变质岩总结

nullnull 第三篇 变质岩 （ Metamorphic Rocks） null第十七章 变质作用的基本概念 （ Preliminary Ideas of Metamorphism ）第一节 变质作用机制 （“方式”） 第二节 变质作用因素 第三节 变质作用P-T-t轨迹(过程) 第四节 变质作用的地质分类null 变质作用是一个基本保持固体状态下的转变过程 变质结晶 (Meta. crystallization) 2. 变形 (Deformation) 3. 变质分异 (Meta. differentiation) 此外，在高级变质中还可出现部分熔融－主要属于岩浆作用范畴 在很低级变质（埋藏变质）中甚至可出现压实作用－主要属于沉积作用范畴第一节 变质作用机制null变质结晶 Metamorphic crystallization 也包括成核nucleation和生长growth两个步骤 固态下成核多为在有成核剂存在下的非均匀成核。成核剂可以是一个先成的固体颗粒界面或某一变形构造等 固态下晶体生长受表面能驱使，通过粒度增大和均匀化、颗粒界面平直化（多边形化）而不断降低表面能，以达到表面能最低的结构稳定状态。1.1 重结晶作用 recrystallization1.1 重结晶作用 recrystallization岩石在基本保持固体状态下的矿物重新组合和通过化学反应形成新矿物的过程。重结晶前后，岩石总化学成分不变（除H2O、CO2外，封闭系统）变质结晶主要有重结晶和交代两种机制null图17-1 变燧石岩粒径对距辉长岩接触带距离图解 单矿物Si/Ca质岩的重结晶 矿物的重组合，无变质反应、无矿物成分变化，仅结构变化 当达到最低颗粒界面能的情况下，相邻晶面之间的面间角约为120° nullc. 反应完全，粒度进一步增大，形成新的高温条件下稳定的矿物组合Cc+Wo和平衡结构a.低温下Cc+Q平衡结构 石英方解石硅灰石b. 温度超越 Cc+Q=Wo+ CO2↑ 反应温度时，粒度增大的同时Q与Cc反应，形成Wo反应边。在Wo集合体内有少量Q残留，不平衡结构多矿物岩的重结晶 发生变质反应，导致矿物成分和结构变化硅灰石 a b c1.2 交代作用（metasomatism或replacement） 固体岩石在化学活动性流体作用下通过组分带入带出而使岩石总化学成分和矿物成分发生变化的过程。岩石在交代过程中保持体积不变（开放系统）渗透infiltration 裂隙溶液中 组分迁移驱动力为压力差1.2 交代作用（metasomatism或replacement） 固体岩石在化学活动性流体作用下通过组分带入带出而使岩石总化学成分和矿物成分发生变化的过程。岩石在交代过程中保持体积不变（开放系统）扩散diffusion 粒间孔隙溶液中 组分迁移驱动力为浓度差null 可以在系统中带入带出的组分称为活动组分mobile components 流体相是完全活动组分。 通常的变质作用也会造成岩石的H2O、CO2和Fe的价态变化，岩石系统为封闭系统，从化学角度称为 等化学变质作用 isochemical metamorphism 伴随交代作用，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Si4+等金属阳离子也成为活动组分可带入带出时，岩石系统是开放系统，这种使岩石总化学成分除H2O、CO2等挥发分外，其它组分也发生变化的变质作用称为 异化学变质作用 allochemical metamorphism 变质作用的化学分类chemical classificationnull对 比null2 变形 (deformation) 不同环境条件 不同变形行为 a. 近地表低温低压和较高应变速率条件下，岩石显示脆性行为(brittle behavior)永久变形机制为脆性变形，表现为岩石沿裂缝破裂，产生碎裂和断裂b. 地下高温高压特别是当应变速率低时，岩石显示塑性行为(plastic behavior)，岩石永久变形主要由于塑性流动产生，导致矿物畸变和褶皱而没有破裂 偏应力施加于岩石，当应变增加至超越弹性极限，岩石就会产生永久变形 在过渡区，岩石变形行为既有脆性特征，又有塑性特征 ，永久变形由于碎裂流动( cataclastic flow )而产生。变形岩石宏观上显塑性变形特征，微观上显脆性变形特征 null单个晶体的扭折kinking直线滑移translation gliding双晶滑移twinning gli.颗粒边界的滑移扩散流动diffusive flow 晶内塑性变形 intracrystalline plastic deformation晶界塑性变形 intercrystalline plastic defor.地下较高温压条件下塑性流动导致的永久变形(塑性变形)机制不改变晶格方位改变晶格方位产生机械双晶粒内变形不均匀而在滑移中发生旋转，导致滑移面弯曲扭折通过粒间流体相的扩散流动称为压溶pressure solution化学迁移从晶体的较大应力边界区向其他部位迁移并在那里产生晶体生长机械的化学的null静态重结晶 (static recrystalizaion)： 无偏应力参与的重结晶作用动态重结晶(dynamic recrystallization)： 在偏应力参与下，伴随变形而发生的重结晶 定向构造null 在偏应力影响下的变质作用过程中单矿物岩石结构变化理想序列简图 (Raymond，1995)原始颗粒 (这里是石英砂)第一阶段 发育变形带第二阶段 颗粒边缘多边形化第三阶段 粒度加大 伴随颗粒边界变直null3.变质分异（ metamorphic differentiation ）使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程 （成分层compositional layering：条带状或透镜状矿物集合体）变质分异产生成分层的机理主要有： （1）成分层代表扩散反应带 （2）成分层的发育是构造重结晶的结果（优先成核、压溶） （3）成分层是强烈压扁（塑性变形）的结果null高级片麻岩区四种典型的露头尺度进变形所有这些递进变形都形成相同的平行层状的片麻岩岩脉网络的 均匀变形岩石碎块的 均匀变形粒度不均匀的均质火成岩（如斑状花岗岩）的均匀变形均质火成岩（如辉长岩）的不均匀变形 null第二节 变质作用因素 Factors of metamorphism 控制变质作用的根本因素是地质因素，如：大地构造位置（岛弧、海沟、洋中脊等）、构造过程（沉降、隆升等）、岩浆作用等。从物理化学角度看 （物理化学因素）1. 温度（T） 、压力（P）2. 流体成分（x）3. 时间（t）null1.温度(T )和压力(P ) 变质岩形成于地下一定深处，其矿物组合与一定的P-T条件相适应。当P-T条件改变时，就会变得不稳定，就会发生化学反应(变质反应)形成新P-T条件下稳定的新的矿物组合null1.1 温度（T） T升高有利于吸热反应，T降低反应向放热方向进行 可大大加快变质反应速率和晶体生长； T升高可改变岩石的变形行为，从脆性变形向塑性变形转化； T升高会通过脱水反应、脱碳酸反应形成变质热液作为催化剂、搬运剂和热媒介对变质作用施加影响。 此外，T升高还会导致部分熔融而发生混合岩化。 1.温度(T )和压力(P )null1.2 压力(P) 压力的国际单位为Pa(帕斯卡)、GPa(=109Pa)，地质上也常用bar(巴)和Kbar(=103bar)。1bar=105Pa,1Kbar=0.1GPa. 热力学上的压力P是各向相等的静水压力(hydrostatic pressure),它影响矿物相平衡。压力增加，有利于体积缩小的反应，形成高密度矿物组合。1.温度(T )和压力(P )null作用于单位岩石的不同压力类型简图 σA. 垂直直应力；σB. 侧向直应力； Pl. 负荷压力； Pf. 流体压力。1）负荷压力Pl来自上覆岩石柱 2）定向压力来自构造运动 3）流体压力来自粒间孔隙流体null 2．流体成分Fluid composition（x） 变质岩中含H2O矿物（云母、角闪石等）、碳酸盐矿物及这些矿物包裹体的存在，特别是流体包裹体的存在，是变质作用过程中存在流体相的直接证据 早先，人们认为下地壳和上地幔是缺乏流体的。然而，近30年来变质岩和上地幔岩的流体包裹体研究证明，即使在麻粒岩和地幔岩中流体也是广泛存在的 对整个岩石圈而言，H2O、CO2是流体的最主要成分，可近似看成流体相由H2O和CO2组成null 变质作用中涉及大量有流体相参加的反应。流体成分对这些反应有强烈影响。对脱水反应和脱碳酸反应，流体xH2O的增加（即xCO2减少），反应将向xH2O减少，xCO2增加方向进行，即阻碍脱水反应而促进脱CO2反应进行。提高脱水反应温度、降低脱CO2反应温度。相反，则将促进脱水反应而阻碍脱CO2反应进行 流体中还溶解有K、Na、Ca、Si等造岩组分和Fe、Cu、Ag等成矿组分，在开放系统条件下，岩石在流体作用下发生元素带入带出与环境发生物质交换，造成岩石的化学成分变化，并可形成矿床。因此，流体对交代作用和成矿作用起促进作用。 另一方面，流体作为催化剂可大大提高变质反应（包括交代反应）的速率。在没有流体参予的干系统中，反应难以发生或难以反应完全。null 3．时间（t） 变质作用时间因素通常从两个角度理解： 变质作用发生的地质时代，即不同时代变质作用的特点不同， 这是由地球发展的方向性和不可逆性决定的 一次变质作用自始至终所经历的时间，不同时间变质作用的特点不同，关于这一点下面进一步阐述null第三节 变质作用P-T-t轨迹 P-T-t path of metamorphism 所谓P-T-t 轨迹（P-T-t path）就是“岩石在变质作用过程中P-T条件随时间（t）的变化而变化的历程或在P-T 图解中表示该历程的曲线” （Miyashiro, 1994） P-T-t 轨迹概念的提出，是变质作用理论研究的重大突破，它使得人们从动态的观点，重新审视变质岩石学领域的一些重大问和基本概念，是标志着变质作用研究进入地球动力学阶段的里程碑。 1．P-T-t 轨迹的概念null1、2、3：变质程度增高为序的变质带A、B、C岩石样品在剖面上的位置（图a） 及其相应的热峰条件（图b） FPC：野外P-T曲线 SSG：与埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热 梯度 Tmax：岩石样品经历的最高温度（热峰温度） Pmax：岩石样品经历的最大压力 t0：岩石在埋藏停止时刻处于最大深度（压力 为Pmax）时的地热梯度 t1、t2、t3：侵蚀过程中的瞬时地热梯度 △D：岩石样品1、样品2在掩埋停止时刻的厚 度差 △P：岩石样品1、2热峰压力差 点划线：进变质P-T轨迹 实线：退变质P-T轨迹2．大陆碰撞造山带的P-T-t 轨迹（a）造山带的变质带剖面图17-12（b）变质作用 P-T-t 轨迹P-T-t轨迹包括相应的三个段落null（1）埋藏期：逆冲、褶皱等构造原因使地壳（或岩石圈）缩短增厚，发生构造埋藏。浅部低温岩层迅速进入深部，岩石所处压力迅速增高，但温度增加没有这么快。这是由于环境通过热传导的加热作用相对要慢得多而发生滞后。结果，使地热梯度迅速偏离增厚前的稳态地热梯度不断降低而出现热扰动。当埋藏停止时，各处岩层到达压力最大值Pmax，地热梯度为t0。null（2）加热期或热松弛期：侵蚀作用开始阶段。P开始降低，同时由于热传导的加热作用继续进行，而出现热松弛。随着P降低，T不断升高，地热梯度也不断增加，向埋藏后陆壳热补给平衡的稳态地热梯度SSG方向变化。样品3到达温度最大值Tmax，地热梯度为t2。 null（3）冷却期：热峰过后，随着较迅速地侵蚀，岩石越来越接近地表，因为热的散失量超过加入量而出现冷却期。在冷却期，岩石上升减压的同时温度下降，地热梯度继续增加，向稳态的热梯度发展。例如岩石样品3在上升的某个时刻瞬时地热梯度为t3。这一阶段开始，温度下降缓慢，随着越接近地表，温度下降越快，地热梯度也更接近稳态地热梯度。 null 由上述可看出，变质作用是一个动态过程。在变质作用过程中，岩石的T-P条件，地热梯度都不是静止不变的，而是随时间的改变而不断变化，这是P-T-t 轨迹思想的核心。 当然，变质作用过程中，除P、T外，流体成分也在不断变化，描述这种复杂变化的曲线称为P-T-x-t 轨迹。 此外，还有描述P-T变化与变形（D）关系的P-T-D-t 轨迹等。 这些轨迹中，P、T、x等条件由变质矿物和矿物包裹体记录，时间t由专门的定年方法测定。null3．几个有关的基本概念热峰条件（thermal peak conditions） 岩石在变质作用过程中经历的最高温度状态时的条件，包括热峰温度、热峰压力等。也称为顶峰变质条件，由变质岩矿物组合所记录。 由图可看出，热峰条件显然不等于埋藏停止、岩石处于最大深度时刻的条件。前者具有最高温度Tmax，后者具有最大压力Pmax。可以证明在碰撞造山带岩石热峰压力仅为所经历的最大压力的50-80%。同样，两样品热峰条件之差也不等于两样品处于最大深度时刻的条件之差。如两样品热峰压力之差（△P）不能代表二者埋藏停止时刻的深度差（△D）。由于矿物组合是变质岩最重要特征，而矿物组合记录的是热峰条件，因此，热峰温度是非常重要的。null变质级metamorphic grade 主要指示变质作用的热峰温度：很低级、低级、中级、高级分别与很低温、低温、中温、高温相当。 野外P-T曲线field P-T curve在P-T图解上，各变质带岩石样品矿物组合相应的一组热峰条件的连线叫作野外P-T曲线、视地热梯度apparent geothermal 或野外变质梯度metamorphic field gradient，一个变质地区不同变质带的岩石样品，在不同时刻到达热峰，野外P-T曲线是穿时的diachronous变质作用P/T比类型P/T ratio type of metamorphism高P/T型（高压型）：＜20℃/km中P/T型（中压型）：20~40℃/km低P/T变质（低压型）：40~80℃/km很低P/T型（很低压型）：＞80℃/km通常以视地热梯度划分null进变质（prograde metamorphism）岩石在热峰前温度随时间而增加过程中发生的变质结晶作用－－单个岩石P-T条件随时间变化由P-T-t 轨迹的进变质段落（图中点划线）描述。递增变质（progressive metamorphism又译作前进变质）是一个变质地区地表一定方向热峰温度连续有规律地增加的变质作用－－变质地区空间上的热峰温度的增加由野外P-T曲线描述。null退化变质（retrogressive metamorphism） 用于两个不同过程：①上面定义的退变质；②复变质中，比老的变质事件温度低的较年青的变质重结晶事件，新老两事件属于不同的造山幕。 该术语在描述中有应用方便的优点，因为通常不容易确定在实际变质岩中发生了上述两种之中哪一种过程。 退变质（retrograde metamorphism） 岩石在热峰后伴随温度降低发生的变质重结晶作用，如图中实线上的变质结晶作用。null第四节 变质作用的地质分类 局部变质作用（local metamorphism） 分布局限（<100km3）的变质作用。 局限分布在一个具体的地质构造（断裂带、接触带等） 往往一个因素、一种机制起主导作用。 在局部变质地区可清楚观察到变质与未变质岩渐变过渡区域变质作用（regional metamorphism） 在岩石圈范围由规模巨大（>数千km3）的变质作用。 地质环境多样，可发生在大陆地壳、大洋地壳甚至发生在岩石圈地幔中 变质因素复杂，往往是温度、压力、偏应力和流体综合作用，P/T比范围很大，高、中、低、很低都有。其变质机制也多样，主要是重结晶和变形，有时还伴有明显的交代和部分熔融 在区域变质地区，很难找到变质岩与未变质岩的界线根据规模null1. 局部变质作用(1)接触－热变质作用、(2)动力变质作用、(3)冲击变质作用、(4)交代变质作用（1）接触－热变质作用contact-thermal metamorphism 分布在侵入体与围岩接触带，主要由岩浆热而导致的变质作用。主要控制因素为温度，主要变质机制为重结晶，具有很低P/T比根据产状null（2）动力变质作用（dynamic metamorphism） 分布在断裂带，在构造作用下导致的变质作用。主要控制因素为偏应力，主要变质机制为变形（脆性变形和韧性变形）及动态重结晶。可与不同的区域变质伴生，具有高至低P/T比，但通常P/T比较高。null 是分布在陨石坑附近，在陨石冲击地表的强大冲击波作用下产生的变质作用 瞬时的高压、高温条件是其控制因素。 变形和伴随的部分熔融是其主要的变质机制。 （3）冲击变质作用（impact metamorphism）null 变质作用因素主要为流体中的活动组分化学位（或浓度） 变质作用机制主要为交代作用（扩散交代和渗透交代） 典型的交代变质岩有夕卡岩、云英岩、黄铁绢英岩、次生石英岩等。 与金属矿床关系密切，常产在热液矿脉两侧，所以又称围岩蚀变。分布在侵入体接触带的交代变质作用又称接触－交代变质（4）交代变质作用metasomatic metamorphism 是指局限分布于侵入体接触带及其附近和火山喷气活动区，主要由岩浆热液引起的异化学变质作用null2．区域变质作用（regional metamorphism）(1)造山变质作用 、(2)洋底变质作用 、(3)埋藏变质作用 、(4)混合岩化作用 根据产状（1）造山变质作用（orogenic metamorphism） 分布在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带，与造山作用有密切的成因联系。面积数百—数千km2。在前寒武结晶基底呈面状，在显生宙造山带呈带状分布。主要变质机制为重结晶和变形，形成的岩石常显示面、线理，又称为区域动热变质作用。造山变质作用（或区域变质）具有范围宽广的T/P比范围，据此可分为高P/T、中P/T和低P/T区域变质类型：高P/T型见于俯冲带和碰撞带，中—低P/T型见于岛弧、大陆拉张带、大陆碰撞带和前寒武纪结晶基底。 null 洋壳岩石在大洋中脊附近上升热流和海水作用下产生的规模巨大的变质作用。温度和流体（海水）中活动组分化学位（或浓度）是主要的变质因素。P/T比很低。变质作用机制是重结晶作用并伴随有交代作用，岩石面、线理不发育。是区域规模的异化学变质作用。 典型的洋底变质岩为绿岩，是一种主要由Ab、Ep和Act、Chl组成的绿色块状区域变质岩。 （2）洋底变质作用（ocean floor metamorphism）null（3）埋藏变质作用（burial metamorphism） 无明显变形的大规模很低级（很低温）变质作用。通常出现在区域变质（造山变质）和洋底变质的很低级部分，或独立出现在强烈坳陷的盆地沉积的底部，P/T比变化范围很大。埋藏变质作用是变质作用向成岩作用过渡的类型，形成的岩石无明显面、线理，重结晶作用不完全，多原岩结构构造残留。 （4）混合岩化作用（migmatization） 高级区域变质（造山变质）伴随的部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩（古成体）混合形成混合岩的大规模变质作用。它是变质作用向岩浆作用过渡的类型，又称为超变质作用。null第十九章 变质岩的基本特征和分类命名 （Basic Characteristics, Classifications and Nomenclature of Metamorphic Rocks）基本特征分类命名组成构成化学组成 矿物组成结构 构造{{{成因分析岩相学Petrography岩理学Petrpogenesisnull第一节 变质岩的化学成分和化学类型第二节 变质岩的矿物成分第三节 变质岩的结构和构造第四节 变质岩的分类和命名第十九章 变质岩的基本特征和分类命名第一节 变质岩的化学成分和化学类型第一节 变质岩的化学成分和化学类型一、变质岩的化学成分 1. 变质岩的化学成分取决于原来岩石的成分，若有交代作用发生，则会有组分的带入带出，与原岩相比将会有很大的变化。 2. 化学成分主要是SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O、CO2、P2O5。与岩浆岩一样。第一节 变质岩的化学成分和化学类型第一节 变质岩的化学成分和化学类型一、变质岩的化学成分原岩性质 变质岩类型 火成岩沉积岩变质岩正变质岩副变质岩复变质岩第一节 变质岩的化学成分和化学类型第一节 变质岩的化学成分和化学类型一、变质岩的化学成分 3. 不同变质岩的化学成分差别较大，正变质岩变化范围小，而副变质岩的化学成分变化较大。 4. 变质岩的化学成分可帮助了解原岩类型、变质作用与交代作用的特点。null等化学变质 变质岩化学成分 原岩化学成分 恢复原岩类型 对比变质地层异化学变质 变质岩的化学成分 原岩的化学特征 交代作用的类型和强度 推断原岩成分特点 了解交代过程中元素带入带出 情况 －交代作用的特点和强度 变质作用的特点null ▼等化学系列是指具有同一原始化学成分的所有岩石，其中矿物组合不同是由变质作用类型和强度决定的 eg. 基性岩石在区域变质条件下，随着变质程度增加，出现 绿片岩→绿帘角闪岩→角闪岩→辉石麻粒岩 构成一个等化学系列 泥质岩则出现板岩→千枚岩→片岩→片麻岩系列 ▼等物理系列是指同一变质条件下形成的所有岩石，其矿物组合的不同是由原岩化学成分决定的 eg. 一个变质相或变质带的岩石1、变质岩的两种成因分类二、化学类型null2. 变质岩化学类型的划分（ Turner1955） （1）泥质（pelitic）：导源于泥质沉积物； （2）长英质（quartz-feldspathic）：包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩； （3）钙质（calcareous）：导源于灰岩和白云岩（可含石英、粘土矿物等杂质）等钙质沉积物； （4）基性（basic）：由基性岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、Al、Fe、Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩； （5）镁质（magnesian）：导源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其它富含Mg、Fe的沉积物null第二节 变质岩的矿物成分 变质岩中矿物成分 比沉积岩、岩浆岩矿物成分复杂得多，而且有很大差别。 按照成因划分 稳定矿物(新矿物)——变质结晶作用、重结晶作用 形成的矿物 不稳定矿物(残余矿物)——反应不彻底而保存下来 的原岩矿物 按稳定范围划分 特征变质矿物——仅稳定存在于很狭窄的P-T条件内的矿物，对 外界条件的变化反映很灵敏，因此是变质岩形成条件的 指示矿物，如红柱石-蓝晶石-矽线石 贯通矿物——在很宽的P-T范围内都稳定存在的矿物，如方解石、 石英，不具有指示意义。null2. 变质岩中矿物特征： (1) 出现一些岩浆岩、沉积岩中都不出现的特征变质矿物，如红柱石、堇青石、十字石、矽线石、蓝晶石、硅灰石等，它们分别产出于不同的P-T条件。 (2) 广泛发育纤维状、鳞片状、长柱状、针状矿物，如矽线石、绢云母等。 (3) 出现比重大、分子体积小的矿物，如石榴石、绿辉石。 (4) 变质岩中的矿物常发育变形现象。 (5) 变质岩中含（OH）的矿物与岩浆岩相比更发育。 (6) 变质岩中的石英，长石等矿物常具波状消光，裂纹也较发育。第二节 变质岩的矿物成分null3. 变质岩中矿物成分的控制因素 包括2个方面——原岩的化学成分和变质条件(P-T,流体等) (1) 原岩成分是决定因素，决定了变质岩可能出现何种矿物。如，原岩为硅质石灰岩，成分为CaO、CO2、SiO2，变质后形成大理岩——可以含有方解石、石英、硅灰石。 (2) 变质条件(P-T,流体等)——决定了具体何种矿物出现。 例如上述的硅质石灰岩，经热接触变质作用后，若P=1bar T<470 C, 形成方解石+石英 T>470 C，形成方解石、硅灰石，或者石英+硅灰石第二节 变质岩的矿物成分null如何根据岩石矿物成分推断岩石化学类型？（1）泥质：大量的云母；含富铝矿物（And、Ky、Sil等） （2）长英质：以Q、长石为主 （3）钙质：以碳酸盐矿物（Cc、Dol等）和钙硅酸盐 矿物（Wo、 Di 等 ） 为主 （4）基性：以Pl（或Ep）和铁镁矿物（Ch、Am、Px）为主 （5）镁质：几乎全由铁镁矿物（Ch、 Ser 、 Tc、 Am、Px、Ol）组成返 回第三节 变质岩的结构和构造第三节 变质岩的结构和构造一、概念 1.结构和构造 结构——指构成岩石的各矿物颗粒的大小、形状以及它们之间的相互关系。 构造——岩石中各组分在空间上的排列、分布方式。 2. 变质岩结构与构造的继承性 可以保留原岩的部分结构、构造，也可在不同变质作用下形成新的结构、构造。第三节 变质岩的结构和构造第三节 变质岩的结构和构造3. 研究变质岩结构、构造的重要意义 反映形成过程； 反映变质作用类型、因素、方式、变质程度，例如动力变质作用具有碎裂结构； 为原岩恢复提供证据，如变余杏仁构造； 可以作为命名的依据，如片麻状构造岩石命名为片麻岩； 对水文和工程有影响，如应力下板理、片理等有利于水文，而不利于工程。一、概念二、变质岩的结构二、变质岩的结构分为2大类： 变余结构 变晶结构 变成结构 交代结构 碎裂结构 三、变质岩的构造二、变质岩的结构二、变质岩的结构分为：变余结构，变晶结构，碎裂结构，交代结构 1.变余结构——由于变质、重结晶作用不完全，原来岩石的矿物成分和结构特征被部分地保留下来形成的结构。常见于变质程度较浅的变质岩中，是恢复原岩的重要证据。 与原岩性质关系——粒度愈粗、矿物成分愈稳定，愈易 形成变余结构。 (1) 原岩为岩浆岩的变余结构——变余斑状结构，变余辉绿结构，变余花岗结构。 (2) 原岩为沉积岩的变余结构——如： 变余砂状结构：保留砂岩外貌，但是胶结物已变为绢云母、绿泥石等。 null2 变晶结构自形程度较差 粒度较细 包裹体多(特别是变斑晶中) 反应现象常见 常常具有定向性 晶体自形程度、相对大小、包裹关系取决于在固态生长条件下结晶成完成好晶面的相对能力（成面能form nergy）一般不能用来判断变晶先后关系变质结晶一般特点在基本保持固体状态下结晶晶体生长不像在熔浆中或溶液中那样有较大的自由空间，是不自由的固体状态下的化学反应也不像熔浆中和溶液中那样容易反应完全往往有偏应力参与{变晶结构一般特点{二、变质岩的结构null F.Becke（1913）提出区域变质岩中矿物可按照在固态生长条件下结晶成完好晶面的相对能力， 自大至小排出经验性的顺序，称为变晶系（crystalloblastic series）。结晶片岩中的变晶系如下：榍石、金红石、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、石榴子石、电气石、 十字石、蓝晶石、夕线石、硬绿泥石、钠长石、 白云母、黑云母、绿泥石、 石英、堇青石、正长石、微斜长石。null经验表明，位于变晶系前面的矿物如Gt、St、Ky，不仅易形成自形程度较好的变晶，而且往往形成粒度较大的晶体（变斑晶）。Q、长石在变晶系中的位置靠后，在变质岩中往往形成粒度小的它形变晶，很少形成变斑晶。而在火成岩中，Q、长石斑晶却很常见，这也是火成岩与变质岩的一个明显差异null(1)按变晶矿物相对大小分  等粒变晶结构—近于相等  不等粒变晶结构—连续变化  斑状变晶结构—变斑晶 (2)按变晶矿物绝对大小分  粗粒变晶结构：>2mm  中粒变晶结构：2-1mm  细粒变晶结构：<1mm  显微变晶结构：<0.1mm (3)按变晶矿物形态划分  粒状变晶结构(花岗变晶) 鳞片变晶结构：如云母片岩 纤维变晶结构：矽线石 交叉结构  束状结构 (4)按照变晶矿物相互关系分  包含变晶结构  筛状变晶结构  残缕结构2、变晶结构变晶结构小结返 回null3.交代结构 (1)交代假象结构——原来的矿物被化学成分不同的另一种新矿物所替换，但仍保留原矿物的晶形。 如： 石榴石绿泥石化 (2)交代斑状结构——交代过程中有时能发育成相当大的斑晶，称为交代斑晶，在混合岩化或花岗岩侵入体的边部，碱质溶液活动的部位，可能出现钾长石或钠长石的交代斑晶。 (3)交代蚕食结构 (4)交代残留结构 (5)交代净边结构 (6)交代穿孔结构 (7)交代蠕虫结构后成合晶（symplectite）后成合晶（symplectite）其他结构:后成合晶 当后成矿物呈环状全部或部分包绕先成矿物，作为先成矿物的包边或环边时，后成矿物包壳或环边称反应边（reaction rim）或冠状体（corona）。反应边可以是一种矿物，也可以是两个以上矿物的交生体而当交生体呈细小蠕虫状时，则称为后成合晶（symplectite）。null4.碎裂结构——机械破坏而产生的结构 （变形结构） (1)角砾状结构——轻微破碎 (2)碎裂结构——矿物有裂纹，边缘被碾细，但仍然保留矿 物原形 (3)碎斑结构——在极细的矿物颗粒中残留有较大的颗粒， 分别被称为碎基和碎斑。碎斑有撕碎的边缘、裂隙等，波状消光。 (4)糜棱结构——应力更强，矿物几乎全部破碎呈微粒状， 具定向性，似流动构造，可以残留有少量稍大的刚性矿物碎块，可以被磨圆呈眼球状。三、变质岩的构造三、变质岩的构造1. 变余构造——变质后，仍然保留原岩的部分构造特征，是恢复原岩的标志。 正变质岩的变余构造——变余气孔，变余杏仁，变余流纹构造等 副变质岩的变余构造——变余层理，变余波痕等 2. 变成构造——由变质作用形成的构造 面状构造 (1)板状构造 (2)千枚状构造 (3)片状构造 (4)片麻状构造 (5)条带状（层状）构造 (6)眼球状构造 线状构造 B. 无定向构造: 块状构造、斑点构造、瘤状构造、角砾状 A. 定向构造A. 定向构造A. 定向构造定向构造可分为： (1)面状构造 1)板状构造 2)千枚状构造 3)片状构造 4)片麻状构造 5)条带状（层状）构造 6)眼球状构造 (2)线状构造（1）面状构造（1）面状构造板状构造（slaty structure）千枚状构造（phyllitic structure）片状构造（schistose structure）片麻状构造（gneissose structure）层状构造（ layered structure）眼球状构造（augen structure）１）板状构造（slaty structure）１）板状构造（slaty structure）又称为板劈理（slaty cleavage），是重结晶程度很低（隐晶质）的低级变质岩典型的面理形式。通常由密集的间隔平面（劈理面）显示，沿着劈理面岩石容易裂开呈平整、光滑但光泽暗淡的板片。2）千枚状构造（phyllitic structure）2）千枚状构造（phyllitic structure）面理由细小的（多小于0.1mm）片状硅酸盐定向排列而成，重结晶程度比板状构造高，但肉眼仍难以识别矿物颗粒。岩石易沿面理裂开，劈开面不如板劈理面平整，但有强烈丝绢光泽（绢云母、绿泥石等片状硅酸盐矿物造成）。千枚状构造的明显特征是存在折劈、微褶皱和扭折带。组分基本重结晶，初步定向， 薄片状，强烈丝绢光泽3）片状构造（schistose structure）3）片状构造（schistose structure）岩石重结晶程度高。面理由肉眼可识别的（粒径＞0.1mm）的片、板、针、柱状矿物连续定向排列而成。岩石较易沿面理裂开，但裂开面平整程度比千枚状构造差些。 千枚状构造和片状构造又称为片理（schistosity）。全部重结晶， 肉眼可以见矿物颗粒4）片麻状构造（gneissose structure）4）片麻状构造（gneissose structure）又称为片麻理(gneissosity)。与片状构造相同点是岩石重结晶程度高，矿物肉眼可识别。不同点在于粒状矿物含量高，板片状、针柱状矿物在其中断续定向分布。片麻状构造的特点是岩石沿片麻理无特别强烈的裂开趋势。粒状矿物为主，片状粒状都定向排列，但不连续，null面状构造对比 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 结晶程度可劈性易难劈开面平整光滑矿物肉眼不可分辩粗糙矿物肉眼可分辩黯淡丝绢光泽 无微褶皱、褶劈强烈丝绢光泽 微褶皱、褶劈定向且连续定向但不连续其它三、变质岩的构造三、变质岩的构造1. 变余构造——变质后，仍然保留原岩的部分构造特征，是恢复原岩的标志。 正变质岩的变余构造——变余气孔，变余杏仁，变余流纹构造等 副变质岩的变余构造——变余层理，变余波痕等 2. 变成构造——由变质作用形成的构造 (1)面状构造 1)板状构造 2)千枚状构造 3)片状构造 4)片麻状构造 5)条带状（层状）构造 6)眼球状构造 (2)线状构造 B. 无定向构造: 块状构造、斑点构造、瘤状构造、角砾状 A. 定向构造（2）线状构造（2）线状构造线状构造即线理（lineation），是岩石中各种线状要素的平行定向排列。岩石中可有不同期线理，按先后顺序以L1、L2、L3等记录之。按线状要素的不同，线理可分为拉伸线理、皱纹线理、交面线理等3类。三、变质岩的构造三、变质岩的构造1. 变余构造——变质后，仍然保留原岩的部分构造特征，是恢复原岩的标志。 正变质岩的变余构造——变余气孔，变余杏仁，变余流纹构造等 副变质岩的变余构造——变余层理，变余波痕等 2. 变成构造——由变质作用形成的构造 面状构造 (1)板状构造 (2)千枚状构造 (3)片状构造 (4)片麻状构造 (5)条带状（层状）构造 (6)眼球状构造 线状构造 B. 无定向构造: 块状构造、斑点构造、瘤状构造、角砾状 A. 定向构造B、无定向构造B、无定向构造块状构造斑点构造或瘤状构造角砾状构造云染状构造三、变质岩的构造 小结三、变质岩的构造 小结1. 变余构造——变质后，仍然保留原岩的部分构造特征，是恢复原岩的标志。 正变质岩的变余构造——变余气孔，变余杏仁，变余流纹构造等 副变质岩的变余构造——变余层理，变余波痕等 2. 变成构造——由变质作用形成的构造 面状构造 (1)板状构造 (2)千枚状构造 (3)片状构造 (4)片麻状构造 (5)条带状（层状）构造 (6)眼球状构造 线状构造 B. 无定向构造: 块状构造、斑点构造、瘤状构造、角砾状 A. 定向构造返 回第四节 变质岩的分类和命名第四节 变质岩的分类和命名一、按照变质岩化学成分划分 1. 泥质（pelitic）变质岩：源于泥质沉积物； 2. 长英质（quartz-feldspathic）变质岩：包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩； 3. 钙质（calcareous）变质岩：源于灰岩和白云岩（可含石英、粘土矿物等杂质）等钙质沉积物； 4. 基性（basic）变质岩：由基性岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、Al、Fe、Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩； 5. 镁质（magnesian）变质岩：源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其它富含Mg、Fe的沉积物。变质岩分类主要是依据明显矿物和变质程度。变质岩的命名是灵活的，与实际情况相连系的。重要的是描述出岩石的重要特征。有三种标准是常用的。 1.矿物学标准   大多数标志矿物可以放在结构术语的前面。 包含黑云母，石榴石，石英和长石的片岩可以叫做黑云母—石榴石片岩。 含有角闪石，辉石，石英，长石的片麻岩就叫做角闪—辉石片麻岩。 如果片岩包含有钾长石的变斑晶，那么就叫做钾长石斑晶片岩。        变质岩分类主要是依据明显矿物和变质程度。变质岩的命名是灵活的，与实际情况相连系的。重要的是描述出岩石的重要特征。有三种标准是常用的。 1.矿物学标准   大多数标志矿物可以放在结构术语的前面。 包含黑云母，石榴石，石英和长石的片岩可以叫做黑云母—石榴石片岩。 含有角闪石，辉石，石英，长石的片麻岩就叫做角闪—辉石片麻岩。 如果片岩包含有钾长石的变斑晶，那么就叫做钾长石斑晶片岩。        变质岩的命名  2.化学标准   如果从矿物组合可以判断出大致的化学成分，化学成分也可以用于命名。 例如，片岩含有大量的石英和长石，还有一些石榴石和白云母，可以命名为石榴石—白云母长英质片岩。 由大量滑石组成的片岩可命名为滑石镁质片岩。   2.化学标准   如果从矿物组合可以判断出大致的化学成分，化学成分也可以用于命名。 例如，片岩含有大量的石英和长石，还有一些石榴石和白云母，可以命名为石榴石—白云母长英质片岩。 由大量滑石组成的片岩可命名为滑石镁质片岩。 变质岩命名3. 原岩标准 如果岩石只经历了轻微变质，原岩的结构还可以观察到，那么可以以原岩的名字为基础，加变质为前缀。 如变玄武岩，变安山岩，变质杂砂岩。 3. 原岩标准 如果岩石只经历了轻微变质，原岩的结构还可以观察到，那么可以以原岩的名字为基础，加变质为前缀。 如变玄武岩，变安山岩，变质杂砂岩。 变质岩命名第二十一章 动力变质岩 和接触－热变质岩 Dynamic and Contact-thermal Metamorphic Rocks 第二十一章 动力变质岩 和接触－热变质岩 Dynamic and Contact-thermal Metamorphic Rocks 局部变质岩的一般特征 分布局限 以某一变质因素和机制为主 在分布区可观察到与未变质岩石渐变过渡第一节 动力变质岩 第一节 动力变质岩 1. 动力变质岩一般特点 产在断裂带及韧性剪切带中，呈线状分布，所以又称为断层岩fault rock 由于与围岩的差异风化，动力变质岩在地貌上常形成洼沟或陡墙 具碎裂结构、糜棱结构，有或多或少的棱角状或眼球状碎斑或碎块 动力变质带内岩性变化大，岩石面貌受原岩、变形机制和变形强度控制 由于动力变质带是流体活动地带，所以常伴随有蚀变和矿化 2. 动力变质岩类型 2. 动力变质岩类型 以脆性变形为主 岩石无定向或略具定向 具碎裂结构或玻璃质碎屑结构，微破裂发育，无或少有重结晶作用 按碎基性质划分为碎裂岩及假玄武玻璃（玻璃质） 碎裂岩按碎基含量划分为构造角砾岩、碎裂岩、超碎裂岩，反映随着变形增强，粒度减小的趋势以塑性变形为主 具明显的面理（往往有线理） 糜棱结构或变余糜棱结构 根据基质性质分为糜棱岩 及变余糜棱岩（重结晶为主） 糜棱岩根据基质含量划分为粗糜棱岩 、糜棱岩、超糜棱岩，反映随着变形增强，粒度减小的趋势null （1）碎裂岩 Cataclasite 具碎裂结构、块状构造。当原岩清楚时，可称为碎裂××岩，如碎裂花岗岩。当原岩不清时，则以矿物命名为××碎裂岩，如钾长石-石英碎裂岩 当碎基占少数，含量<50%时，称为构造角砾岩tectonic breccia 当碎基占绝大多数，含量＞90%时，称为超碎裂岩ultracataclasite 从构造角砾岩到碎裂岩再到超碎裂岩，反映随着变形增强，粒度减小的趋势 null （2）假玄武玻璃 pseudotachylite 是一种貌似玄武岩的黑色的特殊动力变质岩，具玻璃质碎屑结构，块状构造。在隐晶质-玻璃质基质中有或多或少残余的石英、长石、石榴石等晶体碎屑（碎斑） 假玄武玻璃常呈细脉状、层状沿裂隙或面理产于碎裂岩或糜棱岩之中。湖北大悟芳畈糜棱岩带内即见到细脉状假玄武玻璃。通常认为，假玄武玻璃是高应变速率下，强烈变形造成的部分熔融而又迅速冷凝的产物 null (3)糜棱岩 具糜棱结构，定向构造。碎斑通常呈卵圆状、眼球状、透镜状，常发育波状消光、变形纹、变形带、扭折带等晶内和晶界塑性变形结构。基质主要由亚颗粒和细小的重结晶颗粒组成，具有明显的面理，且常呈条带状（成分层）绕过碎斑，显示塑性流动图象，因而常称为流状构造（fluxion structure）null糜棱岩的进一步命名原则与碎裂岩相同，可冠以原岩名称或主要矿物名称，如花岗糜棱岩或长英质糜棱岩等。由于颗粒细小，糜棱岩外观上常呈黑色、暗灰色燧石状，即使长英质糜棱岩亦如此 根据基质的含量，糜棱岩通常进一步分为初糜棱岩（protomylonite）(基质＜50%)、糜棱岩（基质50%~90%）和超糜棱岩（ultramylonite）(基质＞90%)等三类 从初糜棱岩到糜棱岩再到超糜棱岩，反映随着变形增强，粒度减小的趋势。糜棱岩通常具绿片岩相矿物组合（变形条件相当于绿片岩相）null千糜岩phylonite 是糜棱岩、超糜棱岩具千枚状构造的变种。重结晶作用明显，基质中富含水的片状或纤维状矿物，如绢云母、绿泥石、透闪石等，使岩石呈现丝绢光泽，外貌似千枚岩。岩石中仅残留少量碎斑，其中可见各种晶内和晶界塑性变形结构。这些特征，再加上产于韧性剪切带中的产状，可与普通的千枚岩相区分null格陵兰西南部太古代片麻岩区Graede 峡湾地区有限应变图（4）变余糜棱岩blastomylonite 是一种完全重结晶而具变晶结构的糜棱岩。原有的糜棱结构已很难看出，表现在由碎斑重结晶而来的细粒集合体保留原碎斑的外形轮廓和压力影等特征。具有片状、片麻状构造以及条带状、眼球状构造，包括构造片岩和构造片麻岩两大类型。进一步命名根据主要矿物。如黑云母-斜长石眼球状片麻岩。可具有绿片岩相直至麻粒岩相各种矿物组合。它们是变质地体中强变形（强面理化）带，与围岩间无绝然的界线。野外实际工作过程中根据若干变形强度标志（如面理发育程度、包体压扁程度等）将其识别、标绘出来1. 低应变域2. 中应变域3. 高应变域4. 很高应变域 2. 动力变质岩类型 2. 动力变质岩类型 null4 变形结构 变形结构是变形机制的反映，是动力变质岩的特征，也见于区域动热变质岩中4.1 晶内和晶界变形的结构表现晶内和晶界变形结构反映晶粒脆性变形、晶内塑性变形和扩散流动。（１）晶粒脆性变形 最初表现为矿物的裂纹，进一步则沿颗粒边缘或裂纹裂开破碎。碎裂是脆性变形条件下颗粒粒度减小的形式图19-14 晶粒脆性变形的结构特征a. 裂纹石榴石b.碎裂石榴石c.角闪石大晶体破碎成细小晶体集合体 null（２）晶内塑性变形 和 （３）扩散流动a.石英的波状消光和变形纹 b.变形带 c.扭折黑云母 d.具变形双晶的斜长石 a.亚颗粒 b.压溶颗粒 c、d.压力影糜棱岩中石英亚颗粒集合体呈丝带状受压溶的石英颗粒，尘点显示原颗粒轮廓围绕黄铁矿的压力裾石榴石沿着面理的绿泥石鞘null4.2 动力变质岩的变形结构图19-17 动力变质岩的结构断层角砾岩，基质中含氧化锰胶结物 Pl-Q-Ms-Ch糜棱岩 假玄武玻璃碎裂结构 糜棱结构 玻璃质碎屑结构矿物变形强度系列 矿物变形强度系列 由于不同矿物的强度不同，在同样变形条件下表现的流变学行为不同。因而，同一薄片的不同矿物会表现出不同的晶内、晶界变形结构。强度大的（刚性的）的矿物发生破裂，强度小的矿物会发生塑性变形 日本中央构造线内花岗岩的矿物变形强度系列 从强到弱顺序为： 锆石、榍石、褐帘石、磷灰石、角闪石、斜长石、钾长石、白云母、黑云母、石英 第二十一章 动力变质岩 和接触－热变质岩(2) Dynamic and Contact-thermal Metamorphic Rocks(2) 第二节 接触-热变质岩第二十一章 动力变质岩 和接触－热变质岩(2) Dynamic and Contact-thermal Metamorphic Rocks(2) null一、概述 1. 接触变质作用是伴随岩浆作用而发生的一种现象。 2. 分布局限，规模不大，围岩主要受岩浆散发的热量和挥发分的影响发生变质结晶和重结晶，有时伴有交代作用。 3. 主要因素——温度和挥发分，压力不大。 4. 产于较浅部低压高温环境中：T=500-550℃，P<3 kb 5. 根据变质作用过程中有无交代作用出现，分为： 热接触变质作用——形成热接触变质岩 接触交代变质作用——形成接触交代岩 二、接触-热变质岩的一般特点二、接触-热变质岩的一般特点①局限在侵入体与围岩接触带附近围岩之中围绕侵入体分布。分布宽度变化很大：岩墙周围接触变质岩可窄到仅几mm，形成烘烤边；而大的侵入体周围其宽度几m到几km，形成足以在地质图上标绘的接触晕contact aureole，在接触变质晕外带，逐渐过渡为未变质的原岩。null②由于变质因素主要为T，缺乏偏应力，因而接触-热变质岩（角岩）一般以具变晶结构、无定向构造为特征，在接触变质晕外带，变余结构构造发育 周口店接触变质是叠加在区域变质之上的