变质作用及变质岩

第四章变质作用及变质岩摘要变质作用形成的变质岩分布较为广泛，约占地壳总体积的27.4%，各个地质时代均有分布，特别是前寒武纪的地层，绝大部分由变质岩系组成。本章主要介绍变质作用和变质岩的基本概念、变质作用的因素及类型、变质岩的结构和构造，以及常见的几种变质岩的类型和特征。第一节变质作用的因素及类型变质作用过程中产生大量的矿产，据统计现在世界上开采的矿石中，有53%的铁矿、55%的铬铁矿、47%的铜矿、81%的金矿、85%的铀矿等均产于变质岩系中，所以对变质作用和变质岩的研究具有重要的理论意义和实际意义。一、变质作用的概念变质作用:指地壳中已经形成的岩石在高温高压和化学活动性流体作用下，引起岩石的结构、构造或成分发生变化，形成新的岩石的一种地质作用。岩石是否发生变质要看其有无重结晶现象或有无变质矿物出现为标志。岩石的变质作用是在固态状况下进行的。变质作用在地壳内部的物质活动中是广泛分布和普遍存在的，不仅形成了各种变质岩石，而且形成了大量变质矿产。二、变质作用的因素1．温度温度升高增加了岩石矿物分子运动能力和化学活动性，使那些没有结晶的矿物结晶，已结晶的矿物晶体由小变大，产生粗粒结晶结构。如石灰岩在持续较高温度的作用下转变为大理岩，原来的碳酸钙物质经重结晶作用转变为方解石。由于温度的升高，加速了化学反应的进程，产生新的矿物组合。例如高岭石在热力作用下，形成红柱石和石英矿物组合。如下式：2．压力1）静压力指各个方面相等的围压，主要是由上覆岩石重量引起的，其大小随深度的增加而增大。静压力的增加使变质反应得以进行的温度相应提高。静压力的增加有利于促使岩石中矿物晶格化，由体积较大的矿物形成体积较小，密度较大的新矿物。如橄榄石和钙长石在一定的压力下就会形成石榴子石，如下式：2）定向压力定向压力是由构造运动或岩浆作用产生的一种侧向压力，也称为动压力。它在变质作用中主要是对岩石进行机械改造，使岩石变形、变质、碎裂或发生塑性流动。3．化学活动性流体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。它们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。虽然这种流体的数量有限，但由于它们富含挥发组分，在较高的温度条件下，具有强烈的化学活动性。在变质作用中，它们常蒙盖在矿物颗粒的周围，形成液体或气体薄膜，增大了与受变质物质颗粒的接触面，因此起着十分重要的作用。三、变质作用的类型1．接触变质作用发生在侵入岩体与围岩的接触带上的变质作用。岩浆侵入地壳，与周围的岩石接触时，由于温度的增加或者因从岩浆里析出的大量挥发组分和热水溶液的作用，引起围岩矿物成分、结构、构造，甚至化学成分的变化。岩浆侵入围岩的接触变质带根据引起接触变质接触主要因素和方式，接触变质作用可进一步分为两种情况。热接触变质作用指围岩受岩浆高温的影响而发生的变质作用。温度是主要因素，压力次之，重结晶是主要变质作用方式。接触交代变质作用如果变质因素除温度压力之外，还有大量来自岩浆的挥发组分参与，就会使接触带附近的侵入岩和围岩发生明显的交代作用，从而形成变质岩。2．动力变质作用动力变质作用：指岩石受定向压力（动压力）的作用而产生破碎、变形、重结晶的变质作用。根据变质环境和方式不同，动力变质作用又可分为碎裂变质和韧性变形两种类型。碎裂变质在地壳的浅部，岩石呈脆性，当应力超过岩石强度极限时，岩石便会被压碎或磨碎，产生碎裂变质，有代性的岩石是构造角砾岩。韧性变形在地壳中、深部，温度和压力较高，岩石具塑性，在断裂带中的岩石一般不发生明显的破裂，而是以强烈韧性剪切变形或塑性流动为主，有代表性的岩石是糜棱岩。其特征是细粒化，并具有明显的定向构造。3．区域变质作用区域变质作用：指在大范围内，由于温度、压力和化学活动性流体等因素的综合作用下而产生的变质作用。区域变质作用是一种十分复杂的由多种因素引导的变质作用。其结果使岩石发生重结晶作用，并形成很多变质矿物，由于定向压力的影响常使岩石发生变形、破碎或形成片理构造和片麻状构造。第二节变质岩的一般特征一、变质岩的概念变质岩：指已经形成的岩石（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。根据变质前原岩的不同，变质岩可分两大类：由岩浆岩变质而成的称为正变质岩，由沉积岩变质而成的称为副变质岩。变质岩的矿物成分、结构、构造及产状都与原岩有着密切的联系。一方面具有一定的继承性，另一方面经过变质作用后也产生了一系列新的变化。二、变质岩的物质成分1．变质岩的化学成分2．变质岩的矿物成分能适应较大温度、压力变化范围的矿物，在变质岩中可以保存下来，如石英、长石、云母。根据矿物适应温度、压力等变质因素变化的情况，可将变质岩的矿物成分分为两类：变质作用形成的新的变质矿物，如硅灰石、红柱石、石榴子石、绿泥石、绿帘石、滑石、蛇纹石、石墨等。这些矿物是变质岩中特有的矿物，它们的大量出现，就是岩石发生变质作用的有力证据。三、变质岩的结构变质岩的结构：指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及其结合方式。根据岩石特点和结构的成因，可把变质岩的结构分为变晶结构、变余结构以及压碎结构等。1．变晶结构变晶结构：原岩在变质过程中经重结晶作用而形成的结晶质结构的总称。根据变晶矿物颗粒的相对大小可分为：等粒变晶结构岩石中大部分主要变晶矿物颗粒大小大致相等。不等粒变晶结构主要变晶矿物颗粒大小不等但呈连续变化。斑状变晶结构矿物颗粒直径大小相差悬殊，在较细粒的变质基质中，有较大的变晶矿物。根据变晶矿物颗粒相对大小划分的结构类型左—等粒变晶结构；中—不等粒变晶结构；右—斑状变晶结构根据变晶矿物粒度绝对大小可分为：粗粒变晶结构矿物颗粒平均直径＞3mm。中粒变晶结构矿物颗粒平均直径3～1mm。细粒变晶结构矿物颗粒平均直径＜1mm。粒状变晶结构鳞片变晶结构纤维变晶结构2．变余结构变余结构：也称为残留结构，因为重结晶作用不彻底，使原岩的矿物成分和结构特征部分保留下来形成的一种结构类型。变余结构的命名原则，在原岩结构之前加“变余”二字即可。常见的变余结构有：变余花岗结构、变余斑状结构、变余砂状结构、变余泥质结构等。两种变余结构类型左—辉绿变余结构；右—砂粒变余结构3．压碎结构根据矿物的机械破碎程度分为：碎裂结构和糜棱结构。碎裂结构岩石受定向压力作用后，其本身及组成矿物发生破裂、移动、研磨等现象。部分矿物被压碎为细粒，部分保留原形，但也出现裂纹。糜棱结构岩石中所有矿物均被压碎成细小的颗粒，并呈锯齿状接触，其内部物质在滑动时可形成一种类似流动的构造的排列。碎裂结构糜棱结构四、变质岩的构造变质岩的构造：指组成岩石中的各种矿物在空间分布和排列的方式。可为分定向构造和无定向构造两大类。1．定向构造岩石中的长条状、片状（或板状）矿物平行某一平面或某一方向排列形成的构造。它是在定向压力参与下形成的。1）板状构造：岩石中矿物颗粒细小，肉眼难以分辩，岩性似薄板状，常出现一组平行的破裂面，且光滑平整，破裂面具有微弱的丝绢光泽，具变余泥质结构。2）千枚状构造岩石中的鳞片状矿物呈定向排列，沿定向排列方向可劈成薄片，具较强的丝绢光泽，断面参差不齐。为千枚岩所特有。3）片状构造：又称片理构造。由云母、绿泥石、滑石、角闪石等片状、板状、或针状矿物呈连续平行排列而成。沿片理面极易劈成薄片，而且还常呈波状弯曲，显示强烈的丝绢光泽。4）片麻状构造：暗色的片状、柱状矿物（如云母、角闪石等）呈平行排列，且被浅色粒状矿物（如石英等）所隔开，呈现出黑白相间的条带。5）眼球状构造沿片状、片麻状构造的片理，分布有类似眼球状大小的（如长石等）矿物晶体，组成眼球状构造。2．无定向构造块状构造整个岩石的矿物分布均一，无定向排列。这种构造反映岩石在变质过程中，不具显著的定向压力，如大理岩。斑点构造岩石在发生变质过程中，有些物质发生迁移、聚集成斑点，为浅变质岩的构造特征。五、变质岩的分类根据变质作用的不同可把变质岩分为以下几类。小结变质作用和变质岩的基本概念变质作用的因素及类型变质岩的结构和构造作业从哪些现象能岩石曾经受过变质作用？温度、压力和化学活动性流体，在岩石变质过程中各有哪些作用？变质作用有哪些基本类型？各有何特点？