
现代岩石学通常把变质作用限定为一种内生地质作用， 是地壳演化过程中原先形成的岩浆岩和沉积岩在地壳 一定深处所发生的一种固态转变。
地壳一定深处的含义是指变质作用发生于一定的温度和 压 力 范 围 ， 通 常 是 T=200 ～ 800℃ ， P=0.02 ～ 1.5GPa。此温度范围大致位于成岩后生作用和岩浆作 用之间，压力范围表明它要求处于地壳一定深处，即 风化带之下。
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。
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。
流体压力作用于颗粒表面，起与Pl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 PH2O、PCO2……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： Pf=PH2O＋PCO2＋……
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。
的成分、结构、构造、产状、分布、分类、命名、共 生组合、形成演化机制与条件及其在地球（天体）形 成、演化过程中的地位及作用、与矿产的关系等内容 的一门独立学科。
二、变质作用的因素
变质作用的主要因素 变质作用的因素可分为两类： 内因，指原岩的成分、结构构造及岩石组合特征；
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。
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。
温度（热状态）改变的原因 地热增温 上地幔热流的运动 放射性元素衰变释放热能的积累 岩浆活动带来的热 在应力作用下，变形和摩擦作用产生的热能，
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。
变质作用的因素可分为两类：
内因，指原岩的成分、结构构造及岩石组合特征；
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。
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。
变质作用不包括各种表生作用。
成岩后生作用与变质作用之间没有截然的界限。
因为在后生成岩过程中也会产生一些在变质作用 中形成的矿物。因此，在区别成岩作用与变质作用时， 典型矿物共生组合更为重要。如绿泥石是成岩作用和 变质作用中都能出现的矿物，但绿泥石与葡萄石、黝 帘石或斜黝帘石的共生则是变质作用的范畴。
在地壳形成和发展、演化过程中，早先形成的岩石（包括岩浆 岩、沉积岩以及先存的变质岩）在地壳一定深处，为适应新 的地质环境和物理化学条件，在基本保持固态的条件下发生 的矿物组成、结构构造甚至化学成分的变化称为变质作用 （metamorphism）。
强调：地壳一定深处和固态转变是变质作用的两个基本点，也 是区别于其他矿物转变作用（如成岩后生作用、岩浆作用） 的关键所在。
即机械能转变的热能
2、压力
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。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， Pl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。
计算表明，大陆壳内不同深度的近似压力如下：
深度（km） 10
源自文库
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：
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℃。
定向压力（应力）
当一物体遭受定向外力作用时，其内部就会产生 一种抵抗力，称为应力。可理解为伴随构造运动、来 自一定方向的侧压力。应力常和地壳活动带的构造运 动有关。其强度在空间上的变化也很大，一般在地壳 浅部较强，至深部则减弱。（定向力只能在固态岩石 中起作用。）
特殊条件下可发生部分熔融产生一定量的流 体相。
在变质作用条件下的形成的新的岩石称为变质岩 （metamorphic rock）。它们是大陆地壳中最主要的 岩石类型之一。
正变质岩：原岩为岩浆岩。 副变质岩：原岩为沉积岩。 复变质岩：原岩为变质岩，也称为叠加变质岩。 变质岩岩石学（Metamorphic Petrology） 是研究变质岩
变质作用与岩浆作用的区别： ➢ 变质作用的发生过程主要是一个升温过程，而岩浆作
用主要是降温过程。
变质反应 重结晶
➢ 变质作用主要是在固态条件下的矿物转变，而岩浆作 用则是在液态条件下的矿物晶出。
变晶结构
➢ 变质作用与岩浆活动之间也没有一条截然的界线。
部分重熔
地质环境和物化条件的改变可由地壳的构造运 动、岩浆活动、区域热流变化、应力变化等引起。
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