地球科学概论--第六章_变质作用与变质岩

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1、第六章变质作用与变质岩第一节变质作用概述一.变质作用概念岩石在基本处于固体状态下，受到温度、压力以及化学活动性流体的作用，发生化学成分、矿物组成以及岩石结构和构造变化的作用。变质作用不同于风化作用在于其通常是在高温高压环境下发生，而风化作用是地表常温常压环境发生。变质作用不同于岩浆作用在于其通常在固体状态下发生而岩浆作用是在熔融条件下进行的。分布广泛，尤其是前寒武地层绝大多数由变质岩构成，含有丰富的矿产，例如全世界铁矿的70％都储存在前寒武古老的变质岩中。0km沉积岩变质岩火成岩50km10km~200ºC~800ºCIncreasingdepthandtemperature熔融变

2、质作用沉积岩沉积物变质作用通常发生在地下几公里到几十公里之间二.引起变质作用的因素1.温度：变质作用温度范围在150～180℃到800～900℃之间，低于这一温度范围属于固结成岩作用，高于这一范围可能属于岩浆作用范畴。地热岩浆热构造热非晶质转化为晶质细晶质转化为粗晶质形成新的矿物2.压力：分为静压力、流体压力与定向压力。静压力与流体压力，静压力由上覆岩石引起，随深度增大而加大，具有均向性，在静压力作用下矿物往往重结晶、体积减小密度增大，例如：CaAl2Si2O8＋（Mg，Fe）2SiO4Ca（Mg，Fe）2Al2﹝SiO4﹞3钙长石橄榄石石榴子石分子体积101.042.6119定向

3、压力，侧向压力，导致岩石积压或剪切，可使岩石发生重结晶，以及片状和柱状矿物垂直于应力方向生长、拉长或压扁而定向排列，形成各种片理构造。相对密度2.763.33.522.化学因素：化学活动性流体以水和CO2为主，并含有其他的一些挥发性组分，这种流体参与变质作用，与先成岩石发生反应，形成新的变质矿物，例如白云石或菱镁矿等在热水作用下形成滑石。3MgCO3＋4SiO2＋H2OMg3﹝Si4O10﹞﹝OH2﹞＋3CO2菱镁矿滑石各种变质作用通常是共同进行的，不管哪种因素，都必须通过岩石本身起作用，不同岩石在相同条件下可能产生不同的结果，如在同样热力条件下石灰岩变成大理岩、砂岩变成石英岩；而

4、相同岩石条件不同则形成不同结果，如石灰岩仅在温度影响下发生大理岩化，而当岩浆侵入时则会发生交代作用形成新的矿物。第二节变质过程中原岩的变化一.物质成分的变化化学成分的变化引起矿物成分的变化水合作用后橄榄石变成蛇纹石，辉石变成绿泥石或黑云母，钾长石变成白云母；碳酸化作用后基性斜长石变成方解石等。吸热放热Al4﹝Si4O10﹞﹝OH﹞8Al2﹝SiO4﹞O＋2SiO2＋H2O高岭石红柱石CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2放热吸热脱水、脱CO2反应水合作用与碳酸化作用压实作用在很高的静压力下密度小体积大的矿物结核呈密度大体积小的新矿物。交代作用原矿物中的某些微粒被外部的化学活动性流

5、体所带入的新微粒所代替而形成新的矿物，在固体状态下进行，岩石体积不变。K﹝AlSi3O8﹞+Na＋Na﹝AlSi3O8﹞+K＋在岩浆岩侵入的接触带上往往形成很多交代矿物如石榴子石、透辉石、透闪石、阳起石等等。二.变质岩中的矿物很多矿物是变质岩中所特有的特征性矿物，称为变质矿物。包括红柱石、蓝晶石、夕线石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、透闪石、蓝闪石、阳起石、透辉石、蛇纹石、石墨等。岩浆岩中一些矿物同样存在于变质岩中，包括石英、长石、云母等，但是如果云母族矿物在岩石中称为主要组分，则肯定是变质作用产物。只能存在于地表常温常压环境下的矿物包括粘土、蛋白石、玉髓、石膏等矿物在变质岩中不

6、存在。三.变质岩的结构1.变晶结构：指原岩发生重结晶的结构，表现为新矿物形成、长大且晶粒相互紧密嵌合。粒状变晶结构：又成花岗变晶结构，特征是主要由石英、长石或方解石等等粒状矿物构成，颗粒大小相近，紧密镶嵌，接触线呈多边形或锯齿状，块状构造，定向排列不明显。斑状变晶结构：在个体小的矿物结合体中镶嵌了较大的矿物晶体（变斑晶）。变斑晶通常是结晶能力较强的矿物，包括石榴子石，红柱石，蓝晶石、磁铁矿等。鳞片状变晶结构：由云母、滑石、绿泥石等片状矿物定向排列形成片理，这种结构称鳞片状变晶结构。2.碎裂结构：原岩在定向压力作用下，当压力超过岩石或矿物的弹性极限时，矿物便发生弯曲、变形。如定向压力

7、进一步增强，超过其强度极限时，则发生破裂和粒化作用，甚至产生韧性变形，形成各种碎裂结构。3.变余结构：由于变质结晶作用不彻底，原岩的矿物成分和结构构造特征可能部分地保留下来，形成残余结构。变余结构的命名只要在原岩结构名称上加上“变余”二字便可。例如变余花岗结构等；称为变余砾状结构及变余砂状结构；如变余碎裂结构，变余变晶结构等。四.变质岩的构造1.片理构造：指岩石中矿物定向排列所显示的构造，而形成的这种平行、密集且不甚平坦的纹理称为片理，沿片理方向容易剖开，根据矿物组合