变质岩石学 五

变质岩石学五第六章:变质岩石学一.一些基本概念:1.变质岩:即成岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩)由于构造运动,岩浆活动造成了理化条件的改变,结果使岩石的成分、结构、构造发生了一系列变化---称为变质作用.变质作用生成的岩石叫变质岩.2.沉积作用:是常温、常压、表生、外动力地质作用下形成的;3.岩浆作用:是高温、高压、熔融状态、内动力地质作用下又经后期冷凝结晶或固结而形成的;4.变质作用:是高温、高压、原岩基本保持固态状况下(有时原岩可部分熔融或全部熔融)、常常有化学性质活泼的气体或液体参与下、内动力地质作用下进行的.5.由岩浆岩和沉积岩形成的变质岩叫正变质岩;由变质岩形成的变质岩叫副变质岩.6.岩浆岩呈气孔、流纹、块状构造;沉积岩成层;变质岩成片.7.变质作用的因素:(1).内因:原岩性质.它是变质的物质基础,原岩的成分、结构、构造都可影响变质作用的产物.原岩成分变质作用变质岩石灰岩--------大理岩砂岩--------石英岩粘土岩--------角岩、板岩、千枚岩、片岩及片麻岩不同的原岩经过相似的变质作用后可以形成不同的变质岩;同一种成分的原岩经过不同温度--压力及其它变质因素的条件下可变为不同类型的变质岩.原岩粒度的影响:变质作用时的化学反映是在矿物颗粒表面进行的.矿物颗粒表面积越大,矿物颗粒之间或矿物颗粒和粒间(孔隙间)溶液之间的反应速度就越快.粒度越小则表面积越大.越细的岩石,如页岩较之粗粒岩石对变质作用的反应越敏感.孔隙度越大越有利于流体的渗透作用.孔隙度与颗粒大小、分选好坏、岩石脆度有关.原岩构造影响流体渗透,原生节理、构造裂隙、断裂构造是流体通道.沿层理方向比垂直层理方向容易渗透和热传导.(2).外因:温度压力化学性质活泼的流体.A.温度:温度升高,使矿物发生重结晶,引起元素的重新组合,产生新矿物.温度增加10度,化学反应速度增加一倍,增加100度,反应速度增加一千倍,增加200度,则反应速度加快百万倍.温度的来源:自侵入体获得热;正常地热;来自地幔的上升热流;由构造运动产生的机械能转化而来的热能.由放射性元素的衰变而产生的热量,经过岩石的传导,到达地面或海底,叫作热流.地热增温率各地不同,平均为33米增加1度,一个地方的热流可以说是那里的地热增温率乘以岩石导热率.一般认为,区域变质的热能的主要来源是地幔的热流.在大陆壳内,压力范围是0--10千巴(1千巴=1000kg/平方厘米),在有水溶液存在时,花岗岩在压力为1巴时,在900度时开始熔化;随着压力增加,其熔点降低,当压力10千巴时温度在950度开始熔化;玄武岩在压力1巴时,在1000~1100度时开始熔化,但随着压力增加,其熔点降低速度较花岗岩快,在压力增大到10千巴时,其熔点同花岗岩在同压力下的熔点.由上可知,一般变质作用的温度上限估计在700~900度.根源地热增温率,按每加深1公里温度升高30度计算,如变质作用最大深度在30公里处,则温度应在900度.变质作用温度的下限,根据浊沸石的出现一般认为在180度~230度.B.压力:可分为静水压力和定向压力(应力).(A).静水压力:由上覆岩层的重力引起,各向均等.随深度增加而增大.若地表沉积岩的平均密度为2.6~2.8%克/立方厘米,所受大器压为1个大气压计算,每深1公里增大260~280大气压,若深下10公里,压力可达2600~2800大气压.最深变质岩如以35公里计算,压力相当1万大气压.在温度不变的情况下,静水压力的作用将使产生体积小、比重大的矿物和岩石.静水压力的加大将阻碍某些硅酸盐矿物(特别是钙硅酸盐矿物)的形成和它们的分解.(B).定向压力:具有方向性,随深度增加而减小,一般,变质作用时,定向压力不会超过2000~3000大气压(1大气压=1.013巴).定向压力可以导至矿物颗粒的定向排列(岩石中的某些矿物将发生机械转动,云母、绿泥石、角闪石等片状及柱状矿物将会出现垂直于应力方向的定向排列,形成定向构造).某些矿物只能在应力作用下才能生成,叫应力矿物,如硬绿泥石、兰晶石;另一些矿物只有在高温影响下或静水压力下才能生成,叫反应力矿物.?(C).岩石矿物颗粒之间还存在流体压力:如水、二氧化碳影响化学反应的温度.C.化学性质活泼的气体和液体(主要成分有水、二氧化碳、F、CI、S、P、B等挥发物质):对交代作用十分重要.8.变质作用的方式:(1).重结晶作用:高温下矿物在固态下重新生长的过程,或岩石的化学组分重新调配形成新矿物的过程,叫~.此过程没有外来物质的加入和代入.此过程成分单一的岩石不产生新矿物,主要是晶粒变大.如石灰岩变成大理岩.成分复杂的岩石,在间隙溶液的参予下,离子(或分子)的扩散、基中或交替的复杂反应过程,产生新矿物.这种岩石中化学组分重新调配而形成新矿物的过程叫重组合.如粘土岩在温度升高压力增大的情况下变为粗粒片麻岩,可以生成石英、长石、石榴石、黑云母等新矿物.(2).变形和压碎作用:定向压力作用于柔性岩石(如页岩),发生塑性变形和褶皱,由于垂直压力方向的重结晶使片状及柱状矿物定向排列,形成片理,柱状矿物定向排列形成线理.而作用于钢性岩石(如砂岩)则破碎,形成角砾岩~碎粒岩~糜棱岩;即出现碎裂结构~碎斑结构~糜棱结构.(3).变质分异作用(物质成分发生迁移或重新组合的变质作用):A.变斑晶的形成:岩石组分经过溶解、迁移、重结晶而形成一些与周围基质相差悬殊的较大晶粒,称变斑晶.B.细脉、透镜体的形成:岩石裂隙、节理及其它空隙中充满了溶液,由于岩石固体和溶液部分所受压力不同,因而物质由压力大的固体部分向压力小的空隙部分移动,结果在岩石中产生了细脉和透镜体.(4).交代作用:岩石中有物质成分的加入和代出的变质作用叫~.特点:总有化学成分改变;在有溶液参加的固态下进行;矿物假象(如常见的绢云母交代的石榴石假象)的存在,某些矿物明显的切穿片理,一种矿物代替另一种矿物总是从矿物的边缘、解理或裂纹等处开始,这些地方正是溶液活动的地区.水和碳酸是最活泼的组分,其次是氯、硫、二氧化硫、硫化氢等挥发组分,接着是碱金属--钾和钠,氧化钛和氧化铝最不活泼(惰性组分),其它组分,如钙、镁、硅的氧化物介于以上几种组分和惰性组分之间.9.变质作用的类型:(1).接触变质作用:炽热的岩浆侵入围岩,接触带附近发生此作用.热量和挥发分起主要作用.(2).气成热液变质作用:岩浆期后的气体和热液对已冷凝的岩浆岩及围岩发生的不同程度的交代作用,叫~.如果岩浆岩受到它本身的残余熔浆中的气体及热液的交代,称自变质作用.(3).动力变质作用:构造运动产生的应力使原岩变形和破碎变质.(4).区域变质作用:是区域性的地壳活动,在温度、静水压力、定向压力以及化学性质活泼的液体和气体等因素的联合影响下在大面积内发生的一种变质作用.在造山带的深部,由于温度的进一步升高,往往在区域变质的同时,伴随有花岗岩质贯入与变质岩中,生成各种混合岩,这种作用称超变质作用,又称混合岩化作用.**.地质形成的沉积岩,由于埋藏深度的增加,温度和压力的增大,超过了它们的成岩和后生作用的范围而发生的轻度的变质作用,其温度最大值<400度,且是在静水压力下,不产生片理,称埋藏变质或负荷变质作用或静力变质作用.二.变质岩的成分:1.成分特点:与岩浆岩比:除似长石外,其它矿物均可出现于变质岩中.石英含量在岩浆岩中<40~50%在变质岩中可达95%以上.含石英、长石的岩浆岩中,暗色矿物总量一般不超过20~30%,相应的变质岩中可达50%以上.与沉积岩相比:无常温、常压下形成的粘土矿物、化学及生物化学沉积物(如蛋白石、玉髓、盐类矿物、有机质等)粘土矿物三氧化二铝将转变为钢玉;有机质变为石墨.变质岩中特有矿物:富铝矿物:钢玉、红柱石、兰晶石、十字石、矽线石、堇青石、硬绿泥石等.富钙矿物:透闪石、阳起石、硅灰石、钙铝榴石、符山石、方柱石等.碳质矿物:石墨.2.影响变质岩矿物的因素:原岩成分的影响:原岩是硅质灰岩,主要成分是二氧化硅和碳酸钙,变质后,可能出现石英、方解石、硅灰石及其它钙硅酸盐矿物;原岩是粘土岩,主要成分是三氧化二铝和二氧化硅,变质后,可能出现石英、堇青石、十字石、尖晶石等矿物.?变质条件的影响:温度和压力不同生成的矿物不同.3.变质矿物的组合和意义:矿物组合(矿物共生)可确定变质程度和原岩性质.4.矿物的成因分类:稳定矿物:在一定变质作用条件下处于稳定平衡状态的矿物叫稳定矿物.新生矿物:在变质过程中产生的矿物叫~.特征变质矿物(指示矿物):在新生矿物中,有些矿物的稳定范围较窄,反映对外界条件的变化较灵敏,具有能说明变质作用性质和强度的意义的矿物叫~.残余矿物:在一定的变质条件下是不稳定的,也就是变质反应尚未达到平衡状态,达到平衡状态,就不能存在的矿物叫~.原生稳定矿物;稳定矿物:{指示矿物;新生稳定矿物{贯通变质矿物(稳定范围较宽).5.变质岩的化学成分特点:原岩成分多,还有交代作用的影响;仍然是造岩氧化物,但变化幅度大.研究意义:可具此恢复原岩的类型;研究交代作用的特点.三.变质岩的结构和构造--组构.1.一些概念:(1).结构:指矿物晶粒大小、形状和自形程度及其相互关系.(2).构造:指各种矿物的空间分布和排列方式.(3).组构:在变质岩中,有时结构和构造很难严格区别,此时可合称~.2.研究意义:结构构造反映形成条件,是分类命名的主要依据.3.变质岩的结构:(1).变晶结构:是变质岩最基本,最常见的结构.特点是矿物颗粒互相嵌合(镶嵌结构),矿物大致同时生成.A.变晶的自形程度:可分为:自形变晶、半自形变晶、它形变晶.它不反映矿物结晶先后,主要取决于矿物结晶力大小.矿物的自形程度由高至低常有如下顺序:石榴石、十字石、兰晶石、辉石、角闪石、云母、绿泥石、石英、斜长石、正常石.B.变晶粒度:(A).按矿物晶粒绝对大小分:粗粒变晶结构:颗粒平均直径>3mm;中粒变晶结构:颗粒平均直径3~1mm;细粒变晶结构:颗粒平均直径<1mm;显微变晶结构:颗粒只有显微镜才能分辨.**:一般说,原岩的岩性相近,变质时温度越高,变晶的粒度越大.相同的变质条件下,岩石成分越单纯,杂质越少,重结晶后,晶粒越粗.反之,越细.粒度一般不参加命名.(B).按矿物颗粒的相对大小分:等粒变晶结构:主要矿物的粒度大致相等.不等粒变晶结构:主要矿物的粒度大小连续变化.斑状变晶结构:岩石中的矿物可以明显分出大小两群,大的称斑晶,小的称基质.变斑晶常为结晶力较强的矿物,因而自形程度也好.C.变晶的形态:(A).花岗变晶结构(粒状变晶结构):岩石主要由一些等轴形的晶粒(如长石、石英、方解石等)组成.大理岩、石英岩、角闪岩和榴辉石等常具此构造.(B).鳞片变晶结构:主要由云母、绿泥石、滑石等片状矿物组成的变晶结构.常见于各种片麻岩中.片状矿物定向排列,形成片状构造;但有时无定向排列,形成块状构造.(C).纤维变晶结构:主要由柱状、针状、纤维状矿物所组成的变晶结构.定向排列形成片理构造.(2).变余结构:在变质较浅的变质岩中,重结晶作用不完全,或多或少的保留着原岩的结构特征,这部分残留的结构称为~.可有变余砾状结构、变余砂状结构、变余泥质结构、变余花岗结构、变余辉绿结构、变余斑状结构等.(3).压碎结构:矿物发生破裂、移动或磨损等现象所形成的结构叫~.A.碎裂结构:受轻微应力作用,矿物晶粒破碎为不规则的代棱角的碎屑,碎屑之间为少量破碎而成的细粒或粉末,这种结构称~.B.碎斑结构:当破碎进一步加剧,在粉碎了的岩石中,只残留着较大的矿物碎片,好象"斑晶"一样,固称?碎斑结构.C.糜棱结构:定向压力更强烈的情况下,岩石几乎全部破碎成微粒和粉末状,称为糜棱结构.随着岩石破碎程度加强的同时,一般都有一定程度的重结晶,产生一些细小的新生矿物,如绢云母、绿泥石、绿帘石等,如这些矿物定向排列,称千糜结构.4.变质岩的构造:(1).变余构造:原岩构造不同程度的保留下来,称为~.(2).变成构造:A.板状构造:页岩或泥岩等柔性岩石受应力作用达到一定限度后,常出现一组与应力方向垂直的互相平行的破裂面,称为劈理,即板状构造.一般与原岩层理斜交,劈理面整齐光滑,岩石由于部分重结晶,又产生少量绢云母、绿泥石等矿物.板状构造是在应力强,温度低的区域动力变质时形成的.B.千糜状构造:重结晶作用仍不强烈,矿物颗粒肉眼还不能分辨,但由于绢云母小鳞片平行排列,因而在劈理方向常见很明显的小褶纹,称~.C.片状构造:主要出现在区域变质中.特点:肉眼可分辨矿物颗粒,其中以片状、柱状矿物(如云母、绿泥石、角闪石等)为主,平行排列形成片理,固称~.片理面可以是较平直的,也可是波状弯曲的.片理常平行原岩层理,有时也与层面斜交.D.片麻状构造:以粒状矿物(多为石英长石)为主,只有少量片状或柱状矿物,呈平行排列,彼此不连续,被粒状矿物隔开.E.条带状构造:由不同矿物成分、结构、颜色或其它特征的条带交替而成.如条带状大理岩,条带状角闪斜长变粒岩.F.眼球状构造:具片麻状构造的岩石中,有浅色组分呈眼球状或透镜状,仄矸植?眼球体主要是长石和石英或石英集合体.G.斑点构造:在高温影响下,岩石中的有些物质发生迁移、集中、形成一些小米粒大小的斑点(如碳质、铁质或堇青石、红柱石等)聚集而成,如温度继续生高,最后可形成变斑晶(称瘤状突起).H.块状构造:矿物成分和结构都很均匀,大理石和石英岩常具这种构造.四.变质带和变质相.1.变质带:岩性不同的变质岩常呈带状分布,这和原岩岩性有一定关系,也可是变质作用因素(主要是温度和压力)在空间呈带状或晕圈状规律连续变化,而引起不同部位的岩石发生不同程度的变质作用而造成的.这种不同变质程度的岩石在空间呈规律的带状分布的现象叫变质带.一个带内的岩石,矿物组合和组构的特点反映它们形成于相同的温度压力条件,属于等物理系列,其变质程度相同.所以,变质带就是变质程度带.变质带分:浅、中、深三带;对应于低级变质、中级变质、高级变质三个变质作用强度级.这三带和三级的划分决定于温度和压力,判断它们的主要标志是岩石的矿物组合和结构构造特征.三带内还可根据某些特征矿物的初次出现在次划分.2.变质相:指岩石形成时的条件和环境,更确切的讲,相是岩石形成环境(条件)的物质表现.变质岩的相主要是指温度和压力;其物质表现是指在该环境下形成的岩石和矿物组合.在一定温度和压力范围内,所形成的各种岩石(无论其化学成分或矿物组合是否相同)均可划为一个变质相.为了确切的限定一种变质相所代表的物理化学环境,就要选择温度压力范围比较狭窄的,对外界物理化学环境反映最灵敏的稳定矿物组合或某些临界矿物,作为该变质相的判别标志,该相便可以用这种矿物组合或临界矿物或是该组合所构成的岩石来命名.沸石相:温度200~300度.压力2000~3000大气压,属于低温低压环境.榴辉岩相(由绿灰石及镁铝榴石组成的榴辉岩来命名):形成于地壳40公里深度,温度700度或更高,压力约13000大气压.五.接触变质作用及其岩石.1.接触变质作用概念:岩浆侵入围岩,接触带附近发生变质作用,主要由岩浆体所散发的热量和挥发分的影响,使围岩发生重结晶,重组合,甚至交代,一般没有显著的应力作用.热接触变质:主要由岩浆热影响围岩.远离侵入体温度渐低,使得在侵入体周围形成环带状不同变质程度的岩石.其环带称为接触变质圈或变质晕.晕宽取决于侵入体的形态、大小、成分、侵入深度及围岩性质.(1).侵入体的形态:侵入体与围岩接触面形态复杂或较平缓处,接触变质晕较宽;反之,接触面简单平直或较陡处则较窄.接触面垂直围岩片理或层理时,因热量或挥发分易沿着这个方向传播,而使晕宽.而在接触面?平行围岩片理或层理时则窄.(2).侵入体的大小:大的侵入体晕宽,小的晕窄.(3).侵入体的成分:酸性和碱性侵入体,因析出较多的挥发组分,晕宽.基性岩体接触变质现象则不明显.(4).侵入深度:越深冷却越缓慢,由于析出的热量和挥发分不易逃散,晕宽.(5).围岩的性质:具有典型低温表生矿物组合的沉积岩,如泥质岩和碳酸盐岩对热变质最敏感,能形成较宽的变质晕.而砂岩、砾岩以及花岗岩类岩石,具有较高温度下仍能稳定的矿物组合,不易变,晕窄.粒度细,孔隙度大,导热性好,晕宽.接触交代变质作用:除岩浆热外,还有交代作用.2.热变质岩石:粘土岩主要由粘土矿物组成,颗粒均很细,富含水,结构疏松.多形成:斑点板岩、瘤状板岩、角岩或角页岩等.碎屑岩的热变质:多呈变余结构、或花岗变晶结构(石英岩).六.气化热液变质作用及其岩石.1.气化热液变质作用(蚀变作用):岩浆期后产生的挥发组分及热水溶液对以冷凝的岩浆岩也会发生强烈的交代作用,而改变其成分和组构,这种变质作用称气化热液(或气成热液)变质作用.在>400度时是气化作用阶段;<400度时是热液作用阶段.可形成:蛇纹石化和蛇纹岩;云英岩化和云英岩;青磐岩化和青磐岩;次生石英岩化和次生石英岩;黄铁绢英岩化和黄铁绢英岩.七.动力变质作用及其岩石.1.构造角砾岩类:张性角砾岩:厚度变化大,角砾大小相差悬殊,角砾棱角状,成分复杂.压性角砾岩:厚度变化小,一般较薄,角砾大小相差不大,多有磨圆,成分简单,多是碾细的,次生变化小,具劈理及滑动双晶.2.碎裂岩~糜棱岩类:(1).局部压碎或碎裂岩:轻微挤压,压碎或裂或局部压碎裂.(2).碎裂岩:压碎,矿物变形,原岩常呈棱角状、透镜状的碎块存在于细粒的基质中.(3).糜棱岩:强烈研磨,极细,糜棱结构,带状构造,很象"流纹",矿物颗粒一阍?.25~0.5mm以下,岩石致密,坚硬,粒大小较匀.(4).千糜岩:介于糜棱岩和千糜岩之间的过渡岩石,千糜构造,组分极细,有重结晶现象,有绢云母及长石和石英残晶.3.劈(片)理岩类:在强大的扭应力和压应力作用下,一些较柔性的岩石,如泥岩、页岩、中酸性火山岩等除发生破碎外,常以重结晶、变形为主,强烈片理化,形成绿片岩、残斑变岩等.4.玻璃化岩:受强烈错动,产生高温熔融后又快速冷凝而成的岩石.八.区域变质作用及其岩石.大面积发生变质作用,温度、静水压力、应力和化学性质活泼的流体等因素的联合作用下,经过重结晶、重组合、变形、变质分异,有时伴有交代和注入等各种作用,使原岩变质.此类变质岩命名根据岩石的结构、构造、主要矿物(含量>30%)及特征变质矿物(含量>5%)来进行.分为:1.板岩:由粘土岩、粉砂质或中酸性凝灰质岩石经轻微变质而成.板状构造,劈理面平滑而整齐,光泽暗淡,可沿劈理面成片剥下.重结晶弱,基本无新生矿物,绝大部分为隐晶质,而在劈理面上由粘土矿物重结晶形成的绢云母和绿泥石呈现出较微弱的丝绢光泽.一般按颜色和所含杂质进一步命名.板岩比页岩硬度高,它是板理,页岩是页理.2.千枚岩:和板岩的原岩一样.但变质程度较高,