普通地质学-地球科学概论-第十四章 变质作用
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中国地质大学-变质作用因素
2. 压力（Pressure，Depth）
热力学中的压力称静水压（Ps-hydrostatic pressure），影响实验室和车间进行的化学反 应的平衡温度。
2.1 变质作用压力分类
静岩压（Pl –lithostatic or confining pressure）
流体压（Pf –fluid pressure） 偏应力（Pd –deviatoric stress）
这也是同时将物理化学热力学和动力学引入变质岩石学研究的基础。
1. 温度(temperature, heat)
温度是热的标量。变质作用的热源主要有地幔对流热、地壳放射 性元素蜕变产生的放射性热、岩浆结晶潜热和构造摩擦热等。
（对变质作用机制的）影响
对于变质重结晶作用，升温有利于吸热反应如脱H2O,CO2反应发生和进行， 促进晶体的溶解和生长，提高反应速率；降低温度将使变质反应向放 热方向进行，利于水化和碳酸盐化反应进行；
静岩压（Pl）各向同性：Pl = ρgD Pl (GPa) = 9.81 ρ D(Km)10-3 （ ρ=2700kg/m3）
流体压：各向同性Pf = PH2O+PCO2+ ….. 流体超压= Pf – Pl （深部相等，浅部小于，深部局部瞬时 高压锅效应“>”
偏应力 （Pd），又称定向应力，属非静水压力，向各异性 Pd = A- B 0
变质作用因素
02、变质作用因素（Why，agents）
◼变质作用因素指使变质作用得以发生和进行的驱动力。
◼地质原因（根本）： 地质环境的改变，如构造环境改变（岛弧、海沟、洋中脊、大陆
裂谷、俯冲带、碰撞带，等）、构造过程（增厚、减薄、俯冲、折 返、深埋、隆/抬升，等）和岩浆作用等。
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。
14-变质
（3）成矿物质的含量（浓度）:
在变质成矿过程中，变质矿物的形成与参加 变质成矿作用的物质的浓度有关。 例如：氧化铁和氧化锰的含量如果较低，在变 质作用下就不可能形成独立的铁、锰矿物，由于其 含量不够而只能够用来供给岩石中铁、锰等暗色矿 物的需要 ，如成为石榴石、角闪石、绿泥石等暗 色矿物的铁的类质同像混入物。 当其浓度达到一定程度时，才可以形成独立 的磁铁矿、黑锰矿等矿物。
很显然，变质作用的温度不同，变质相也不 同，所形成的变质矿床的类型也不同。变质温度的 升高，使原生或原生矿石中的矿物发生重结晶，这 样，就可能使原来不具有工业价值的非晶质、隐晶 质物质通过原子的重新排列、组合形成可被工业利 用的结晶矿物。 最典型的例子是炭质的岩石经过中—高级的 角闪石相变质作用的改造可结晶形成石墨矿床。我 国山东南墅石墨矿床即为原始含炭建造经辉石角闪 石相变质重结晶的产物。 此外，还有富铝质岩石的浅变质重结晶形成刚 玉、蓝晶石矿床等。
三、变质相和变质矿床
所谓变质相，通常将在一定的温度、 压力和气水热液作用范围内形成的变质 岩石或矿石，定义为一个变质相。在相 同变质相内岩石或矿石的物化性质达到 平衡，矿石或岩石的矿物组成可以相同， 也可以不同。因此反过来，变质矿床中 不同的矿物共生组合又可以表征不同的 变质条件。
1、接触热变质成矿作用
5、麻粒岩相
形成温度700—1000℃，压力6000— 9000kg/cm2。主要矿物有石英、角闪石、斜长 石、石榴石、黑云母、 透辉石、紫苏辉石、矽 线石、金红石等。相应的矿产有角闪石-辉石磁铁矿石英岩，如辽西冀东铁矿、石榴石矿、 金红石矿、磷灰石矿。
6、榴辉岩相：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
形成温度600—800℃，压力8000— 12000kg/cm2。主要矿物有蓝晶石、石榴石、绿 辉石、金红石、顽火辉石等。相应的矿产产于 榴辉岩中金红石矿床。
变质作用资料总结
变质作用资料总结变质作用和变质岩：在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石为适应新的物理化学条件而发生的固态情况下的矿物组成、结构构造的重组甚至化学成分的变化，统称为变质作用。
在变质作用下形成的岩石称为变质岩。
说明：1，变质作用是一种对早先岩石的改造作用，如果原岩为沉积岩，变质后的岩石称为负变质岩；原岩为岩浆岩，变质后的岩石称为正变质岩。
2，变质过程中岩石保持固态，当温度较高时可以出现部分熔融，其作用的上限为岩浆岩作用（700—1000℃），下限为沉积岩作用（约200℃），压力下限为0.02—0.2GPa，上限为3.0—4.0GPa。
3，沉积物中相互连通的空隙完全封闭，是成岩作用结束、变质作用开始的标志，最先出现的变质矿物是浊沸石，对应温度略低于200℃。
变质作用的方式：1，重结晶作用：指变质作用过程中原岩在固态条件下矿物的结晶作用，涉及同种矿物间组分的溶解、迁移和再次沉淀结晶，而不形成新的矿物相，如灰岩变成大理岩。
2，变质反应：在变质作用范围内，原岩在固态条件下发生化学反应，形成新的矿物，并伴随有原来矿物消失的过程，如方解石和石英反应生成硅灰石。
3，变质分异作用：指成分均匀的岩石经过变质作用后，出现矿物成分不均匀现象的各种作用的统称。
主要有由应力不均匀引起侧分泌作用和与应力有关的分异作用。
4，交代作用：指岩石体系通过成分的代入和带出，使其总化学成分发生改变的作用，包括渗透作用和扩散作用。
5，变形作用：包括脆性变形（地壳浅部，低温低压和快速应力作用）和塑性变形（地壳深部，高温高压及慢速变形作用），塑性变形主要形成晶体晶格滑动和位错（波状消光、亚颗粒、机械双晶、扭折、变形纹等）、组分化学位梯度变化（压溶现象、压力影和糜棱结构等）和矿物优选定向（结晶片理）等。
变质作用类型：1，接触变质作用：岩浆侵入体周围岩石受侵入体所散发的热和挥发分的影响而发生的变质作用，以高低热梯度为特征，而压力却很低。
可分为热接触变质所用——形成角岩（不显定向），和接触交代作用——形成夕卡岩。
变质作用
地 质 作 用 小 结
16.6
构造运动 主导下， 内外力地 质作用的 相互关系 以及岩石 的循环
侵入作用
地幔岩浆侵入
结晶作用
地幔岩浆
地壳重熔
地壳岩浆侵入结晶作用 岩浆岩
变质作用 搬风 运化 作剥 用蚀
变质岩
变质作用
风化剥蚀搬运作用
沉积物
风化剥蚀搬运作用 成岩作用
沉积岩
本章学习要求
了解变质作用的概念、因素、类型及有关矿产；初 步掌握变质岩的一般特征和常见变质岩；掌握内、外 力地质作用在地壳演变中的作用及它们之间的关系。
变 质 作 用 的 因 素
（ 化 学 活 动 性 流 体 ）
三、具有化学活动性的流体 1.来源：主要来自岩浆和深层热水溶液，也可以是原来的岩 石中的流体。
16.1
2.成分：主要是水、二氧化碳以及氧、氟、氯、硼、磷等易挥 发性组分。 3.作用方式：流体与温度、压力等共同作用，活动在岩石的破 碎带、接触带以及矿物颗粒间的空隙中，与周围物质进行一 系列反应，将岩石中的一些元素熔滤出来，引起岩石物质成 分的变化。如： 橄榄石
矿 ——原来不一定是矿或原来是别 床 的矿，在变质过程中形成新的变
质矿床。 如：石墨矿、石棉矿、刚玉、蓝晶石、矽线石、透辉石等矿 床以及滑石矿、蛇纹石矿、大理石矿等。
16.5
第六节 地质作用小结
一、内力地质作用小结 1.动力能源来自地球内部，作用范围包括整个岩石圈。 2.以构造运动为主导，互相联系，只是在某一区域某一时期以某种内力地 质作用为主。 3.内力地质作用不但促使地壳内部物质运动，而且改造、控制地表形态 （总的轮廓和海陆变迁）。 二、内、外力地质作用的相互关系（岩石的循环） 各种地质作用是相对独立的，又是相互依存的，是对立的又是统一的。 对地球既产生破坏作用，同时也产生建造作用。
地概-7-变质
（三）化学活动性流体 化学活动性流体是一种以 是一种以H 为主， 化学活动性流体是一种以H2O和CO2为主，并包含多种 金属和非金属以及F Cl、 等组分的溶液。 金属和非金属以及F、Cl、B、P等组分的溶液。 化学活动性流体在变质过程中，可以促进组分的溶解， 化学活动性流体在变质过程中，可以促进组分的溶解， 加速扩散速度，增强重结晶作用及变质反应。 加速扩散速度，增强重结晶作用及变质反应。还可将一 些组分带入变质反应中， 些组分带入变质反应中，或带出某些组分从而使原岩成 分发生变化。另外，流体可以降低岩石的重熔温度。 分发生变化。另外，流体可以降低岩石的重熔温度。 因此，流体的存在， 因此，流体的存在，可能会降低各种变质级别的温 度界限， 度界限，使某些高级别变质作用在温度偏低的情况下就 能完成。 能完成。
接触变质晕： 接触变质晕：接触变质作用的强度随着距离增大而减 直至热力减小到一定限度而消失。 弱，直至热力减小到一定限度而消失。结果以岩体为中 在周围形成一个变质强度不同的环状带。 心，在周围形成一个变质强度不同的环状带。 接触变质晕的规模与岩体大小、性质、埋藏深度以 接触变质晕的规模与岩体大小、性质、 及围岩性质有关。 及围岩性质有关。 接触变质晕的研究通常是划分出由强到弱的变质带。 接触变质晕的研究通常是划分出由强到弱的变质带。 每一个变质带中都有能代表反应温度条件的变质矿物， 每一个变质带中都有能代表反应温度条件的变质矿物， 并以这种矿物给予命名。利用围岩的变质规律， 并以这种矿物给予命名。利用围岩的变质规律，在侵入 岩体未剥蚀出露的情况下能够迅速识别变质晕的变化方 以确定岩体位置，进而找寻接触变质矿床。 向，以确定岩体位置，进而找寻接触变质矿床。
c.Pt＜Pf：在侵入体附近，岩浆侵入带来大量挥发分，在局 ＜ ：在侵入体附近，岩浆侵入带来大量挥发分， 部聚集， 部聚集，使Pt＜Pf。另外，如果原岩中水含量高，当压力增 ＜ 。另外，如果原岩中水含量高， 大时，水压出， 大时，水压出，使Pt＜Pf。在温度升高很快的情况下，由于 ＜ 。在温度升高很快的情况下， 变质反应很快，去水反应快， 变质反应很快，去水反应快，使Pt＜Pf。 ＜ 。
变质岩及岩石工程性质
（1）先看岩石整体颜色的深浅。岩浆 岩颜色的深浅，是岩石所含深色矿物多 少的反映。一般来说，从酸性到基性， 深色矿物的含量是逐渐增加的，故岩石 的颜色由浅变深。如果岩石是浅色的， 那就可能是花岗岩或正长岩等酸性或偏 于酸性的岩石。
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（2）分析岩石的结构和构造。岩浆岩 的结构和构造特征，是岩石生成环境的 反映，如果岩石是全晶质粗粒、中粒或 似斑状结构，说明很可能是深成岩：如 果是细粒、微粒或斑状结构，则可能是 浅成岩或喷出岩；如果斑晶细小或为玻 璃质结构，则为喷出岩；如果具有气孔、 杏仁或流纹状构造，则为喷出岩。 （3）分析岩石的主要矿物成分，确定 岩石的名称。
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3．变质岩的鉴别方法 鉴别变质岩时，可以先从观察岩石的构造 开始。根据构造，首先将变质岩区分为片 理构造和块状构造的两类。然后可进一步 根据片理特征和主要矿物成分，分析所属 的亚类，确定岩石的名称。 岩浆岩、 岩浆岩、沉积岩和变质岩的地质特征表
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固结成岩 变质作用 岩浆作用 800°C／900°C 800° 900°
150° 150°C／180°C 180°
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GEOLOGY
变质温度四来源： 变质温度四来源：
地热增温（３０°C/km）、构造运动热、岩浆热、放射 地热增温（３０°C/km）、构造运动热、岩浆热、放射
2.3 岩石的物理性质
岩石的工程地质性质包括岩石的物理性质、 水理性质和力学性质。影响岩石工程地质性质 的因素，主要是岩石的矿物成分、结构、构造 及岩石的风化程度等方面。 岩石的物理性质是岩石的基本工程性质， 主要指岩石的重量性质和孔隙性质, 主要指岩石的重量性质和孔隙性质,包括岩石的 比重、重度、密度、孔隙度、孔隙比等指标。
普通地质学—变质作用与变质岩
普通地质学—变质作⽤与变质岩第五章变质作⽤与变质岩第⼀节变质作⽤概述⼀、变质作⽤概念指岩⽯基本处于固体状态下，受到温度、压⼒和化学活动性流体的作⽤，发⽣矿物成分、化学成分、岩⽯结构构造的变化，形成新的结构、构造或新的矿物与岩⽯的地质作⽤。
变质岩：由变质作⽤所形成的新岩⽯。
新形成的岩⽯⽆论是岩⽯的矿物成分，还是结构、构造，均可与原岩不同。
1、变质作⽤与岩浆作⽤的区别：岩浆作⽤是⾼温、⾼压，使原岩从固态转变成熔融的液态后再成岩。
⽽变质作⽤过程中，原岩基本处于固态，温度⽐岩浆作⽤要低。
2、变质作⽤与沉积作⽤的区别：沉积作⽤只发⽣在地球的表层，与⼤⽓、⽔、⽣物等外因有关。
⽽变质作⽤主要发⽣在地表以下⼀定深度，与温度、压⼒等因素有关,温度⽐沉积作⽤要⾼。
⼆、引起变质作⽤的因素引起变质作⽤的因素有温度、压⼒以及化学活动性流体。
1、温度：温度是引起岩⽯变质的主要因素。
其作⽤是提供变质作⽤所需要的能量，促使⼀系列的化学反应和结晶作⽤得以进⾏；同时温度增⾼还可使矿物的溶解度加⼤，增强了流体的渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作⽤的过程。
变质作⽤的温度范围⼀般介于（150）180℃～800（900）℃之间。
低于此温度，就属于固结成岩作⽤（沉积岩）。
⼀旦温度⾼到使原岩熔融，那么就进⼊到岩浆作⽤的范畴。
因此，变质作⽤基本上在固态下进⾏。
变质温度的基本来源有三个⽅⾯：（1）地热：地下温度随着深度增加⽽增⾼。
如果地表岩⽯因某种原因沉陷到⼀定深处，就能获得相应的温度。
（2）岩浆热：岩浆是⾼温熔融体，当岩浆侵⼊时，岩浆热会传到围岩，使围岩增温。
（3）地壳岩⽯断裂：断裂块体相互错动和挤压，能产⽣剪切热，使岩⽯升温。
2、压⼒：压⼒可分为静压⼒、流体压⼒及定向压⼒。
（1）静压⼒与流体压⼒：静压⼒是由上覆岩⽯重量引起的，它随着埋藏深度增加⽽增⼤。
静压⼒对岩⽯的作⽤⼒各项均等。
流体压⼒：静压⼒在岩⽯中的传递不只是通过固体的岩⽯质点，也可以通过循环于岩⽯空隙中的流体传递，形成流体压⼒。
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❖变质作用的类型主要有局部的和区域 的两大类，局部的变质作用又可分为 接触变质作用和动力变质作用。近年 来关于冲击变质作用的研究也逐渐成 为热点。
❖区域变质作用是最重要的变质类型， 它所涉及的变质区域可以达到数万到 数十万平方千米。
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14.1 接触变质作用
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第十四章 岩石的变质作用
变质岩石的基本特征——片理
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概述
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❖岩石在深部受高温、高压和化学活动性流体 等内动力因素的影响下发生变化和改造的过 程称为变质作用。变质作用形成的岩石称为 变质岩，与岩浆岩和沉积岩构成了地壳中三 种主要的岩石类型。
❖高级区域变质作用又称麻粒岩相，最典型的 岩石类型是麻粒岩。
❖麻粒岩形成的代表性矿物是紫苏辉石，由基 性岩类变质而成的称为基性麻粒岩；酸性麻 粒岩一般由泥质岩类变质而成，称为酸性麻 粒岩或紫苏花岗岩。
❖麻粒岩广泛分布于太古代岩系中，其它时代 岩系中很少发现。
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变质作用演化系列
压应力方向生长的趋势，形成片理。
❖在变质过程中原岩中的一些矿物消失，并在新的 温度、压力条件下形成更加稳定的矿物组合。也
就是说新的矿物组合的产生必须符合一定的热力
学参数的矿物平衡，由此可以反推矿物组合形成 时的温压条件。
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有绿泥石-云母片岩。可由泥质岩类和基性火山岩
类变质而成。
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❖ 蓝片岩是低级变质作用中最特殊的一种岩石类型，
它是在低温高压环境下形成的。
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14.3.2 中级区域变质作用
❖中级变质作用称为角闪岩相，其典型的 岩石类型主要有结晶片岩、片麻岩、角 闪岩等。
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14.3 区域变质作用
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❖ 区域变质作用是一种大面积的，多种因素共同作用形成 的一种变质类型。
❖ 大多数的岩石学家最初认为，决定岩石变质程度的温压 条件只与岩石的埋深有关，但实际上在一定的区域范围 内温压的变化是很大的，温压条件虽然与深度成正相关， 但并不能构成直接的联系。因此区域变质岩石的分类应 直接以温压条件为依据。
❖变质岩可以由沉积岩、岩浆岩甚至是变质岩 变质而成，原岩是岩浆岩的变质岩称为正变 质岩，原岩是沉积岩的变质岩称为副变质岩。
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❖ 变质改造的特点：
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❖岩石的变质改造主要引起岩石在结构、构造和矿 物组成方面的变化。
❖重结晶是变质作用的主要现象之一。岩石的重结 晶作用使一些柱状、针状、片状矿物具有垂直主
❖ 变质相 变质相是一套能够代表形成于一定的温压条件 的变质矿物组合所构成的变质岩。利用这套变质岩中的 矿物组合可以确定其形成时的温压条件。
❖ 每一种变质相都包含几种不同类型的变质岩，因为变质 岩类型除了与温压条件有关外，还与原岩的成分有关。
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14.3.1 低级区域变质作用
❖塑性变形则形成糜棱岩。许多学者认为，糜 棱岩是在岩石中的物质没有没有失去连续性 的情况下发生的粘性流动。实际上糜棱岩在 形成过程中很重要的一点就是伴有重结晶的 发生。
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❖变质作用的决定因素是温度、 压力和流体，随着深度的加 大，地壳中的温度和压力也 逐渐加大，因此变质作用的 强度也在加大。
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❖虽然绝大多数的前寒武纪地 层都发生的变质作用，但地 质时间的长短并不是影响变 质作用的主要因素。
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❖变质作用的类型：
花岗岩
混合岩
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粘土 泥岩 泥质板岩 千枚岩 结晶片岩 片麻岩
紫苏花岗岩
酸性麻粒岩
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14.4 冲击变质作用
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❖陨石在极短的时间里释放巨大的能 量，形成同心圆状的变质带。
❖蒸发带 ❖熔融带 ❖多型过渡带 ❖岩石强烈破碎带
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位于美国亚利ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ那州的陨石坑
❖ 接触变质作用与岩浆岩的侵入有关，是一种热变质作用， 一般说来岩体的规模越大，具有的能量也越大，所形成 的接触变质带也越宽。
❖ 接触变质带离开岩体越远，温度也越低，热变质程度也 越浅，并形成以岩体为中心的同心圆状的，由深到浅的 变质带。
❖ 接触变质作用所形成的最典型的岩石是角岩。
❖ 如果岩浆中含有热液或气体，它们会与围岩的物质发生 交代作用，并改变围岩的化学成分，即发生接触交代变 质。围岩成分的改变常形成矽卡岩，矽卡岩常包含重要 的工业矿产。
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❖最低级的区域变 质作用称为沸石 相，以岩石中新 形成沸石为特征， 泥质板岩是典型 的代表。
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❖ 板岩进一步变质形成千枚岩，它与板岩的区别是形成 一些肉眼可见的绢云母等片状矿物。
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❖ 低级变质作用更成熟的是绿片岩相岩石，典型代表
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14.2 动力变质作用
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❖动力变质作用一般是在挤压环境中发育的， 大规模的断裂带通常是在挤压应力的条件下 形成的，这种挤压环境通常会使岩石发生脆 性变形或者是塑性流动（在较深的部位）。
❖脆性变形形成断层破碎带和其它构造岩（碎 裂岩、超碎裂岩、断层泥等）。
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❖角闪岩相变质作用，尤其高角闪岩相变 质，往往过渡为岩石的部分熔融，混合 岩就是部分熔融的产物。再往前发展就 会完全熔融（即深熔作用），形成深熔 花岗岩。
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14.3.3 高级区域变质作用
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