第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念

MetamorphicRocks第三篇變質(zhì)巖第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念二、變質(zhì)作用的因素三、變質(zhì)作用類型四、變質(zhì)作用的方式五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造七、變質(zhì)巖的分類1、變質(zhì)作用——在地球內(nèi)力作用下，使地球已經(jīng)形成的巖石發(fā)生礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造變化的作用。(1)已經(jīng)形成的巖石包括先期形成的三大巖類(2)內(nèi)力作用指物理化學(xué)條件的改變(3)使得原來巖石發(fā)生改變包括化學(xué)成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等(4)變質(zhì)作用的條件：基本上為固態(tài)，但是在高級變質(zhì)作用過程中，可以發(fā)生部分熔融，形成流體相（混合巖化作用）——類似于巖漿作用一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念2、變質(zhì)巖——由變質(zhì)作用形成的巖石，即為變質(zhì)巖。3、變質(zhì)巖的類型正變質(zhì)巖：由巖漿巖經(jīng)過變質(zhì)作用形成的變質(zhì)巖副變質(zhì)巖：由沉積巖————————————4、變質(zhì)巖的重要地位(1)前寒武紀之前的巖石幾乎均為變質(zhì)巖，占大陸面積的1/5(2)變質(zhì)巖在我國分別很廣，而且有大量的金屬和非金屬礦產(chǎn)例如：鞍山式鐵礦—含鐵石英巖型石英脈型金礦—如山東一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念二、變質(zhì)作用的因素三、變質(zhì)作用類型四、變質(zhì)作用的方式五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造七、變質(zhì)巖的分類變質(zhì)作用的因素——指決定變質(zhì)作用的物理、化學(xué)條件，即外部因素。包括：1、溫度（T）2、壓力（P）3、流體（F）4、時間（t）二、變質(zhì)作用的因素1、溫度溫度升高有利于物質(zhì)重新排列，發(fā)生吸熱反應(yīng)、脫水反應(yīng)和新礦物組合，以及加快變質(zhì)反應(yīng)速度、導(dǎo)致部分熔融和混合巖化作用。因此溫度可（1）引起巖石的重結(jié)晶作用；

石灰?guī)r(沉積巖)大理巖(變質(zhì)巖)（2）促進礦物成分間的化學(xué)反應(yīng)。

Al4[Si4O10](OH)82Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2O

二、變質(zhì)作用的因素T升高高嶺石吸熱紅柱石放熱石英導(dǎo)致溫度升高的熱源(1)地熱增溫7-60℃/km，一般地區(qū)為25℃/km，在Moho附近800℃/km(2)巖漿侵入：巖漿侵入－冷卻－散熱(3)構(gòu)造運動：摩擦作用(4)地球內(nèi)部物質(zhì)的相變釋放能量(5)放射性元素的衰變能：U，Th—Pb

二、變質(zhì)作用的因素2、壓力（1）靜巖壓力：上覆巖石的重力引起。1kb/3.5km。有利于形成分子體積較小的礦物。（2）粒間流體壓力：存在于巖石的顆粒間、顯微裂隙和毛細孔隙中的流體，包括水、CO2，O2等。流體壓力增加，變質(zhì)反應(yīng)的溫度增加，可促使巖石顆粒的重結(jié)晶。（3）構(gòu)造應(yīng)力：是一種定向壓力，和地殼活動帶的構(gòu)造運動有關(guān)，常具有階段性，其強度在空間上也變比很大，且只對固態(tài)巖層起作用，主要表現(xiàn)為對巖石和礦物進行機械改造，使其發(fā)生破裂和定向排列。

二、變質(zhì)作用的因素3、具化學(xué)活動性流體（1）具化學(xué)活動性流體——粒間流體約占巖石體積的1-2%，其成分除H2O、CO2、O2外，還有其他成分，如鹽酸、硫化氫等，具有很大的化學(xué)活動性。（2）具有化學(xué)活動性流體對巖石變質(zhì)的作用溶劑：促進巖石中一些組分的溶解、遷移流體直接參與變質(zhì)反應(yīng)流體有利于巖石的部分熔融，巖石的熔點隨H2O增加，熔點下降。二、變質(zhì)作用的因素4、時間實驗室的化學(xué)反應(yīng)——瞬間地球系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)——漫長在實驗室短時間內(nèi)無法發(fā)生的變質(zhì)反應(yīng)和變質(zhì)作用（以天、月計算），在地球系統(tǒng)的地質(zhì)演化歷史中是可以發(fā)生的（以Ma為單位），以百萬年為單位。歸納變質(zhì)作用因素為：P、T、流體、時間二、變質(zhì)作用的因素第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念二、變質(zhì)作用的因素三、變質(zhì)作用類型四、變質(zhì)作用的方式五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造七、變質(zhì)巖的分類考慮以上的變質(zhì)作用因素和地質(zhì)條件，可以分為：1、接觸變質(zhì)作用2、動力變質(zhì)作用3、氣液變質(zhì)作用4、區(qū)域變質(zhì)作用5、混合巖化作用6、其他類型變質(zhì)作用三、變質(zhì)作用類型1、接觸變質(zhì)作用在巖漿巖體邊緣和圍巖接觸帶上，由于高溫、溶液的影響使巖石發(fā)生的變質(zhì)作用。分布位置：巖體或巖體附近分為：熱接觸變質(zhì)作用接觸交代變質(zhì)作用三、變質(zhì)作用類型2、動力變質(zhì)作用在構(gòu)造運動產(chǎn)生的壓力下，使巖石發(fā)生破碎的變質(zhì)作用。分布位置：斷層，破碎帶導(dǎo)致結(jié)果：使巖石發(fā)生變形、破碎，還有輕微的重結(jié)晶現(xiàn)象三、變質(zhì)作用類型3、氣液變質(zhì)作用具有化學(xué)活動性的熱水溶液和氣體對巖石進行交代，而使巖石發(fā)生變質(zhì)的作用主要因素：化學(xué)活動性流體，溫度來源：巖漿的揮發(fā)分，地殼內(nèi)的熱水結(jié)果：巖石化學(xué)成分變化三、變質(zhì)作用類型4、區(qū)域變質(zhì)作用是大面積發(fā)生的區(qū)域性的變質(zhì)作用，是在地殼活動帶發(fā)生的變質(zhì)作用。主要因素：復(fù)雜，T、P、流體都有結(jié)果：使巖石強烈變形或片理化分布：古老的結(jié)晶基底、造山帶，常與混合巖化作用伴生。三、變質(zhì)作用類型5、混合巖化作用在區(qū)域變質(zhì)作用的基礎(chǔ)上，地殼內(nèi)部熱流升高，產(chǎn)生深部巖石部分熔融，熔漿滲透、交代、貫入于變質(zhì)巖中形成混合巖的作用，是區(qū)域變質(zhì)作用中的高級作用。三、變質(zhì)作用類型6、其他類型變質(zhì)作用沖擊變質(zhì)作用——隕石沖擊地球，產(chǎn)生高溫高壓，如石英相變?yōu)榭率⒑退故?。在自然界發(fā)現(xiàn)是60年代由華人趙景德在美國亞利桑那州的梅蒂爾隕石坑發(fā)現(xiàn)柯石英和斯石英，是沖擊變質(zhì)作用產(chǎn)物。復(fù)變質(zhì)作用——不同階段、多次疊加的變質(zhì)作用。三、變質(zhì)作用類型變質(zhì)作用的類型及與構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念二、變質(zhì)作用的因素三、變質(zhì)作用類型四、變質(zhì)作用的方式五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造七、變質(zhì)巖的分類按照巖石發(fā)生變質(zhì)的途徑或方式，可以分為：1、重結(jié)晶作用2、變質(zhì)結(jié)晶作用和變質(zhì)方應(yīng)3、交代作用4、變質(zhì)分異作用5、變形和碎裂作用四、變質(zhì)作用的方式1、重結(jié)晶作用同種礦物，經(jīng)過重新溶解、組分遷移，再結(jié)晶形成原礦物的方式。重結(jié)晶作用的結(jié)果是晶粒由小變大受控因素：成分愈單一、粒度愈小，愈容易發(fā)生舉例：石灰?guī)r——大理巖四、變質(zhì)作用的方式2、變質(zhì)結(jié)晶作用和變質(zhì)反應(yīng)在變質(zhì)作用的溫度、壓力范圍內(nèi)，在原巖基本保持固態(tài)條件下使舊礦物消失、新礦物形成的變質(zhì)方式，一般通過特定的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)，這種化學(xué)反應(yīng)稱為變質(zhì)反應(yīng)。包括同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變和形成新的礦物組合。舉例：紅柱石-藍晶石-矽線石三者之間的同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變四、變質(zhì)作用的方式3、交代作用由于流體的遷移使固態(tài)巖石與外界產(chǎn)生復(fù)雜物質(zhì)交換，從而改變巖石化學(xué)成分的一種變質(zhì)方式。要求條件：有流體存在，干體系中很難發(fā)生。舉例：Na++KAlSi3O8?NaAlSi3O8+K+

帶入鉀長石鈉長石帶出四、變質(zhì)作用的方式4、變質(zhì)分異作用在變質(zhì)作用過程中，原來均一的巖石發(fā)育出不同礦物集合體，使巖石出現(xiàn)不均一的現(xiàn)象，稱為變質(zhì)分異作用。原因：某些組分在間隙溶液中擴散、不均勻聚集的結(jié)果如：原來的基性巖石斜長角閃巖四、變質(zhì)作用的方式5、變形作用和碎裂作用在應(yīng)力作用下的一種變質(zhì)方式（1）變形作用——巖石和礦物所受的應(yīng)力超過彈性限度時產(chǎn)生塑性變形，即為變形作用。結(jié)果——巖石和礦物基本保持原來的連續(xù)性，無破碎現(xiàn)象，應(yīng)力消失后，不能恢復(fù)原來的狀態(tài)。（2）破碎作用——在地殼淺部，巖石和礦物所受的應(yīng)力大大超過其彈性限度時，會發(fā)生破裂、裂開的變質(zhì)作用方式。四、變質(zhì)作用的方式第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念二、變質(zhì)作用的因素三、變質(zhì)作用類型四、變質(zhì)作用的方式五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造七、變質(zhì)巖的分類（一）變質(zhì)巖的化學(xué)成分1.變質(zhì)巖的化學(xué)成分取決于原來巖石的成分，若有交代作用發(fā)生，則會有組分的帶入帶出，與原巖相比將會有很大的變化。2.化學(xué)成分主要是SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O、CO2、P2O5。與巖漿巖一樣。3.不同變質(zhì)巖的化學(xué)成分差別較大，正變質(zhì)巖變化范圍小，而副變質(zhì)巖的化學(xué)成分變化較大。4.變質(zhì)巖的化學(xué)成分可幫助了解原巖類型、變質(zhì)作用與交代作用的特點。五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分（二）變質(zhì)巖的礦物成分1、變質(zhì)巖中礦物成分比沉積巖、巖漿巖礦物成分復(fù)雜得多，而且有很大差別。按照成因劃分穩(wěn)定礦物(新礦物)——變質(zhì)結(jié)晶作用、重結(jié)晶作用形成的礦物不穩(wěn)定礦物(殘余礦物)——反應(yīng)不徹底而保存下來的原巖礦物五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分（二）變質(zhì)巖的礦物成分1、變質(zhì)巖中礦物成分按穩(wěn)定范圍劃分特征變質(zhì)礦物——僅穩(wěn)定存在于很狹窄的P-T條件內(nèi)的礦物，對外界條件的變化反映很靈敏，因此是變質(zhì)巖形成條件的指示礦物，如紅柱石-藍晶石-矽線石。貫通礦物——在很寬的P-T范圍內(nèi)都穩(wěn)定存在的礦物，如方解石、石英，不具有指示意義五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分（二）變質(zhì)巖的礦物成分2、變質(zhì)巖中礦物特征：(1)出現(xiàn)一些巖漿巖、沉積巖中都不出現(xiàn)的特征變質(zhì)礦物，如紅柱石、堇青石、十字石、矽線石、藍晶石、硅灰石等，它們分別產(chǎn)出于不同的P-T條件。(2)廣泛發(fā)育纖維狀、鱗片狀、長柱狀、針狀礦物，如矽線石、絹云母等。(3)出現(xiàn)比重大、分子體積小的礦物，如石榴石、綠輝石。(4)變質(zhì)巖中的礦物常發(fā)育變形現(xiàn)象。(5)變質(zhì)巖中含（OH）的礦物與巖漿巖相比更發(fā)育。(6)變質(zhì)巖中的石英，長石等礦物常具波狀消光，裂紋也較發(fā)育。五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分（二）變質(zhì)巖的礦物成分3、變質(zhì)巖中礦物成分的控制因素包括2個方面——原巖的化學(xué)成分和變質(zhì)條件(P-T，流體等)(1)原巖成分是決定因素，決定了變質(zhì)巖可能出現(xiàn)何種礦物。如，原巖為硅質(zhì)石灰?guī)r，成分為CaO、CO2、SiO2，變質(zhì)后形成大理巖——可以含有方解石、石英、硅灰石。(2)變質(zhì)條件(P-T,流體等)——決定了具體何種礦物出現(xiàn)。例如上述的硅質(zhì)石灰?guī)r，經(jīng)熱接觸變質(zhì)作用后，若P=1barT<470°C，形成方解石+石英T>470°C，形成方解石、硅灰石，或者石英+硅灰石五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分第一章變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的基本概念一、變質(zhì)作用及變質(zhì)巖的概念二、變質(zhì)作用的因素三、變質(zhì)作用類型四、變質(zhì)作用的方式五、變質(zhì)巖的物質(zhì)成分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造七、變質(zhì)巖的分類（一）概念1、概念：結(jié)構(gòu)——指構(gòu)成巖石的各礦物顆粒的大小、形狀以及它們之間的相互關(guān)系。構(gòu)造——巖石中各組分在空間上的排列、分布方式。2、變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的繼承性可以保留原巖的部分結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，也可在不同變質(zhì)作用下形成新的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（一）概念3、研究變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的重要意義(1)反映形成過程；(2)反映變質(zhì)作用類型、因素、方式、變質(zhì)程度，例如動力變質(zhì)作用具有碎裂結(jié)構(gòu)；(3)為原巖恢復(fù)提供證據(jù)，如變余杏仁構(gòu)造；(4)可以作為命名的依據(jù)，如片麻狀構(gòu)造巖石命名為片麻巖；(5)對水文和工程有影響，如應(yīng)力下板理、片理等有利于水文，而不利于工程。六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

分為4大類：變余結(jié)構(gòu)變晶結(jié)構(gòu)碎裂結(jié)構(gòu)交代結(jié)構(gòu)六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

1、變余結(jié)構(gòu)——由于變質(zhì)、重結(jié)晶作用不完全，原來巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征被部分地保留下來形成的結(jié)構(gòu)。常見于變質(zhì)程度較淺的變質(zhì)巖中，是恢復(fù)原巖的重要證據(jù)。與原巖性質(zhì)關(guān)系——粒度愈粗、礦物成分愈穩(wěn)定，愈易形成變余結(jié)構(gòu)。(1)原巖為巖漿巖的變余結(jié)構(gòu)——變余斑狀結(jié)構(gòu)，變余輝綠結(jié)構(gòu)，變余花崗結(jié)構(gòu)。(2)原巖為沉積巖的變余結(jié)構(gòu)——如：變余砂狀結(jié)構(gòu)：保留砂巖外貌，但是膠結(jié)物已變?yōu)榻佋颇?、綠泥石等。六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

2、變晶結(jié)構(gòu)——巖石在固態(tài)條件下，由重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用形成的結(jié)構(gòu)。是變質(zhì)巖中最常見之結(jié)構(gòu)。由變質(zhì)結(jié)晶產(chǎn)生的變質(zhì)礦物叫作變晶（blast），變晶的形狀、大小、相互關(guān)系反映的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為變晶結(jié)構(gòu)（blastictexture），這是變質(zhì)巖中最普遍的結(jié)構(gòu)類型其外貌上與巖漿巖的結(jié)晶結(jié)構(gòu)相似，但是有區(qū)別：變晶結(jié)構(gòu)各個礦物顆粒幾乎是同時生長，變斑晶與變基質(zhì)同時；變晶礦物中常含有較多的包體，特別是變斑晶中；變晶結(jié)構(gòu)中礦物自形程度并不表示結(jié)晶的先后順序，而是代表礦物結(jié)晶能力的大小。六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

2、變晶結(jié)構(gòu)（1）按變晶礦物相對大小分（2）按變晶礦物絕對大小分（3）按變晶礦物形態(tài)劃分（4）按照變晶礦物相互關(guān)系分六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

2、變晶結(jié)構(gòu)（1）按變晶礦物相對大小分等粒變晶結(jié)構(gòu)—近于相等不等粒變晶結(jié)構(gòu)—連續(xù)變化斑狀變晶結(jié)構(gòu)—變斑晶六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

2、變晶結(jié)構(gòu)（2）按變晶礦物絕對大小分粗粒變晶結(jié)構(gòu)：>3mm中—————：3-1mm細—————：<1mm顯微————：<0.01mm六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

2、變晶結(jié)構(gòu)（3）按變晶礦物形態(tài)劃分粒狀變晶結(jié)構(gòu)（花崗變晶）角巖結(jié)構(gòu)：熱接觸鱗片變晶結(jié)構(gòu)：如云母片巖纖維變晶結(jié)構(gòu)：矽線石六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造紅柱石角巖（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

2、變晶結(jié)構(gòu)（4）按照變晶礦物相互關(guān)系分包含變晶結(jié)構(gòu)篩狀變晶結(jié)構(gòu)殘縷結(jié)構(gòu)六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

3、碎裂結(jié)構(gòu)——機械破壞而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)（變形結(jié)構(gòu)）(1)角礫狀結(jié)構(gòu)——輕微破碎(2)碎裂結(jié)構(gòu)——礦物有裂紋，邊緣被碾細，但仍然保留礦物原形(3)碎斑結(jié)構(gòu)——在極細的礦物顆粒中殘留有較大的顆粒，分別被稱為碎基和碎斑。碎斑有撕碎的邊緣、裂隙等，波狀消光。(4)糜棱結(jié)構(gòu)——應(yīng)力更強，礦物幾乎全部破碎呈微粒狀，具定向性，似流動構(gòu)造，可以殘留有少量稍大的剛性礦物碎塊，可以被磨圓呈眼球狀。六、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)4、交代結(jié)構(gòu)

(1)交代假象結(jié)構(gòu)(2)交代斑狀結(jié)構(gòu)(3)交代蠶食結(jié)構(gòu)(4)交代殘留結(jié)構(gòu)(5)交代凈邊結(jié)構(gòu)