第十四章 变质作用

（一）变质岩的矿物成分
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。
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。
面状构造表现为一系列近平行排列的面，统称为面理 （foliation）。按其先后顺序以S1、S2、S3等记录，便于构 造分析。变余层理是最早的S-面，记作S0
a.板状构造 b.千枚状构造 c.片状构造
（二）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。
1．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，有代表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。
第十四章 变质作用
• 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。
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。
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。
d.片麻状构造
e.层状（条带状）构造
f.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。
a. 块状构造 b. 斑点状构造或瘤状构造
2．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。
三、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：
• 二、变质作用的机制
• 最主要的变质作用机制有变质结晶和变形两类； • 岩石在 变质 条件下 的结晶 作用 称变质 结晶 作用 ； • 粒度增大，当温度升高到一定程度，还会发生变质反应， 生成新的矿物。 • 变形： • 偏应力——在近地表低温低压和较高应变速率条 • 件下，岩石显示脆性变形，表现为岩石沿裂缝破裂，产生 碎裂和断裂。而在地下高温高压特别是当应变速率低时， 岩石显示塑性变形，导致矿物定向排列和褶皱而没有破裂。
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
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。
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
4．混合岩化作用
• 混合岩化作用：是高级区域变质 （造山变质） 伴随的部分熔融产生的低熔物质 （新成体，脉体） 与变质岩 （古成体，基体） 混合形成混合岩的 大规模变质作用。 • 是一种介于变质作用和典型的岩浆作用之间的一 种有不同性质流体参加的造岩作用和成矿作用引 的总称。
第三节 变质岩
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。
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。
第二节 变质作用的基本类型
• • • • • 从地质产状看： 1、动力变质作用 2、接触变质作用 3、区域变质作用 4、混合岩化作用
碎裂结构
糜棱结构
（三）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。
第一节 变质作用的基本概念
• 一、变质作用的定义
• 变质作用是在地球内力作用下，早先形成的岩石 （岩浆 岩、沉积岩） 为适应新的地质环境和物理化学条件，在 基本保持固体状态下发生的矿物成分、结构构造甚至化学 成分变化过程。 • 变质作用形成的岩石称为变质岩。
• 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。
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。
c. 角砾状构造
d. 云染状（阴影状）构造
二、代表性的变质岩
• • • • • （一） 无面理或弱面理化的变质岩 大理岩 石英岩 蛇纹岩 角闪岩
大理岩
石英岩
• • • • •
（二） 面理化的变质岩 板岩 千枚岩 片岩 片麻岩
板岩
千枚岩
2．压力
1）负荷压力 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。 • 负荷压力的增加使变质反应得以进行的温 度相应提高。 • 负荷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：