变质岩石学总论

变质岩岩石学第一章总论第一节变质作用和变质岩岩浆岩

岩石岩石学

为什么我们现在所见到的岩石不仅仅是岩浆岩和沉积岩这两大类呢？原因：地球动力学事件使早先存在的岩石所处的地质环境和物理化学条件发生变化，偏离其初始形成时的地质环境及物理化学条件。这必然引起岩石的矿物组成、结构构造甚至化学成分发生变化(调整或改造)，以适应新的地质环境及物理化学条件。一、变质作用和变质岩变质作用：在地壳形成和发展、演化过程中，早先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩以及先存的变质岩）在地壳一定深处，在基本保持固态的条件下发生的矿物组成、结构构造甚至化学成分的变化称为变质作用。变质岩：在变质作用条件下形成的新的岩石称为变质岩。变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。变质岩石类型众多，可形成于不同时期和不同地区，既可出露于古老的结晶基底——地盾或地台，也可出现于较新的变质活动带，分布遍及大陆和海洋。变质作用的因素可分为两类：一类是内部因素（内因），指原岩的成分、结构构造及岩石组合特征；另一类是外部因素（外因）亦即地质因素，指温度、压力、具化学活动性的流体和时间。二、变质作用的因素及方式变质作用的主要因素

1.温度

温度在变质过程中的作用温度变化是引起变质作用的主要因素，多数变质作用是伴随升温而进行的。温度升高

可使原岩中一些矿物发生重结晶引起原岩中矿物之间发生变质反应，各种组分重新组合形成新矿物

温度（热状态）改变的原因

地热增温：可从每千米十几度到每千米一百多度。上地幔热流的运动放射性元素衰变释放热能的积累岩浆活动带来的热（局部）。在应力作用下，变形和摩擦作用产生的热能，即机械能转变的热能变质作用的研究范畴：1.变质作用的下限：与成岩作用的界限-埋藏变质作用2.变质作用的上限：与岩浆作用的界限-混合岩化作用

岩浆作用magmatism变质作用metamorphism成岩作用diagenesis700-900oC150-200oC混合岩化作用migmatism埋藏变质作用burialmetamorphism2.压力压力的标准国际单位是Pa和GPa，地质上常用bar和kbar；其换算关系为：

1bar＝105Pa1kbar＝0.1GPa（1）负荷压力（Pl）

又称围压或固体岩石所承受的压力，以Pl（或P围、P岩、P固）表示，是一种均向性的静压力。其大小等于上覆单位岩石柱的重量，即：Pl=gD。其数值随深度增加而增加，取决于上覆岩层的厚度和密度。每加深1公里，负荷压力增加0.0275GPa。（2）流体压力（Pf）

一般来说，任何岩石在变质前多少都含有一定量的流体。如果仅有薄薄的流体薄膜吸附于颗粒表面，则不构成独立的流体相。变质作用一旦开始，便有流体释放出来，它们充填于毛细孔和微裂隙中，不完全被颗粒所吸附，便成为一个独立的流体相，其所具有的内压称为流体压力。以Pf表示。（3）定向压力（应力）

可理解为伴随构造运动、来自一定方向的侧压力。3.具化学活动性的流体含量很低，作用不小。变质地质学的三大前沿课题之一。（1）流体相的组成

流体相的成分，总体来讲以H2O和CO2为主，可有CH4、H2S等。在变质作用的温压条件下，岩石中的某些组分如K、Na、Si、Mg、Al、Fe、Cl、F、S等也可溶解到流体相中作为流体相的组成部分。（2）流体相的存在状态

在变质作用的温度压力范围内，在较低的温度和压力条件下，H2O、CO2等呈气态或液态存在；在较高的温度和压力条件下，流体呈超临界状态，是一种具许多流体性质的高密度气体。流体既可以存在于矿物颗粒之间被吸附在颗粒边界上，成为不能整体流动的间隙溶液；也可填充在岩石的裂隙之中，成为能够整体流动的裂隙溶液。纯H2O：临界温度Tc=374℃；临界压力Pc=217atm。217atm时，H2O呈超临界状态。

（3）流体相的来源

原岩中保存的流体相。变质作用中的脱水及脱碳酸反应，可提供相当多的流体。与岩浆活动有关的流体相。此外，在地壳深处，上地幔中的流体相也可进入地壳中在变质过程中发挥作用；在大洋与大陆板块的边缘，部分海水也可伴随俯冲作用进入地壳深处而在变质过程中发挥作用。（4）流体在变质过程中的作用流体相可起溶剂作用、水化和脱水反应、

含CO2的流体对碳酸盐化和脱碳酸反应的平衡条件有很大影响。

系统中CO2含量的增大会阻碍碳酸盐转变为硅酸盐的脱碳酸反应。在泥灰质岩石中，CO2和H2O的含量比例对变质矿物组合及其形成温度影响也很大。以水为主的流体相在岩石中处于饱和状态时，可降低岩石中长英质组分的熔融温度。如在不含水的条件下，长英质低熔组分在温度高达950℃时才开始重熔，而在饱和水情况下，同样的低熔组分在640±20℃时就可开始重熔。由于流体相的经常存在，因此在中高级变质条件下，常有长英质组分发生不同程度的重熔，形成各种类型的混合岩。三、变质作用的方式这些作用受各种物理化学原理及力学原理的控制，其产物特征既取决于外部条件（即变质作用因素），又与原岩成分和性状有关。1.重结晶作用重结晶作用是指在变质作用条件下，原岩中矿物颗粒的重新组合，只有矿物颗粒形状和大小的变化，而不形成新的矿物相。重结晶作用的速度和强度既受原岩成分和结构的控制，也与各种变质因素有关。组分较简单的岩石比组分较复杂的岩石易于重结晶。影响重结晶作用的外部因素主要是流体相和温度。2.变质结晶作用

变质结晶作用是指在变质作用的温度、压力范围内，原岩在基本保持固态的条件下新矿物相的形成过程，同时必然有相应的原有矿物相趋于消失。由于这种矿物相的变化过程多数情况下涉及岩石中各种组分的重新组合，所以也称重组合作用。变质岩中新矿物相的形成可有多种途径，但都可归结为变质反应变质结晶作用与重结晶作用有何不同？3.变质分异作用

指成分均匀的原岩，在岩石总成分不变的前提下，造成矿物成分不均匀的一种变质作用。目前一般认为变质分异作用是在变质作用的温压条件下，原岩中某些矿物组分经扩散作用而不均匀聚集的过程。它以组分在空间上有一定范围的迁移而不同于一般的重结晶作用，又以没有组分从系统中带出或从系统外带入而不同于交代作用（后述）。4.交代作用交代作用指变质作用条件下，由变质原岩以外的物质的带入和原岩物质的带出而造成的一种矿物被另外一种化学成分与其不同的矿物所置换的过程。交代作用是一种机理复杂的成岩成矿作用过程，在自然界分布很广，可在多种地质环境中出现，并和不同的地质作用相联系。特征：5.变形和碎裂作用

各种岩石受应力超过弹性限度时，就会出现破碎或塑性变形现象。变形和碎裂是变质过程中的一种重要作用。变形和碎裂的发育程度和特点与许多因素有关，如岩石的物理性质、所处的深度（温度、静压力条件）以及所受应力的作用方式和强度等。

热接触变质作用：指发生于侵入体周围的接触带上，由岩浆侵入带来的热使围岩发生的变质作用，也称热变质作用。其主要控制因素是温度，变质作用的方式主要是重结晶和变质反应。这类变质作用一般深度不大，围限压力不高，约为2～3×108Pa以下。典型的接触热变质岩称为角岩。

四、变质作用的类型根据变质作用发生的地质背景划分动力变质作用：指断层带或其它强烈错动（剪切作用）带上，由于构造应力的作用，岩石通过碎裂、变形或重结晶等方式，发生结构、构造上的改造，有时有矿物成分上的转换。其特点是低温、高应变速率。除高级动力变质外，一般变质温度相当于绿片岩相。典型岩石如糜棱岩。

气－液变质作用：指在化学活动性流体的参与下，岩石中某些活动性组份之间发生的一种交代作用。区域变质作用：指岩石圈大规模范围内发生的多种因素综合起作用的复杂的变质作用。多与构造运动相伴发生，常见于前寒武纪结晶基底及造山带中。主要变质因素有温度、压力（包括围限压力和应力）和流体。一般发生于地壳深部，并且常伴随有混合岩化、大规模的构造变形及岩浆活动。

埋藏变质作用：岩层由于上覆沉积物的深埋而处于地下较深处，由负荷压力和地热增温引起的一种大规模的重结晶作用。可看作区域变质作用的一种。

特点是变质温度低，重结晶和变质反应不彻底，多形成很低级至低级变质岩石，常见原岩矿物残余和变余结构，缺乏显著片理。区域动热变质作用：由温度、均向压力、定向压力和具化学活动性的流体综合作用所形成的变质作用。常以定向构造为特征。混合岩化作用：地壳深部高级变质岩发育区，由于温度、压力的增高及流体的参与，一些变质岩发生熔融产生相当数量的花岗质熔体，这种现象称为深熔作用。当熔融程度很高时可产生花岗质岩浆，冷凝后便形成典型的花岗岩；如果熔融程度低（只有部分熔融）则出现部分属花岗岩质、部分属原变质岩的混合岩石，称为混合岩。从变质岩经深熔而形成混合岩的过程称为混合岩化。亦称超变质作用。第二节变质岩的结构构造一、变质岩的结构按照成因分为四种类型：

（一）变余结构（二）变形结构（三）变晶结构（四）交代结构（一）变余结构

在变质作用过程中，由于变形、重结晶和变质结晶作用不强烈，原岩结构特征没有被彻底改造，部分地被保留下来时，称为变余结构，也称残余结构。

变余结构总的特点是：外貌上具原来沉积岩或岩浆岩的结构特征，而矿物成分上则表现出一些变质矿物的特点，有时也保留了一些原岩矿物的特点。变余结构的命名在原结构名称之前加“变余”二字。原岩为岩浆岩的变余结构：变余花岗结构、变余斑状结构等。原岩为沉积岩的变余结构：变余砾状结构、变余砂状结构。

（二）变形结构岩石受应力作用形成的结构。（1）

碎裂结构：由脆性变形形成，矿物颗粒产生裂隙、裂开并在颗粒的接触处和裂开处形成小碎粒。矿物颗粒的外形呈不规则棱角状、锯齿状，但破碎的矿物颗粒没有明显的位移。（2）碎斑结构岩石受应力破碎时，由于破碎的强度不同，矿物常可分为大小两群——碎斑和碎基。由碎斑和碎基两部分构成时称碎斑结构。碎斑以不规则的破碎边缘、较多的裂隙、波状消光及边缘颗粒化为特征。碎基粒度很小，甚至可是隐晶质的粉末状。（3）糜棱结构矿物颗粒几乎全部被破碎呈微粒状（或细粒、隐晶质），并发生矿物的韧性流变现象——破碎的微粒呈明显的定向排列，碎斑分布于细粒至隐晶质基质中，有新生矿物。基质含量50%～90%，碎斑颗粒具显微破裂、圆化现象。矿物晶内塑性变形现象很普遍，如波状消光、亚颗粒化、扭折、机械双晶、变形纹等。（三）变晶结构变晶结构岩石在基本保持固态的条件下发生重结晶和变质结晶形成的结晶结构。变晶结构是变质岩最常见的结构。变晶结构与岩浆岩中的结晶质结构有些相似（全晶质）。但由于形成条件不同，其结构特征也有明显区别。变晶结构根据变晶矿物的粒度大小（相对大小、绝对大小）、形状以及颗粒间的相互关系进一步划分。1）根据变晶矿物的粒度：①按变晶矿物粒度的绝对大小分为：

粗粒变晶结构

粒度＞3mm

中粒变晶结构

粒度1～3mm

细粒变晶结构

粒度0.1～1mm

显微变晶结构

粒度＜0.1mm2.变晶结构的分类②根据变晶粒度的相对大小可划分为：等粒变晶结构

主要变质矿物的粒度大致相近。石英岩、大理岩、变粒岩中常具此种结构。接触变质岩的“角岩结构”也属此类。不等粒变晶结构

主要变质矿物的粒度不等，但粒度变化基本上是连续的。斑状变晶结构在大量较细粒矿物集合体（变晶基质）中分布有粒度特别粗大的斑状晶体（变斑晶），基质和变斑晶粒度相差悬殊。2）按变晶矿物的形状划分①粒状变晶结构

岩石主要由近等轴状的粒状矿物组成（如石英、方解石、长石等）。矿物颗粒如具较规则的接触界面称镶嵌粒状变晶结构。矿物颗粒若呈锯齿状接触则称缝合粒状变晶结构。粒度较粗的粒状变晶结构可称花岗变晶结构。花岗变晶结构与岩石成分无关。热接触变质作用形成的显微粒状变晶结构称角岩结构。②鳞片变晶结构

岩石主要两向延长的片状矿物（层状硅酸盐类）组成。如云母类、绿泥石类、滑石等。片状矿物常作定向排列构成结晶片理（构造），有时也可呈非定向排列，导致岩石呈块状构造。③纤状变晶结构：岩石主要由纤维状、针状或长柱状矿物组成。如阳起石、透闪石、夕线石等（链状硅酸盐类）。这些矿物可做定向或不定向排列。也可作向心状和束状排列，可分别称向心结构和蒿束结构。变质岩结构的观察、描述和命名

二、变质岩的构造变质岩的常见构造有：