第五章变质作用与变质岩
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一、变质作用
变质作用(metamorphism)这一词是Boue(1820)第一个使用。但变质作用的定义是Lyell(1833)比较系统地提出的。变质作用是指与地壳形成和发展密切相关的一种地质作用,是在地壳形成和演化地过程中,由于地球内力的变化,使已存在的地壳岩石在基本保持固态的条件下,原岩的总体化学保持不变,形成新矿物组合和结构构造。
变质作用和沉积作用、岩浆作用之间存在一定的区别和联系。变质作用与岩浆作用之间比较容易区别,它们之间的界线是熔融,而和沉积成岩作用之间的重要标志是矿物组合的变化,一般认为以浊沸石开始出现为标志。
(一)变质作用---控制因素
1温度
温度是控制和影响变质作用的重要因素之一。多数变质作用是随温度升高而进行的。温度升高可使原来岩石中的一些矿物重结晶,更重要的是会使各种原始组分重新组合成新矿物。
首先要确定变质作用发生的温度范围,既起始温度和终止温度。按研究者目前的共同认识,变质作用不包括风化作用和沉积岩的成岩作用。而是以浊沸石、蓝闪石、硬柱石、钠云母、叶腊石等变质矿物的首次出现,作为变质作用的开始。这些矿物出现时的温度范围为是在150℃—250℃之间。这就是变质作用发生的起始温度。而由于变质作用不包括原岩的大规模的熔融,终止温度就是原岩发生大规模熔融时的温度,现确定为为650℃—100℃之间。
其次是关于温度变化的原因,导致温度变化的地质因素和热源具有多样性。主要有下列几种因素:
地热增温:岩石随埋葬深度的增加,而温度逐渐增高,但其幅度一般不大,按地区的地质环境有所不同,从每千米十几度到一百多度,然而其空间范围较大。地质工作者称此种变化为地热增温率或地温梯度。 放射性元素衰释放的热量:其特点是总量大,不均匀,有时也极可观。
岩浆活动带来的热能:其强度和岩浆活动的规模有关,有时范围很小,仅限接触带,即是所谓的接触变质,有 时也可能影响一个区域。
试题
1. 热接触变质岩石是岩石的一种构造。主要在受轻微热接触变质作用的泥质岩石中,由炭质、铁质或空晶石、堇青石、云母等矿物的雏晶,集中成不同形状和大小的斑点,不均匀分布于基本未重结晶的致密状泥质基质中。 热接触变质岩由热接触变质作用(也称热变质作用)形成。它是在岩浆体散发的热量和挥发份作用下,使围岩发生重结晶和变质结晶形成的。
2. 接触变质晕的发育程度取决于以下因素:
(1)岩体的规律大小规模大、热量多,则晕圈宽度大。
(2)岩体的侵入深度喷出地表,岩浆冷却迅速,散热快,使底板围岩烧烤变质(称烘烤或高热变质作用)晕圈宽度窄。中深条件下,热能散失慢,晕圈发育宽度大。
(3)岩体成分酸性岩因富含挥发份,易促进化学反应,因而晕圈发育。
(4)围岩的成分、结构和产状泥质岩和碳酸岩类易变化;石英长石质的岩石难以变化。原岩结构细小疏松比结构致密的容易发生变质。此外围岩的片理和层理与接触面垂直,在这方向上晕圈发育宽度也大。
(5)岩体和围岩的接触关系接触面平缓则晕圈发育。
3.命名
热接触变质岩的命名一般采用次要矿物+主要矿物+岩石基本名称的方法。
岩石的基本名称根据矿物成分,结构构造的不同,有:
1.具变余结构、构造的,在原岩名称前冠以“变质”二字和主要新生矿物的名称。如二云母变质石英砂岩。
2.具变晶结构或变成构造的
(1)具定向构造的:根据构造特征分别定名为板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等。
(2)不具定向构造的:
角岩(hornfels),具角岩结构或显微变晶结构,矿物成分作散布状或其它非定向排列的热变质岩都可称为角岩。
大理岩(marble)。主要由碳酸盐矿物组成。
石英岩(quartzite)。石英含量>85%。如含长石15-25%,则称长石石英岩。
以上的进一步命名根据矿物含量。<5%的不参加命名;含量5-10%的,冠以含字;含量>10%的,直接参加命名。含量较多的矿物名称放在后面,含量较少的放在前面。例如夕线石红柱石云母片岩。
1 / 8 变质岩复习题
*变质作用:变质作用是一个亚固态的过程,该过程导致了矿物及其结构发生了改变,常常引起某个岩石的化学成分发生变化。这些变化是由于物理或化学条件的改变所致,且这些变化不同于在地球表面发生的正常变化,以及在地球表面的固结和成岩作用,也许这些变化可能于部分熔融共存。
*重结晶作用:指岩石在保持固体状态下的矿物重新组合和通过化学反应形成新的矿物过程
交代作用:指固体岩石在化学活动性流体作用下通过组分带入带出使岩石总组分和矿物成分发生变化的过程。岩石在交代过程中体积不变。
*晶内塑性变形:直线滑移、双晶滑移、单晶扭折、晶体位错。
*晶界塑性变形:颗粒边界的滑移、扩散流动(压溶)。
*变质分异:使原先均匀的岩石发育成分层的变质过程
*P-T-t 轨迹: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 图解中表示历程的曲线。
*热峰条件:是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,也称顶峰变质条件。
变质级: 变质作用的程度增加, 通常这种增加与温度和压力之间的关系没有十分精确的联系;通常是指最大温度(Tmax)时的温度和压力, 因为变质级是由平衡矿物组合来确定的;通常主要指示变质作用的热峰温度;很低级、低级、中级和高级。
进变质: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。
递增变质: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。
两者区别:前者是对单个岩石而言,后者是对一个区域的出露的岩石而言。
退变质(retrograde metamorphism):岩石在热峰后伴随的温度降低的变质重结晶作用。
退化变质(retrogressive metamorphism):岩石在热峰后伴随的温度降低的变质重结晶作用。
①包含退变质含义;②复变质中,比老的变质事件温度低的年轻变质重结晶作用。
*变质反应:发生在变质作用的条件下的化学反应。
第 1 页 共 13 一.名词解释.
变质作用:由地球内力作用引起的物理、化学条件的改变,使地壳中已形成的岩石在基本保持固态的状态下,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。
变质岩:由变质作用所形成的岩石称为变质岩。
正变质岩:原岩为岩浆岩,经变质作用后形成的变质岩称为正变质岩;
副变质岩:原岩为沉积岩,经变质作用后形成的变质岩称为副变质岩。
均向压力:一般指地壳一定深处岩石所承受的上覆岩层重力,因而可以认为均向压力是深度和上覆岩层的相对密度的函数。
定向压力:又叫应力,主要指由构造运动或岩浆活动所引起的侧向挤压力。
流体(压力)主要由岩石中存在的挥发分,特别是H20和C02所引起的(以Pco2和PH2o表示)。
等化学系列:指具有相同原始化学成分的所有岩石,这些岩石的矿物组合不同,取决于变质作用类型和强度。特纳将变质岩划分为五个等化学系列。即:石英长石质岩类、泥质岩类、碳酸盐岩类、基性岩类、镁质岩类。
等物理系列:指同一变质条件下形成的所有变质岩,其矿物共生组合的不同,取决于原岩的化学成分。
新生矿物:又称变晶矿物,在变质作用过程中新生成的矿物。如泥质岩经过变质后生成红柱石。
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。一部分石英就是花岗岩在云英化过程中保留下来的原生矿物。
变质相:指反映多种原岩成分,在一定的P,T条件下,与变质矿物组合之间的对应关系。
变质级:根据常见岩石中,反映矿物共生组合重要变质变化的特定矿物反应来划分变质带,称为变质级。
变质带:在变质岩区,常见变质程度不同的变质岩成带状分布,其成因主要与变质程度有关,我们把变质岩的这种分带现象称之为变质带或变质程度带。
双变质带:指环太平洋沿岸 (如日本岛弧) 可见并排分布着地质时代相近的高压低温变质带和高温低压变质带,前者位于太平洋一侧,后者位于靠大陆一侧,由于总是成对出现,故称为双变质带。