矿物岩石学

第三篇变质岩第一节变质作用和变质岩的基本概念一、变质岩作用和变质岩地壳中已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩），由于其所处的地质环境的改变，在新的物理化学条件下，就会发生矿物成分和结构、构造等方面的改造与转变。这种由地球内应力作用下引起物理、化学条件的改变，从而使地壳中原岩组分、矿物组合、结构、构造等方面发生转化的作用，称为变质作用。由变质作用所形成的岩石称为变质岩。岩浆岩经变质作用所形成的岩石叫正变质岩。沉积岩经变质作用所形成的岩石叫副变质岩。变质岩经变质作用所形成的岩石叫复变质岩。二、变质作用的因素指引起岩石发生变质作用的外部因素，即物理、化学方面的因素。主要是温度、压力以及具有化学活动性的流体。（一）温度：温度是一个重要因素。大部分变质作用是在温度升高的情况下发生的。Al4[Si4O10][OH]82Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2OT形成不含水的高温矿物T形成含水相对低温的矿物吸热放热高岭石红柱石石英温度所引起的变质作用主要表现为：1．促使矿物重结晶，使原岩的结构、构造发生改变，而岩石组分基本不变。如：石灰岩重结晶成大理岩。2．促使变质反应的进行，使组分重新组合，矿物成分和结构、构造都发生改变。KAl2[AlSi3O10](OH)2+SiO2Al[AlSiO5]+K[AlSi3O8]+H2O白云母石英矽线石钾长石热源一般认为有：（1）岩浆熔融体带来的热。（2）地热增温梯度。温度随深度增加而增加。每公里温度的平均增加值称为地热梯度。10C/km－－－35----40C/km（3）构造运动产生的热。如推覆挤压带。（4）岩石中所含放射性元素蜕变放热。（5）地幔深部熔融体的重力分异，产生上升热流，引起热流值的升高。变质作用的温度下限：180----230C左右上限：700----900C左右。。。。（二）压力：1．均向压力：指地壳一定深处岩石所承受的上覆岩层的重力。随着深度增加而增加。0---40km:以0.025---0.03GPa/km的速度增加,平均0.0275GPa/km随着深度增加：在一定的温度下，均向压力的增加使岩石孔隙减少，变得致密坚硬利于形成比重较大，体积较小的矿物质作用的压力范围：从0.1GPa至1----1.2GPa，即从3km至35km。2．粒间流体压力：是由岩石颗粒间的挥发分，特别是水和CO2所引起的压力。粒间流体压力能影响变质作用的温度，它对岩石的重结晶可起催化作用，对某些含结构水的矿物的分解起着抑制作用。封闭体系中，深度10km，粒间流体承受了与围岩相同的负荷压力，＝均向压力。开放体系中，流体压力均向压力。岩浆侵入体逸出挥发份时，流体压力均向压力流体压力催化重结晶、抑制水分解作用。3．定向压力（应力）指由构造运动或岩浆活动所引起的侧向挤压力。当应力弹性极限，岩石可发生变形。应力强度极限，岩石产生节理、裂隙劈理，发生破碎、塑变等。矿物会发生变形、破裂及光性的改变，导致岩石在结构、构造上的变化。如云母的扭曲、石英的压碎、波状消光等。在定向压力的参与下，还可以引起变质岩中某些定向构造的形成（片理、线理等）。促进粒间流体的活动，从而加速变质作用的进行。（三）具有化学活动性的流体：是指气态的或液态的水溶液，它对岩石的变质起着重要的作用。水溶液中含有CO2、硼酸、盐酸和其它挥发分，这些物质大大增强了水溶液的化学活动性。由压力差或活动组分的浓度差引起流动时，便对周围岩石产生交代作用，产生组分的迁移，形成与原岩性质完全不同的变质岩石。也促进重结晶作用。绢云母+绿泥石黑云母+水白云母+石英钾长石+矽线石+水蛇纹石+水镁石镁橄榄石+水方解石+石英硅灰石+CO2水化水化水化脱水脱水脱水碳酸盐化去碳酸盐化•水对岩石的重熔温度影响很大。花岗岩在干体系中重熔温度为950C在湿体系中重熔温度为640+20C•化学活动性流体只在温度和压力的作用下，才起作用。各种变质作用因素不是孤立的，通常都是同时存在，互相配合和制约。一般温度常作为主导因素，配合着压力和溶液的活动。。。三、变质作用的类型一般根据地质成因和变质作用的因素将变质作用分为以下的几种类型：（一）接触变质作用：1．热接触变质作用：变质作用过程中以热力（温度）影响为主。原岩主要发生重结晶，化学成分不变。2．接触交代变质作用：除温度外，还有岩浆中析出的气态和液态溶液引起的交代作用，使原岩化学成分、矿物组合改变。（二）碎裂变质作用(动力变质作用)：在构造运动产生的定向压力作用下，岩石所发生的变质作用。温度低，重结晶不强烈。与断裂带有关，常呈带状分布。（三）气液变质作用：具有化学活动性的气态或液态溶液，对岩石进行交代而使岩石变质的一种作用。（四）区域变质作用：指大面积分布的，作用因素复杂的一种变质作用。由温度、均向压力、定向压力和具有化学活动性的流体的综合作用所造成。有时伴有混合岩化作用。1。埋藏区域变质作用：仅随埋藏深度的变化，在负荷压力和地热的作用下，岩石发生重结晶的变质作用。并与沉积岩的成岩后生作用相区别，作为变质作用的开始。没定向构造，变形不明显；具变余结构和变余构造，常有原岩矿物残留。2。区域动热变质作用：由三大因素综合作用形成的变质作用。以定向构造为特点。主要分布在古老的结晶地块和造山带中。与构造运动和岩浆活动关系密切。（五）混合岩化作用：在区域变质作用的基础上，地壳内部热流继续升高，便产生深部热液和局部重熔熔浆的渗透、交代、贯入于变质岩中，形成混合岩，这种作用称为混合岩化作用。（六）复变质作用：指岩石经过不同变质期次，多次叠加的变质作用。又称多期变质作用。原来较高温的变质矿物共生组合被较低的矿物组合所取代，这样的复变质作用称为退化变质作用，反之称进化变质作用。（七）洋底变质作用：位于大洋中脊处的基性、超基性火山堆积物，由于较高的热流所发生的变质重结晶作用，称为洋底变质作用。四、变质作用的界限随着近代对岩石熔融温度的实验资料的不断积累，目前确定变质作用的温度上限是深熔作用的开始：当=0.1Mpa时，花岗岩在950℃熔融。当=1Gpa时，620℃熔融变质作用的温度上限为700----900℃变质作用的温度下限为180----230℃,是浊沸石开始出现的温度。pOH2pOH2压力作用的范围为：几十Mpa到0.8----1GPa换算成深度为：1.5Km到30----35Km变质作用和沉积岩的成岩作用之间的界限：一般以浊沸石、绿泥石、钠长石、绿帘石、葡萄石等的出现作为变质作用的开始。五、变质作用的方式1。重结晶作用原岩中的矿物发生溶解、组分迁移、再沉淀结晶，使矿物形态、大小变化，不产生新矿物。如石灰岩因方解石重结晶形成大理岩。2。变质结晶作用原岩中的化学成分重新组合，形成新的矿物的作用。矿物相的转变是通过变质反应来实现的。3。交代作用由于流体的运移，发生组分的带入、带出，引起组分的复杂置换作用。原岩的化学成分产生变化，新矿物产生，老矿物消失同时发生。4。变质分异作用指成分、结构、构造均匀的原岩，经变质作用致使矿物成分、结构、构造不均匀的各种作用。是岩石中组分发生迁移和聚集的结果。5。变形和碎裂作用在应力作用下，当应力弹性极限，岩石可发生变形应力强度极限，岩石发生破碎，并伴随应力下的重结晶，从而改变原岩的岩性。第二节变质岩的物质成分一、变质岩的化学成分变质岩的成分取决于原岩，与形成时的物理化学条件密切相关。无交代作用的变质岩，其化学成分与原岩几乎相同，有继承性，有交代作用时，其化学成分有很大的改变。有多样性。变质岩的主要化学成分仍然是：SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O、CO2等，在不同变质岩中变化大。如：SiO2在正变质岩中有35----78%副变质岩中从0到90%大理岩中几乎没有，石英岩90%二、变质岩的矿物成分取决于原岩的化学成分和形成时的物理化学条件。原岩化学成分是基础，物化条件是决定条件。硅质石灰岩方解石＋石英（原岩）方解石＋硅灰石或石英＋硅灰石0.1MPa,470C470C。。变质岩中常见矿物稳定范围(中等压力)变质岩的矿物特点：1．变质矿物如红柱石、蓝晶石、夕线石、十字石、阳起石、透闪石、滑石、叶蜡石、蛇纹石、方柱石等，只在变质岩中广泛发育、分布。2．变质岩中广泛发育纤维状、鳞片状、长柱状、针状矿物。且作定向排列。3．变质岩中含水的矿物比岩浆岩更为发育。4．变质岩中的石英、长石常有波状消光，裂纹也较发育。5．变质岩中常常发育体积小、密度大的矿物，如石榴石。变质岩中的矿物按其成因可分为：1．新生矿物：在变质作用过程中新生成的矿物。如泥质岩经变质可生成红柱石。2．原生矿物：在变质作用过程中保留下来的原岩中的稳定矿物。如云英岩中的一部分石英就是花岗岩在云英岩化过程中保留下来的原生矿物。3．残余矿物：在变质作用过程中残留下来的原岩中的不稳定矿物。如花岗岩在云英岩化过程中残留有不稳定的长石。新生矿物、原生矿物在一定的变质条件下都是稳定的，可称为稳定矿物。某些矿物如绿泥石、红柱石、蓝晶石、十字石、刚玉、滑石、叶蜡石、绢云母等属于新生矿物，它们对指示原岩成分、说明变质作用性质、强度有特殊意义，因此称为特征变质矿物。研究变质岩的矿物成分特征判断变质物化条件恢复原岩化学成分第三节变质岩的结构和构造保留原岩的结构和构造形成新的结构和构造变质岩的结构：是由岩石组分的的形状、大小和相互关系等反映的岩石构成方式；它着重于矿物个体的性质和特征。变质岩的构造：是由岩石组分在空间上的排列和分布所反映的岩石构成方式，着重于矿物集合体的空间分布特征。一、变质岩的结构按成因分为：碎裂结构变晶结构变余结构交代结构二、变质岩结构的观察、描述和命名（一）碎裂结构：原岩在定向压力作用下，当压力弹性极限，矿物便要发生弯曲、变形。当压力强度极限，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。1．碎裂结构2．碎斑结构3．糜棱结构1．碎裂结构：矿物颗粒发生裂隙、裂开并在颗粒的接触处和裂开处被破碎成许多小碎粒（也称碎边），因而矿物颗粒的外形都呈现不规则的棱角状、锯齿状，粒间则为粒化作用形成的细小碎粒和粉末。但破碎的颗粒间一般位移不大。碎边2．碎斑结构：当破碎剧烈时，在粉碎了矿物颗粒中还残留有部分较大的矿物碎粒，很象斑晶（即碎斑），称为碎斑结构。碎斑形状不规则，具撕碎状边缘、裂纹，波状消光发育。碎基是细小碎粒至隐晶质粉末，小碎粒也消光。碎斑碎基碎边3．糜棱结构：矿物颗粒几乎全部破碎成微粒状（或细粒至隐晶质），并发生了矿物的韧性流变现象，破碎的微粒呈定向排列，形成定向构造（条带、条纹），其中可残留少量稍大的矿物碎片，称为糜棱结构。当碎粒0.02mm,可称为超糜棱结构。碎裂结构碎斑结构糜棱结构（二）变晶结构岩石在固体状态下原来的物质发生重结晶或变质反应所形成的结构称为变晶结构。变晶结构具有以下特点：1．矿物的自形程度不高，多为它形或半自形晶。这与矿物颗粒的变晶生长几乎是同时进行有关。2．矿物的自形程度只是反映了矿物的结晶力的大小，不能反映结晶的先后顺序。结晶能力强的矿物常为自形晶，如屑石、石榴石、十字石等。结晶能力弱的矿物成它形，如石英、斜长石、正长石、方解石等。3．具有斑状变晶结构时，变斑晶一般较自形。4．变晶矿物中常常含有较多的包体，尤其在变斑晶中较为常见。变晶结构可以根据变晶矿物的粒度、形状和相互关系等特点进一步划分为：1．根据变晶矿物的粒度2、根据变晶矿物颗粒的形状3．按变晶矿物的相互关系1．根据变晶矿物的粒度：（1）按变晶矿物颗粒的相对大小可分为：A．等粒变晶结构：主要变晶矿物颗粒大致相等。B．不等粒变晶结构：岩石中同种的主要变晶矿物的粒度大小不等，成连续变化。C．斑状变晶结构：在粒度较细的矿物集合体中，有显著较大的变晶矿物。（2）按变晶矿物颗粒的绝对大小可分为：A.粗粒变晶结构：矿物颗粒的平均直径3mm;B.中粒变晶结构：矿物颗粒的平均直径3—1mm;C.细粒变晶结构：矿物颗粒的平均直径1mm;D.显微变晶结构：用肉眼和放大镜都不能分辨出矿物颗粒，只有在显微镜下才能分辨。平均直径0.1mm2