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1、第一节变质作用的原理一、变质作用的概念1变质作用指各种岩石(沉积岩、岩浆岩和变质岩)基本上在固态下受到内动力地质作用，发生矿物成分和结构、构造的变化而变成一种新岩石的过程。称为变质作用。2.变质岩遭受变质作用而变成的新岩石，称为变质岩。副变质岩沉积岩经变质作用形成的变质岩，称为副变质岩；正变质岩岩浆岩经变质作用形成的变质岩，称为正变质岩。3.鉴定变质岩标志：重结晶变质矿物片理构造第1页/共50页二、变质作用的控制因素变质作用主要发生在地下深处温度、压力较高的环境，变质作用的能源来自地球内部。因此,控制因素主要是温度压力活动性流体时间这四个因素的变化，可以影响变质作用的强度、范围和产物，进而决定
2、变质作用的类型。第2页/共50页(一)温度当温度升高到1502500C时，即开始有变质矿物，如浊沸石、叶蜡石、钠云母等生成。温度再升高，非晶质或隐晶质的CaC03将结晶增大成显晶质的方解石，即发生重结晶作用。当温度超过6500C时，一些岩石出现部分熔融现象，产生少量长英质流体相。这是混合岩化作用发生。(二)压力例如低压环境中形成的红柱石(A12Si05)，其相对密度为3.13.2；当其处于高压环境时，可转化为分子体积较小、相对密度较大(3.563.66)的蓝晶石(A12SiO5)。红柱石(A12Si05)蓝晶石(A12SiO5)(三)化学活动性流体 在变质作用中，化学活动性甚强的流体(H20及
3、C02)可以促进组分的溶解和迁移，促进变质作用的发生。也可降低岩石的重熔温度，实验表明，花岗质岩石不含挥发性组分的流体时，其重熔温度为9500C；若含有饱和溶液时，则在640200C时即开始部分重熔。(四)时间 时间是影响变质作用的重要因素。在一定的变质温度、压力条件下，如果没有足够的作用时间，原岩的变质反应将不明显至主要的变质作用不能进行，因为矿物的重结晶、重组合、交代作用和塑性变形等，都是缓慢的进程。只有充足的时间才能使变质作用对原岩作有效的改造，形成各类变质岩。第3页/共50页重结晶作用变质反应或重组合作用交代作用变形与碎裂作用三、变质作用的方式第4页/共50页(一)重结晶作用是指岩石在
4、变质作用过程中，同种矿物颗粒不断增大,相对大小逐渐均匀化，颗粒外形变得较规则的变化过程。称为重结晶作用。重结晶作用不形成新的矿物类型。辉石石英岩，在重结晶过程中，由于辉石与石英之间的相对表面张力大于石英本身颗粒之间的表面张力,，所以石英成较大颗粒，彼此直接接触，而辉石则成细粒分散在几个石英颗粒之间。辉石石英岩中少量细粒辉石分散在较大的石英颗粒之间石英辉石第5页/共50页(二)变质反应在原岩基本保持固态、且岩石总的化学成分不变(除挥发组分外)的条件下，部分原有矿物通过发生特定的化学反应(主要是与粒间孔隙溶液作用)而趋于消失，同时形成新的稳定矿物的过程，称为变质反应或重组合作用。如：水化-脱水反应
5、在温度升高的情况下，泥质岩石中的高岭石脱水变为叶蜡石。A14Si402(OH)8+4Si022A12Si4010(OH)2+2H20高岭石石英叶蜡石(气)如果温度增加到450以上时，叶蜡石将进一步脱水转化为红柱石；A12Si402(OH)2A12Si05+3Si02+H20叶蜡石红柱石石英(气)第6页/共50页碳酸盐化-脱碳酸反应。Ca03+Si02CaSi03+C02方解石石英硅灰石(气)氧化一还原反应。6Fe034Fe304+02赤铁矿磁铁矿(气)同质多像变体转化反应。A12Si05A12SiO5A12Si05红柱石蓝晶石夕线石第7页/共50页(三)交代作用在变质过程中，当存在大量化学活动
6、性流体时，通过部分变质原岩物质的带出和外来物质的带入，从而造成原岩中某种矿物被另一种化学成分不同的新矿物所置换的作用，称为交代作用。交代前后的矿物体积基本保持不变。例如:含Na+的流体与钾长石反应而置换出K+，形成新矿物钠长石：KAISi3O8+Na+NaAl308+K+钾长石(带入)钠长石(带出)第8页/共50页(四)变形与碎裂作用岩石在应力(定向压力)作用下可产生多种变形行为。弹性变形在应力小于弹性限度时，应力与应变关系符合虎克定律，应力消除则岩石立即恢复原状，这种变形称为弹性变形。塑性变形当应力增大超过岩石的弹性限度后，岩石虽未发生破裂变形，但在应力消失后并不恢复原状，这种变形称为塑性变
7、形(永久变形)。破裂变形当应力增大超过岩石的极限强度时，岩石将产生破裂，发生破裂变形，形成断层。断裂变形属于脆性变形。地质上将宏观上无明显破裂的变形称为韧性变形。若从微观上看，韧性变形常由于晶体晶格的滑移、位错引起，实际上存在小尺度的破裂。第9页/共50页第二节变质作用的类型根据变质作用发生部位的地质环境、变质因素的组合关系及变质产物的特征，将变质作用分为五种基本类型。接触热变质作用 气-液变质作用 动力变质作用 区域变质作用 混合岩化作用第10页/共50页1一、接触热变质作用 发生在侵入岩体周围，由岩浆侵入时的扩散热能引起接触带围岩的重结晶作用。变质前后岩石的化学成分基本上没有改变。变质作用
8、的主要控制因素是温度，大致在2506500C范围内。二、气-液变质作用是由具有较强化学活动性的气体和液体对原岩进行交代作用而引起的。从岩浆活动中析出的气-水热液对岩体与围岩的接触带进行的以交代作用为主的变质改造称为接触交代变质作用。远离侵入体而沿构造破碎带或粗大矿脉两侧发生的气-液变质作用，一般称为围岩蚀变。三、动力变质作用 出现在大断裂带上或构造运动强烈的地带，由强大的侧向挤压力和剪切应力引起，主要的变质方式为变形与碎裂。在地下较浅处由于温度较低，以脆性变形为主；在地下较深处由于温度较高，则以韧性变形为主，形成韧性剪切带。第11页/共50页四、区域变质作用是在较大区域内发生的，由一种因素为主
9、或多种因素综合作用变质作用。常与强烈的构造运动有密切联系，并伴随有大规模的形变、岩浆活动和混合岩化等作用。热量来源除构造运动的动力热能和岩浆热能外，主要的是从地幔上升的热流。化学活动性流体的作用显著而广泛。区域变质作用持续时间长，多具有周期性叠加的作用过程。区域变质作用的深度从地下几公里至几十公里，压力为2X108一10X108Pa，温度为2008000C。第12页/共50页五、混合岩化作用是一种介于高度变质作用和岩浆作用之间的地质作用。在这种作用过程中，有广泛的流体相存在，温度的升高已导致原岩的局部熔融，因而形成一种深融结晶岩与变质岩相互成复杂组合的岩石混合岩。一般将混合岩化作用看作变质作用
10、的上限是变质作用与岩浆作用之间的一个环节。第13页/共50页第三节变质岩的特征一、变质岩的化学成分主要是氧化物：Si02、A1203、Fe203、FeO、MgO、CaO、Na20、K20、MnO、H20、C02、TiO、P205等。第14页/共50页变质岩矿物突出的特征：1广泛发育纤维状、片状、长柱状和针状矿物，如透闪石、阳起石、云母类、石墨、夕线石、角闪石等；2常出现相对密度大、分子体积小的矿物，如石榴石、硬玉等；3同质异像矿物发育，如红柱石、蓝晶石和夕线石，其化学组成(Al2Si05)相同，但矿物稳定的压力-温度(p-t)范围很狭小二、变质岩的矿物成分第15页/共50页三、变质岩的结构是指
11、变质岩中矿物颗粒的大小、形状以及它们之间的相互关系。一般根据成因将变质岩的结构分为四大类：变余结构 变晶结构 破碎结构 交代结构第16页/共50页(一)变余结构在变质程度较浅的变质岩中，由于重结晶作用和变质反应进行得不彻底，原岩中的一些结构特征被部分地保留下来，这样形成的结构，称为变余结构。变余结构的命名可在原岩结构之前加上“变余”二字。1副变质岩的变余结构 原岩为砂岩或砾岩的变质岩中，常保留着砂粒或砾石的外形，但原来的泥质胶结物多已结晶成为绢云母、绿泥石等矿物，或有明显的重结晶现象(钙质胶结物重结晶为显晶的方解石)。这种结构可称为变余砂状结构或变余砾状结构。第17页/共50页2正变质岩的变余
12、结构 原岩为喷出岩、浅成岩或凝灰岩时，一般多具有斑状结构或凝灰结构。这些岩石受到轻度变质作用后，岩石中的斑晶或大的碎屑变质不明显，或仍保留原有的外形，而微细的基质则多重结晶为显晶质矿物，如石英、绢云母、绿泥石、角闪石、斜长石等。这些结构可称为变余斑状结构、变余凝灰结构或变余辉绿结构。第18页/共50页(二)变晶结构由重结晶或重组合作用形成的全晶质结构，无玻璃质，矿物多呈定向排列。粗粒变晶结构 主要矿物粒径3mm；中粒变晶结构 主要矿物粒径3一lmm；细粒变晶结构 主要矿物粒径1-01mm；显微变晶结构 主要矿物粒径lOkm)，发生过强烈的韧性(塑性)剪切变形。大理岩中发育的糜棱岩可在地下较浅的
13、环境中形成。第39页/共50页四、区域变质岩类区域变质是一种分布范围广大的变质作用。在界各地，最古老的岩石如太古宙和中元古代的岩石，主要是由区域变质岩和混合岩构成。新元古代以来的许多大型造山带的核部，区域变质岩亦占主导地位。常见的区域变质岩1板岩 2千枚岩 3片岩 4片麻岩 5斜长角闪岩6变粒岩 7石英岩 第40页/共50页房瓦1板岩 板岩的变质程度很低，原岩的矿物基本上没有重结晶或只有少量重结晶，经过脱水，硬度增高。板岩外表呈致密隐晶，其矿物成分难以鉴别；有时在板理面上有少量的云母、绿泥石等新生矿物。板岩一般由泥质岩、粉砂岩、中酸性凝灰岩经轻微变质而成。通常按其颜色或含杂质的不同加以命名，如
14、黑色炭质板岩、黄绿色粉砂质板岩、灰色凝灰质板岩等。其相应的结构为变余泥构、变余粉砂质结构、变余凝灰质结构等。质地坚硬而富有一定弹性的板岩，可沿板理面成片剥开成板材，作为房瓦、地面板或装饰板材等开发利用。第41页/共50页石英绢云母石英绢云母石英千枚岩石英绢云母千枚岩皱纹构造2千枚岩 其变质程度略高于板岩。原岩的矿物成分基本上已全部重结晶，主要由微小的绢云母、绿泥石、石英、钠长石等新生物组成。千枚岩具微细鳞片变晶结构，矿物颗粒粒径多小于0.1mm。岩石的片理面上具明显的丝绢光泽，并常见小皱纹构造。千枚岩一般按颜色和可判别的矿物成分进一步命名，如银灰色千枚岩，硬绿泥石千枚岩、灰绿色钙质千枚岩(加H
15、CI起泡)等。第42页/共50页3片岩 其分布极为广泛。多具显晶质的鳞片粒状变晶结构，或基质为鳞片变晶结构的斑状变晶结构。主要由片状矿物(云母、绿泥石、滑石等)、柱状矿物(阳起石、透闪石、角闪石等)和粒状矿物(长石、石英等)组成。若粒状矿物含量50，则以占主导地位的二种矿物命名，如白云母石英片岩、角闪石石英片岩。一般规定片岩中的长石含量50，且长石含量25。片状、柱状矿物有云母、角闪石、辉石等，有时含夕线石、蓝晶石、石榴子石等特征变质矿物。第44页/共50页5变粒岩 是一种长石、石英70、且长石25的具细粒变晶结构的区域变质岩。变粒岩与片麻岩的区别在于其粒度比片麻岩细，不显片麻状构造，多为块状
16、构造。变粒岩的矿物成分除石英、长石外，还常见黑云母、角闪石、透闪石、透辉石、电气石、磁铁矿等。变粒岩可由粉砂岩、岩屑细砂岩、凝灰岩及一些中酸性喷出岩，经中高级区域变质作用而形成。变粒岩常按主要暗色矿物进一步命名，如黑云母变粒岩、角闪石变粒岩。第45页/共50页6石英岩一般具块状构造，有时为条带状构造。石英岩由石英砂岩或硅质岩经区域变质作用或接触热变质作用而形成。岩石中除石英外，可含少量长石、云母、绿泥石、角闪石、辉石等。石英岩分布广泛，是优良的建筑材料；石英含量90、暗色矿物甚少的石英岩可作制造玻璃的原料。第46页/共50页五、混合岩类混合岩化作用一般发生在负荷压力甚大、温度较高的地下深处(花
17、岗岩的低熔融区)，主要分布于下地壳内特别是接近地幔的部位，因而现在地表所见到的混合岩多集中在太古宙和古元古代的结晶基底岩系中；此外，在一些造山带的根部出现的高级区域变质岩系中也可见到混合岩。研究表明，大多数混合岩与变质程度很深的区域变质岩呈逐渐过渡关系，出现于某些深成花岗岩体的边缘部位。混合岩是在固态岩石的变质、改造过程中有较广泛的岩浆状流体参加，通过流体对变质原岩的贯入和渗透交代作用而形成的新岩石。它通常是由残留的变质基体(如斜长角闪岩、片麻岩、变粒岩等)和新生的长英质脉体所组成。基体岩石颜色较深，具粒状变晶结构，脉体岩石颜色较浅，具全晶质粒状结构、细晶结构或伟晶结构。根据基体与脉体的量比，
18、基体中交代作用的强度及其它特点，(二)常见的混合岩1注入混合岩类2混合片麻岩类3混合花岗岩第47页/共50页1注入混合岩类是指脉体数量少于基体，交代作用不强烈，二者之间有较明显界线的一类混合岩。通常按岩石的构造特点进一步命名，条带状混合岩肠状混合岩肠状揉皱混合岩条带状混合岩，其脉体呈条带状穿插于基体之中，脉体条带与片理平行肠状混合岩，其脉体呈复杂的肠状揉皱穿插在基体之中；眼球状混合岩，其脉体中的长石交代斑晶或长石和石英的集合体呈眼球状平行于基体的片理排列。第48页/共50页复习思考题1变质作用与风化作用的概念有什么区别?2用肉眼鉴定岩石时，主要根据哪些特征确定其为变质岩?3怎样区分板岩、千枚岩和页岩?4怎样区分角岩与细砂岩?5怎样区分石英岩与石英砂岩?第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页