变质岩岩石学-2
变 质 岩
变质岩变质作用形成的岩石。
是组成地壳的主要岩石类型之一。
在变质作用中，由于温度、压力、应力和具有化学活动性流体的影响,在基本保持固态条件下,原岩的化学成分、矿物成分和结构构造发生不同程度的变化。
变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、定向构造(如片理、片麻理等)和由变质作用形成的特征变质矿物如红柱石、蓝晶石、十字石、堇青石、蓝闪石、硬柱石等。
野外的变质岩(图片)变质岩构造按成因分为：①变余构造，指变质岩中保留的原岩构造,如变余层理构造、变余气孔构造等;②变成构造，指变质结晶和重结晶作用形成的构造，如板状、千枚状、片状、片麻状、条带状、块状构造等。
习惯上先按变质作用类型和成因，把变质岩分为下列岩类。
①区域变质岩类，由区域变质作用所形成，如板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、绿片岩、斜长角闪岩、麻粒岩、榴辉岩、蓝闪石片岩等。
②热接触变质岩类，由热接触变质作用所形成，如斑点板岩、角岩等。
③接触交代变质岩类,由接触交代变质作用所形成,如各种夕卡岩。
④动力变质岩类,由动力变质作用所形成,如压碎角砾岩、碎裂岩、碎斑岩、糜棱岩等。
⑤气液变质岩类,由气液变质作用形成,如云英岩、次生石英岩、蛇纹岩等。
⑥冲击变质岩类。
由冲击变质作用所形成。
在每一大类变质岩中可按等化学系列和等物理系列的原则，再作进一步划分。
在早期的分类方案中，还出现过从原岩的物质成分与类型出发，再依次按变质作用过程中发生的变化与生成的岩石进行的分类。
所有这些分类,原则不尽相同,强调的分类依据也有差别。
原岩类型和变质作用性质是变质岩分类的两个主要基础，但原岩类型的复杂性和变质作用类型的多样性，给变质岩的分类带来许多困难。
以变质作用产物的特征（变质岩的矿物组成、含量和结构构造）对变质岩进行分类，将成为今后的主要趋势。
变质岩在地壳内分布很广，大陆和洋底都有，在时间上从太古宙至现代均有产出。
在各种成因类型的变质岩中，区域变质岩分布最广，其他成因类型的变质岩分布有限。
变质岩石学-区域变质岩类
在不同地區、構造單元及不同的構造活動階段，各種變 質因素的作用情況不盡相同，既有低溫低壓、中溫中壓和高 溫高壓，也可是低溫高壓或高溫低壓。
低溫高壓帶
高溫高壓帶
高溫低壓帶
洋殼
岩石圈
第四章 變質岩的主要類型
第一節 第二節 第三節 第四節 第五節
區域變質岩類 動力變質岩類 接觸變質作用及其岩石 氣成熱液變質作用及其岩石 混合岩化作用及混合岩
本章重點
1. 變質作用類型及其相應變質岩的概念； 2. 各類變質岩的一般特徵（變質作用因素、方
式及其改造特點）； 3. 各論變質岩的岩石特徵、分類命名及主要產
镁橄榄石-直闪 石（-镁铁闪石） -透闪石，镁橄 榄石-辉石
-微斜长石-石英
麻 粒 岩 相
矽线石（蓝晶石）石榴子石-正长石斜长石-石英，正长 石-刚玉-磁铁矿-矽 线石，红柱石-正长 石-斜长石
石石-正苏石英-长辉榴矽石石-子正线--石长石斜石（，石长榴蓝石石子-斜晶英石-长紫石- ）方柱英-正英透解石，长）辉方石）石石解---斜透-榍石方长辉石-柱斜石石（石长（--石-石方石
變質岩的分類，考慮以下三個方面： (3) 變質岩的本身特徵
主要考慮變質岩的礦物組成、結構構造特徵，尤 其是岩石的礦物組合的特點。
不僅反映原岩的性質，且反映變質岩作用的T、P 條件。
4.2.1. 區域變質岩的分類
表3－5 区域变质岩分类
变
质
相
泥质岩类
长英质岩类
主要矿物组合 碳酸盐岩类
沸 石 浊沸石-石英-钠长石-绿泥石，浊沸石相 葡萄石-方解石-绿泥石-石英-钠长石
岩石学-No.20-2(第二节 断裂带动力变质岩)
第二节断裂带动力变质岩断裂动力变质岩主要出现在断裂带和韧性剪切带中，岩石一般呈线性分布，宽几厘米到数百米不等。
动力变质岩的岩石特征：决定于应力的性质和强度,又决定于岩石的物性和温压条件及应变速率等因素。
动力变质岩的岩石特征：在地壳浅部低温压环境中以脆性变形为主，岩石不同程度碎裂乃至粉碎，并伴以碎裂流动。
在较深部温压较高条件下，表现为塑性变形，通过矿物晶内和晶界各种滑移及不同程度的恢复重结晶形成，既表现为碎裂又表现为强烈定向的各种构造现象。
动力变质岩的典型岩石构造：1、碎裂构造：岩石脆性变形过程中，分裂成大小不一的棱角状碎块，碎块之间是碎成极细的基质，岩石中无定向构造。
变形作用强烈，碎块数量减少，基质数量增多，称碎斑构造动力变质岩的典型岩石构造：2、糜棱构造：塑性变形过程中，岩石碎成细粒的同时，由于各种滑移作用强烈面理化，同时也伴有一些恢复重结晶作用，使岩石外观致密，具有流动构造。
少数残留的较粗碎块则成眼球状。
当恢复重结晶作用加强时，岩石中经动态结晶，出现许多细粒新生的片状云母等矿物，呈定向排列，外貌酷似千枚岩，称之为千糜状构造。
断裂带动力变质岩的分类：首先按变形机制把动力变质岩分成两大类：碎裂岩些列：主要由脆性变形过程中原岩碎裂形成，无面状构造；糜棱岩系列：有塑性变形过程中的原岩物质强烈花面理所成。
其次按碎斑（碎块）的残留原岩与碎裂化后的基质（碎基）之间的比例进行进一步划分，以表示动力变质的强度。
同时，要考虑恢复重结晶作用乃至后来静态重结晶的状况断裂带动力变质岩的主要类型1、构造角砾岩：特点：构造角砾岩通常出现在地层浅部断层带，原岩破碎的碎块呈棱角状，含量较高，大小混杂，排列紊乱，无定向，基质含量一般小于1/3，由细岩屑及泥质、铁质等胶结物组成。
当岩石碎块棱角不鲜明时，呈扁豆状、次圆状时，可称为构造砾岩。
构造角砾岩：斑杂色，角砾状结构，块状构造，有构造角砾、粉砂质基质和胶结物组成。
断裂带动力变质岩的主要类型2、碎裂岩（粒化岩）类：特点：有大量裂隙，他们将岩石分割成不规则的碎块，但彼此位移不大，仍可大致拼接，碎块间充填了碎基及次生的泥质、硅质或铁锰质物质，一般总量＜50%。
变质岩的形成过程 (2)
苏格兰高地达拉累丁片岩巴罗型前进变质带可能的变质反应
(Mg,Fe)3Al2Si3O12 + Ca(Mg,Fe)Si2O6 + SiO2 Grt Cpx Qtz = 4 (Mg,Fe)SiO3 + CaAl2Si2O8 Opx Plag
2. 有流体相参加的反应
反应物或生成物中存在独立的流体相，其正反应（吸 热反应）总称为脱挥发份反应，其逆反应为“XX化 反应”； H2O-CO2 -O体系的变质反应常见，本章只讲H2OCO2 体系的变质反应； 影响因素：Ｐ，Ｔ，Pfi （某种挥发份或流体组分分 压）；
（1）固-固反应（相转变、出溶、纯固相反应、纯转移 反应、离子交换反应） （2）有流体相参加的反应 （3）不连续反应与连续反应
二、变质反应类型 1. 固-固反应
固－固反应的反应物和生成物都是固相，不涉及独 立流体相，因而反应的平衡条件与流体组分无关； 变质反应的影响因素仅为温度（T）和岩柱压力（ Pl），因而可以用作矿物温度计或压力计。 固体相矿物的熵变ΔＳi 和体积变化ΔＶi 随Ｔ、Ｐ值 的变化很小，计算反应的总熵变ΔＳ、ΔＶ可近似看 作常数，所以反应斜率ｄＰ／ｄＴ也近似等于常数 。 常见的固－固反应有相转变、出溶、纯固相反应、 纯转移反应、离子交换反应等。
2.1 脱水反应(dehydration)
脱水反应： KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Ms Qtz Kfs Sill V
(a) 反应Ma+Qtz= Kf+Als+H2O的P-Tx图解（b) P = 0.6 GPa 时的T-x图解 （据кориковский ，1979资料绘制）
地球科学大辞典变质岩石学
地球科学大辞典变质岩石学变质岩石学总论【变质岩石学】metamorphic petrology见83页“变质岩石学”。
【变质岩】metamorphic rock由变质作用所形成的岩石。
在变质作用条件下，使地壳中已经存在的岩石(火成岩、沉积岩及先前已形成的变质岩)变成具有新的矿物组合及变质结构与构造特征的岩石。
它们是组成地壳的三大岩类之一，约占地壳总体积的27%。
其岩性特征，一方面受原岩的控制，而具有一定的继承性；另一方面，由于受到变质作用的改造，在矿物成分和结构构造上具有与其他岩类不同的特征。
变质岩在中国和世界各地分布很广。
前寒武纪的地层绝大部分由变质岩组成；古生代以后，在各个地质时期的地壳活动带和一些侵入体的周围以及断裂带内，常有变质岩分布。
【等化学系列】isochemical series化学成分相同或基本相同的岩石，在不同的变质条件下形成的所有变质岩。
属于一个等化学系列的岩石，由于变质条件不同，可具有不同的矿物共生组合。
如原岩均为粘土质岩石，因变质条件不同，可形成板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等不同的变质岩，它们属于一个等化学系列。
【等物理系列】isophysical series化学成分不同的岩石，在相同或基本相同的变质条件下形成的所有变质岩。
属于一个等物理系列的岩石，由于原岩的化学成分不同，可具有不同的矿物共生组合。
例如，粘土岩和石灰岩，在中级区域变质作用下，前者形成云母片岩，后者形成大理岩，二者属于一个等物理系列。
【构造超压】tectonic overpressure由应力的垂直分力所产生的超负荷压力。
在区域变质作用过程中，由构造运动产生的应力是一种侧向压力，但它的垂直分力可使局部地区的负荷压力增大。
因为它是由构造应力所产生的附加压力，故称为构造超压。
它和负荷压力的性质相似，有时可达0 2～0 3 吉帕。
一般认为构造超压只在地壳浅部，岩石保持刚性状态，且应变迅速时才具有实际意义。
在地壳深部，由于温度较高和负荷压力较大，岩石具有一定的塑性，应力可通过岩石的塑性变形而释放，因此不能起附加压力的作用。
变质岩的岩石学特征与鉴定方法
变质岩的岩石学特征与鉴定方法变质岩是一种在地壳中经历了高温、高压和化学反应作用的岩石，其形成过程中的物理和化学变化赋予了它独特的岩石学特征。
了解变质岩的特征及其鉴定方法对于地质学研究和矿产资源勘探具有重要意义。
本文将介绍变质岩的岩石学特征以及常用的鉴定方法。
一、岩石学特征1. 成岩矿物变质岩的成岩矿物是其岩石学特征之一。
在变质过程中，原先的矿物会发生改变或生成新的矿物。
例如，在压力下，粉状的矿物例如黄铁矿、蛇纹石等会发生重新结晶从而形成新的矿物。
而在高温环境下，矿物的晶体结构也会发生变化。
不同的变质程度和变质条件会导致不同的成岩矿物，进而影响到岩石的特征。
2. 岩石结构在变质过程中，岩石的结构也会发生变化。
变质岩常常具有层状、块状或片麻状结构。
层状结构是指岩石中成分或性质有规则地在岩石中分布形成层状结构，如云母片麻岩。
而块状结构则表示变质岩中的矿物成分或性质均匀分布而不呈现层状结构。
片麻状结构则是指岩石中大块状矿物被细晶状矿物包围的结构，如花岗岩片麻岩。
3. 变形构造变质过程中，岩石会发生变形。
变形构造是变质岩的另一个重要特征。
在变形过程中，岩石可以出现折叠、断层、推覆等结构。
这些变形构造记录了地质过程中的应力变化以及岩石的变形历史。
二、鉴定方法1. 岩石薄片观察岩石薄片观察是鉴定变质岩的常用方法之一。
通过显微镜观察岩石薄片可以查看岩石的成分、结构和矿物组合等特征。
可以通过测量矿物的晶体形态、光学性质、颜色等来识别矿物种类，从而进一步鉴定岩石的类型。
2. 化学成分分析化学分析是鉴定变质岩的重要手段。
通过对岩石进行化学成分分析，可以确定岩石中不同矿物的含量及其相对比例。
常用的化学分析方法包括X射线荧光光谱、电感耦合等离子体发射光谱等技术。
3. 矿物学鉴定矿物学鉴定是鉴定变质岩的关键方法之一。
通过对变质岩中的矿物进行鉴定，可以揭示岩石的成因和变质环境。
常用的矿物学鉴定方法包括X射线衍射、扫描电子显微镜等。
地质学中的岩石变质与变质岩
地质学中的岩石变质与变质岩地质学是研究地球的物质组成、结构和演化的学科，而岩石是地球上最基本的构造单元。
岩石的形成过程受到各种因素的影响，其中变质是岩石形成的重要过程之一。
本文将详细介绍地质学中的岩石变质与变质岩的相关内容，以帮助读者更好地理解地球演化的过程。
一、岩石变质的基本概念与分类1. 岩石变质的定义岩石变质是指岩石在高温、高压、化学活动等外界条件下发生内部结构和组成的变化过程。
这种变化可能是岩石的矿物组成发生改变，也可能是岩石的结构发生重排。
岩石变质是地质学中研究岩石演化和岩石内部变化的重要内容之一。
2. 岩石变质的分类根据岩石变质的机制和形成条件，可以将岩石变质分为两类：动力变质和热力变质。
（1）动力变质：是指岩石在大地构造力作用下发生变质的过程。
动力变质主要是由于地壳构造运动所引起的岩石变形、剪切和折叠等造成的。
动力变质常见于构造带和地震断裂带的附近，如大陆边缘带、海底地震带等。
（2）热力变质：是指岩石在高温、高压条件下发生结构和组成的变化过程。
热力变质是岩石变质的主要形式，其形成条件通常是经历了高温和高压的作用。
热力变质可分为焙烧变质、热液变质和交代变质等。
二、变质岩的形成与特点变质岩是在地质变质作用下形成的岩石。
在岩石变质的过程中，岩石的组成、矿物的结晶类型和结晶度等都会发生相应的改变，最终形成具有特定岩石学特征的变质岩。
1. 页岩变质岩页岩是由泥质、腐植质等沉积物堆积而成的含油气和黑色石炭的岩石。
在高温和高压的作用下，页岩会发生热液交代、高温脱碳和热裂变等过程，形成变质程度较低的页岩变质岩。
页岩变质岩常见的类型有云母变质岩、绿色片岩等。
2. 硬岩变质岩硬岩是指含有较高硅酸盐的碎屑岩、沉积岩和火山岩等。
在高温和高压作用下，硬岩会发生矿物晶须及颗粒的增长和相互排列的变化，从而形成变质程度较高的硬岩变质岩。
硬岩变质岩的类型有石英岩、云母片岩等。
3. 火成岩变质岩火成岩是由岩浆在地壳中冷却凝固形成的岩石，如花岗岩、安山岩等。
变质岩07实验3(21-2)
2）长英质 （组合 ）：长英角岩 ） 组合2）： ）：长英角岩 3）基性（组合③、④）：普通角闪石角岩（相名称） ）：普通角闪石角岩 相名称） 普通角闪石角岩（ ）基性（组合③ 可含Di（组合④ 组合③ 可含 （组合④）或Cum （组合③） 4）钙质（组合⑤ 、⑥ ） ）钙质（组合⑤ 泥灰岩组合（组合⑤）：Pl-Gro-Di角岩 泥灰岩组合（组合⑤）： 角岩 不纯灰岩组合（组合⑥）：Gro-Di大理岩、Tr-Di大理岩、 大理岩、 大理岩、 不纯灰岩组合（组合⑥）： 大理岩 大理岩 Fo-Di大理岩 大理岩
2.3 辉石角岩相 辉石角岩相PH （1）一般特点 ） 高级变质 分布在接触晕内带 高温无水矿物组合， 高温无水矿物组合， 无水矿物组合 Kf与富铝矿物共生 与富铝矿物共生 变余结构构造几乎完 全不发育， 全不发育，通常等粒变 晶结构
辉石角岩相 ACF、A′KF图 、 图 普通角闪石角岩相 ACF、A′KF图 、 图
思 考 题
设一玄武岩（高岭石粘土岩/ 2. 设一玄武岩（高岭石粘土岩/水云母 粘土岩/不纯灰岩）遭受AEH PH相接 AEH至 粘土岩/不纯灰岩）遭受AEH至PH相接 热变质作用， 触-热变质作用，试写出其等化学系列 及相应的典型矿物共生组合
4）钙质（组合 ）： ） 组合4）： Ep-Tr大理岩（原岩为不纯灰岩，以Cc为主） 大理岩（ 不纯灰岩， 为主） 大理岩 原岩为不纯灰岩 为主 钙硅酸盐角岩如Cc-Ep-Tr角岩（原岩为泥灰岩，以CS矿物为主） 角岩（ 泥灰岩， 矿物为主） 钙硅酸盐角岩如 角岩 原岩为泥灰岩 矿物为主
变余palimpsest 结构构造 结构构造p292-294 变余
②由于变质因素主要为T，缺乏偏应力，因而接触 热 由于变质因素主要为 ，缺乏偏应力，因而接触-热 因素主要为 变质岩（角岩）一般以具变晶结构、无定向构造为特 变质岩（角岩）一般以具变晶结构、无定向构造为特 变晶结构 在接触变质晕外带，变余结构构造发育 征，在接触变质晕外带，变余结构构造发育 周口店接触变质是叠加在区域变质之上的因而接触变 周口店接触变质是叠加在区域变质之上的因而接触变 质岩常继承了区域变质的面理 出现板岩、千枚岩、 继承了区域变质的面理， 质岩常继承了区域变质的面理，出现板岩、千枚岩、 片岩、 片岩、片麻岩 ③接触-热变质属于很低 接触 热变质属于很低P/T变质（视地热梯度＞ 变质（视地热梯度＞ 热变质属于很低 变质 80℃/km），形成深度浅（通常 ＜0.3GPa），因而 ），形成深度浅（ ），因而 ℃ ），形成深度浅 通常P＜ ）， 矿物成分上以And、Crd、Wo等低压矿物为特征 矿物成分上以 、 、 等低压矿物为特征 周口店有 周口店有Cld、St、Alm，而无 、 、 ，而无Crd（Why？） （ ？）
变质岩岩石学
▲ 脱水反应——反应矿物中有含水矿物，反应后有水生成。如
KAl2[AlSi3O10](OH)2 + SiO2
白云母(Mr)
KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O ↑
正长石(Or) 铝硅酸盐
Al2Si4O10(OH) 2
叶腊石(Pyp)
理主要是变形。
2）区域变质作用：发生在岩石圈的广大范围内，各种温压、化学活性 流体共同起作用，变质机理复杂多样，很难找到变质和未变质间的界 线。又分为： ● 造山变质作用：发生在前寒武纪结晶基底和寒武纪以后的造山带
中，是区域变质作用的代表。常称区域变质一般就指造山变质。 ● 混合岩化作用：高级区域变质作用向岩浆作用的过渡，已有部分
积岩。
除发生交代作用的岩石外，变质岩的化学成 分主要取决于原岩的成分。当变质作用过程中有交 代作用参与时，由于有组分的带出带入，变质岩的 化学成分就发生了明显变化。
研究变质岩的化学成分可以帮助了解原岩类型、 变质作用和交代作用的特点。
等化学系列：是指具有同一原始化学成分的所有岩石。这些 岩石中矿物共生组合的不同，是由变质作用的类型和强度不 同所决定的。随着变质程度增加，泥质岩出现板岩——千枚 岩——片岩——片麻岩系列。
（2）压力：包括静压力、粒间流体压力和应力。
静压力：由上覆岩石荷重所引起的，随岩 石所处深 度增加而加大。根据岩石的平均比重计算，每加深1 公里，静压力增加0.28千巴。
静压力加大使岩石空隙减小，
P(GPa)
变得致密坚硬。在一定温度下，
1.0
静压力增大，可生成比重增大、
Jd+Q
Ab
变质岩岩石学
Metamorphic Petrology
课程内容
变质作用基本概念
变质反应及其控制因素
变质岩的基本特征
共生分析和共生图解
变质相、变质相系和变质作用PTt轨迹
接触变质作用及岩石
区域变质作用及岩石
其他变质作用及岩石
变质岩研究方法
变质作用与地壳演化
主要参考书：
王仁民, 1989,《变质岩石学》, 地质出版社
(2) 研究变质岩石的重要经济价值
据前苏联学者A. B. CиДоренκо(1963) 统计，西方国家前寒武纪矿产储量占国家总储量比为：铁矿70%、锰63％、铬铁矿73％、铜73－26％、镍硫化物72％、钴93％、铀66％、金云母（白云母）100％。此外金、铂等贵金属亦占绝大部分。而前寒武纪地层大部分变质岩，从而可见变质岩对国家资源的重要性。
主要为地球表明出露的地壳岩石
少量来自较深的地幔岩石
变质岩石学的主要任务之一就是研究不同构造环境、不同深度岩石的变化
离散块边界－大洋中脊的变质作用
汇聚板块边界－俯冲带和岛弧的变质作用 双变质带
变质岩的研究意义
(1) 理论意义
变质岩石约占地壳总体积的27.4%，是地壳的重要组成部分。
Regional Burial Metamorphism
Otago, New Zealand
Isograds mapped at the lower grades:
1) Zeolite
2) Prehnite-Pumpellyite
3) Pumpellyite (-actinolite)
动力变质作用 dynamic metamorphism
变质岩石学
变质岩石学变质岩的矿物成分，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，又和火成岩、沉积岩有一定联系，且比它们更复杂多样。
主要造岩矿物在三大类岩石中分布情况列入下表：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，颇为特别，因为其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：碎裂结构，变晶结构，变余结构和交代结构。
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：变余构造，变成构造和混合岩构造。
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，判断原岩所经受的变质作用、环境、方式和程度等特点。
由动力变质作用形成的变质岩称为动力变质岩，动力变质作用常与构造运动有关。
在不同性质的应力影响下，岩石和矿物主要发生塑性变形（表现为矿物的粒内滑移和扭折）和脆性变形（矿物发生碎裂）。
根据岩石碎裂的特征将动力变质岩划分为以下主要类型，以岩石碎裂特征定出基本名称。
由接触变质作用形成的岩石成为接触变质岩。
它们分布在紧靠岩浆岩侵入体的围岩中。
围岩由于温度升高，发生重结晶作用，形成新的岩石，称为热接触变质岩，而由于岩浆中逸出的气态、液态溶液的影响使围岩发生交代作用，形成新的岩石，称为接触交代变质岩。
热接触变质岩中常见的有角岩类，斑点板岩，大理岩，而接触交代变质岩最常见的是矽卡岩。
区域变质岩是原岩经区域变质作用所形成的岩石。
引起区域变质作用的因素较复杂，往往是温度、定向压力和具有化学活动性流体的综合作用。
其温度变化可在200-300℃至700-800℃，压力可自0.1-0.2GPa 至1.0GPa，地热梯度的变化范围也很大，可自7℃/km-60℃/km。
由于区域变质作用的分布范围是区域性的，因而区域变质岩常大面积分布，可达数百至数千平方公里，有的地区甚至达百万平方公里以上，并且变质程度深浅不同的区域变质岩在空间上常作带状分布。
变质岩石学
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变质岩石学
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。按压力的性质可分为二大类： 静压力：是指岩石在地壳内一定深度时，所承受的重力，其大小 随埋藏深度的增加而增加，上覆岩层厚度的增加而增加，增加的速率 是 25-30×10Pa/KM。不同类型变质作用的压力变化很大，一般接触 变质和动力变化发生在地表 3-5km 范围内，故压力不超过 0.1GPa。 区域变质作用的压力范围为 0.1GPa－0.8GPa。 应力：当物体遭受定向外力作用，其内部就会产生一种抵抗力， 称为应力。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。 介质条件 在变质作用过程中，虽然岩石保持完整的固态，但其中仍有少量 流体相。流体相存在于矿物粒隙之间或岩石的裂隙中，成分以水和 CO2，还可含有其它挥发份。它们在较高的温度和压力条件下，具有 较大的活性。 由于许多变质矿物可以在不同温度、压力条件下，由不同变质反 应形成，因而由标志矿物划定的等变线往往不是等变质条件的。因此 温克勒提出，根据常见岩石中，反映矿物共生组合重要变质变化的特 定矿物反应来划分变质带，成为变质级。温克勒讲整个变质作用区间 分为四个变质级：
变质岩岩石学
变质岩是由于岩石在高温、高压和/或含有流体的条件下经历了物理和化学变化而形成的岩石。
变质岩岩石学主要研究变质岩的形成机制、岩石学特征及其演化规律等方面的内容。
变质岩的形成过程可以分为三个阶段：
1. 热变质阶段：岩石受到高温、高压的作用，导致原有的矿物发生晶格畸变、结构变化和化学反应，形成新的矿物。
在这个过程中，岩石的物理性质和化学性质也会发生变化。
2. 水变质阶段：岩石受到含有流体的高温、高压作用，导致原有的矿物发生晶格畸变、结构变化和化学反应，形成新的矿物。
在这个过程中，岩石的物理性质和化学性质也会发生变化。
3. 动力变质阶段：岩石受到机械力的作用，导致原有的矿物发生晶格畸变、结构变化和化学反应，形成新的矿物。
在这个过程中，岩石的物理性质和化学性质也会发生变化。
变质岩的岩石学特征主要包括以下几个方面：
1. 矿物组成：变质岩的矿物组成通常比较复杂，包括多种矿物。
这些矿物的形态、结构、晶格畸变等特征可以提供关于变质过程的信息。
2. 岩石结构：变质岩的岩石结构通常比较复杂，包括片麻状结构、云母片状结构、糜棱状结构等。
这些结构的形成与变质过程有关，可以提供关于变质过程的信息。
3. 岩石颜色和条纹：变质岩的颜色和条纹可以提供关于变质过程的信息。
例如，绿色的条纹通常与绿泥石的形成有关，而黑色的条纹通常与石墨的形成有关。
4. 岩石化学成分：变质岩的化学成分可以提供关于变质过程的信息。
例如，岩石中含有的铁、镁、钙等元素的含量可以反映出岩石在变质过程中所经历的高温、高压和/或含有流体的条件。
岩石学 变质岩 名词解释
1.变质作用由地球内力作用促使岩石发生矿物成分及结构构造变化的作用称变质作用。
2.混合岩化作用变质岩中低熔点的长英物质可能被熔融，形成部分流体相，这些熔融的部分与不熔的残留体混合而形成一种新的岩石，这种作用称为混合岩化作用。
3.变质岩由变质作用形成的岩石称为变质岩。
4.正变质岩由岩浆岩变质形成的岩石称为正变质岩。
5.副变质岩由沉积岩变质形成的岩石称为副变质岩。
6.变质作用的因素是指在变质过程中起作用的物理化学条件，即引起岩石变质的外部因素。
促使岩石变质的因素有温度、压力、具化学活动性流体及时间。
7.静压力又称均向压力，是指各个方向相等的围压，主要是由上覆岩石荷重所引起的。
8.粒间流体压力它们的存在会对周围的物质，包括孔隙四周的避、顶、底赋予一定的压力，这种压力就称为粒间流体压力。
9.应力又称定向压力，是一种侧向压力。
它与地壳的构造运动及岩浆活动有关。
10.片理在地壳的深处，由于静压力较大，温度较高，岩石的塑性程度较高，在应力的作用下，组成岩石的矿物常沿垂直于应力的方向上平行排列，形成片理。
11.构造超压应力还能通过各种途径来加速变质反应的速度，促进反应的进行，尤其是在地壳的浅处，岩石处于刚性状态时，应力的垂直分力可以迭加到静压力之上，这部分叠加的压力称为构造超压。
12.动力变质作用又称为碎裂变质作用，是在构造运动产生的定向压力作用下，主要使岩石发生破碎的一种变质作用。
13.区域变质作用它是在大面积内发生的区域性的变质作用，是地壳活动带伴随强烈造山运动所发生的一种变质作用。
14.埋藏变质作用在大范围内遭受变质，但无片理化的，纯粹由于埋深而引起的低温区域变质作用称为埋藏变质作用。
15.混合岩化作用这是在区域变质作用的基础上由地壳内部热流升高而产生的深部热流和局部重熔熔浆渗透、交代、贯入于变质岩中并形成混合岩的一种变质作用。
16.接触变质作用是在岩浆岩体边缘和围岩的接触带上，由于岩浆的高温和从岩浆中分出的溶液的影响而使岩石发生变质的作用。
岩浆岩与变质岩
（二）主要矿物、次要矿物和幅矿物 1 ．主要矿物：含量多（＞10% ），划分大类依据，如
花岗岩中的石英、钾长石。
2 ．次要矿物：＜ 10% ，对划分大类不起作用，但可确
定种属，如花岗岩中黑云母、角闪石等。
3．副矿物：＜1% ，偶尔可达5%，磷灰石，锆石，榍
石，一般不参加命名。
三、岩浆岩的矿物共生组合规律以及化学成分的关系
分类原则-分类应反映岩石所有主要特征。包括化学成分、矿物 成分、结构构造、地质产状及矿物共生组合等；要尽量简明、 扼要、系统、便于掌握。 1.岩浆岩的化学成分分类 根据酸度(SiO2的重量百分数)把岩浆岩分为： 超基性岩浆岩(SiO2<45％) 基性岩浆岩(SiO 245-53％) 中性岩浆岩(SiO253-66％) 酸性岩浆岩(SiO2-66％)
国际地科联深成岩分类命名方案
岩浆岩的矿物成分分类-分类步骤 1．据M（铁镁矿物，……） M＝90-100 为超镁铁岩，再根据暗色矿物种类进一步细分， M＜90 ，使用双三角图： Q：石英。 A：碱性长石（正、微斜、条纹、歪……） P：斜长石（An；5-100），方柱石。 F：似长石（白榴石、霞石、方钠石……） 2. 计算相对含量 使 Q＋A＋P＝100 or ： A＋P＋F＝100 3. 将换算结果投影：
3.中性斜长石－角闪石组合：相当于中性岩，钠、钾略有增加，铝、硅 、钙、 铁 、镁均较充分，主要形成中性 斜长石 、角闪石、黑云母，可能出现少量 石英和钾长石，浅色矿物：暗色矿物≈2：1。
4.石英－钾长石－酸性斜长石组合：相当于酸性岩，钠、钾、硅含量高，铁、 镁、钙 低，石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物为主。 5.钾长石－黑云母－角闪石组合：其SiO2 相当于中性岩，钠、钾高而铁 、镁 低，大量出现钾长石。 6. 霞石－钾长石组合：其SiO2 接近于基性岩（ 平 均53.36％），钠、钾含量 很高，出现霞石，因钠过多，故常出现碱性暗色矿物。
变质岩的基本特征
变质岩的基本特征变质岩是岩石学中的一个重要概念，指通过地壳深部的高温、高压作用而形成的岩石。
其基本特征包括：成岩时代、成岩温度、成岩压力、岩石类型和变质作用。
下面是对这些特征的详细解释。
一、成岩时代：变质岩的成岩时代可以从它的构成物质的岩石或岩石单体上推断。
由于变质作用通常发生在时间较长的地质历史中，因此变质岩的成岩时代一般比原岩石要古老得多，可以从几亿年到几十亿年。
根据成岩时代的差异，可将变质岩分为早变质岩和晚变质岩。
二、成岩温度：成岩温度是变质岩形成的重要条件之一、变质作用是通过提高温度来改变岩石中的矿物组成和结构。
成岩温度可以根据矿物组合和矿物间的反应关系进行估算。
根据成岩温度的不同，变质岩可以分为低温变质岩（<400℃）、中温变质岩（400～550℃）和高温变质岩（>550℃）三类。
三、成岩压力：成岩压力是变质岩形成的另一个重要条件。
成岩压力会改变岩石中的矿物组成和形态，并影响岩石的结构和纹理。
成岩压力可以通过测定岩石中的矿物产物或其他形态特征进行估计。
根据成岩压力的大小，变质岩可以分为低压变质岩（<3kb）、中压变质岩（3-6kb）和高压变质岩（>6kb）三类。
四、岩石类型：变质岩的类型取决于原岩石的成分和结构，以及变质作用的强度和持续时间。
常见的变质岩类型包括片麻岩、云母片岩、石英岩、绿帘石岩、角闪片岩、石榴子石岩等。
不同的岩石类型具有不同的矿物组合、纹理和结构特征，反映了不同的成岩温度、压力和变质作用。
五、变质作用：变质作用是形成变质岩的关键过程，主要包括矿物的重结晶、熔融和固-液相变等。
这些过程可以改变岩石中的矿物组成、结构和纹理，从而形成具有新特征的变质岩。
变质作用的强度和类型取决于成岩温度、压力以及岩石类型和成分。
根据变质作用的特点，变质岩可以分为接触变质岩、区域变质岩、深变质岩和动力变质岩等。
总之，变质岩是通过地壳深部的高温、高压作用形成的岩石。
其基本特征主要包括成岩时代、成岩温度、成岩压力、岩石类型和变质作用。
第五节变质岩PPT课件(2024)
如石墨、云母、石棉等，与变质作用过程中 的温度、压力条件以及原岩成分密切相关。
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变质作用对矿产的影响
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矿物的重结晶和新生矿物的形成
变质作用可使原岩中的矿物发生重结晶，形成新的矿物组合，同时也可生成新的矿物，这 些新生矿物往往与矿产的形成密切相关。
元素的迁移和富集
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动力变质作用
断裂和剪切作用
动力变质作用主要发生在断裂带和剪 切带内，由断裂和剪切应力导致岩石 变质。
局部高温高压
动力变质作用通常伴随局部高温高压 条件，使岩石发生变质。
碎裂和糜棱化
岩石在动力变质作用下发生碎裂、糜 棱化等现象，形成碎裂岩、糜棱岩等 。
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接触变质作用
岩浆侵入
01 02
片理构造
变质岩中常见的一种构造类型，表现为岩石中矿物颗粒或碎块呈定向排 列，形成平行的片状或层状构造。片理构造反映了变质作用过程中的应 力方向和变形程度。
块状构造
变质岩中矿物颗粒或碎块无定向排列，呈均匀分布的构造类型。块状构 造的岩石通常具有较高的强度和稳定性。
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流纹构造
矿物成分和变质程度。
结构构造
观察变质岩的结构构造，如片 理、片麻理、板状构造等，有 助于判断其变质类型和程度。
矿物成分
识别变质岩中的矿物成分，特 别是特征变质矿物，如石榴子
石、绿泥石、滑石等。
岩石组合
观察变质岩与其他岩石的组合 关系，分析其成因和变质环境
。
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室内鉴定与命名
薄片鉴定
角闪石（Amphibole）
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变质作用方式
1. 重结晶作用 recrystallization 2. 变质结晶或变质反应 metamorphic crystallization and/or reaction 3. 交代作用 metasomatism 4. 变质分异作用 metamorphic differentiation 5. 变形及破碎作用 deformation and fragmentation
If CaCO3 is stable in a rock system, it should occur as calcite at temperatures and pressures below the equilibrium curve, and as aragonite at temperatures and pressures above the curve. This explains why aragonite is the stable CaCO3 polymorph commonly found in HP/LT Rocks The boundary curves have been experimentally located accurately. The presence of any polymorph may conveniently be used to set limits on the temperature and pressure conditions under which a rock formed
KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O Mus Qtz Kfs Sill v
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 Cal Qtz Wo v
这些脱水反应是划 分变质作用温度范 围，或变质程度的 主要依据。
The hydrous assemblage is always on the low-temperature side of the curve, and the evolved fluid phase is liberated as temperature increases 一般来说，流体相如水比固体相有较 大的熵值，反应熵变S>0，其体积变化 V则随压力变化而不同。在低压下（ <1-3kb），流体V值较大，这类反应 的斜率dP/dT=S/V很小，反应单变线 很缓，反应温度随压力增加而迅速增加 ；但当压力较大时（>3kb），气相很容 易被压缩V变小，反应单变线近于与 压力轴平行，反应温度不随压力变化而 变化；当反应压力很大时，V<0，这 类反应单变线变为负斜率。 脱水反应单变线与压力轴平行，因此 ，这些脱水反应是划分变质作用温度范 围，或变质程度的主要依据，通常作为 温度计。 The equilibrium curve represents equilibrium between the reactants and products under water-saturated conditions (pH2O = PLithostatic)
Grt
(1.3). Solid-Solid Net-Transfer Reactions
Examples: NaAlSi2O6 + SiO2 = NaAlSi3O8
Jd Qtz Ab
MgSiO3 ƴ + Al2SiO5
En
Opx
An
Plag
Di
And
Cpx lamella in Opx
Opx
Cpx
Song et al., 2009, GCA
Ye et al., Nature, 2000
Rutile + pyroxene exsolutions in garnet P > 5 GPa Si (Ti)+Mg (Fe2+) = 2Al Si (Ti)+Na = Al+Ca
回顾：
Metamorphism 变质作用的概念 变质作用的范畴：成岩作用－岩浆作用 变质作用的类型：8种类型 变质作用的方式：5种方式
子曰：学而时习之，不亦说乎
The Types of Metamorphism
Different approaches to classification Based on setting
(CaCO3)
(CaCO3)
A portion of the equilibrium boundary for the calcitearagonite phase transformation in the CaCO3 system.
After Johannes and Puhan (1971), Contrib. Mineral. Petrol., 31, 28-38. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
三个相的转变只受温 度和压力的控制
Al2SiO5
501℃，3.8 kbar
Phase Transformations
• Two coexisting polymorphs can coexist along the univariant boundary curve. • If we know pressure or temperature, the other parameter may then be estimated from of the equilibrium curve. • If all three Al2SiO5 polymorphs were to be found in stable coexistence, the assemblage would indicate conditions at the invariant point (ca. 500oC and 3.8 GPa)
Song et al., 2005, Am Mineral.
(1.3) 纯固态反应 (Solid-Solid Net-Transfer Reactions)
A+B=C+D
这是变质岩中最普遍的反应，如： 这类变质反应，通常受压力的控制而具有明显的体积变化， 因此在P－T图上其斜率往往平行于温度轴。 这类反应通常做为压力计。 Augite Omp 辉长岩中， 普通辉石+斜长石 = 绿辉石+ 石榴石+石英
第二章 变质反应及其控制因素
变质过程中，变质反应总是生成新的矿物相而消耗原有的矿 物相, 从而使岩石达到新的平衡。 变质作用可以根据不同的温压条件划分出不同的变质级。传 统的观念是将一种新的特征矿物相的出现作为同一变质级别 的标志。这一点在野外变质岩研究和填图时非常有效。 如果我们能够理解产生新生矿物的变质反应，发生反应的物 理条件，什么因素控制这些反应，我们就能够很好的理解变 质作用的过程。 如果具有很好的实验和理论数据，我们就可以确定一个反应 的P-T-X 空间，并限定岩石在何种条件下发生的变质
第二章 变质反应及其控制因素
第一节 变质反应的基本类型 第二节 变质反应的控制因素
第二章 变质反应及其控制因素
第一节 变质反应的基本类型
1. 固态反应
(1.1) 相转变 (Phase transformations) (1.2) 溶离反应 (出溶反应) (Exsolution) (1.3) 纯固态反应 (Solid-solid net-transfer)
Contact Metamorphism Pyrometamorphism Regional Metamorphism Orogenic Metamorphism (+ migmatism) Burial Metamorphism Ocean Floor Metamorphism Hydrothermal Metamorphism Fault-Zone Metamorphism Impact or Shock Metamorphism
4 (Mg,Fe)SiO3 + CaAl2Si2O8 =
(Mg,Fe)3Al2Si3O12 + Ca(Mg,Fe)Si2O6 + SiO2
Grt Cpx Qtz
Figure 27-1. Temperature-pressure phase diagram for the reaction: Albite = Jadeite + Quartz calculated using the program TWQ of Berman (1988, 1990, 1991). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
条纹长石：钠长石与钾 长石固溶体分离 注意与双晶的区别
高温或高压时相互混溶的固溶体矿物，在温度或压力降低 时不稳定，发生出溶，形成 2个或更多的固体矿物相。
2Ca0.5□0.5AlSi2O6 = CaAl2SiO6 + 3SiO2 Ca- Es Ca-Ts Q
Song et al., 2003, J. Metamorph Geol.
2. 脱挥发分反应 (Devolatilization Reactions) 3. 氧化还原反应 (Redox Reactions) 4. 连续反应与不连续反应 (Continuous and Discontinuous Reaction) 5. 离子交换反应 (Ion Exchange Reactions)
(1.3). Solid-Solid Net-Transfer Reactions