普通地质学ecit05第五章 变质作用与变质岩
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在广大范围内发生并由温度、压力及化学活动性流体等 多种因素，共同引起的一种变质作用。其范围可达数千至数万 平方公里，影响深度可达30 km以上，温度在200～800℃之间, 静压力随深度不同变化在几十到一千多兆帕斯卡之间。 变质作用的方式包括重结晶作用、变质结晶作用和交代作
用等多种，其中尤其以变质结晶作用最为普遍。
（3）岩浆（液）水：从岩浆中分离出的挥发性组分；
（4）深部热液：从地下深处分异上升的深部热液等。
Time
The chemical reactions involved in metamorphism, along with recrystallization, and growth of new minerals are extremely slow processes. Laboratory experiments suggest that the longer the time available for metamorphism, the larger are the sizes of the mineral grains produced. Thus, coarse grained metamorphic rocks involve long times of metamorphism. Experiments suggest that the time involved is millions of years.
在岩浆岩体与围岩接触 带上，主要由岩浆活动所带
来的热量及活动性流体所引
起的变质作用。 接触变质作用的主要变质
因素是温度及化学活动性流
体，压力居次要地位。接触 变质作用的温度较高，一般
为300～800℃。
变质晕：接触变质作用围绕岩体周围发生，且离侵入体越近变质 作用越强，远离侵入体则减弱直至完全没有变质现象，因而形成 一个以岩体为中心、变质程度向外减弱的环带状接触变质带，称 为变质晕。 变质晕的宽度一般为几米至1-2km,这种变化主要受侵入体的 规模、产状、成分、温度以及围岩的性质等因素控制。
二、动力变质作用(Dynamic Metamorphism)
是指在构造运动所产生的定向压力作用下,岩石发生的 破碎、变形以及伴随的重结晶等的作用。 这种变质作用主要发生在构造运动使相邻的两个岩石块
体之间发生相对运动时的接触带上，这种接触带被称为断裂
带或断层带，所以，动力变质作用又被称为断裂（或断层） 变质作用。
二、引起（控制）变质作用的因素 Factors that Control Metamorphism
（1）内因：原有岩石的性质
（2）外因：温度、压力及化学活动性流体
温 度（Temperature）
温度是引起岩石变质的主要因素。 其作用是提供变质作用所需要的能量，促使一系列的化 学反应和结晶作用得以进行； 同时温度增高还可使矿物的溶解度加大，增强了流体的 渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程。
HEAT Most important factor in driving metamorphism. Accelerates the pace of most chemical reactions. Heat increases with depth in the Earth Thermal Gradient 20-30C/kilometer depth 74 F/mile depth
四、变质作用的基本规律
(1)变质作用的时间演化规律
●古老的岩石（前寒武纪、5亿年以前）一般都发生了变质， 而且变质较深，常常发生过多次变质，如秦岭地区的岩石普遍 发生过3次变质作用。 ●古生代的变质作用呈条带分布，中新生代变质作用作用发 生在板块结合部位，如海沟—岛弧等。 ●现代变质作用发生在洋脊、海沟地区。
可分为静压力和定向压力 静压力(Static Presure)：是由上覆岩石的重量引起的压力。 它具有均向性，促使矿物内部结构改变，形成密度大、体积 小的新矿物。 定向压力(Directional Presure)：又叫构造应力，为构造运动 所产生的。特点是具有方向性，是由于压力只作用于一定的方向 上，因而使岩石在不同方向上产生了压力差。 它可以引起矿物的压溶作用，导致原岩发生矿物的重新分异 与聚集，造成矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，从 而改造了原岩的结构与构造。
发生的深度大，一般大于10 km；压力大，一般300～ 1000MPa，甚至可更高，并且伴有强的构造动压力作用； 温度较低， 一般只有200～400℃；局部或暂时性的地温梯 度很低，一般7～16℃/km，平均只有10℃/km左右。
泥质岩板岩千枚岩片岩片麻岩麻粒岩。
中酸性的岩浆岩片麻岩和麻粒岩。 基性的岩浆岩片岩和角闪片岩。
新岩石的过程。 由变质作用所形成的新岩石称为变质岩(Metamorphic Rock)。 新形成的岩石无论是岩石的矿物成分，还是结构、构造，均 可与原岩不同。 变质作用与岩浆作用和风化作用的区别： 岩浆作用是高温、高压，使原岩从固态转变成熔融的液态后。 风化作用是地表岩石在常温、常压下，主要由外动力引起的各 种变化。
三、变质作用的方式
重结晶作用 指岩石在固态状态下，同一种矿物经过有限的颗 粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成较粗大颗粒的作用， 在这一过程中矿物成分不发生变化。 例如 石灰岩（CaCO3) 温度 大理岩（CaCO3） 变质结晶作用 指在原岩总体化学成分基本不变化的条件下， 形成新矿物或新矿物组合的作用。 例如 高岭石 >350℃ 叶腊石 交代作用 指化学活动性强的流体与固体岩石之间发生物质臵 换与交换作用，产生新矿物，岩石总体化学成分发生变化。 例如 KAlSi3O8(钾长石)+Na+ NaAlSi3O8 (钠长石) +K+
(2)变质作用的空间分布规律
★在大陆内部常分布有古老的变质岩系，外形呈浑圆状， 构成大陆核心，岩石变质程度深，以片岩、片麻岩为主； ★在巨大山系中常有呈条带状分布的变质岩，它们构成山 脉的核心。如；秦岭山脉、天山山脉、祁连山脉、喜玛拉雅 山山脉。 ★ 环太平洋周围、洋中脊分布有大量变质岩。在环太平洋 俯冲带具有双变质带的特征（海沟一侧为高压变质带，向大 陆一侧发育低压变质带）
5.3.1 一般特征
一、化学成分特征
主要与原岩有关，包括两种情况：
（1）等化学变质：岩石变质前后的化学成分基本不变，如
石灰岩-大理岩。
（2）异化学变质：岩石变质前后化学成分有显著改变，如 矽卡岩。
二、变质矿物特征
决定于原岩的矿物成分和变质作用的类型和强度。
（1）变形显著（弯曲、破碎、裂纹、波状消光等）； （2）片状、柱状、针状矿物发育(绿泥石、云母、角闪石等)； （3）同质多象变质矿物较发育（如兰晶石、 红柱石、矽线石 化学成分都是Al2O3.SiO2 ）；
动力变质作用主要发生在相邻的两个岩石块体之间发生相 对错动的接触面附近。这种接触面被称为断层或断裂带。 动力变质带的宽度可从几厘米到几公里，大型的甚至可达 几十公里；动力变质带的长度一般几公里到几百公里，大型的 长达1 000 km以上。
三、区域变质作用(Regional Meห้องสมุดไป่ตู้amorphism)
化学流体
以H2O、CO2为住，其次是O2、F2、Cl2、B等挥发性 物质。化学活动性流体可以促使矿物组分的溶解和迁移， 引起原岩物质成分的变化；即流体本身也积极参与了 变质作用的各种化学反应。 此外，流体的存在还会大大降低岩石的重熔温度，使 变质作用的高温界限变低。
化学活动性流体来源
（1）孔隙（液）水：岩石空隙中原存的； （2）结构（液）水：变质过程中从矿物结构中析出的H２O及 CO２等挥发性物质；
PRESSURE More pressure is exerted on rocks at depth than at Earth’s surface. LITHOSTATIC or CONFINING PRESSURE pushes on rocks in all directions. Grains become smaller and denser at depth.
石灰岩大理岩，
石英砂岩石英岩。
四、混合岩化作用(Migmatization)
介于变质作用和岩浆作用之间的一种地质作用。是由变 质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用。
其主要特征：原岩局部或部分重熔的熔体物质与尚未重熔
的固态物质发生互相交插与混合，通常是区域变质作用在地热 流增高条件下进一步发展的结果。
Rocks at depth are always at higher temperature. Rocks and minerals that form there are stable.
变质作用的温度范围一 般介于（150）200℃～800 （900） ℃之间。
低于此温度，就属于固 结成岩作用（沉积岩）。 一旦温度高到使原岩熔 融，那么就进入到岩浆作 用的范畴。因此，变质作 用基本上在固态下进行。
5.2 变质作用的基本类型
变质作用发生的地质条件是极其复杂多样的，一般 根据变质作用发生的地质背景和物理、化学条件，将变
质作用划分为以下四种主要类型：
一、接触变质作用 二、动力变质作用 三、区域变质作用
四、混合岩化作用
变质作用的主要类型及发生位臵
一、接触变质作用（Contact Metamorphism）
第五章 变质作用与变质岩
Metamorphism and Metamorphic Rocks
5.1 变质作用及其影响因素
5.2 变质作用的基本类型
5.3 变质岩 5.4 地壳中三大类岩石的演变
5.1 变质作用及其影响因素
一、变质作用(Metamorphism)概念
指原岩基本上在固态下，主要由内动力的作用使其变成另一种
导致岩石温度升高的主要原因有： ①岩浆的侵入作用使其围岩温度升高；
②当地壳浅部的岩石进入更深部时,由于地热增温使原
岩的温度升高; ③由深部热流上升所带来的热量使岩石的温度升高; ④岩石遭受机械挤压或破裂错动时由机械能转化的热 量使岩石的温度升高，这种热量一般较小或较局限。
压 力(Presure)
区域变质作用按压力可分为3种类型：低压区域 变质作用、中压区域变质作用、高压区域变质作用
（1）低压区域变质作用
发生的深度较浅，一般小于15km；压力较小，一般为
200～400MPa；温度通常较高，可高达600℃以上；局部或 暂时性的地温梯度很高，约25～60℃/km，通常属于高热
流或地热异常区。
（2）中压区域变质作用 发生的深度较大，一般大于10km；压力也较大，一般 300～800MPa；区域地温梯度中等，一般16～25℃/km，平 均20℃/km；温度随深度不同而不同，一般为300～600℃。 （3）高压区域变质作用
PRESSURE
Pressure may be greater in some directions. DIRECTED PRESSURE Flattens rock in the direction at which the greatest pressure is applied. Lengthens rock in the direction to the greatest pressure.
（4）含有较多包裹体。
变质岩的标志性矿物： 兰晶石、 红柱石、石榴子石、蓝闪石、 绿泥石、透闪石、滑石、硅灰石、蛇纹石、石墨等。
三、变质岩的结构
（1）变晶结构（Crystalloblastic Texture） 由原岩重结晶而成的变质岩，具有结晶质结构，统称变晶结构。如粒 状变晶结构、斑状变晶结构、鳞片状变晶结构、角岩结构 （2）碎裂结构 又称压碎结构，是动力变质岩常有的一种结构 （3）变余结构(Palimpsest Texture) 变质岩中残留的原来的岩石的结构。如变余斑状结构、变余砾状结构。 （4） 交代结构 交代作用所形成的各种结构的总称。如交代假象结构、交代残留结构等。
混合岩化作用形成的岩石称混合岩。
混合岩化作用的高级阶段为花岗岩化作用，整个岩石成为 一种均质花岗质岩石，这种花岗岩叫混合花岗岩（Migmatic
Grantie）。
BURIAL METAMORPHISM
SHOCK METAMORPISM
Stishovite Coesite
5.3 变质岩(Metamorphic Rock )
用等多种，其中尤其以变质结晶作用最为普遍。
（3）岩浆（液）水：从岩浆中分离出的挥发性组分；
（4）深部热液：从地下深处分异上升的深部热液等。
Time
The chemical reactions involved in metamorphism, along with recrystallization, and growth of new minerals are extremely slow processes. Laboratory experiments suggest that the longer the time available for metamorphism, the larger are the sizes of the mineral grains produced. Thus, coarse grained metamorphic rocks involve long times of metamorphism. Experiments suggest that the time involved is millions of years.
在岩浆岩体与围岩接触 带上，主要由岩浆活动所带
来的热量及活动性流体所引
起的变质作用。 接触变质作用的主要变质
因素是温度及化学活动性流
体，压力居次要地位。接触 变质作用的温度较高，一般
为300～800℃。
变质晕：接触变质作用围绕岩体周围发生，且离侵入体越近变质 作用越强，远离侵入体则减弱直至完全没有变质现象，因而形成 一个以岩体为中心、变质程度向外减弱的环带状接触变质带，称 为变质晕。 变质晕的宽度一般为几米至1-2km,这种变化主要受侵入体的 规模、产状、成分、温度以及围岩的性质等因素控制。
二、动力变质作用(Dynamic Metamorphism)
是指在构造运动所产生的定向压力作用下,岩石发生的 破碎、变形以及伴随的重结晶等的作用。 这种变质作用主要发生在构造运动使相邻的两个岩石块
体之间发生相对运动时的接触带上，这种接触带被称为断裂
带或断层带，所以，动力变质作用又被称为断裂（或断层） 变质作用。
二、引起（控制）变质作用的因素 Factors that Control Metamorphism
（1）内因：原有岩石的性质
（2）外因：温度、压力及化学活动性流体
温 度（Temperature）
温度是引起岩石变质的主要因素。 其作用是提供变质作用所需要的能量，促使一系列的化 学反应和结晶作用得以进行； 同时温度增高还可使矿物的溶解度加大，增强了流体的 渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程。
HEAT Most important factor in driving metamorphism. Accelerates the pace of most chemical reactions. Heat increases with depth in the Earth Thermal Gradient 20-30C/kilometer depth 74 F/mile depth
四、变质作用的基本规律
(1)变质作用的时间演化规律
●古老的岩石（前寒武纪、5亿年以前）一般都发生了变质， 而且变质较深，常常发生过多次变质，如秦岭地区的岩石普遍 发生过3次变质作用。 ●古生代的变质作用呈条带分布，中新生代变质作用作用发 生在板块结合部位，如海沟—岛弧等。 ●现代变质作用发生在洋脊、海沟地区。
可分为静压力和定向压力 静压力(Static Presure)：是由上覆岩石的重量引起的压力。 它具有均向性，促使矿物内部结构改变，形成密度大、体积 小的新矿物。 定向压力(Directional Presure)：又叫构造应力，为构造运动 所产生的。特点是具有方向性，是由于压力只作用于一定的方向 上，因而使岩石在不同方向上产生了压力差。 它可以引起矿物的压溶作用，导致原岩发生矿物的重新分异 与聚集，造成矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，从 而改造了原岩的结构与构造。
发生的深度大，一般大于10 km；压力大，一般300～ 1000MPa，甚至可更高，并且伴有强的构造动压力作用； 温度较低， 一般只有200～400℃；局部或暂时性的地温梯 度很低，一般7～16℃/km，平均只有10℃/km左右。
泥质岩板岩千枚岩片岩片麻岩麻粒岩。
中酸性的岩浆岩片麻岩和麻粒岩。 基性的岩浆岩片岩和角闪片岩。
新岩石的过程。 由变质作用所形成的新岩石称为变质岩(Metamorphic Rock)。 新形成的岩石无论是岩石的矿物成分，还是结构、构造，均 可与原岩不同。 变质作用与岩浆作用和风化作用的区别： 岩浆作用是高温、高压，使原岩从固态转变成熔融的液态后。 风化作用是地表岩石在常温、常压下，主要由外动力引起的各 种变化。
三、变质作用的方式
重结晶作用 指岩石在固态状态下，同一种矿物经过有限的颗 粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成较粗大颗粒的作用， 在这一过程中矿物成分不发生变化。 例如 石灰岩（CaCO3) 温度 大理岩（CaCO3） 变质结晶作用 指在原岩总体化学成分基本不变化的条件下， 形成新矿物或新矿物组合的作用。 例如 高岭石 >350℃ 叶腊石 交代作用 指化学活动性强的流体与固体岩石之间发生物质臵 换与交换作用，产生新矿物，岩石总体化学成分发生变化。 例如 KAlSi3O8(钾长石)+Na+ NaAlSi3O8 (钠长石) +K+
(2)变质作用的空间分布规律
★在大陆内部常分布有古老的变质岩系，外形呈浑圆状， 构成大陆核心，岩石变质程度深，以片岩、片麻岩为主； ★在巨大山系中常有呈条带状分布的变质岩，它们构成山 脉的核心。如；秦岭山脉、天山山脉、祁连山脉、喜玛拉雅 山山脉。 ★ 环太平洋周围、洋中脊分布有大量变质岩。在环太平洋 俯冲带具有双变质带的特征（海沟一侧为高压变质带，向大 陆一侧发育低压变质带）
5.3.1 一般特征
一、化学成分特征
主要与原岩有关，包括两种情况：
（1）等化学变质：岩石变质前后的化学成分基本不变，如
石灰岩-大理岩。
（2）异化学变质：岩石变质前后化学成分有显著改变，如 矽卡岩。
二、变质矿物特征
决定于原岩的矿物成分和变质作用的类型和强度。
（1）变形显著（弯曲、破碎、裂纹、波状消光等）； （2）片状、柱状、针状矿物发育(绿泥石、云母、角闪石等)； （3）同质多象变质矿物较发育（如兰晶石、 红柱石、矽线石 化学成分都是Al2O3.SiO2 ）；
动力变质作用主要发生在相邻的两个岩石块体之间发生相 对错动的接触面附近。这种接触面被称为断层或断裂带。 动力变质带的宽度可从几厘米到几公里，大型的甚至可达 几十公里；动力变质带的长度一般几公里到几百公里，大型的 长达1 000 km以上。
三、区域变质作用(Regional Meห้องสมุดไป่ตู้amorphism)
化学流体
以H2O、CO2为住，其次是O2、F2、Cl2、B等挥发性 物质。化学活动性流体可以促使矿物组分的溶解和迁移， 引起原岩物质成分的变化；即流体本身也积极参与了 变质作用的各种化学反应。 此外，流体的存在还会大大降低岩石的重熔温度，使 变质作用的高温界限变低。
化学活动性流体来源
（1）孔隙（液）水：岩石空隙中原存的； （2）结构（液）水：变质过程中从矿物结构中析出的H２O及 CO２等挥发性物质；
PRESSURE More pressure is exerted on rocks at depth than at Earth’s surface. LITHOSTATIC or CONFINING PRESSURE pushes on rocks in all directions. Grains become smaller and denser at depth.
石灰岩大理岩，
石英砂岩石英岩。
四、混合岩化作用(Migmatization)
介于变质作用和岩浆作用之间的一种地质作用。是由变 质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用。
其主要特征：原岩局部或部分重熔的熔体物质与尚未重熔
的固态物质发生互相交插与混合，通常是区域变质作用在地热 流增高条件下进一步发展的结果。
Rocks at depth are always at higher temperature. Rocks and minerals that form there are stable.
变质作用的温度范围一 般介于（150）200℃～800 （900） ℃之间。
低于此温度，就属于固 结成岩作用（沉积岩）。 一旦温度高到使原岩熔 融，那么就进入到岩浆作 用的范畴。因此，变质作 用基本上在固态下进行。
5.2 变质作用的基本类型
变质作用发生的地质条件是极其复杂多样的，一般 根据变质作用发生的地质背景和物理、化学条件，将变
质作用划分为以下四种主要类型：
一、接触变质作用 二、动力变质作用 三、区域变质作用
四、混合岩化作用
变质作用的主要类型及发生位臵
一、接触变质作用（Contact Metamorphism）
第五章 变质作用与变质岩
Metamorphism and Metamorphic Rocks
5.1 变质作用及其影响因素
5.2 变质作用的基本类型
5.3 变质岩 5.4 地壳中三大类岩石的演变
5.1 变质作用及其影响因素
一、变质作用(Metamorphism)概念
指原岩基本上在固态下，主要由内动力的作用使其变成另一种
导致岩石温度升高的主要原因有： ①岩浆的侵入作用使其围岩温度升高；
②当地壳浅部的岩石进入更深部时,由于地热增温使原
岩的温度升高; ③由深部热流上升所带来的热量使岩石的温度升高; ④岩石遭受机械挤压或破裂错动时由机械能转化的热 量使岩石的温度升高，这种热量一般较小或较局限。
压 力(Presure)
区域变质作用按压力可分为3种类型：低压区域 变质作用、中压区域变质作用、高压区域变质作用
（1）低压区域变质作用
发生的深度较浅，一般小于15km；压力较小，一般为
200～400MPa；温度通常较高，可高达600℃以上；局部或 暂时性的地温梯度很高，约25～60℃/km，通常属于高热
流或地热异常区。
（2）中压区域变质作用 发生的深度较大，一般大于10km；压力也较大，一般 300～800MPa；区域地温梯度中等，一般16～25℃/km，平 均20℃/km；温度随深度不同而不同，一般为300～600℃。 （3）高压区域变质作用
PRESSURE
Pressure may be greater in some directions. DIRECTED PRESSURE Flattens rock in the direction at which the greatest pressure is applied. Lengthens rock in the direction to the greatest pressure.
（4）含有较多包裹体。
变质岩的标志性矿物： 兰晶石、 红柱石、石榴子石、蓝闪石、 绿泥石、透闪石、滑石、硅灰石、蛇纹石、石墨等。
三、变质岩的结构
（1）变晶结构（Crystalloblastic Texture） 由原岩重结晶而成的变质岩，具有结晶质结构，统称变晶结构。如粒 状变晶结构、斑状变晶结构、鳞片状变晶结构、角岩结构 （2）碎裂结构 又称压碎结构，是动力变质岩常有的一种结构 （3）变余结构(Palimpsest Texture) 变质岩中残留的原来的岩石的结构。如变余斑状结构、变余砾状结构。 （4） 交代结构 交代作用所形成的各种结构的总称。如交代假象结构、交代残留结构等。
混合岩化作用形成的岩石称混合岩。
混合岩化作用的高级阶段为花岗岩化作用，整个岩石成为 一种均质花岗质岩石，这种花岗岩叫混合花岗岩（Migmatic
Grantie）。
BURIAL METAMORPHISM
SHOCK METAMORPISM
Stishovite Coesite
5.3 变质岩(Metamorphic Rock )