普通地质学ecit05第五章 变质作用与变质岩
变质作用与变质岩_普通地质学
片岩中矿物的定向排列（薄片）
二、变质岩的结构
• 3、碎裂结构：岩石受到机械力的破坏而产生的结构，
是动力变质的典型结构。可依碎裂程度进一步划分：碎裂 结构、碎斑结构、糜棱结构等。
• 4、交代结构：交代作用中，岩石原有矿物被溶解同时
被新生矿物所臵换，即形成交代结构。有的原矿物被臵换 后，仍保持原矿物的晶形者，为交代假象结构；交代作用 中还能形成斑晶者，为交代斑状结构等。交代结构的类型 很多，大多需在显微镜下才能鉴别。
片岩
片麻岩
压力增大往往伴随着温度升高，因此在温度、压
力的共同作用下，也会产生重结晶并形成新的矿物。
如：泥岩→板岩、千枚岩、片岩、片麻岩
母岩：泥岩
板岩
千枚岩
片岩
片麻岩
p.218-219b
original artwork by Gary Hincks
红柱石
Fig. 8.08
硅线石 兰晶石
W. W. Norton
变成构造
1、斑点状构造：岩石中某些组分集中成疏密不等的 斑点。斑点成分多为炭质、硅质、铁质、云母等。 如斑点板岩。
斑 点 板 岩
2、片理构造：岩石中片状或长条状矿物连续而平行
排列，形成平行、密集的纹理——片理，沿片理方向岩 石易劈开。主要是由于定向压力造成。
颗 粒 定 向
挤压力 方向
挤压力 方向
主要出现在沉积 岩中的矿物
粘土矿物 蛋白石 玉髓 海绿石 水铝石 褐铁矿 石膏 硬石膏 盐类矿物 有机碳质
主要出现在变质岩 中的矿物
红柱石 蓝晶石 硅线石 硅灰石 绿帘石 符山石 透闪石 透辉石 阳起石 硬绿泥石 蛇纹石 滑石 石墨 十字石 镁橄榄石 石榴石 刚玉
二、变质岩的结构
变质作用
角岩相 沸石相 绿 片 岩 相 角 闪 岩 相 麻 粒 岩 相
蓝 片 岩 相
榴辉岩相
例如，高岭石在大于350℃左右 的温度时可转变为叶腊石；此时静 岩压力低于300MPa易形成红柱石， 如高于 300 MPa则形成兰晶石；当 温度在500～660℃之间则变成十字 石及石英；温度高于660℃则变成石 榴子石与矽线石。
角岩相 沸石相 绿 片 岩 相 角 闪 岩 相 麻 粒 岩 相
蓝 片 岩 相
榴辉岩相
从岩石的结构、构造上来看，泥质岩 随着变质程度的加深，变质岩种类变化最 明显，可以由变质最浅的板岩、依次变为 千枚岩、片岩、片麻岩直到麻粒岩； 中酸性的岩浆岩可变成片麻岩和麻粒 岩； 偏基性的岩浆岩可变质为片岩和角闪 片岩等。 石灰岩或石英砂岩，变质后的变化序 列不明显，一般都变成大理岩或石英岩。
1、接触变质作用
是在岩浆侵入体与围岩的接触带上， 主要由岩浆活动所带来的热量及挥发性流 体所引起的一种变质作用。 接触变质作用的主要变质因素是温度 及化学活动性流体，压力居比较次要的地 位。接触变质作用的温度较高，一般为300 ～800℃， 接触变质作用发生的深度不大，通常 在10 km以内，为高温、低压的变质环境， 其地温梯度常达到6℃/100 m以上。
地壳深处的变质岩及岩浆岩，经 构造运动的抬升与表层地质作用的风 化与剥蚀又可上升并出露于地表，进 入形成沉积岩的阶段。 因此，三大类岩石是可以不断相 互转化的。
下课了！
区域变质作用按压力可分为3种类型： 低压区域变质作用、中压区域变质作 用、高压区域变质作用
（1）低压区域变质作用
发生的深度较浅，一般小于15km；压力 较小，一般为200～400MPa；温度通常较高, 可高达600℃以上;局部或暂时性的地温梯度 很高,约25～60℃/km，通常属于高热流或地 热异常区。
变质作用与变质岩
三大岩类之间的演变：
原已形成的岩石(火成岩、沉积岩、变质岩)通
过风化、剥蚀而破坏，破坏产物经过搬运、堆积
而形成沉积岩；
沉积岩、变质岩经过高温融熔而转变为(岩浆，
冷凝后形成)火成岩；
火成岩、沉积岩遭受变质作用转变为变质岩。
三大岩类不断相互转化。
三、动力变质作用(dynamic metamorphism) 又
称破裂变质作用(cataclastic metamorphism)。
形成与地壳发生断裂有关，出现在断裂带两
侧，在地壳的不同深度有不同的表现：在地壳的
浅部，表现为岩石的破碎，形成构造角砾岩；在
地壳的深部，在较高温度和静压力条件下，矿物
可产生塑性变形、重结晶以及出现新矿物，形成 糜棱岩。
第三节 变质作用类型及其代表性岩石
变质作用类型 区域变质作用 接触变质作用 动力变质作用 混合岩化作用
一、区域变质作用(regional metamorphism) 在广大范围内发生，由温度、压力以及化学活 动性流体等多种因素引起的变质作用。影响范围 几千－几万km2 ，深度达20km以上。200－800℃， 1×108－14×108Pa。 其发生常常与构造运动有关，伴随岩石变形。 形成的岩石以具有鳞片变晶结构及片理构造、片 麻状构造为特征。
动压力－剪切力
静压力
在最大压力方向上物质的熔点将降低从而发生 溶解，并在最小压力方向上沉淀。因此，岩石在 定向压力作用下，其中的矿物便在平行压力方向 溶解而沿垂直压力方向迁移并沉淀。 矿物在这种定向压力下重新结晶，新生成的片 状、柱状矿物的长轴便垂直压力方向而排列，于 是形成了岩石的片理构造。
三、具有化学活动性的流体
片麻岩－片麻状，变晶结构。长石、石英、云 母、角闪石、辉石。长石含量大于30%。由砂岩、 花岗岩等变质而成。 大理岩－块状构造，粒状变晶结构。方解石、 白长石。由碳酸盐岩变质而成。得名于云南大理。 洁白者称汉白玉。 石英岩－块状构造，变晶结构。石英，少量长 石、白云母。由砂岩或硅质岩变质而成。 矽卡岩－石榴石、绿帘石、磁铁矿。伴生矿床 Fe，Cu，Pb，Zn.
普通地质学舒良树各章作业习题及答案
第1章绪论一、名词解释地球科学地质学普通地质学均变说灾变说将今论古二、填空题1.地质学研究的主要对象是（）、（）。
2.地质学的研究内容主要包括（）、（）、（）、（）及（）等若干方面。
3.地质学的研究程序一般包括（）、（）、（）及（）等方面。
4.“The present is the key to the past。
”这句话的意思是（“”）。
简言之，就是地质研究中常用的（“”）的思维方法。
这一思维方法由英国地质学家（）所提出，并由（）发展和确立。
5.地质学研究的主要依据是保存在岩石中的各种（）。
三、问答题1.从总的方面看地质学的研究对象具有哪些特点？针对这些特点，在地质学研究中采取了哪些特殊的研究方法？2.研究地质有哪些重要的理论意义和实际意义？3.在地质学中又可分出哪些分支学科？各分支学科的主要研究内容是什么？4.在应用“将今论古”的思维方法进行地质分析时应注意哪些问题？5.怎样正确认识“均变说”与“灾变说”对地质发展演变过程的解释？6.《普通地质学》课程的性质与任务是什么？7.学了“绪论”部分以后，你对地质学和地质工作有了哪些初步认识。
第1章绪论答案二、填空题1.地壳及与地壳有密切关系的部分。
2.地壳的物质组成，地层年代与地质发展历史；地壳运动与地质构造；地质作用力与地质作用；地质学的应用问题。
3.资料收集；野外考察；分析化验与模拟试验；综合解释。
4.今天是过去的钥匙；将今论古；郝屯；莱伊尔。
第2章矿物一、名词解释克拉克值元素丰度矿物单质矿物化合物矿物类质同象同质多象晶质体晶面结晶习性条痕解理解理面断口硬度岩石火成岩超基性岩基性岩中性岩酸性岩岩石的结构显晶质结构稳晶质结构等粒结构不等粒结构斑状结构似斑状结构粗粒结构中粒结构细粒结构自形晶半自形晶它形晶岩石的构造气孔状构造杏仁状构造流纹状构造块状构造枕状构造沉积岩碎屑岩粘土岩生物岩生物化学岩碎屑结构泥质结构化学结构生物结构成岩构造层理层面构造水平层理波状层理斜交层理泥裂波痕假晶印模球度圆度分选性成熟度胶结物胶结类型变质岩变余结构变晶结构变余构造板状构造千枚状构造片状构造片麻状构造碎裂构造二、是非题1.为纪念克拉克的功绩，通常把各种元素的平均含量百分比称克拉克值。
第3-5节 变质作用与变质岩 (新)
2.区域变质作用（T、P、CAF）
——片麻岩、千枚岩、变粒岩、麻粒岩等
3.混合岩化作用——混合花岗岩
4.动力变质作用（P）——角砾岩
变质岩类型示意图
Main metamorphic rocks:
1. quartzite （石英岩） 2. marble（大理岩） 3. granite gneiss（花岗片麻岩）
(Quartzite)
为热接触变质岩。灰 色，由石英砂岩变质而 成，主要矿物成分为石 英。粒状变晶结构，块 状构造，由于石英的硬 度大，因而石英岩很难 风化。其发育形成的土 壤，砂性强，贫瘠。
大理岩
(marble)
此大理岩为热接触变 质岩。白色，由白云岩 变质而成。粒状变晶结 构，块状构造，主要矿 物成分为白云石，属于 化学岩。
• The Rock Cycle
（一）三大岩类的特征比较
岩性(rock properties) ：是指岩浆岩、沉积岩、变质岩由于它们 形成的环境与过程不相同，所表现出它们 各自在矿物成分、结构和构造方面不同的 特性。
三大岩类的特征比较
岩 类 特 征 形成的地质 作用 岩 浆 岩 （火成岩） 岩浆作用 沉 积 岩 （水成岩） 外力地质作用 按物质来源、结 构、成岩方式分： 1．粘土岩类 2．碎屑岩类 3．化学岩及生物 化学岩类 页岩、砂岩、 石灰岩 变 质 岩
Al4[Si4O10](OH)8 吸热 Al[Al SiO5]O + 2SiO2 + 4H2O （高岭石） （红柱石） （石英）
吸热放热 富含SiO2的石灰岩，受热后，方解石分解放 出CO2及留下CaO, CaO同岩石中的SiO2结合，则形成 一种新矿物硅灰石：
第五讲 变质岩的基本特征和类型
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5、变质作用类型
区域变质作用（包括混合岩化作用） 接触变质作用 动力变质作用 气-液变质作用
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白云母
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（二）结构构造特征
（1）变余结构
岩浆岩、沉积岩、变质岩等的变余结构。 例如: 原岩为岩浆岩，有变余辉绿结构、变余斑 状结构、变余花岗结构、变余凝灰结构等。 原岩为沉积岩，有变余砂状结构、变余砾状结构 等。
(1) 引起重结晶作用，晶粒由小变大；如石灰岩在高温条件下，晶粒变 得比原来粗大而成为大理岩。 (2) 促进原有矿物之间的化学反应，形成新的矿物组合。如泥质岩中的 高岭石在高温下变为红柱石和石英。
热源包括：地热、岩浆热、构造运动产生的摩擦热、地内相变热、放 射性生热
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3、变质作用的影响因素: P、T、t、活动性流体
变质岩的分布占大陆面积的1/5以上
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2. 变质岩的研究意义
•变质岩在地球的发展演化过程中占 有重要的地位 •可作为地质温度计和压力计 •具有高的经济价值，大理石，建筑 材料，铁矿、铜矿等
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3、变质作用的影响因素: P、T、t、活动性流体
温度：是热力的标志，是变质作用得以进行的能 量来源。 岩石温度升高会：
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3、变质作用的影响因素: P、T、t、活动性流体
时间
指变质作用持续的时间。 变质结构的生成、岩石的塑性变形，都是很慢的过程，均 与变质作用经历的时间有关。 注: 各种物理因素（温度、压力）化学因素（化学活动性 流体）和时间是同时存在，相互制约，相互影响，只是看 哪一种因素起主导作用。
第五章 变质作用
三.区域变质作用
区域变质作用通常在大范围内发生，区域变 质带长达数百至数千公里，宽达数十至数百公里。 区域变质作用广泛发育在古老的大陆中心；古代 以来的造山带以及汇聚型板块边界上。区域变质 作用中化学活动性流体起着重要作用。 在区域变质带中，按其变质程度的由浅到深 出现板岩 千枚岩 片岩 片麻岩。 变质作用的程度可分为低级、中级和高级三 种级别。如图：
右 图 为 构 造 变 形 和 复 杂
变 质 作 用 的 古 生 代 岩 石
二.变质作用方式和变质反应
1.变质作用的基本方式 a.碎裂变形 b.重结晶 重结晶作用通过变质反应来实现，变 质反应主要有以下几种： （1）.纯固相转变: Mg2SiO4+CaAl2Si2O8 CaMg2Al2Si3O12 （橄榄石）（钙长石） （石榴子石）
接触交代变质作用的强度随着距离岩体而 减弱，直至热力减小到一定限度而消失。结果 以岩体为中心，在周围形成一个变质强度不同 的环状带，称变质晕。
二.动力变质作用
动力变质作用是由定向压力引起的一种变质作用。 主要发生在断裂带和造山带中。其产物分为两大类： a.碎裂岩，由一些棱角分明的岩石和矿物碎块组成。 b.糜棱岩，是塑性变形的产物，其中破碎程度极细者 者又称超糜棱岩。 动力变质作用的碎裂过程和性质可分成脆性和韧性。 在平面上，边缘部分表现为脆性，中心部分表现为韧性。 在剖面上，表层表现为脆性，随深度增加韧性增强，表 现为双层结构。
眼球片麻岩
石英岩脉
混合成因的脉状片麻岩
复习思考题
1.何谓变质作用？变质作用发生在什么温度范围？它与成 岩作用和岩浆作用有什么区别？ 2.试述变质作用的因素及其所起的作用？ 3.变质作用的方式有哪些？其中最重要的是哪一种？ 4.接触变质作用发生在什么部位?有哪些主要作用因素和 作用方法?何谓接触变质晕？其空间分布有何特点？ 5.动力变质作用最主要的特点是什么？有哪几种最常见的 动力变质？ 6.区域变质作用的特点是什么?何谓洋底变质作用？
地质与地貌05变质岩
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一、变 质 级
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2、在我国通常把变质程度分为三个级别： 低级变质：（200℃—500℃） 主要矿物组合为，绢云母、绿泥石、滑石、蛇纹石等。 中级变质：（500-600℃） 主要矿物组合为，十字石、蓝晶石、铁铝榴石、白云母、 黑云母等。 高级变质：（600℃—800℃） 主要矿物组合为，矽线石、硅灰石、紫苏辉石、铁铝榴石、 钾长石等。
显微镜下板岩中的 红柱石斑晶
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二、变质岩的结构
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➢鳞片状变晶结构：
有片状矿物平行排列形成 的结构（如图）
碎裂结构
又称压碎结构。岩石在应力作用 下，其中矿物颗粒破碎，形成外 形不规则的带棱角的碎屑，碎屑 边缘常呈锯齿状，并常有裂隙及 扭曲变形等现象。（如图）
糜棱结构：矿物在应 力作用下形成粉末状， 弱定向性。（如图）
（长石 + 橄榄石
——
石榴子石）
侧向压力，或称应力，构造应力可以理解为定向压力，构造
运动产生侧压力
一方面可使矿物变形或破碎；另一方面也可使它重结晶，并使岩石中片状或柱 状矿物在垂直于应力方向生长、拉长或压扁，形成明显的定向排列，从而使岩 石具有各种片理构造。 （图片）
李客定律：在最大压力方向上物质的熔点将降低从而发生溶
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一、动力变质作用
二、接触变质作用
三、区域变质作用
四、混合岩化作用
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一、动力变质作用
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一 、 动 力 变 质 作 用
由于岩石所处的地质环境不同，所以其发生的变质作用类型不同；在不同的变质作用 下所产生的变质岩的种类自然也就不同。
变质作用及变质岩类型
目
CONTENCT
录
• 引言 • 变质作用类型 • 变质岩类型 • 变质岩的鉴别与特征 • 变质岩的应用与意义
01
引言
变质作用的定义
变质作用是指地壳中已形成的岩石，在固态条件下由于温度、压 力等变化，引起的岩石成分、结构、构造变化的地质作用。
它包括接触变质作用、区域变质作用、动力变质作用和混合岩化 作用等类型。
02
变质作用类型
接触变质作用
定义
接触变质作用是指在岩浆侵入过程中，由于高温和 气体的影响，使围岩发生化学成分和矿物成分的变 化，从而形成新的岩石的过程。
影响因素
岩浆的温度、气体的性质和围岩的化学成分。
常见岩石类型
大理岩、石英岩等。
区域变质作用
定义
区域变质作用是指在广泛分布的区域范围内，由于温度和压力的升 高，使原岩发生重结晶、变质反应等变化，形成新的岩石的过程。
高压条件下仍会经历蚀变作用，形成新的矿物和岩石
类型。
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变质岩的应用与意义
变质岩在地质学研究中的意义
01
提供地质历史和地壳演化的证据
变质岩记录了地壳的历史和演化过程，通过研究变质岩的特征和形成过
程，可以了解地壳的运动、板块构造和地质事件。
02
揭示地球深部过程
硬度
变质岩的硬度通常比原岩高，因 为矿物颗粒紧密结合。
密度
变质岩的密度通常比原岩高，因 为矿物颗粒排列紧密。
导热性
变质岩的导热性比原岩高，因为 矿物颗粒的热传导性能较好。
变质岩的化学性质
化学成分
01
变质岩的化学成分与原岩相似，但经过变质作用后，矿物组成
和含量会发生变化。
变质作用
第五章变质作用目的要求变质作用的概念是根据对变质岩的观察、研究而建立起来的。
变质岩是组成地壳的三大岩类之一，占地壳总面积的27.4%，由于地壳的不均匀抬升、剥蚀才露出地表。
古老的变质岩常作为各大陆地壳的核心，广泛出露在前寒武纪的地盾中，或作为年青造山带的基底存在。
其后各地质时期造山带中的变质岩，又围绕着前寒武纪地盾分布，这说明研究变质作用，对查明地壳的早期状态和它的发展演化历史，具有重要的理论意义。
此外，世界上有70% 的铁矿，63%的锰矿以及大多数的铜、钴、镍矿都产生在前寒武纪的变质岩中，因而又具有实践意义。
课时：4学时授课内容一、变质作用的概念二、变质作用的因素和方式（一）变质作用的因素（二）变质作用的方式三、变质作用的基本类型（一）接触变质作用（二）碎裂变质作用（三）区域变质作用（四）混合岩化作用重点本章课讲授重点应放在：①变质作用的因素和变质作用方式中的重结晶、变晶作用及交代作用上；②变质类型的重点是接触变质、区域变质以及碎裂变质三个类型。
其它像脱水反应、脱碳反应等则留给后续诸课去完成。
混合岩化作用宜在小结中提示。
难点在课堂上讲授变质岩时，强调变质岩的重要特征以及变质岩中的标志矿物和主要构造即可。
其它内容较难理解，宜在实习中结合岩石标本去完成。
教学方法本节课以讲解为主，配合多媒体图件进行说明。
讲授重点内容提要一、变质作用的相关概念（一）变质作用（metamorphism）什么是变质作用？就是指先成岩在地下高温高压和化学活动性流体的参与下，在固态状态下改变其结构、构造或化学成分，从而形成新岩石的作用过程。
一般说来，岩石是否变质，是以有无重结晶现象或者出不出现变质矿物为标志（特别在温度升高的情况下）。
根据观察判断，变质作用的温度大体在150°—900℃之间，低于150℃属于成岩作用的范畴；高于900℃则又属于岩浆作用的范畴。
（二）变质作用与岩浆作用的区别变质作用与岩浆作用有何区别呢？岩石在变质过程中基本保持固体状态，一般不经过熔融。