变质作用与变质岩

1、第六章变质作用和变质岩教学目的与要求本章主要讲解变质作用的原理（概念、变质作用因素、方式）；变质作用类型（接触热变质、动力变质、气一液变质、区域变质、混合岩化）；变质岩的特征（物质成分、结构、构造）；变质岩的分类（接触变质岩类、气-液变质岩类、动力变质岩类、区域变质岩类、混合岩类）。重点：要求理解变质作用概念，不同变质岩形成过程，主要变质岩的特征。第一节变质作用的概述一、变质作用的概念岩石在基本上处于固体状态下，受到温度、压力及化学活动性流体的作用，发生矿物成分、化学成分、岩石结构与构造变化的地质作用，称为变质作用。变质作用的特点：岩石在基本上处于固态岩石基本未发生熔融岩石未失去其完整性1 .

2、变质作用与沉积作用的区别何在？松散沉积物随地壳的下沉，在温度、压力作用下，失水、固结成岩后，随温度、压力的进一步增高，可改变原沉积岩的矿物成分和结构构造，而变成变质岩，即沉积岩可逐渐过渡为变质岩，那末沉积岩的形成作用与变质作用的界限何在？归纳起来，有三点不同：（1）作用因素的来源不同引起变质作用因素主要来自于地球内部；沉积作用主要与地球外部因素有关。（2）作用发生的深度不同变质作用发生在地壳的一定深度之下；沉积作用发生在地壳的表层。（3）作用时的温度与压力不同引起变质作用所需的温度、压力较高；沉积岩的形成作用发生时的温度、压力均较低。2 .变质作用与岩浆作用的区别？当引起变质作用的温度很高，达

3、到了岩石的熔点，使岩石完全熔化时，变质作用就转变成岩浆作用。界限在于：变质作用时岩石基本处于固体状态、可能出现局部熔融，但并未失去其整体性；当岩石基本被熔融，呈液态时，成为岩浆作用。二、引起变质作用的因素引起变质作用的因素有温度、压力及化学活动性流体。（一）温度1 .变质作用发生的温度由150180C（或180-230C）至IJ800-900Co低于这个温度属沉积岩的固结成岩作用，高于这个温度岩石熔融，属岩浆作用。2、变质温度的来源（1）地热#地热增温率为30C/km。#埋深到5000米以上，就会发生变质作用。（2）岩浆热高温的岩浆熔融体侵入地壳中，可使周围岩石变质。（3）断层摩擦热岩层产生断

4、裂，断块互相错动、挤压产生高温，可使断裂面两侧的岩石变质。（二）压力：静压力、流体压力和定向压力1 .静压力：上覆岩石重量引起的压力，随深度增加而增大，静压力对岩石的作用力各向相等，其数值等于上覆岩石的重量。例如基性岩中的钙长石（密度2.76）和橄榄石（密度3.3）在高压下形成石榴子石（密度3.54.3）。2 .流体压力：静压力在岩层中不仅仅是通过岩石的固体质点来传递，并且通过岩层孔隙中的流体来传递，这种压力称为流体压力。当岩石处于密闭状态时岩石的全部重量都传递给封闭在岩石内的流体，这时流体压力值等于静压力值。当岩层裂隙时中有互相连通的裂隙时，即成为开放系统时，流体压力仅为其本身的重量，显然要

5、比静压力值小。（三）化学活动性流体主要包括：水和二氧化碳为主的富含多金属和非金属元素及氧、氟、氯、硼、磷等挥发性组分。主要来自：岩浆或深层热水溶液，也可能存在于矿物粒间孔隙之中。三、变质作用方式1 .重结晶作用-岩石在固态条件下发生重结晶使小晶体变为大晶体，但成分不变。如：由微晶方解石组成的灰岩变成由粗粒方解石组成的大理岩。2 .变质结晶作用-原岩在固态条件下，有些矿物通过变质作用形成新矿物。如：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2T（反应温度400C）。3 .变质交代作用-原岩组分与化学活动性流体发生化学反应，出现物质成分的迁移，形成新的矿物，物质有带进带出。经交代作用形成的新矿物具有

6、原来矿物的假象。第二节变质岩特征已经形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）因物理化学条件的改变，使原岩的矿物成分、结构、构造发生变化而形成的岩石，叫做变质岩。正变质岩：由岩浆岩变质而成的副变质岩：由沉积岩变质而成的一、原岩物质成分的变化包括化学成分、矿物成分的变化。1 .化学成分的变化，主要表现在挥发性组分（H2。、CO2、OH-等）的失去或获得。2 .矿物成分的变化表现在三个方面：（1）挥发性组分的变化引起矿物成分的变化。（脱水作用、脱碳酸作用、水合作用、碳酸化作用）。例如：粘土矿物受热变质脱水变成红柱石和石英Al4Si4Oi0OH=Al2SiO4O+2SiO2+4H2O（反应温度500C）

7、方解石热变质放出CO2后，CaO与SiO2结合形成硅灰石CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2T（反应温度400C） 橄榄石吸水（水合作用）后变成蛇纹石（Mg、Fe）2SiO4+H2OMg6Si4Oi0（OH）8+Fe+ 辉石、角闪石水合作用后变成绿泥石（Ca、Mg、Fe、Al）2（Si、Al）2O6+H2O（Mg、Fe、Al）6（Si、Al）4O10（OH）+8+Ca斜长石吸CO2（碳酸盐化作用）后变成方解石与高岭石Ca（Al2Si3O8+CO2+H2OCaCO3+Al4Si4O10OH（2）在压力的作用下，矿物体积与密度变小造成的矿物成分的变化。MgSiO4+CaAl2Si2O8CaM

8、g2Al2SiO出橄榄石斜长石石榴子石（3）交代作用发生成分交换引起矿物成分的变化。例如：Na+交代钾长石变成钠长石KAlSi3O8+Na+一一一KAlSi3O8+K+酸性的岩浆体侵入碳酸盐岩地层，在接触带发生交代作用，形成特有的变质矿物：石榴子石、透辉石、透闪石、阳起石等。二、变质岩中的矿物变质岩中的成分既有原岩成分，也有变质过程中新产生的成分。变质岩矿物成分可分为两类：一类是与岩浆岩、沉积岩相同的，如石英、长石、云母、角闪石、辉石等，它们大多是原岩残留下来的，也可以在变质作用中形成。另一类是变质作用产生的为变质岩所特有的矿物，如石墨、滑石、石榴子石、红柱石、蓝晶石、矽线石、硅灰石、十字石、

9、蓝闪石、阳起石、透辉石、蛇纹石、透闪石、绿帘石等，称为变质矿物三、变质岩的结构无论火成岩还是沉积岩经过变质作用后，原来的岩石结构可部分或全部改变，因此，变质后所形成的变质岩的结构也相应地可分为三大类：1 .变晶结构：在变质过程中，原岩发生重结晶形成变质矿物，原岩的结构全部消失。变质形成的矿物的晶粒称为变晶，由变晶组成的结构称变晶结构。（1）按变晶的大小可分：粗粒变晶结构d>3mm中粒变晶结构d=1-3mm细粒变晶结构d=0.1-1mm显微变晶结构d<0.1mm显微变晶结构：肉眼不可见，为隐晶质，显微镜下可见。中粒变晶结构：原为灰岩（隐晶质）经变质重结晶为大理岩，全部由方解石晶粒组成

10、，晶粒间互相嵌合无间隙。（2）按变晶的相对大小可分：等粒变晶结构斑状变晶结构（3）按变晶的形态可分:粒状变晶结构柱状或纤状变晶结构鳞片状或片状变晶结构2 .变余结构变质程度不深的时，原岩只是部分形成变晶，还保留了原岩的结构，称为变余结构。变余结构按残留的原岩结构分类命名：变余砾状结构（保留原岩砾状结构）变余砂状结构（保留原岩砂状结构）变余粉砂状结构（保留原岩粉砂状结构）变余泥状结构（保留原岩泥状结构）变余斑状结构（保留原岩斑状结构）3 .碎裂结构在动力变质作用下形成的结构，称碎裂结构。（碎裂岩、糜棱岩）四、变质岩的构造1 .变成构造：经变质作用，原岩的构造全部消失后，所形成的新构造，称为变成构

11、造。主要的变成构造有：斑点状构造在较低的变质温度作用下，岩石中的部分物质重新组合，形成斑点（尚未形成矿物斑晶，若温度进一步升高，会形成变斑晶），若石中除斑点外为隐晶质的基质的构造，成斑点构造。斑点的成分有炭质、硅质、铁质、云母质或红柱石质。斑点状构造是泥岩热变质的产物，一般具变余泥状构造。板状构造岩石在压力作用下，形成具平行、较密集的平坦破裂面，沿破裂面岩石可分裂成薄板状的构造，称板状构造板状构造是泥岩在低温低压下浅变质的产物，据变余泥状构造或显微变晶结构。片理构造在定向压力作用下，岩石重结晶形成定向排列的片状或长条状矿物吗，造成平行、密集、不平坦的纹理，称为片理。片状或长条状矿物的排列垂直压

12、力方向，沿片理易裂开。当变质程度较浅时，变质矿物很细小，呈隐晶质（显微变晶结构），在片里面上仅呈现丝绢光泽与细小皱纹，称千枚状构造片理的成因有三种情况：a.原岩中的片状矿物或长条状矿物在定向压力下，移动到垂直压力方向的最稳定位置b.原岩中的粒状矿物在定向压力作用下压扁拉长，而形成垂直压力方向的定向排列c.在定向压力作用下，因为与压力同一方向上压力值最大，促使平行压力方向上的矿物溶解；而在垂直压力方向上压力值最小，有利于矿物生长，因此，新产生的变质矿物，都垂直压力方向的定向排列片麻状构造定向排列的片状矿物和长条状矿物与以长石为主的粒状矿物相间组成的变质岩构造，称片麻状构造片麻状构造是以定向压力作

13、用为主的中等变质深度的产物，都呈变晶结构。当长石晶粒粗大，并拉长成眼球状时，称眼球状构造块状构造在温度和静压力的共同作用下形成的，矿物均匀分布的，无定向排列的构造，称块状构造。2 .变余构造变质程度较浅，还残留原岩的构造时，称变余构造。以残留的原岩构造分类命名：变余气孔构造，变余杏仁构造，变余流纹构造、变余层状构造，变余泥裂构造，变余结核构造。五、常见的变质岩板岩-具板状构造。灰至黑色。矿物颗粒很小，肉眼难以识别，均匀而致密。变余或变晶结构。绢云母、石英、绿泥石、粘土。由粉砂岩、粘土岩等变质而成，变质最浅。击之有清脆之声。千枚岩-千枚状构造。浅红、灰、暗绿。隐晶质变晶结构。绢云母、绿泥石、角闪

14、石。由粘土岩、粉砂岩、凝灰岩变质而成。片岩-片状构造，变晶结构。黑云母、白云母、绿泥石、角闪石、石英、长石。片麻岩-片麻状，变晶结构。长石、石英、云母、角闪石、辉石。长石含量大于30%。由砂岩、花岗岩等变质而成。大理岩-块状构造，粒状变晶结构。方解石、白云石。由碳酸盐岩变质而成。得名于云南大理。洁白者称汉白玉。石英岩-块状构造，变晶结构。石英，少量长石、白云母。由砂岩或硅质岩变质而成。矽卡岩-石榴石、绿帘石、磁铁矿。伴生矿床Fe,Cu,Pb,Zn.第三节变质作用类型及代表性岩石变质作用根据引起变质作用的主导因素分成四大类：接触变质作用，区域变质作用，混合岩化作用，动力变质作用、交代变质作用。一

15、、接触变质作用发生在火成岩与围岩之间的接触带上，并主要由温度和挥发性物质作用所引起的变质作用，称接触变质作用。可进一步分成两类：接触热变质作用接触交代变质作用1 .接触热变质作用在接触变质作用中，主要由岩浆侵入带来的高温所引起的变质作用，称接触热变质作用。接触热变质作用形成的典型岩石是：原岩为泥岩变成：如斑点板岩、角岩。斑点板岩是岩浆侵入围岩，并高温烘烤周围的泥岩、凝灰岩等，受热发生变质的产物。角岩是位于岩浆侵入高温烘烤圈中部的泥岩、粉砂岩、凝灰岩等，受热发生变质的产物。比斑点板岩的变质程度略高，岩石致密、坚硬。原岩为石灰岩变成：如大理岩。大理岩是灰岩受岩浆侵入体的高温烘烤后变质的产物。变质程

16、度深者，岩石不含杂质，洁白如玉，称汉白玉。原岩为石英砂岩变成：石英岩。石英砂岩受岩浆侵入体的高温烘烤后变质的产物。岩石致密、特别坚硬。变质程度深者，岩石不含杂质，全由石英组成，具块状构造，粒状变晶结构，晶粒间互相嵌合，无间隙。2 .接触交代变质作用在接触变质作用中，除岩浆侵入带来的高温外，还有岩浆物质及从岩浆中分泌出来的挥发性物质参与所引起的变质作用，称接触交代变质作用。接触交代变质作用所形成的典型岩石是矽卡岩矽卡岩的主要矿物有：石榴子石、绿帘石、透闪石、透辉石、阳起石、硅灰岩等变质矿物，还有云母、长石、石英、萤石、方解石等一般矿物；大多呈粒状变晶结构、块状构造。常有铁、铜、鸨、铅、锌等矿床。

17、二、区域变质作用1概念区域变质作用是在数千-数万平方公里的很大的区域范围内，由温度、压力及化学活动性流体等多种因素综合作用引起的变质作用，称区域变质作用。引起区域变质作用的温度低限为200-300C、高限为700-800C,影响深度可达20km以上。除静压力外定向压力起了重要作用。区域变质作用的发生大多与构造运动有关。构造运动使岩层遭受强烈定向压力，可使岩层褶皱或断裂，也可使岩层沉入地壳深处或将深部地层抬升到地表；同时构造运动造成的断裂或破碎带可导致岩浆的形成和侵入及利于化学活动性流体的活动。2 .区域变质环境由于各处地壳的结构及构造运动的性质、强度不同，因此在不同地方的地热梯度及压力高低存在

18、差异，从而造成不同的区域变质环境。归纳起来主要有三种环境：低压高温环境这种环境的地温梯度高(2560C/km),因此在不到10km深度，温度就可达到600C,就可发生变质作用，但这种变质环境的压力较低，故称低压高温环境。在这种环境中容易形成岩浆,因止匕，广泛发育接触变质作用。低压高温环境产生的典型变质矿物是红柱石。正常地温梯度环境地温梯度正常，在20-30C/kmo随着埋藏深度的增加，温度和压力增高，从而形成不同的变质岩。高压低温环境这种环境的地温梯度低，约为725C/km,埋藏深度到2030km时，温度仅为300C。但这种环境的压力很高，故称高压低温环境。在这种环境中不容易形成岩浆，因此,缺

19、乏岩浆活动。此环境出现在板块的俯冲带中。高压低温环境产生的典型变质矿物是兰闪石。3 .区域变质作用形成的典型岩石按变质程度由浅到深的排序如下：板岩一千枚岩一片岩一片麻岩一变粒岩一麻粒岩一榴辉岩板岩是泥岩、泥质粉砂岩及中酸性的凝灰岩，在正常地温梯度环境下遭受较轻微的区域变质作用的产物。变质时的温度与压力都不高。岩石重结晶不明显，呈变余泥状结构，变质程度略高时成显微变晶结构；主要矿物是绢云母、绿泥石与石英；具板状构造。一般按颜色定名。千枚岩原岩性质与板岩相似，是在正常地温梯度环境下遭受比板岩变质程度较高的区域变质作用的产物。变质时的温度与压力比板岩较高。岩石基本上已重结晶，呈显微鳞片变晶结构；主要

20、矿物是绢云母、绿泥石与石英；具千枚状构造。片理面有明显丝绢光泽，可见定向排列的细小鳞片状绢云母。一般按颜色定名。片岩是在比千枚岩变质温度与压力更高的环境下，有千枚岩进一步变质的产物。岩石已全部重结晶，呈鳞片变晶、纤状变质及粒状变质结构，有时有斑状变晶结构；肉眼能清楚分辨矿物，主要矿物是白云母、黑云母、绿泥石、滑石、角闪石、长石与石英；有时有石榴子石、夕线石、蓝晶石、兰闪石等，以片状或柱状矿物为主，具片状构造。一般根据主要矿物或特征矿物定名，如：绿泥石片岩、滑石片岩、石榴子石云母片岩、兰晶石云母片岩。含量多者在后、少者在前。片麻岩是区域变质过程中比片岩变质温度与压力更高的环境下，有片岩进一步变质

21、的产物。除泥质岩外，砂质岩、硅质岩与中酸性岩浆岩也可形成片麻岩。岩石呈中一粗粒变晶结构，矿物以长石为主，还有黑云母、角闪石、石英；有时有红柱石、石榴子石、夕线石、兰晶石等，粒状矿物长石和石英的含量大于1/2,粒状与片状矿物相间排列，具片麻岩构造。一般根据长石成分定名，如：钾长石片麻岩、斜长石片麻岩；再根据片状或柱状矿物作补充命名，如黑云母长石片麻岩、角闪石斜长石片麻岩。与花岗岩的矿物成分相当，有钾长石、黑云母、石英组成的片麻岩，称花岗片麻岩。斜长角闪石是基性火成岩或富含钙镁的沉积岩在与片麻岩变质温度、压力相当的区域变质环境下的产物。岩石主要有角闪石和斜长石组成，角I石等暗色矿物的含量大于50%

22、,但角闪石的含量大于80%时，称角闪岩。具粒状和柱状变晶结构；矿物有定向排列时，具片理构造；无定向排列时，成块状构造。变粒岩是区域变质过程中比片麻岩之温度与压力更高的环境下，有片麻岩进一步变质的产物。岩石成粒状变晶结构，矿物以长石、石英为主，还有黑云母、角闪石等；与片麻岩不同的是：粒状矿物长石和石英的含量大于70%,其中长石的含量大于25%,粒状与片状矿物含量少，片麻状构造不发育，成块状构造。根据其中所含主要片状矿物或柱状矿物作进一步命名，如：黑云母变粒岩、角闪石变粒岩。麻粒岩是在区域变质作用中变质程度比变粒岩更深的产物。岩石呈粒状变晶结构，与变粒岩不同的是，岩石中的带（OH）的片状及柱状矿物

23、基本消失，变成辉石和石榴子石；岩石主要有长石、辉石、石榴子石、石英等粒状矿物组成；以块状构造为主，有时粒状矿物压扁后定向排列，暗色矿物与浅色矿物略呈条带分布。榴辉岩是区域变质作用中变质程度最深的矿物，生成与压力极大，温度也较高的环境中，因此榴辉岩的密度是区域变质岩中最大的，比重达3.63.9,有麻粒岩进一步变质形成。岩石呈粒状变晶结构，块状构造；与麻粒岩不同的是：长石、石英基本消失，也变成辉石与石榴子石；岩石较鲜艳，主要有绿辉石与石榴子石组成，石榴子石为浅红一棕红色，辉石为鲜绿色，称绿辉石。在区域变质过程中随温度、压力的增大变质程度逐渐加深，并形成不同变质程度的矿物与岩石：温度：低一一一一一一

24、一一高；压力：低一一一一一一一一高；变质程度：浅中等深板岩一一千枚岩一一片岩一一片麻岩一一变粒岩一一麻粒岩一一榴辉岩变余泥状一一显微变晶一一鳞片变晶一一片状变晶一一粒状变晶显微变晶纤状变晶粒状变晶板状构造一一千枚状构造一一片状构造一一片麻状构造一一块状构造浅变质呈显微鳞片鳞片状、纤维状、细粒矿物：绢云母、绿泥石、滑石、蛇纹石、长石、石英、石榴子石中等呈鳞片一一片状、针状一一柱状、中一一粗粒状变质白云母、黑云母、角闪石、透闪石、阳起石、夕线石矿物：红柱石、兰晶石、十字石、长石、石英、石榴子石深变质呈粒状矿物：辉石、长石、石英、石榴子石三、混合岩化作用1概念又称超变质作用，是由变质作用向岩浆作用转

25、变的过渡性地质作用。进入区域变质的后期地壳内的温度已很高，当温度继续上升，岩石发生局部熔融，形成酸性成分的熔融体，同时从岩石中分泌出的富钾、钠、硅的热液增多；这些熔体和热液与已形成的变质岩发生广泛交代作用，形成介于变质岩与岩浆岩之间的新岩石的地质作用，称为混合岩化作用。所形成的新岩石叫混合岩。2.混合岩的特征混合岩一般由脉体和基体两部分组成：脉体是熔体与热液注入交代形成的新生部分，主要是花岗岩、长英质或石英质的脉状体。基体是残留的原变质岩。随混合岩化作用进行：变质作用强度弱强基体含量多少脉体含量少一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一多构造条带状一一一脉状一一一肠状一一一角砾状一一一阴影状

26、一一一块状基体脉体界线清楚模糊消除混合岩化的最终结果是形成花岗岩。由混合岩化作用最终形成的花岗岩与由酸性岩浆。侵入地壳形成的花岗岩有何区别？岩浆花岗岩混合花岗岩结晶方式液态f固态固态f一液态局温一一低温交代作用顺序结晶液态f一固态岩石结构尢父代结构交代结构发育构造边缘具流动构造有捕虏体无捕虏体只有残留体围岩关系界线清楚界限/、清呈侵入接触关系侵入接触关系混合岩一般按岩石构造作进一步命名：角砾状混合岩，条带状混合岩，网状混合岩，肠状混合岩，阴影混合岩等四、动力变质作用1概念又称破裂变质作用，是地壳发生断裂，岩层错动，是断裂带两侧岩石破裂，并及因摩擦产生高温、高压，而改变原岩的矿物成分及结构、构造

27、，形成新的岩石的作用，称动力变质作用。动力变质作用的强弱与断层的能量有关。2.动力变质作用形成的典型岩石随动力变质作用的强度由弱一一强，形成：构造（断层）角砾岩碎裂岩糜棱岩千糜岩破碎角砾结构碎裂结构糜棱结构千糜结构碎斑结构构造（断层）角砾岩原岩受应力作用（主要是拉张力）破碎成角砾状，有细粒破碎物及外来物质（碳酸盐、硅质、铁质）充填孔隙并胶结角砾形成的岩石。仍保留了原岩的岩性特征，呈破碎角砾结构，块状构造。是动力变质中程度最轻的岩石碎裂岩原岩在较强应力作用下，受挤压破碎而形成，其粒化作用仅发生在矿物颗粒的边缘，颗粒间相对位移不大，原岩的特征还有部分保留，有少量新生矿物（如绢云母、绿泥石、绿帘石、