普通地質(zhì)學(xué)ecit05第五章變質(zhì)作用與變質(zhì)巖

5.1變質(zhì)作用及其影響因素5.2變質(zhì)作用的基本類型5.3變質(zhì)巖5.4地殼中三大類巖石的演變5.1變質(zhì)作用及其影響因素一、變質(zhì)作用(Metamorphism)概念指原巖基本上在固態(tài)下，主要由內(nèi)動(dòng)力的作用使其變成另一種新巖石的過(guò)程。由變質(zhì)作用所形成的新巖石稱為變質(zhì)巖(MetamorphicRock)。新形成的巖石無(wú)論是巖石的礦物成分，還是結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，均可與原巖不同。變質(zhì)作用與巖漿作用和風(fēng)化作用的區(qū)別：

巖漿作用是高溫、高壓，使原巖從固態(tài)轉(zhuǎn)變成熔融的液態(tài)后。

風(fēng)化作用是地表巖石在常溫、常壓下，主要由外動(dòng)力引起的各種變化。二、引起（控制）變質(zhì)作用的因素FactorsthatControlMetamorphism（1）內(nèi)因：原有巖石的性質(zhì)（2）外因：溫度、壓力及化學(xué)活動(dòng)性流體溫度（Temperature）溫度是引起巖石變質(zhì)的主要因素。其作用是提供變質(zhì)作用所需要的能量，促使一系列的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶作用得以進(jìn)行；同時(shí)溫度增高還可使礦物的溶解度加大，增強(qiáng)了流體的滲透性、擴(kuò)散性及化學(xué)活動(dòng)性，促進(jìn)了變質(zhì)作用的過(guò)程。HEATMostimportantfactorindrivingmetamorphism.Acceleratesthepaceofmostchemicalreactions.HeatincreaseswithdepthintheEarth

ThermalGradient 20-30C/kilometerdepth 74F/miledepthRocksatdeptharealwaysathighertemperature.Rocksandmineralsthatformtherearestable.變質(zhì)作用的溫度范圍一般介于（150）200℃～800（900）℃之間。低于此溫度，就屬于固結(jié)成巖作用（沉積巖）。一旦溫度高到使原巖熔融，那么就進(jìn)入到巖漿作用的范疇。因此，變質(zhì)作用基本上在固態(tài)下進(jìn)行。

導(dǎo)致巖石溫度升高的主要原因有：①巖漿的侵入作用使其圍巖溫度升高；②當(dāng)?shù)貧\部的巖石進(jìn)入更深部時(shí),由于地?zé)嵩鰷厥乖瓗r的溫度升高;③由深部熱流上升所帶來(lái)的熱量使巖石的溫度升高;④巖石遭受機(jī)械擠壓或破裂錯(cuò)動(dòng)時(shí)由機(jī)械能轉(zhuǎn)化的熱量使巖石的溫度升高，這種熱量一般較小或較局限。壓力(Presure)

可分為靜壓力和定向壓力

靜壓力(StaticPresure)：是由上覆巖石的重量引起的壓力。它具有均向性，促使礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，形成密度大、體積小的新礦物。

定向壓力(DirectionalPresure)：又叫構(gòu)造應(yīng)力，為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。特點(diǎn)是具有方向性，是由于壓力只作用于一定的方向上，因而使巖石在不同方向上產(chǎn)生了壓力差。它可以引起礦物的壓溶作用，導(dǎo)致原巖發(fā)生礦物的重新分異與聚集，造成礦物定向排列；也可以使原巖破碎或產(chǎn)生變形，從而改造了原巖的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。PRESSUREMorepressureisexertedon rocksatdepththanat Earth’ssurface.LITHOSTATICorCONFININGPRESSURE pushesonrocksinall directions.Grainsbecomesmallerand denseratdepth.PRESSUREPressuremaybegreaterin somedirections.DIRECTEDPRESSUREFlattensrockinthe directionatwhichthe greatestpressureis applied.Lengthensrockinthe directiontothe greatestpressure.

以H2O、CO2為住，其次是O2、F2、Cl2、B等揮發(fā)性物質(zhì)?；瘜W(xué)活動(dòng)性流體可以促使礦物組分的溶解和遷移，引起原巖物質(zhì)成分的變化；即流體本身也積極參與了變質(zhì)作用的各種化學(xué)反應(yīng)。此外，流體的存在還會(huì)大大降低巖石的重熔溫度，使變質(zhì)作用的高溫界限變低?；瘜W(xué)流體化學(xué)活動(dòng)性流體來(lái)源（1）孔隙（液）水：巖石空隙中原存的；（2）結(jié)構(gòu)（液）水：變質(zhì)過(guò)程中從礦物結(jié)構(gòu)中析出的H２O及CO２等揮發(fā)性物質(zhì)；（3）巖漿（液）水：從巖漿中分離出的揮發(fā)性組分；（4）深部熱液：從地下深處分異上升的深部熱液等。TimeThechemicalreactionsinvolvedinmetamorphism,alongwithrecrystallization,andgrowthofnewmineralsareextremelyslowprocesses.Laboratoryexperimentssuggestthatthelongerthetimeavailableformetamorphism,thelargerarethesizesofthemineralgrainsproduced.Thus,coarsegrainedmetamorphicrocksinvolvelongtimesofmetamorphism.Experimentssuggestthatthetimeinvolvedismillionsofyears.重結(jié)晶作用指巖石在固態(tài)狀態(tài)下，同一種礦物經(jīng)過(guò)有限的顆粒溶解、組分遷移，然后又重新結(jié)晶成較粗大顆粒的作用，在這一過(guò)程中礦物成分不發(fā)生變化。例如石灰?guī)r（CaCO3)溫度大理巖（CaCO3）變質(zhì)結(jié)晶作用

指在原巖總體化學(xué)成分基本不變化的條件下，形成新礦物或新礦物組合的作用。例如高嶺石>350℃葉臘石交代作用指化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)的流體與固體巖石之間發(fā)生物質(zhì)置換與交換作用，產(chǎn)生新礦物，巖石總體化學(xué)成分發(fā)生變化。例如KAlSi3O8(鉀長(zhǎng)石)+Na+NaAlSi3O8(鈉長(zhǎng)石)

+K+三、變質(zhì)作用的方式四、變質(zhì)作用的基本規(guī)律(1)變質(zhì)作用的時(shí)間演化規(guī)律●古老的巖石（前寒武紀(jì)、5億年以前）一般都發(fā)生了變質(zhì)，而且變質(zhì)較深，常常發(fā)生過(guò)多次變質(zhì)，如秦嶺地區(qū)的巖石普遍發(fā)生過(guò)3次變質(zhì)作用?！窆派淖冑|(zhì)作用呈條帶分布，中新生代變質(zhì)作用作用發(fā)生在板塊結(jié)合部位，如海溝—島弧等?！瘳F(xiàn)代變質(zhì)作用發(fā)生在洋脊、海溝地區(qū)。(2)變質(zhì)作用的空間分布規(guī)律

★在大陸內(nèi)部常分布有古老的變質(zhì)巖系，外形呈渾圓狀，構(gòu)成大陸核心，巖石變質(zhì)程度深，以片巖、片麻巖為主；★在巨大山系中常有呈條帶狀分布的變質(zhì)巖，它們構(gòu)成山脈的核心。如；秦嶺山脈、天山山脈、祁連山脈、喜瑪拉雅山山脈?！锃h(huán)太平洋周圍、洋中脊分布有大量變質(zhì)巖。在環(huán)太平洋俯沖帶具有雙變質(zhì)帶的特征（海溝一側(cè)為高壓變質(zhì)帶，向大陸一側(cè)發(fā)育低壓變質(zhì)帶）

5.2變質(zhì)作用的基本類型變質(zhì)作用發(fā)生的地質(zhì)條件是極其復(fù)雜多樣的，一般根據(jù)變質(zhì)作用發(fā)生的地質(zhì)背景和物理、化學(xué)條件，將變質(zhì)作用劃分為以下四種主要類型：

一、接觸變質(zhì)作用二、動(dòng)力變質(zhì)作用三、區(qū)域變質(zhì)作用四、混合巖化作用

變質(zhì)作用的主要類型及發(fā)生位置

在巖漿巖體與圍巖接觸帶上，主要由巖漿活動(dòng)所帶來(lái)的熱量及活動(dòng)性流體所引起的變質(zhì)作用。

接觸變質(zhì)作用的主要變質(zhì)因素是溫度及化學(xué)活動(dòng)性流體，壓力居次要地位。接觸變質(zhì)作用的溫度較高，一般為300～800℃。

一、接觸變質(zhì)作用（ContactMetamorphism）變質(zhì)暈：接觸變質(zhì)作用圍繞巖體周圍發(fā)生，且離侵入體越近變質(zhì)作用越強(qiáng)，遠(yuǎn)離侵入體則減弱直至完全沒(méi)有變質(zhì)現(xiàn)象，因而形成一個(gè)以巖體為中心、變質(zhì)程度向外減弱的環(huán)帶狀接觸變質(zhì)帶，稱為變質(zhì)暈。變質(zhì)暈的寬度一般為幾米至1-2km,這種變化主要受侵入體的規(guī)模、產(chǎn)狀、成分、溫度以及圍巖的性質(zhì)等因素控制。

是指在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的定向壓力作用下,巖石發(fā)生的破碎、變形以及伴隨的重結(jié)晶等的作用。這種變質(zhì)作用主要發(fā)生在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使相鄰的兩個(gè)巖石塊體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的接觸帶上，這種接觸帶被稱為斷裂帶或斷層帶，所以，動(dòng)力變質(zhì)作用又被稱為斷裂（或斷層）變質(zhì)作用。二、動(dòng)力變質(zhì)作用(DynamicMetamorphism)

動(dòng)力變質(zhì)作用主要發(fā)生在相鄰的兩個(gè)巖石塊體之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的接觸面附近。這種接觸面被稱為斷層或斷裂帶。動(dòng)力變質(zhì)帶的寬度可從幾厘米到幾公里，大型的甚至可達(dá)幾十公里；動(dòng)力變質(zhì)帶的長(zhǎng)度一般幾公里到幾百公里，大型的長(zhǎng)達(dá)1000km以上。

在廣大范圍內(nèi)發(fā)生并由溫度、壓力及化學(xué)活動(dòng)性流體等多種因素，共同引起的一種變質(zhì)作用。其范圍可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)平方公里，影響深度可達(dá)30km以上，溫度在200～800℃之間,靜壓力隨深度不同變化在幾十到一千多兆帕斯卡之間。

變質(zhì)作用的方式包括重結(jié)晶作用、變質(zhì)結(jié)晶作用和交代作用等多種，其中尤其以變質(zhì)結(jié)晶作用最為普遍。三、區(qū)域變質(zhì)作用(RegionalMetamorphism)（1）低壓區(qū)域變質(zhì)作用

發(fā)生的深度較淺，一般小于15km；壓力較小，一般為200～400MPa；溫度通常較高，可高達(dá)600℃以上；局部或暫時(shí)性的地溫梯度很高，約25～60℃/km，通常屬于高熱流或地?zé)岙惓^(qū)。

區(qū)域變質(zhì)作用按壓力可分為3種類型：低壓區(qū)域變質(zhì)作用、中壓區(qū)域變質(zhì)作用、高壓區(qū)域變質(zhì)作用（2）中壓區(qū)域變質(zhì)作用

發(fā)生的深度較大，一般大于10km；壓力也較大，一般300～800MPa；區(qū)域地溫梯度中等，一般16～25℃/km，平均20℃/km；溫度隨深度不同而不同，一般為300～600℃。（3）高壓區(qū)域變質(zhì)作用

發(fā)生的深度大，一般大于10km；壓力大，一般300～1000MPa，甚至可更高，并且伴有強(qiáng)的構(gòu)造動(dòng)壓力作用；溫度較低，一般只有200～400℃；局部或暫時(shí)性的地溫梯度很低，一般7～16℃/km，平均只有10℃/km左右。

泥質(zhì)巖板巖千枚巖片巖片麻巖麻粒巖。

中酸性的巖漿巖片麻巖和麻粒巖?；缘膸r漿巖片巖和角閃片巖。

石灰?guī)r大理巖，

石英砂巖石英巖。

介于變質(zhì)作用和巖漿作用之間的一種地質(zhì)作用。是由變質(zhì)作用向巖漿作用過(guò)渡的一種超深變質(zhì)作用。其主要特征：原巖局部或部分重熔的熔體物質(zhì)與尚未重熔的固態(tài)物質(zhì)發(fā)生互相交插與混合，通常是區(qū)域變質(zhì)作用在地?zé)崃髟龈邨l件下進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果?；旌蠋r化作用形成的巖石稱混合巖?；旌蠋r化作用的高級(jí)階段為花崗巖化作用，整個(gè)巖石成為一種均質(zhì)花崗質(zhì)巖石，這種花崗巖叫混合花崗巖（MigmaticGrantie）。四、混合巖化作用(Migmatization)BURIALMETAMORPHISMSHOCKMETAMORPISMStishoviteCoesite5.3變質(zhì)巖(MetamorphicRock)

5.3.1一般特征一、化學(xué)成分特征主要與原巖有關(guān)，包括兩種情況：（1）等化學(xué)變質(zhì)：巖石變質(zhì)前后的化學(xué)成分基本不變，如石灰?guī)r-大理巖。（2）異化學(xué)變質(zhì)：巖石變質(zhì)前后化學(xué)成分有顯著改變，如矽卡巖。二、變質(zhì)礦物特征決定于原巖的礦物成分和變質(zhì)作用的類型和強(qiáng)度。（1）變形顯著（彎曲、破碎、裂紋、波狀消光等）；（2）片狀、柱狀、針狀礦物發(fā)育(綠泥石、云母、角閃石等)；（3）同質(zhì)多象變質(zhì)礦物較發(fā)育（如蘭晶石、紅柱石、矽線石化學(xué)成分都是Al2O3.SiO2）；（4）含有較多包裹體。變質(zhì)巖的標(biāo)志性礦物：蘭晶石、紅柱石、石榴子石、藍(lán)閃石、綠泥石、透閃石、滑石、硅灰石、蛇紋石、石墨等。三、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)（1）變晶結(jié)構(gòu)（CrystalloblasticTexture）由原巖重結(jié)晶而成的變質(zhì)巖，具有結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱變晶結(jié)構(gòu)。如粒狀變晶結(jié)構(gòu)、斑狀變晶結(jié)構(gòu)、鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)、角巖結(jié)構(gòu)（2）碎裂結(jié)構(gòu)又稱壓碎結(jié)構(gòu)，是動(dòng)力變質(zhì)巖常有的一種結(jié)構(gòu)（3）變余結(jié)構(gòu)(PalimpsestTexture)變質(zhì)巖中殘留的原來(lái)的巖石的結(jié)構(gòu)。如變余斑狀結(jié)構(gòu)、變余礫狀結(jié)構(gòu)。（4）交代結(jié)構(gòu)交代作用所形成的各種結(jié)構(gòu)的總稱。如交代假象結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)等。四、變質(zhì)巖的構(gòu)造

（1）變余構(gòu)造(PalimpsestStructure)變質(zhì)作用后保留下來(lái)的的原巖的構(gòu)造。如變余層理構(gòu)造、變余氣孔構(gòu)造、變余杏仁構(gòu)造、變余波痕構(gòu)造等。（2）變成構(gòu)造變質(zhì)作用過(guò)程中所形成的構(gòu)造。在變質(zhì)巖中占主要