第五章变质作用与变质岩 §1变质作用概述 前面我们讲了岩浆岩和沉积岩,这两类大岩石是人们最先认识的两类组成地 壳的岩石,在地质学的萌芽时期(约三百年前,十九世纪)曾经发生过所谓“火 成论”与“水成论”的论战。 以德国人魏尔纳为代表的一些地质学家,认为所有的岩石都是从海水中结晶 沉淀而成的(沉积岩)——“水成论 以苏格兰学者郝屯为代表的认为并非所有岩石都是水成的,而多数是像花岗 岩,玄武岩这样的岩石,由地下熔融物质冷凝形成的。——“火成论 这两大学派的争论持续了大约三十年,最后以“火成论”胜利告终。现在我 们知道,组成地球的岩石,不仅有“水成”的沉积岩,“火成都市”的岩浆岩,还 有经变质作用形成的变质岩。三大岩类在地壳中分布大致是 岩浆岩占地壳总体积的64.7% 沉积岩占地壳总体积的7.9%,占地表面积的75%; 变质岩占地壳总体积的27.4%。 概念 变质作用——岩石基本上在固态下,由于温度、压力及化学活动性流体 的作用,发生成分、结构、构造等变化的地质作用。 变质岩—由 原岩—变质→变质岩 岩浆岩正变质 正变质岩 拧和出名在图 名亦压
1 第五章 变质作用与变质岩 §１.变质作用概述 前面我们讲了岩浆岩和沉积岩，这两类大岩石是人们最先认识的两类组成地 壳的岩石，在地质学的萌芽时期（约三百年前，十九世纪）曾经发生过所谓“火 成论”与“水成论”的论战。 以德国人魏尔纳为代表的一些地质学家，认为所有的岩石都是从海水中结晶 沉淀而成的（沉积岩）——“水成论”。 以苏格兰学者郝屯为代表的认为并非所有岩石都是水成的，而多数是像花岗 岩，玄武岩这样的岩石，由地下熔融物质冷凝形成的。——“火成论”。 这两大学派的争论持续了大约三十年，最后以“火成论”胜利告终。现在我 们知道，组成地球的岩石，不仅有“水成”的沉积岩，“火成都市”的岩浆岩，还 有经变质作用形成的变质岩。三大岩类在地壳中分布大致是： 岩浆岩占地壳总体积的 64.7%； 沉积岩占地壳总体积的 7.9%，占地表面积的 75%； 变质岩占地壳总体积的 27.4%。 一、概念 变质作用——岩石基本上在固态下，由于温度、压力及化学活动性流体 的作用 ,发生成分、结构、构造等变化的地质作用。 变质岩 —— 由变质作用形成的岩石。 原 岩 变质 变质岩 岩浆岩 正变质 正变质岩 沉积岩 负变质 负变质岩
二、引起变质作用的因素 地热 (一)温度:影响变质作用的最基本因素150°-180°~800°-900 升温意味着获得了新的能量,矿物中质点活性增强,可使原来的非晶质 变为晶质,原来小晶粒长大 (二)压力 1.静压力——上覆岩石自重引起的,各向等同。 每公里厚的岩石压力为275巴 地下10公里 约2750巴; 地下20公里 约5500巴。 静压力是各向同性的,作用结果使岩石中矿物变为密度大,体积小 的新矿物 2.定向压力——作用于地壳岩石的侧向挤压力,具有方向性,主要是 挤压力 剪切力 构造力的作用造成。 定向压力的作用结果使岩石中片、柱状矿物定向排列。 (三)化学活动性流体
2 二、引起变质作用的因素 (一) 温度： 影响变质作用的最基本因素 150°-180°～800°-900° 升温意味着获得了新的能量，矿物中质点活性增强，可使原来的非晶质 变为晶质，原来小晶粒长大。 （二） 压力： 1． 静压力——上覆岩石自重引起的，各向等同。 每公里厚的岩石压力为 275 巴； 地下 10 公里 约 2750 巴； 地下 20 公里 约 5500 巴。 静压力是各向同性的，作用结果使岩石中矿物变为密度大，体积小 的新矿物。 ２．定向压力 —— 作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有方向性，主要是 构造力的作用造成。 定向压力的作用结果使岩石中片、柱状矿物定向排列。 （三）化学活动性流体 来源 地热 岩浆热 岩石的断裂挤压 挤压力 剪切力
岩石粒向孔隙及裂隙中以水为主的液体 z、 结构水[含有矿物H2O、CO2] 以H2O、Co2为主,并含有易挥发的物质 在变质作用过程中各种因素是相互配合的,而在不同的地质条件下 主导因素不同,显出有刀言 而水压凹的T四南 控制反应进程 三、原岩在变庋作用中的变化方式(变质方式) (一)重组合 沉积岩在常温、常压环境下形成,进入变质作用环境后,矿物中的H2O、 Co2等在新环境下失去,而转化为新矿物 岩浆岩在高温、高压环境下形成,进入相对较低的温压环境后,转为新矿物。 (二)重结晶 固态下,矿物岩矿经有限的粒间溶解,迁移、重新结晶,使原岩矿物中的晶 粒增大且紧密相嵌的作用 石英砂岩 石英岩
3 以 H２O、CO２为主，并含有易挥发的物质 在变质作用过程中各种因素是相互配合的，而在不同的地质条件下， 主导因素不同，显出有不同的变质特征 。 三、 原岩在变质作用中的变化方式（变质方式） （一）重组合 沉积岩在常温、常压环境下形成，进入变质作用环境后，矿物中的 H２O、 CO２等在新环境下失去，而转化为新矿物。 岩浆岩在高温、高压环境下形成，进入相对较低的温压环境后，转为新矿物。 （二）、 重结晶 固态下，矿物岩矿经有限的粒间溶解，迁移、重新结晶，使原岩矿物中的晶 粒增大且紧密相嵌的作用。 石英砂岩 石英岩 来源 岩石粒向孔隙及裂隙中以水为主的液体 结构水［含有矿物Ｈ２Ｏ、ＣＯ2］ 岩浆中逃返的热气、热液 地壳深处的热液代入各种元素 参预变质作用的各项化学反应 控制反应进程 扩散、迁移一些元素改变化学成分
石灰岩 大理岩 (三)交代作用 主要由于化学活动性流体的作用,使得某些成分的原子、离子、分子从 原岩中带出,另一些成分的原子、离子、分子被带入原岩中,从而改变了原岩的 成分。 交代作用是岩石在固态下发生的物质交换。由于化学活动性流体在岩石空隙 中渗透或扩散,促成了交代作用的进行。 交代作用因为有新的成分带入,因此,是变质过程中原岩物质成分变化的最 重要因素。 52变质岩的特征 变质岩中的矿物 特有矿物变质矿物:石榴子石、红柱石、夕线石、蓝晶石、蓝闪石、 十字石、蛇纹石. 共有矿物:石英、长石、云母 二、变质岩的结构 (一)变晶结构 由于原岩在变质过程中的重结形成的结构
4 石灰岩 大理岩 （三） 交代作用 主要由于化学活动性流体的作用，使得某些成分的原子、离子、分子从 原岩中带出，另一些成分的原子、离子、分子被带入原岩中，从而改变了原岩的 成分。 交代作用是岩石在固态下发生的物质交换。由于化学活动性流体在岩石空隙 中渗透或扩散，促成了交代作用的进行。 交代作用因为有新的成分带入，因此，是变质过程中原岩物质成分变化的最 重要因素。 §2.变质岩的特征 一、 变质岩中的矿物 特有矿物变质矿物： 石榴子石、 红柱石、夕线石、蓝晶石、蓝闪石、 十字石、蛇纹石… … 共有矿物： 石英、长石、云母 二、 变质岩的结构 （一）变晶结构 由于原岩在变质过程中的重结形成的结构
粗粒变晶结构主要矿物粒径>3mm 中粒变晶结构 1-3mm 等粒变晶结构 细粒变晶结构 1.按变晶的天小可分为 2.按变晶的形态可以分为 粒状变晶结构 石英 米L杰目姓 (二)变余结构:变质程度浅,保留了部分原岩的结构。 变余斑状结构 变余砂状结构 变质岩的构造 (一)变成构造:原岩构造消失,形成新的构造。 斑点构造:炭质、硅质、铁质、红柱石等呈斑点状 板状构造:岩石具平行、密集、平坦的破裂面,沿此面岩石
5 1. 按变晶的大小可分为 2. 按变晶的形态可以分为 (二) 变余结构：变质程度浅，保留了部分原岩的结构。 变余斑状结构 变余砂状结构… … 三、 变质岩的构造 （一）变成构造：原岩构造消失，形成新的构造。 斑点构造： 炭质、硅质、铁质、红柱石等呈斑点状。 板状构造： 岩石具平行、密集、平坦的破裂面，沿此面岩石 粗粒变晶结构 主要矿物粒径 >3mm 中粒变晶结构 1-3mm 等粒变晶结构 细粒变晶结构 0.1-1mm 显微变晶结构 <0.1mm 不等粒变晶结构 斑状变晶结构 粒状变晶结构 石英 鳞片变晶结构 云母、绿泥石 纤维状变晶结构 阳起石、硅灰石
易分裂成薄板状 片理构造:片、柱、长条状矿物平行定向排列 片麻状构造:片柱状矿物(常为深色)与粒状矿物(常为浅色 相间排列 块状构造:矿物均匀分布。 (二)变余构造 变质岩中残留了原岩的构造,变余气孔构造、变余杏仁构造、变余层状构造等。 53.变质作用类型及其代表性岩石 根据引起变质作用的地质条件和主导因素不同,可分为接触变质作用,区域 变质作用,动力变质作用,混合岩化作用 接触变质作用 发生在火成岩与围岩之间的接触带上 引起变质的主导因素:温度(300°-800°C)挥发性物质(岩浆分泌) (一)接触热变质作用 主要因素是温度 岩石受热后有重结晶,重组合现象,但化学成分无显著改变。 代表性岩石,斑点板岩、角岩、石英岩、大理岩 接触变质晕—围绕侵入体,变质程度不同的岩石呈环带状分布, 由内向外变质程度加深
6 易分裂成薄板状。 片理构造： 片、柱、长条状矿物平行定向排列。 片麻状构造： 片柱状矿物（常为深色）与粒状矿物（常为浅色） 相间排列。 块状构造： 矿物均匀分布。 （二） 变余构造： 变质岩中残留了原岩的构造，变余气孔构造、变余杏仁构造、变余层状构造等。 §3．变质作用类型及其代表性岩石 根据引起变质作用的地质条件和主导因素不同，可分为接触变质作用，区域 变质作用，动力变质作用，混合岩化作用。 一、 接触变质作用 发生在火成岩与围岩之间的接触带上。 引起变质的主导因素： 温度（300°-800℃）、 挥发性物质（岩浆分泌） (一)接触热变质作用 主要因素是温度 岩石受热后有重结晶，重组合现象，但化学成分无显著改变。 代表性岩石，斑点板岩、角岩、石英岩、大理岩。 接触变质晕——围绕侵入体，变质程度不同的岩石呈环带状分布， 由内向外变质程度加深
(二)接触交代变质作用 引起变质的因素:除温度外,岩浆分泌的挥发性物质很重要。 原岩岩石的化学成分显著变化,大量新生矿物产生。 代表岩石:矽卡岩。 矽卡岩成分复杂:暗色矽卡岩常含铁镁质硅酸盐矿物 (石榴子石、绿帘石)浅色矽卡岩常含硅灰石,透闪石等 矽卡岩中常伴随有金属元素的富集,形成金属矿床 蚀变——地壳内热液(含某些化学元素)在岩石裂隙和孔隙中进行 渗透扩散,与围岩发生的交代作用 二、区域变质作用 在广大范围内发生,并由温度、压力、化学活动性流体等多种因素引起 的变质作用 影响范围几千——几万平方公里 区域变质作用与大构造运动有关 对岩石施加强大定向压力; 下降到地下深处,上升到地表; 裂隙为岩浆活动及化学活动性流体提供有利条件 代表性岩石:板岩、片岩、干枚岩、片麻岩 我们知道了不同的原岩可以变质为不同的变质岩(石灰岩—大理岩 石英砂岩—石英岩)
7 （二） 接触交代变质作用 引起变质的因素：除温度外，岩浆分泌的挥发性物质很重要。 原岩岩石的化学成分显著变化，大量新生矿物产生。 代表岩石：矽卡岩。 矽卡岩成分复杂：暗色矽卡岩常含铁镁质硅酸盐矿物 （石榴子石、绿帘石）浅色矽卡岩常含硅灰石，透闪石等 矽卡岩中常伴随有金属元素的富集，形成金属矿床。 蚀变 —— 地壳内热液（含某些化学元素）在岩石裂隙和孔隙中进行 渗透扩散，与围岩 发生的交代作用。 二、 区域变质作用 在广大范围内发生，并由温度、压力、化学活动性流体等多种因素引起 的变质作用。 影响范围几千——几万平方公里 区域变质作用与大构造运动有关： 对岩石施加强大定向压力； 下降到地下深处，上升到地表； 裂隙为岩浆活动及化学活动性流体提供有利条件。 代表性岩石：板岩、片岩、千枚岩、片麻岩。 我们知道了不同的原岩可以变质为不同的变质岩（石灰岩——大理岩； 石英砂岩——石英岩）
在区域变质岩中,经常有同一类原岩在不同的变质条件下,形成不同的变 质岩的现象,(表现为不同的变质程度): 页岩板岩板岩片岩斜长角闪岩 较低温 300°C 600°C 变质程度浅 变质程度深 三、混合岩化作用(超深变质作用) 长英质的矿物溶解浸透、扩散、贯入组成脉体(浅色); 铁镁质的矿物组成基体(深色); 代表岩石: 混合岩 四、动变质作用(碎裂变质作用) 由于构造运动产生的定向压力作用,岩石发生的变质作用。经常出现 在断裂带的两侧 原岩变形,破碎、粉碎、导致了结构、构造的改变。 代表岩石:断层角砾岩、糜棱岩、干糜岩。 54.岩石的演化 岩浆岩
8 在区域变质岩中，经常有同一类原岩在不同的变质条件下，形成不同的变 质岩的现象，（表现为不同的变质程度）： 页岩 板岩 千板岩 片岩 斜长角闪岩 较低温 300℃ 600℃ 变质程度浅 变质程度深 三、 混合岩化作用（超深变质作用） 长英质的矿物溶解浸透、扩散、贯入组成脉体（浅色）； 铁镁质的矿物组成基体（深色）； 代表岩石： 混合岩 四、 动变质作用（碎裂变质作用） 由于构造运动产生的定向压力作用，岩石发生的变质作用。经常出现 在断裂带的两侧。 原岩变形，破碎、粉碎、导致了结构、构造的改变。 代表岩石：断层角砾岩、糜棱岩、千糜岩。 §4．岩石的演化 岩浆岩 变 熔 外 力 作 用 质 作 融 用
沉积岩 变质作用 变质岩 外力作用
9 沉积岩 变质作用 外力作用 变质岩