变质作用和变质岩

变质作用   变质作用控制因素   变质作用---变质级

变质作用---变质相   变质岩   变质岩---化学成分

变质岩---矿物成分

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。

变质作用---控制因素

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。

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25-30×106Pa/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。
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。

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。

 

 

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。

 

变质岩

变质岩,英文名称为metamophic rock,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。

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<40%,副变质岩从四分之一到90%以上;
Fe2O3和FeO:正变质岩一般<15%;副变质岩可高达30%以上;
MnO:正变质岩含量很低,<2%;副变质岩可高达20%以上;
CaO:正变质岩一般不超过23%;副变质岩可高达50%以上;
K2O/Na2O:正变质岩通常<1%,副变质岩几乎总是>1%,达到2-3%;
P2O5:正变质岩通常<3%,副变质岩可达16%,甚至超过40%。
对变质岩的化学成分进行研究,是恢复变质岩原岩性质的重要依据。

变质岩---矿物成分

变质岩的矿物成分,既决定于原岩性质,还与变质作用的性质、强度密切相关,因此变质岩具有自己的矿物成分特点,又和火成岩、沉积岩有一定联系,且比它们更复杂多样。主要造岩矿物在三大类岩石中分布情况列入下表:

主要在岩浆岩
中出现的矿物
主要在沉积岩
中出现的矿物
主要在变质岩中出现的矿物 三大类岩石
均有的矿物

鳞石英
歪长石
白榴石
方钠石
黝方石
蓝方石
玄武角闪石等

蛋白石
玉髓
水铝石
粘土矿物
海绿石
盐类矿物
卤化物矿物

刚玉,石墨
红柱石,蓝晶石,矽线石
叶腊石,十字石,堇青石
硬绿泥石,硬玉,浊沸石
方柱石,钠云母,绢云母
帘石类,葡萄石,硬柱石
绿纤石,钙铝榴石
符山石,绿泥石,阳起石
蓝闪石,滑石,蛇纹石
直闪石,硅镁石,透闪石
钙镁橄榄石,钙铁辉石
蔷薇辉石,硅灰石

石英
碱性长石
斜长石类
白云母,黑云母
角闪石,辉石
橄榄石
磁铁矿
钛铁矿
磷灰石
锆石
金红石
榍石
碳酸盐矿物

变质岩矿物---红柱石

变质岩矿物---蓝晶石

变质岩矿物---矽线石

变质岩矿物---十字石

变质岩矿物---堇青石

变质岩矿物---方柱石

 变质岩矿物---钙铝榴石

变质岩矿物---蓝闪石

变质岩矿物---蛇纹石