变质作用.doc

一、变质作用 变质作用（metamorphism）这一词是Boue（1820）第一个使用。但变质作用的定义是Lyell（1833）比较系统地提出的。变质作用是指与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用，是在地壳形成和演化地过程中，由于地球内力的变化，使已存在的地壳岩石在基本保持固态的条件下，原岩的总体化学保持不变，形成新矿物组合和结构构造。 变质作用和沉积作用、岩浆作用之间存在一定的区别和联系。变质作用与岩浆作用之间比较容易区别，它们之间的界线是熔融，而和沉积成岩作用之间的重要标志是矿物组合的变化，一般认为以浊沸石开始出现为标志。 （一）变质作用---控制因素 1温度 温度是控制和影响变质作用的重要因素之一。多数变质作用是随温度升高而进行的。温度升高可使原来岩石中的一些矿物重结晶，更重要的是会使各种原始组分重新组合成新矿物。 首先要确定变质作用发生的温度范围，既起始温度和终止温度。按研究者目前的共同认识，变质作用不包括风化作用和沉积岩的成岩作用。而是以浊沸石、蓝闪石、硬柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现，作为变质作用的开始。这些矿物出现时的温度范围为是在150℃250℃之间。这就是变质作用发生的起始温度。而由于变质作用不包括原岩的大规模的熔融，终止温度就是原岩发生大规模熔融时的温度，现确定为为650℃100℃之间。 其次是关于温度变化的原因，导致温度变化的地质因素和热源具有多样性。主要有下列几种因素 地热增温岩石随埋葬深度的增加，而温度逐渐增高，但其幅度一般不大，按地区的地质环境有所不同，从每千米十几度到一百多度，然而其空间范围较大。地质工作者称此种变化为地热增温率或地温梯度。 放射性元素衰释放的热量其特点是总量大，不均匀，有时也极可观。 岩浆活动带来的热能其强度和岩浆活动的规模有关，有时范围很小，仅限接触带，即是所谓的接触变质，有 时也可能影响一个区域。 应力作用下的摩擦热其较为局部，如断裂带。 变质作用---控制因素 2压力 变质作用均在一定的压力环境下进行，所以压力是控制变质作用的重要物理因素。按压力的性质可分为二大类 静压力是指岩石在地壳内一定深度时，所承受的重力，其大小随埋藏深度的增加而增加，上覆岩层厚度的增加而增加，增加的速率是25-30106Pa/KM。不同类型变质作用的压力变化很大，一般接触变质和动力变化发生在地表3-5km范围内，故压力不超过0.1GPa。区域变质作用的压力范围为0.1GPa－0.8GPa。 应力当物体遭受定向外力作用，其内部就会产生一种抵抗力，称为应力。应力通常和地壳活动带的构造运动有关。应力是引起岩石变质和变形的重要因素。地壳中岩石变形、板状流劈理和碎裂构造都和应力有关，而且它能增加变质反应和重结晶的速度，促使变质作用的进行。 3介质条件 在变质作用过程中，虽然岩石保持完整的固态，但其中仍有少量流体相。流体相存在于矿物粒隙之间或岩石的裂隙中，成分以水和CO2，还可含有其它挥发份。它们在较高的温度和压力条件下，具有较大的活性。 （二）变质作用---变质级 由于许多变质矿物可以在不同温度、压力条件下，由不同变质反应形成，因而由标志矿物划定的等变线往往不是等变质条件的。因此温克勒提出，根据常见岩石中，反映矿物共生组合重要变质变化的特定矿物反应来划分变质带，成为变质级。温克勒讲整个变质作用区间分为四个变质级 很低级变质其低限以基性岩中浊沸石开始出现为标志，其温度界限在200℃左右，它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石的反应形成黝帘石和阳起石，临界温度在350℃左右或稍高； 低级变质温度范围在350-550℃左右，和中级变质的界限是泥质岩石中十字石的出现或黑云母存在时，堇青石的形成； 中级变质温度在550-650℃左右，和高级变质的界限是白云母和石英反应形成矽线石钾长石的组合； 高级变质温度650℃时，属于高级变质，上限可达800℃左右。 （三）变质作用---变质相 变质相的概念是由P.爱斯科拉最先提出。所谓变质相，是指反映多种原岩成分，在一定的p，T条件下，与变质矿物组合之间的对应关系。P.爱斯科拉认为“在特定的温度和压力条件下，经过变质作用，并达到化学平衡，其所形成的任一种变质岩的矿物成分，仅受化学成分控制”。即一个变质相包括了在一定物化条件下形成的，代表多种原岩化学成分的变质矿物组合。 P.爱斯科拉最初划分了八个变质相，随着对变质作用的深入研究与发展。在此基础上共划分了十一个变质相，每个变质相都有一定的温度、压力范围，大致可见示意图。 （四）变质作用---类型 对变质作用的类型进一步划分，自变质岩作为一门独立学科的出现就提出许多分类，下面简要介绍常见的变质作用类型 区域变质作用（regional metamorphism）最先是由法国学者A.Daubree于1859年提出，是指大面积的岩石，因为温度增高和压力的作用等多种因素下，发生了程度不等的重结晶和变形的一类变质作用。区域变质作用形成的岩石普遍具有结晶片理及其他方向性组构。 接触变质作用（contact metamorphism）是指在岩浆作用影响下，围岩主要受岩浆体温度的影响而产生的一种局部性变质作用。通常规模不大，围岩主要受岩浆散发的热量及挥发份的作用。当围岩仅受岩浆体温度影响而发生重结晶作用、变质结晶作用，变质前后化学成分基本相同，这类变质作用称为热接触变质作用。当围岩除受岩浆体温度影响外，由于挥发组分的影响，岩体和围岩发生交代作用，致使接触带附近的岩体和围岩的化学成分也发生变化，称为接触交代变质作用。 动力变质作用（dynamo metamorphism）是一种由于构造作用过程中所产生的强应力作用下，岩石发生破碎、变形，在破碎、变形的同时，伴有一定重结晶作用。其发育常受断裂构造控制，原岩的变化主要以脆性变形和塑性变形为主。 气液变质作用（Pneumatolytic hydrothermal metamorphism）是由于热的气体及溶液作用于已形成的岩石，使已有的岩石产生矿物成分、化学成分及结构构造的变化，称为气液变质作用。气液变质作用通常沿构造破碎带及矿脉边缘发育。 二、变质岩 变质岩，英文名称为metamophicrock，是一种转化的岩石。地壳中已经存在的岩石（可以是沉积岩，火成岩，乃至早先已形成的变质岩），因温度、压力及介质条件的变化，在没有显著熔融和溶解的固体状态下而形成的一种新的岩石。此种岩石具有与新的物理--化学环境相平衡的新的化学成分、矿物成分和结构、构造。任何变质岩都包含其原岩形成的历史和变质作用的历史。 （一）变质岩---化学成分 由于变质岩是一种转化岩石，所以其成分与原岩的总化学成分和变质作用的类型、强度戚戚相关。在变质岩中的主要造岩氧化物仍为SiO2，Al2O3，Fe2O3，FeO，MnO，CaO，K2O，Na2O，H2O以及P2O5等，但在不同的变质岩中其含量变化很大。当原岩是火成岩时，常称其为正变质岩，原岩是沉积岩时，常称其为副变质岩。组成它们的主要成分特征如下 SiO2正变质岩为34-80，副变质岩为0-95； Al2O3正变质岩为25％），有时含有黑云母、白云母、角闪石，其总量不超过30。当片状、纤状矿物含量较多时，可具片状或片麻状构造。深色矿物含量10时称浅粒岩。（福建东山变粒岩） （变粒岩） 6变质岩各论---区域变质岩---角闪岩 这是主要由角闪石和斜长石组成的岩石，是角闪岩相的典型代表。由基性岩（侵入岩、火山岩、火山碎屑岩）和富铁白云质泥灰岩在中至高温区域变质条件下形成。矿物成分除角闪石和斜长石外，常见铁铝榴石、绿帘石、黝帘石和少量黑云母、透辉石等。具粒状变晶结构，其中角闪石多呈短柱状，斜长石为中酸性斜长石或中性斜长石，呈粒状。块状构造或微显片理构造。斜长角闪岩的分布也很广泛，在区域变质岩发育地区，常见它与片岩、片麻岩伴生一起。（内蒙乌拉山斜长角闪岩） （角闪岩） 7变质岩各论---区域变质岩---麻粒岩 是一种变质程度较深（高温、较高压条件）的岩石。具粒状变晶结构（粗、中、细粒不限）。矿物成分以含紫苏辉石为特征，此外还有单斜辉石（透辉石-钙铁辉石）、铁铝-镁铝榴石等。长石、石英含量不定。此外还常见堇青石，含TiO2矿物金红石、钛铁矿等。含水矿物（角闪石、黑云母等）较少。块状、片麻状、条带状构造。麻粒岩的原岩可有基性、中酸性岩浆岩、火山碎屑岩、铁镁钙质沉积岩和碎屑岩等。（麻粒岩大别山麻粒岩） （麻粒岩大别山麻粒岩） 8变质岩各论---区域变质岩---榴辉岩 主要由浅红色的石榴石和鲜绿色的绿辉石组成，有时含蓝晶石（或夕线石）、顽火辉石、金红石、石英和角闪石（蓝闪石、蓝绿钠闪石、钛角闪石等）。榴辉岩的颜色一般较深。比重较大，可达3.6-3.9，是变质岩中密度最大的岩石。一般认为它是基性-超基性岩浆岩在极大的压力条件下变质形成的，而温度条件不限，低温塞到高温的范围内部可形成。（大别山榴辉岩） （榴辉岩） 9变质岩各论---区域变质岩---石英岩 石英岩主要由石英组成的浅色粒状岩石。一般为块状构造。粒状变晶结构。由砂岩和硅质岩经区域变质作用重结晶形成。由于石英在温度作用下不易发生化学变化，在低温至高温的宽广范围内，主要引起重给晶作用。因此，石英岩在不同的变质相条件下都可形成。 （石英岩） （四）变质岩各论---混合岩类 混合岩是由混合岩化作用形成的岩石，其基本物质系由基体和脉体两部分组成。基体指的是混合岩形成过程中残留的变质岩，是区域变质作用的产物，主要是斜长角闪岩、片麻岩、片岩、变粒岩等。颜色较深。脉体指的是混合岩形成过程中处于活动状态的新生成的流体相结晶部分，通常是花岗质、长英质、伟晶质和石英脉等。和基体相比，其颜色较浅。 混合岩是在区域变质作用基础上发展起来的，但它以普遍发育交代现象和矿物成分、结构构造的不均匀性区别于区域变质岩。混合岩主要分布于前寒武纪结晶基底和古生代以后的某些区域变质岩发育地区。 根据混合岩化作用的强度和混合岩的构造特征，主要类型有角砾状混合岩、网状混合岩、条带状混合岩、眼球状混合岩、肠状混合岩、阴影混合岩、混合花岗岩。 1变质岩各论---混合岩类---角砾状混合岩 贯入脉体将变质原岩分割成角砾状，角砾通常为片理不好的块状变质岩且富含铁镁矿物，如斜长角闪岩、角闪石岩、辉石岩等，有时也可为暗色的黑云片麻岩类。对于角砾状混合岩，应注意研究角砾的成分、形状、大小、结构构造、角砾的排列方式、角砾（基体）和脉体的比例、脉体的成分和结构等；同时，还应注意角砾（基体）和脉体的界线是否清楚。接触界线是平直或弯曲、角砾边缘是否有蚀变等。 （角砾状混合岩） 2变质岩各论---混合岩类---网状