变质岩第二章变质岩的基本特征

来源于岩浆岩的正变质岩与来源于沉积岩 的副变质岩在化学成分上有如下差别：
1、SiO2：正变质岩为34-80%，副变质岩变化范围大，可从0 （大理岩）至95%以上（变质燧石）； 2、Al2O3：正变质岩不超过40%，副变质岩可高达90%以上 （刚玉岩）； 3、Fe2O3+FeO：正变质岩一般<15%，副变质岩可含量很高 （>30%），形成富铁岩石； 4、MnO：正变质岩含量少（<2%），副变质岩可高达20%以上 （富锰岩石）； 5、CaO：正变质岩不超过23%，但富钙的副变质岩则常见， 可达50%以上； 6、K2O/Na2O：正变质岩中K2O/Na2O<1的情况常见，副变质岩 则几乎经常是K2O/Na2O>1（K2O/Na2O可达2-3）； 7、P2O5：正变质岩中很少超过3%，而副变质岩中可>10%甚 至达40%（磷灰岩）。
变质反应及变质过程的模拟实验等方法 。
5）成因矿物学方法。
二）温度计及压力计的选择原则
1）在使用具体的地质温压计之前，要对其原理，实验条件，适用 范围，估算结果的精度进行研究，选择实验的体系与估算的变质岩的 体系尽可能地接近、精度最高的方法。 2）矿物对中元素的分配系数地质温压计，是一种简便易懂的方法。
泥质、钙质是两个副变质岩系列，而镁质变质岩 原岩主要是超基性火成岩，富镁的沉积物很少， 因此这三类变质岩原岩性质问题不大。判断长英 质和基性两类变质岩原岩性质是一个较复杂的问 题，需综合考虑地质产状、岩石组合、变余的结 构构造、岩石化学等多方面特征。当强烈的变质、 变形使得地质产状、变余结构构造破坏、消除时， 用岩石化学方法去恢复原岩更显得重要。
岩浆岩与变质岩石学
第二章 变质岩的基本特征
任课教师：严溶
联系方式：13740575@
长江大学地球科学学院 2017年10月
第一节
变质岩的物质成分
第二节 变质岩的结构和构造
第三节 变质岩的分类
1.1 变质岩的化学成分
1.1.1 体系的封闭程度
封闭体系：化学成分取决于原岩的化学成分; 开放体系：除原岩的化学成分外，还与元素
3、副矿物的粒度
1）区分原岩性质：在原始沉积岩中，碎屑副矿物的颗粒大小
决定于原始沉积岩的类型，并与沉积物的分选有关，而在火成原岩 中则没有这种规律性。
2）推断变质碎屑岩的原岩类型：分选良好的石英砂岩中，
碎屑石英与碎屑锆石的粒度之比等于1.7。这一比值接近锆石与石 英的相对密度比1.77。
由于稳定副矿物的密度彼此相近，而主要造岩矿物的密度也
4）在选择地质压力计时，都应当选择那些反应体积的改
变值大的。因为反应体积的改变值越大，压力对反应平衡的效应
越显著。对于P—T图上的单变线而言，dP／dT越小，对于估算
的压力值越可靠。对于分配系数压力计，同种的元素在两矿物间
交换反应的体积的改变值越大，其估算的压力结果越可信。 5）同时使用不同的地质温度计和压力计，对同一变质岩的 变质温压条件进行估算，估算的结果又非常接近。那么，这样一 个估算的结果就是可靠的。
对处于平衡状态的两矿物间元素的分配系数的影响因素很多，应选择
对这些影响因素的效应已考虑校正的地质温度计。 3）Fe-Mg在两矿物之间的分配系数地质温度计：镁铁重新分配的
系列：绿泥石-堇青石-黑云母-十字石-角闪石-单斜辉石-石榴石-斜方辉
石-橄榄石。在这个系列中两个矿物之间的距离越大，Fe-Mg在其间的 分配受温度的影响就越明显。
稳定矿物:在特定变质条件下新形成的矿物或虽是原岩中的
矿物，但在新的P-T条件下仍然保持稳定的矿物。
成因
不稳定矿物:指对某一变质作用的P-T条件来说是不平衡的原
岩中的矿物，因变质反应不彻底而保留下来。
稳定矿 物的稳 定范围
特征变质矿物:有些矿物稳定存在的温度和压力范围较窄，
因而能较好地反映特定的温度和压力条件。
岩浆岩、沉积岩、变 质岩中均可出现的矿 物 石英 钾长石 白云母 黑云母 绢云母 斜长石 角闪石 辉石 橄榄石 磷灰石 锆石 金红石
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
（1）层状和链状晶格的矿物较普遍，其延 展性也较大。 （2）出现一些分子排列紧密，分子体积小， 密度大的高压矿物。 （3）出现红柱石、蓝晶石、矽线石等同质 异相矿物。 （4）矿物的变形现象发育，石英，长石等 矿物常具波状消光，裂纹也较发育。 （5）斜长石的环带结构在变质岩中少见。
1.2.2 变质矿物的成因分类
贯通矿物：大部分矿物稳定存在的温度和压力范围较宽，对
温度和压力不敏感。
1.2.3 变质岩矿物成分的影响因素
原岩的化学成分和变质条件(P-T,流体等) (1) 原岩成分是决定因素，决定了变质岩可能出现何种矿 物。如，原岩为硅质石灰岩，成分为CaO、CO2、SiO2， 变质后形成大理岩——可以含有方解石、石英、硅灰石。 例如上述的硅质石灰岩，经热接触变质作用后，若=1bar T<470 C, 形成方解石+石英
辉长-辉绿岩 玄武岩 基性凝灰质砂 岩
高级变质作用
中级变质作用 低级变质作用
基性麻粒岩
斜长角闪岩 绿 片 岩
（二）等化学系列类型 按变质岩化学成分特点可分为五个等化学系列：
1. 泥质系列：化学成分特征是富铝，钾; 贫钙; 铁, 镁低; 钾 > 钠. 原岩是泥质岩石（泥岩、页岩）或火山凝灰岩.
2. 长英质系列：化学成分特征是富硅; 贫钙, 铁, 镁; 铝含量也较 低. 原岩是含长石的各种砂岩, 粉砂岩和酸性—中酸性火山岩, 花 岗岩.
对温度、压 力条件变化 敏感性减小 泥质和基性 钙质和镁质
长英质
原岩恢复
一）定义
变质岩的原岩恢复，就是将所研究的变质岩恢复到它变质前的岩
石面貌。变质岩的原岩恢复对重建变质地区的地壳发展史和找矿，都 具有重要的意义。
二）原岩类型的划分
按变质岩的原岩形成作用特点，可概略地划分为4个成因类型： 1）岩浆凝结型 包括侵入岩和熔岩。
溶的铂族元素（Pt\Pa）稳定性更大。 4. 主要造岩氧化物含量在一般变质作用中无明显变化， 基本上可视为等化学过程。

1.1.3 等化学系列概念和类型
（一）等化学系列概念 指原始总化学成分特征相同的所有变质岩。同一化学 系列变质岩中矿物组合的不同，只取决于变质作用的物理 化学条件。
图 1-1. 等化学系列概念说明图解
在变质作用过程中的行为有关.
1.1.2 元素在变质作用中的行为
1. H2O\CO2等挥发份含量变化最大，随温度升高减少。 2. 大多数亲铜元素（Cu\Pb\Zn\Ag\As\Te\Sb\Hg\Rb\Sr\Ba） 等随温度升高活动性增大，被变质热液带出带入。
3. 一些亲铁元素（Fe\Cr\Co\Ni）稳定性较大，而一些难
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
1.2 变 质 岩 的 矿 物 成 分
1.2.1 变质岩矿物成分的一般特征
1、三大岩类常见的主要造岩矿物都是长石， 石英，云母，角闪石，辉石等。 2、变质岩中特有矿物：硬绿泥石、十字石、 堇青石、 铁铝榴石、红柱石、蓝晶石、 矽线石、硅灰石等。 3、与岩浆岩中的矿物相比，变质岩中的矿 物在内部结构和结晶习性等方面，有如 下特点:
(2) 变质条件(P-T,流体等)——决定了具体何种矿物出现。
T>470 C，形成方解石、硅灰分的关系
（1）泥质变质岩
化学成分特点是Al2O3、K2O含量高，K2O、Al2O3相对含量变化 大。 矿物成分的特点是云母含量高，石英常见，两个亚类矿物成 分有明显差别： Al2O3过剩的泥质变质岩：特点是含富铝矿物（红柱石、蓝晶 石、夕线石等），中低温时无钾长石，高温时（麻粒岩相、辉石 角岩相等）出现钾长石； K2O过剩的泥质变质岩：特点是含钾长石，中低温时无富铝矿 物，高温时出现富铝矿物（夕线石、堇青石、石榴石等）。 中低温时富铝矿物与钾长石不共生，两类泥质岩矿物组合明 显不同。高温时富铝矿物与钾长石共生，两类泥质岩矿物组合相 同，仅矿物含量有差别：铝过剩的泥质变质岩富铝矿物含量高、 钾长石少；钾过剩的泥质变质岩则相反，钾长石高而富铝矿物少。
2）岩相学
3）岩石化学 4）地球化学及副矿物。
（一）地质产状和岩石组合标志
原岩恢复是从野外观察研究其地质产状和岩石组合开始。
内容包括：
1）变质岩体形状：层状、块状？
2）与围岩接触关系：渐变、突变、整合、斜切？
3）接触边：有无接触变质和冷凝边， 4）有无岩浆通道， 5）岩石自然组合是否显示沉积韵律等。
（二）岩相学标志
1、变余结构构造
变余结构构造是恢复原岩性质最可靠的证据之一。 1） 岩浆凝结型原岩常见变余辉长结构、变余辉绿结构。
2）变质熔岩可出现变余斑状、变余气孔、变余杏仁和变余流纹。
3）火山沉积型原岩可残存各种火山碎屑结构。
4）正常沉积型原岩常见变余砂砾状结构、变余层理构造等。
2、变质岩矿物成分
2）火山沉积型
3）混合沉积型 4）正常沉积型
正常火山碎屑岩。
沉积火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩。 碎屑沉积岩和化学-生物化学沉积岩。
岩浆凝结型是典型的正变质岩，正常沉积型是典型的副变质岩。
其余两个类型为过渡类型。
三）原岩恢复的标志
恢复原岩除要查明变质岩的原岩性质(成因类型)外，还应尽可能 恢复原岩的岩石类型。恢复原岩的标志主要有4个方面： 1）地质产状和岩石组合
近似。因此，将变质碎屑岩中碎屑副矿物的粒度乘以1.7，即可得 到原岩粒度的估计值，间接推断原岩类型。
地质温度计和地质压力计
一）概念
根据岩石的矿物成分、化学成分及结构构造特征，半定量或定
量地估算矿物或岩石平衡共生时的温度、压力条件的方法，就称之 为地质温度计或地质压力计。变质岩的地质温度计和压力计有： 1）根据变质反应，用热力学p-T-成分之间的函数关系估算T和P。 2）矿物对之间元素分配系数地质温度计及压力计。 3）成岩格子法圈定变质温度及压力范围的方法。 4）实验岩石及实验矿物学的方法，包括： 矿物包裹体测温法；
（三）岩石化学和地球化学标志
变质岩研究表明，除伴有强烈交代作用的变质岩(气-液变质岩、
混合岩)外，一般变质岩的变质作用过程基本上是等化学的，原岩 的化学性质在常量元素和微量元素含量方面均无明显变化。 岩石化学和地球化学方法已成为恢复变质岩原岩的重要手段， 特别是当地质产状和变余结构构造完全消失时，更有意义。
变质岩的矿物成分是原岩化学成分的反映，特别是深变质条件
下，变余结构构造罕见时，矿物成分成了主要的岩相学标志。
掌握五大化学类型岩石的矿物成分特点有助于恢复原岩。
如果通过矿物成分特点确定了所研究变质岩属五大类中的泥质
或富钙岩石，则原岩沉积性质可知。即尚不能了解其原岩性质，但 也可以使原岩考虑范围大为缩小。
正常沉积和过渡型原岩，其所含副矿物组合情况较复杂。它一方
面与形成原岩的物源地有关，另一方面又与原始沉积分异有关。
2、副矿物的标型特征
主要有晶形、颜色、光泽、磨圆程度、延长系数。 1）晶形完整、晶棱清晰是岩浆凝结原岩中的副矿物特点， 2）有一定磨圆；分选不好的副矿物，可能是火山-沉积成因； 3）磨圆显著、分选良好，表面粗糙无光泽和凸凹不平、有擦痕等 是沉积成因。
3. 钙质系列：化学成分特征是富钙, 镁; 铝, 铁, 硅含量较低且 变化范围大. 原岩为石灰岩和白云岩.
4. 基性系列：化学成分特征是贫硅; 富铁, 镁, 钙; 钠 > 钾；含一定量的铝. 原岩是基性火山岩; 火 山碎屑岩; 辉长-辉绿岩; 铁质白云质泥灰岩; 基性 岩屑砂岩等. 5. 镁质系列：化学成分特征是 富铁, 镁; 贫钙,铝, 硅. 原岩是超基性侵入岩; 超基性火山岩和极富镁 的沉积岩
（四）副矿物
变质岩中某些副矿物如锆石、独居石、磷钇矿，金红石等，来 自原岩，且在变质作用过程中比较稳定，其原始大小、形状等特征
可以保留至角闪岩相甚至麻粒岩相。因此，副矿物的种类、组合，
含量、标型特征、粒度等可作为恢复原岩的依据。
1、副矿物的种类及含量
岩浆凝结的和火山碎屑的原岩，磁铁矿、榍石、磷灰石等多出现 于基性火山岩中，锆石、独居石、磷钇矿等多见于酸性火山岩中。