第6讲（变质岩、地质年代）.doc

地质学基础与铀矿地质讲义2007（第6讲） 内容提要 第三章 岩石 3.3 变质岩 第四章 地质年代及地层系统 4.1 确定地质年代的方法 4.2 地质年代及地层系统 4.3 我国地史概述 参看地质学pp.68-81. 第三章 岩石 3.3 变质岩 变质岩的概念 变质岩是由原来的岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩）在地壳中受到高温、高压以及化学成分渗入的影响，在固体状态下，发生剧烈变化后形成的新的岩石。 在变质岩中不仅具有自身独特的特点，而且还常常保留着原岩的某些特征。 一、变质岩的一般特征 变质岩以其特有的变质矿物和构造特征，区别于岩浆岩和沉积岩。 （一）变质岩的矿物组成及其特点 1、变质岩的矿物分类 组成变质岩的矿物，大致分为两部分 一部分是与岩浆岩和沉积岩共有的矿物，主要有石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石和白云石等。 另一部分是变质岩所特有的矿物，主要有石榴子石、红柱石、蓝晶石、阳起石、硅灰石、透辉石、透闪石、矽线石、十字石、蛇纹石、滑石和绿泥石等，这些特征矿物常是鉴别变质岩的标志。 2、变质矿物的特点 （1）变质矿物在高温条件下，一般都较稳定。 （2）变质岩由于常受定向压力的影响，其中某些矿物常呈针状、纤维状、鳞片状、柱状、放射状等。如呈片状的绿泥石、石墨等；呈放射状的阳起石、硅灰石等。而另一些矿物出现拉长的现象，如角闪石、云母、长石一般较岩浆岩中的同种矿物长得多，就连某些非一向延长的矿物也可被拉长按一定方向排列。 （3）变质矿物中常有包裹体，如红柱石中常有炭质、石英等包裹体存在。 （4）变质岩中的矿物由于本身生长力大小的关系而有各种不同的自形程度。如石英的生长能力较弱，一般只能形成他形晶；红柱石生长能力特强，常形成自形晶。它们与岩浆岩中矿物因熔点不同所形成的结晶顺序是不同的。如变质岩在其变质过程中，先形成的斜长石是酸性斜长石，最后才形成基性斜长石，这一规律恰好与岩浆岩中斜长石的结晶顺序相反。 （5）变质矿物虽有些与岩浆岩中的矿物相同，但其生成时的温度远较岩浆岩中的相同矿物低。 （二）变质岩的结构 变质岩几乎都具有结晶结构，但由于变质作用的程度不同又可分为 1、变余结构由于变质作用进行得不彻底，在变质岩的个别部分，还残留着原来岩石的结构。变余结构一般常见于变质较轻的岩石中。 如变质岩的原岩是砂状沉积岩，则可出现变余砂粒结构；如变质岩的原岩是岩浆岩，则可能出现变余斑状结构等。 2、变晶结构是变质岩最重要的结构，由于这种结构是原岩中各种矿物同时再结晶所形成的，所以矿物晶体互相嵌生，晶形的发育程度，并不取决于矿物的结晶顺序，而是取决于矿物的结晶能力，这是与岩浆岩的结晶结构不一样的（岩浆岩的结晶结构一般是先形成的矿物，自形程度比后生成的矿物高）。 变晶结构又可分为 （1）等粒变晶结构岩石中所有矿物晶粒的大小近乎相等，与岩浆岩的等粒结构近似。 （2）斑状变晶结构与岩浆岩中的斑状结构相似。即在岩石中，细粒的基质上分布一些较大的变斑晶的粗大晶体。 （3）鳞片变晶结构一些鳞片状矿物沿一定方向平行排列，如云母片岩等。 3、压碎结构由于动力变质作用，使岩石发生破裂而形成的，如碎裂岩等。 （三）变质岩的构造 变质岩的构造是识别各种变质岩的重要标志。 1、片理构造片理构造的形成，是由于岩石中片状、板状和柱状矿物（如云母、长石、角闪石等），在定向压力的作用下重结晶，垂直压力方向成平行排列而形成的。顺着平行排列的面，可以把岩石劈成一片一片的小型构造型态，叫片理。根据形态的不同，片理构造又可以分为以下几种 （1）片麻状构造岩石中的深色矿物（黑云母、角闪石等）和浅色矿物（长石、石英等）相间呈条袋状分布，在岩石的外观上，构成一种黑白相间的断续条袋状构造，片麻岩具这种构造。 （2）眼球状构造在片麻状构造中，常有某种颗粒粗大的矿物（如石英、长石），呈透镜状或扁豆状，沿片理方向排列，形似眼球，故此得名。 （3）片状构造由一些片状或柱状、针状矿物作平行排列而成，片理特别清楚，是片岩所具有的构造。 （4）千枚状构造片理清晰，片理面上有许多细小的绢云母鳞片作有规律的分布，使岩石呈显丝绢光泽，即称千枚状构造，是千枚岩所具有的构造。 （5）板状构造柔软的泥质岩石，受挤压后，形成易劈成薄板的构造，称为板状构造，劈开面称板理面。劈开面上常有鳞片状绢云母散布，是板岩所具有的构造。 2、块状构造 矿物无定向排列，其分布大致呈均一状，如石英岩、大理岩常具有这种构造。 3、斑点构造当温度升高时，原岩中的某些成分（如炭质）首先集中凝结或起化学变化，形成矿物集合体斑点，其形状、大小可有不同，某些板岩具有这种构造。 4、条带状构造岩石中的矿物成分分布不均匀，某些矿物有时相对集中呈宽的条带，有时呈窄的条带，这些宽窄不一的条带相间排列，便构成条带状构造。混合岩、糜棱岩常具有这种构造。 5、角砾状构造构造运动产生的局部应力使原岩破碎、粒化、甚至重结晶而形成的，即动力变质作用的结果。 二、变质岩的分类及各类岩石特点 根据变质岩的成因即变质作用类型，可将变质岩分为三大类区域变质岩、接触变质岩和动力变质岩。（见表3-3） 区域变质岩主要包括板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、混合岩等，一般具有片理构造； 接触变质岩主要包括大理岩、石英岩、角岩、矽卡岩等，一般具有块状构造； 动力变质岩主要包括构造角砾岩、糜棱岩，一般具有角砾状、条带或眼球状构造。 自然界常见的变质岩 1、板岩 是一种结构均匀，致密且具有板状劈理的岩石。是由泥质岩类经受轻微变质而成。与页岩的区别是，质地坚硬，用锤击之能发出清脆的响声。因板岩可沿办理面裂开成平整的石板，故广泛用作建筑石材。 2、千枚岩 岩石的变质程度比板岩深，原泥质一般不保留，新生矿物颗粒较板岩粗大，有时部分绢云母有渐变为白云母的趋势。这类岩石大多数由粘土类岩石变质而成，少数可由隐晶质的酸性岩浆岩变质而成。 3、片岩 以片状构造为其特征的岩石。组成这类岩石的矿物成分主要是一些片状矿物，如云母、绿泥石、滑石等，此外尚还有石榴子石、蓝晶石、十字石等变质矿物。 片岩与片麻岩、千枚岩极为相似，但其变质程度（结晶程度）较千枚岩深。而片岩与片麻岩的区别，除在构造上不同外，最主要的是片岩中不含或很少含长石。根据片岩中片状矿物种类不同，又可分为云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、石墨片岩。 4、片麻岩 以片麻状构造为特征。片麻岩可由各种沉积岩、岩浆岩和原已形成的变质岩经变质作用而成。这类岩石变质程度较深，矿物大都重结晶，且结晶粒度较大，肉眼可以识别。 片麻岩和片岩可以是逐渐过渡的，两者有时无清晰划分界线，但大多数片麻岩都含有相当数量的长石，因此，习惯上常根据是否含有粗粒长石来划分。 5、大理岩 较纯的石灰岩和白云岩在区域变质作用或接触变质作用下，由于重结晶而变为大理岩。这类岩石多具有等粒变晶结构，块状构造。主要矿物为方解石。 6、石英岩 由较纯的石英砂岩经区域变质作用或接触变质作用而成。变质后石英颗粒和硅质胶结物合为一体。因此，石英岩的硬度和结晶程度均较砂岩高。主要矿物成分为石英、尚有少量长石、云母、绿泥石、角闪石等，深变质时还可出现辉石。这类岩石亦多具有等粒变晶结构，块状构造。 7、角岩 由泥质岩石在热力接触变质作用下形成。是一种致密微晶质硅化岩石。其主要成分为石英和云母，其次为长石、角闪石，尚有少量石榴子石、红柱石、矽线石等标准变质矿物。 8、矽卡岩 是由石榴子石、透辉石以及一些其它钙铁硅酸盐矿物组成的岩石。它是在石灰岩或白云岩与酸性或中酸性岩浆岩的接触带或其附近形成的。具粗-中粒状变晶结构，致密块状构造。 9、蛇纹岩 是以蛇纹石为主要矿物成分的岩石。成份较纯者和蛇纹石相似，一般呈黄绿色，也有呈暗绿色和黑色者。质软，略具有滑感，片理及碎裂构造常见。可由区域变质作用和动力变质作用产生。 蛇纹岩大多是由超基性岩（橄榄岩）在热液作用下使其中的橄榄石、辉石变成蛇纹石而形成，结构式是Mg6Si4O10OH3。 10、混合岩 原来的变质岩（片岩、片麻岩、石英岩等），由于许多相当于花岗岩的物质（来自上地幔的碱性流体），沿片理贯注或与原岩发生强烈的交代作用（称混合岩化作用）而形成的一种特殊岩石叫混合岩。是在深成褶皱区的超变质作用下形成的。混合岩通常由两部分物质组成一部分为原岩如云母片岩、斜长角闪岩等组成，叫做基体；另一部分是混合岩化过程中的活动组分，成份以钾长石、石英为主，称为脉体。 混合岩的构造多样，脉体在基体中常呈眼球状、条带状及片麻状等。 11、构造角砾岩 是高度角砾岩化的产物。碎块大小不一，形状各异，其成分决定于断层移动带岩石的成分。 12、碎裂岩 在压应力作用下，岩石沿扭裂面破碎，方向不一的碎裂纹切割岩石，碎块间基本没有相对位移，碎块外形相互适应，这样的岩石称碎裂岩。 13、糜棱岩 是粒度比较小的强烈压碎岩，岩性坚硬，具明显的带状、眼球纹理构造。带状构造在标本上很像流纹，不同条带中矿物粒度、成分及颜色都有所差异，它是在压碎过程中，由于矿物发生高度变形移动或定向排列而成。 后三类岩石均系构造运动产生的局部应力使原岩破碎、粒化、甚至重结晶而形成的。多呈狭长带状分布，并具有一定的局限性。 三、变质岩的肉眼鉴定和命名 肉眼鉴定变质岩主要是根据构造和矿物成分。 1、首先，根据变质岩所具有的构造，将这一大类岩石划分为三类 第一类是具有片理构造的岩石，其中包括片麻岩、片岩、千枚岩和板岩； 第二类是不具有片理构造而具有块状构造的块状岩石，主要包括石英岩、大理岩、角岩和矽卡岩等； 第三类是具有碎裂构造（包括角砾状构造）和条带状构造（包括眼球状构造）的岩石，是构造运动产生的局部应力使原岩破碎、粒化、甚至重结晶而形成的，即动力变质作用的结果。这类岩石包括构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等。 2、其次，在矿物成分中，应特别注意那些为变质岩所特有的矿物，如石榴子石、十字石、红柱石、硅灰石等以及变斑晶矿物。 变质岩的定名 （颜色） 变质矿物或变斑晶矿物 基本名称 如，片岩当中有石榴子石呈变斑晶出现时，可定名为石榴子石片岩； 片岩中滑石、绿泥石出现较多，且绿泥石含量大于滑石时，可定名为滑石质绿泥石片岩； 当矽卡岩中含有较多石榴子石时，可定名为石榴子石矽卡岩。 第四章 地质年代及地层系统 地球形成到现在，大约有46亿年。目前世界上已知的最古老岩石的年龄约为41～42亿年（岩石同位素年龄）。地壳中各种岩石和矿产都是在一定的地质年代中形成的，它们都有一定的生成顺序。 在地质学上，把某一地质时代形成的一套岩层（不论是岩浆岩、沉积岩还是变质岩）称为那个时代的地层。 划分地质年代和地层系统，对研究地壳的演化过程地壳的岩石、矿物、生物界等演化规律具有重要的理论意义；并对寻找和勘探矿产资源及矿山开采均具有重要的实际意义。 4.1 确定地质年代的方法 确定地层地质年代有两种方法一是确定地层的相对地质年代，另一是确定岩石形成到现在的实际地质年代，即所谓“绝对”地质年龄。 一、相对地质年代确定法 相对地质年代的确定， 主要是依据地层的上下层序、地层中的化石、岩性以及地层的接触关系等。 1、地层层序法 正常的沉积地层，总是老的先沉积在下，而新的则后沉积在上。地层的这种新老的上下覆盖关系，称为地层的层序定律。利用这个关系可以确定地层的相对年代。但这种方法在地层受到剧烈地壳运动而发生倒转的情况下，就不能适用了。 2、古生物比较法 生物地层划分与对比的依据是岩层中所含的化石及其分布。古生物比较法建立在生物进化的基础上，因为生物进化具有不可逆性和阶段性。因此，不同时代的地层有不同的化石，某一时代的地层则保存有该时代特有的化石。由于生物的演化是由简单到复杂，由低级到高级，这样根据两套地层中化石的种类就可以判断地层形成的相对顺序。 3、标准地层对比法 一般情况下，在同一沉积环境里，同一时期形成的沉积岩往往具有相似的岩性特征；而不同时期形成的沉积岩在岩性上往往也不一样。因此，在一定地区内，可以根据各地地层的岩性变化来划分和对比地层。 通常是利用已知相对年代的，具有一种特殊性质和特征的，易为人们辨认的“标志层”来进行对比。例如，华北和东北的南部各地奥陶纪地层是厚层质纯的石灰岩，因此在相邻区域出现的同类岩石类型，可以判断为奥陶纪形成的。 标准地层对比法，一般是用于时代比较老而又无化石的“哑地层”。 对于含有化石的地层，可以两者结合运用，相互印证。 4、地层接触关系法 是根据地层之间的接触关系来确定其相对年代。地层之间的接触关系有整合接触、平行不整合（假整合）接触和角度（斜交）不整合接触。 （1）整合接触 在地壳长期下降的过程中，沉积物在沉积盆地中一层一层地沉积下来，不同时代的地层是连续沉积的，这种地层之间的接触关系，称为整合接触。 （2）平行不整合接触（假整合） 当地壳由长期下降的状态转变为上升时，早先形成的地层露出水面，不仅不再继续接受沉积，而且还遭受到风化剥蚀，形成高低不平的侵蚀面（如出现龟裂、泥裂、雨痕等），其后地壳再次下降，原来的侵蚀面上又沉积了一套新的地层。这样，新老两套地层的接触关系大致平行，但它们之间存在着一个侵蚀面，称不整合面，并缺失一部分地层，反映沉积作用曾经发生过间断。新老地层之间的这种接触关系叫做平行不整合（假整合）接触。 （3）角度（斜交）不整合接触 如果地壳在由下降转为上升的过程中，原来的地层因地壳剧烈运动而发生褶皱和断裂时，岩层便会产生不同程度的倾斜。当这套地层露出水面经过风化剥蚀后，再次下降接受新的沉积时，新老两套地层之间不但有地层缺失，而且不整合面上下两套地层的岩层产状也有明显差异，呈角度相交。这种接触关系叫做角度（或斜交）不整合接触。在不整合面上常常保留有遭受风化剥蚀的痕迹，其上往往有下伏地层的碎屑或化学风化产物（如底砾岩、褐铁矿等）。 二、绝对地质年代确定法 绝对地质年代法是通过某种方法测定岩石形成到现在所经历的时间，即所谓“绝对”年龄。常用的方法是同位素地质年龄确定法。它是根据岩石中所含的放射性同位素和它的蜕变产物稳定同位素的相对含量来测定。当岩石和矿物形成时，一些放射性同位素就已经含在里面。从这时起，这些同位素就按照恒定的速度蜕变成为稳定同位素。如果测出岩石中已知放射性元素的原子数N及其衰变产物新元素D, 则可按照下列公式求出岩石形成的年龄t。 λ为该放射性元素的衰变常数，普通形式的放射衰变以恒定速率进行，不受环境影响，t为岩石生成的绝对年龄，通常以百万年为单位。 4.2 地质年代及地层系统 一、地质年代及地层单位的划分 当前国际上趋向于把地层划分为三套性质不同的地层系统岩石地层单位、生物地层单位和年代地层单位。 1、岩石地层单位以地层的岩性特征和岩石类别作为划分依据的地层单位，称岩石地层单位，包括群、组、段、层四个级别。 2、生物地层单位是以含有相同的化石内容和分布为特征，并与相邻单位的化石有区别的岩层体。 3、年代地层单位是特定的地质时间间隔内形成的岩层体。其顶底界线均匀等时面。年代地层单位包括宇、界、系、统、阶、时间带等六个级别；其相对应的地质年代单位是宙、代、纪、世、期、时。 二、地质年代及年代地层单位 显生宙（宇） 古生代（界，Pz） 隐生宙（宇） 志留纪（系，S） 奥陶纪（系，O） 寒武纪（系，∈） 震旦纪（系，Z） 太古代（界，Ar） 元古代（界，Pt） 早元古代（界，Pt1） 晚元古代（界，Pt2） 早古生代（界，Pz1） 二叠纪（系，P） 石炭纪（系，C） 泥盆纪（系，D） 晚古生代（界，Pz1） 中生代（界，Mz） 白垩纪（系，K） 侏罗纪（系，J） 三叠纪（系，T） 新生代（界，Kz） 第四纪（系，Q） 第三纪（系，R） 思考题 1、 变质岩的概念 2、 变质岩的一般特征 （1） 变质岩的矿物组成及其特点 （注意组成变质岩的特有矿物） （2） 变质岩的结构 （主要结构为变晶结构） （3） 变质岩的构造 （片理构造是变质岩最普遍的构造） 3、变质岩的肉眼鉴定和命名 肉眼鉴定变质岩主要根据构造和矿物成分。矿物成分参与定名时，同样遵守“少前多后”的原则。 4、变质岩的分类、各类中包括的主要岩石类型及主要特征。 5、相对地质年代确定的方法有哪几种绝对地质年代测定的原理是什么 6、掌握地质年代表的地质时代、地层系统及代号。 7、简单了解我国地史演化过程中发生的地质构造及生物的演替。 6