地球科学概论第八章 变质作用与变质岩

第八章变质作用与变质岩

第一节变质作用

1、变质作用概述

变质作用：岩石在固体状态下，由于温度、压力及化学活动性流体作用，发生矿物成分、化学成分和结构、构造变化的作用。

经变质作用形成的岩石称变质岩。

变质岩由原有岩石变化而来,变质岩的前身，称为变质岩的原岩。变质岩原岩可以是火成岩，也可以是沉积岩和变质岩。

变质作用与岩浆作用和沉积作用

岩石的变质与温度有关，但温度作用并未使原岩发生熔融。若原岩受热熔融变为岩浆，然后冷凝结晶，则属岩浆作用范畴，形成的岩石为火成岩。

另一方面，引起变质作用需要一定温度和压力条件，与沉积作用不同，一般发生于地表以下一定深度。

一、变质作用的主要因素

温度

压力

化学活动性流体

（一）温度

温度是引起变质的基本因素。岩石在较高温度下，增强了矿物中原子、离子的活动性，使一系列变质反应发生。如非晶质变为晶质，由结晶细小变为结晶粗大，一种矿物转变为另一种矿物等。

变质作用发生温度范围一般在200~800℃。高温岩石将熔融，低温属成岩作用。

变质温度的主要来源：

地热－地下温度随深度增大而增高（地壳深部）。

岩浆热－岩浆侵入引起围岩变质作用（侵入体附近）。

地下高温区通常在：地壳断块之间的相互错动和挤压,在局部产生热量(断裂活动带),引起变质。

（二）压力

静压力：上覆岩石重量引起。各向同性使得矿物中原子、离子和分子间间距减小，促使矿物结构改变，形成密度大，体积小的新矿物。

定向压力：作用于岩石的侧向挤压力，有方向性，作用结果使岩石结构、构造发生变化，形成矿物定向排列特征。与构造运动有关，特别出现在造山带或构造带断裂带。

（三）流体

化学活动性流体以H2O和CO2为主，含有活动性元素（F、Cl、B、F等）。流体在一定温度和压力条件下参与变质反应，造成岩石中元素的带入和带出，改变岩石的化学组分。

流体来源：岩石裂隙中液体；矿物结构中水；岩浆中热气和热液；地壳深部热液。

温度、压力、化学活动性流体

变质作用过程中各种因素相互配合。不同地质条件下引起变质作用主导因素不同，因而显出不同的变质特征。如：

岩浆侵入体周围，温度和流体是引起变质的主导因素；

构造活动带，定向压力促使岩石发生破碎和变质；大面积区域变质作用是温度、压力和化学活动性流体综合作用的结果。

二、变质作用方式:

重结晶作用：同种矿物晶粒由小变大的作用过程。如：

石灰岩－大理岩；石英砂岩－石英岩。

变质结晶作用：在固体状态下原有矿物成分通过变质反应形成新生矿物组合。如：方解石＋石英硅灰石＋CO2↑

变质分异作用：成分均匀的岩石经变质作用，形成暗色矿物与浅色矿物定向排列，如片岩和片麻岩。

交代作用：化学活动性流体与原岩化学组分之间发生置换作用，改变原岩矿物成分和结构构造。如钾长石经交代形成钠长石。

碎裂作用：较高温度和静压力条件下（深部），岩石受构造应力作用，以塑性变形为主。但在地壳浅部低温低压条件下，多数岩石具脆性。分别形成断层角砾岩、压碎岩和糜棱岩等动力变质岩。

2、变质作用中原岩的变化

物质成分变化——矿物成分和化学成分

原岩矿物组分在温度、压力和流体作用下，经变质作用，形成新的矿物组合。如，

Al4[Si4O10][OH]8 →2Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2O

(高岭石) （红柱石）（石英）

变质条件：500℃±

物质成分的变化——体积和比重

体积大、比重小的矿物转变为体积小、比重大的矿物，主要变质条件是压力。

物质成分的变化－流体作用

由于流体参与，交代作用使岩石固体状态下发生矿物成分和化学成分变化。流体在岩石空隙中渗透和扩散，与岩石的相互作用是变质作用发生的重要条件。如，K[AlSi3O8] + Na+ Na[AlSi3O8] + K+

(钾长石) (钠长石)

变质矿物

特征变质矿物：石榴子石、红柱石、蓝晶石、夕线石、硅灰石、滑石、蓝闪石、十字石、蛇纹石、透辉石、石墨，等。

共有矿物：石英、长石、云母，等。

自生矿物：粘土矿物、蛋白石和玉髓、石膏和硬石膏等，形成于地表环境，变质岩中少见。

变质结构－变晶结构

等粒变晶结构：粗粒变晶结构>3 mm

中粒变晶结构1-3 mm

细粒变晶结构0.1-1 mm

显微变晶结构<0.1 mm

不等粒变晶结构：变晶大小不等，连续变化。

斑状变晶结构：粗大者变斑晶，细小者基质。

变晶结构和变余结构

粒状变晶结构：石英、长石、方解石；

鳞片变晶结构：白云母、黑云母、绿泥石；

纤状变晶结构：阳起石、硅灰石、透闪石；

变余结构：变质程度浅保留的原岩结构。在原岩的结构名称前冠以“变余”两字，如：变余斑状结构、变余砂状结构。

变质构造

斑点构造：炭质、硅质、铁质、红柱石等斑点状分布，基质隐晶质；

板状构造：岩石具平行、密集、平坦的破裂面，岩石易分裂成薄板状；

片状构造：片状和长条状矿物呈连续平行定向排列，形成密集片理面。

片麻状构造（变质岩中常见构造）：片、柱状矿物定向排列,粒状矿物断续定向排列。

块状构造：矿物均匀分布，无定向排列。

变余构造：变质岩中残留的原岩构造。如，变余气孔构造、变余杏仁构造等。

几个概念：

正变质岩－火成岩经变质作用形成；

副变质岩－原岩为沉积岩的变质岩；

复变质岩－经过多次变质作用的变质岩。

第二节变质作用类型及其岩石

变质作用类型有：

接触变质作用

动力变质作用

区域变质作用

混合岩化作用

（1）接触变质作用：火成岩与围岩接触带上，由热量及活动性流体引起的变质作用。

变质环境低压高温。据引起变质的主导因素不同：

热接触变质作用：温度；

主要变质岩：粘土岩、凝灰岩－斑点板岩

粘土岩、粉砂岩－角岩

石英砂岩－石英岩

石灰岩－大理岩

接触交代变质作用：化学活动性流体。

主要变质岩：矽卡岩

角岩

又称角页岩，是一种变质岩，是具有细粒粒状变晶结构和块状构造的中高温热接触变质岩石的统称。

原岩主要为粘土岩、粉砂岩、火成岩和各种火山碎屑岩。变质后全部重结晶，一般不具有变余结构。

大理岩

主要由方解石、白云石组成，粒状变晶结构，块状构造。纯净大理岩几乎不含杂质，洁白似玉，称汉白玉。

矽卡岩

碳酸盐岩与中酸性侵入岩接触。矽卡岩中常伴有某些金属矿物形成，并聚集成矿体。常见磁铁矿、黄铜矿、辉铜矿、闪锌矿、白钨矿等，具重要价值。

（2）区域变质作用

定义：区域范围内由温度、压力、化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。影响范围达数万平方公里，影响深度达30 km以下。

变质条件中，除静压力以外，定向压力(构造应力)也起重要作用。由构造运动所造成的破裂面，成为热和流体向围岩渗透的良好通道，为变质作用创造条件。