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第五篇变质岩岩石学第十九章变质岩及变质作用一、基本概念变质岩是变质作用形成的岩石。
是三大类岩石之一。
广泛分布在地壳表层及地下一定深度内，如片麻岩、片岩、千枚岩和大理岩等都是十分常见的变质岩。
它们可以与各类岩浆岩共生组合在一起。
在一些地方它们往住与混合岩、花岗岩共生，如泰山“杂岩”；在另外一些地区，它们又和一些超基性岩形成特殊的岩石组合，如共同组成蛇绿岩。
这种共生组合关系对于指导找矿和研究地壳发展与演化有着重要意义。
在地壳发展演变的历史进程中，先期形成的岩浆岩和沉积岩，也包括原生的变质岩，在地壳运动、岩浆活动等内力地质作用下，使其所处的地质环境发生改变，在新的物理、化学条件下，就会发生矿物成分和结构、构造等方面的变化。
这种使原岩在新的物理、化学环境中为建立新的平衡以达到相对稳定的自然现象，称之为变质作用。
变质作用具有以下特点：1．变质作用是一种地球内力作用，是由地壳运动及岩浆活动所引起的、不同于地表外力所引起的风化作用。
2．变质岩是由沉积岩和岩浆岩（称其为原岩）以固体状态变化而来，故在成份、结构和构造等方面与原岩有着紧密联系，有些变质岩残留有原岩的结构、构造，并常保持原岩的产状特点。
3．由于变质作用是使岩石发生质变的过程，故变质岩又常具有特殊的变质矿物和结构、构造而区别于岩浆岩及沉积岩。
变质作用主要表现为重结晶作用及交代作用。
视原来岩石的种类不同，变质岩可分为两大类：原岩为岩浆岩经变质作用后形成的变质岩称为正变质岩。
原岩为沉积岩经变质作用后形成的变质岩称为副变质岩。
变成岩在我国分布较广，从前寒武纪至新生代都有变质岩的形成，但多数分布在古老的结晶地块和构造活动带中。
它们既可成区域性的广泛出露，也可成局部的分布。
前者如东北的鞍山群及中南、西南地区广泛出露的昆阳群、板溪群浅变质岩系等；后者如岩浆侵入体周围的接触变质岩及构造错动带出现的动力变质岩。
变质作用同其它地质作用一样，乃是地壳发展演化的结果，因而对变质作用及其产物的研究，对于重溯一个地区地壳发展和演化的规律是有用的。
地球科学大辞典变质岩石学变质岩石学总论【变质岩石学】metamorphic petrology见83页“变质岩石学”。
【变质岩】metamorphic rock由变质作用所形成的岩石。
在变质作用条件下，使地壳中已经存在的岩石(火成岩、沉积岩及先前已形成的变质岩)变成具有新的矿物组合及变质结构与构造特征的岩石。
它们是组成地壳的三大岩类之一，约占地壳总体积的27%。
其岩性特征，一方面受原岩的控制，而具有一定的继承性；另一方面，由于受到变质作用的改造，在矿物成分和结构构造上具有与其他岩类不同的特征。
变质岩在中国和世界各地分布很广。
前寒武纪的地层绝大部分由变质岩组成；古生代以后，在各个地质时期的地壳活动带和一些侵入体的周围以及断裂带内，常有变质岩分布。
【等化学系列】isochemical series化学成分相同或基本相同的岩石，在不同的变质条件下形成的所有变质岩。
属于一个等化学系列的岩石，由于变质条件不同，可具有不同的矿物共生组合。
如原岩均为粘土质岩石，因变质条件不同，可形成板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等不同的变质岩，它们属于一个等化学系列。
【等物理系列】isophysical series化学成分不同的岩石，在相同或基本相同的变质条件下形成的所有变质岩。
属于一个等物理系列的岩石，由于原岩的化学成分不同，可具有不同的矿物共生组合。
例如，粘土岩和石灰岩，在中级区域变质作用下，前者形成云母片岩，后者形成大理岩，二者属于一个等物理系列。
【构造超压】tectonic overpressure由应力的垂直分力所产生的超负荷压力。
在区域变质作用过程中，由构造运动产生的应力是一种侧向压力，但它的垂直分力可使局部地区的负荷压力增大。
因为它是由构造应力所产生的附加压力，故称为构造超压。
它和负荷压力的性质相似，有时可达0 2～0 3 吉帕。
一般认为构造超压只在地壳浅部，岩石保持刚性状态，且应变迅速时才具有实际意义。
在地壳深部，由于温度较高和负荷压力较大，岩石具有一定的塑性，应力可通过岩石的塑性变形而释放，因此不能起附加压力的作用。
变质岩的岩石学特征与鉴定方法变质岩是一种在地壳中经历了高温、高压和化学反应作用的岩石，其形成过程中的物理和化学变化赋予了它独特的岩石学特征。
了解变质岩的特征及其鉴定方法对于地质学研究和矿产资源勘探具有重要意义。
本文将介绍变质岩的岩石学特征以及常用的鉴定方法。
一、岩石学特征1. 成岩矿物变质岩的成岩矿物是其岩石学特征之一。
在变质过程中，原先的矿物会发生改变或生成新的矿物。
例如，在压力下，粉状的矿物例如黄铁矿、蛇纹石等会发生重新结晶从而形成新的矿物。
而在高温环境下，矿物的晶体结构也会发生变化。
不同的变质程度和变质条件会导致不同的成岩矿物，进而影响到岩石的特征。
2. 岩石结构在变质过程中，岩石的结构也会发生变化。
变质岩常常具有层状、块状或片麻状结构。
层状结构是指岩石中成分或性质有规则地在岩石中分布形成层状结构，如云母片麻岩。
而块状结构则表示变质岩中的矿物成分或性质均匀分布而不呈现层状结构。
片麻状结构则是指岩石中大块状矿物被细晶状矿物包围的结构，如花岗岩片麻岩。
3. 变形构造变质过程中，岩石会发生变形。
变形构造是变质岩的另一个重要特征。
在变形过程中，岩石可以出现折叠、断层、推覆等结构。
这些变形构造记录了地质过程中的应力变化以及岩石的变形历史。
二、鉴定方法1. 岩石薄片观察岩石薄片观察是鉴定变质岩的常用方法之一。
通过显微镜观察岩石薄片可以查看岩石的成分、结构和矿物组合等特征。
可以通过测量矿物的晶体形态、光学性质、颜色等来识别矿物种类，从而进一步鉴定岩石的类型。
2. 化学成分分析化学分析是鉴定变质岩的重要手段。
通过对岩石进行化学成分分析，可以确定岩石中不同矿物的含量及其相对比例。
常用的化学分析方法包括X射线荧光光谱、电感耦合等离子体发射光谱等技术。
3. 矿物学鉴定矿物学鉴定是鉴定变质岩的关键方法之一。
通过对变质岩中的矿物进行鉴定，可以揭示岩石的成因和变质环境。
常用的矿物学鉴定方法包括X射线衍射、扫描电子显微镜等。
实习报告：变质岩岩石学实习一、实习目的本次实习旨在通过观察和分析变质岩的标本和薄片，了解变质岩的基本特征，掌握变质矿物的光性特征，提高对变质岩岩石学的基本理论和实践技能的认识。
二、实习内容和过程1. 实习内容本次实习主要观察了红柱石角岩、堇青石角岩和硬绿泥石角岩等典型接触变质岩的手标本和薄片。
2. 实习过程（1）观察手标本和薄片我们首先观察了红柱石角岩的手标本和薄片。
红柱石角岩是一种接触热变质岩，其主要矿物成分为红柱石。
在薄片下观察，红柱石呈柱状，具有明显的变晶结构，粒度较大，排列有序。
此外，我们还观察到了一些堇青石和硬绿泥石等矿物。
（2）描述结构构造在观察过程中，我们详细描述了红柱石角岩的结构构造。
红柱石角岩具有明显的变晶结构，矿物粒度较大，排列有序。
此外，我们还观察到了一些堇青石和硬绿泥石等矿物。
（3）掌握变质矿物光性特征在实习过程中，我们特别关注了红柱石的光性特征。
红柱石是一种铝硅酸盐矿物，具有较高的硬度和折射率，常见颜色为白色或灰色。
在显微镜下观察，红柱石呈柱状，具有明显的解理现象。
三、实习成果和收获1. 实习成果通过本次实习，我们成功观察了红柱石角岩、堇青石角岩和硬绿泥石角岩等典型接触变质岩的手标本和薄片，详细描述了其结构构造，并掌握了红柱石的光性特征。
2. 收获（1）理论知识方面：我们对变质岩的基本特征和变质矿物的光性特征有了更深入的了解，为今后的学习打下了坚实的基础。
（2）实践技能方面：我们提高了观察和分析变质岩标本和薄片的能力，掌握了显微镜的使用技巧，为今后从事地质工作奠定了基础。
四、实习总结通过本次实习，我们对变质岩岩石学的基本理论和实践技能有了更深入的了解。
同时，我们认识到，实习是理论知识与实际操作相结合的重要途径，只有通过实习，才能真正掌握地质学的基本技能。
在今后的工作中，我们将继续努力，不断提高自己的综合素质，为我国地质事业作出贡献。
第五篇变质岩岩石学
第十九章变质岩及变质作用
一、基本概念
变质岩是变质作用形成的岩石。
是三大类岩石之一。
广泛分布在地壳表层及地下一定深度内，如片麻岩、片岩、千枚岩和大理岩等都是十分常见的变质岩。
它们可以与各类岩浆岩共生组合在一起。
在一些地方它们往住与混合岩、花岗岩共生，如泰山“杂岩”；在另外一些地区，它们又和一些超基性岩形成特殊的岩石组合，如共同组成蛇绿岩。
这种共生组合关系对于指导找矿和研究地壳发展与演化有着重要意义。
在地壳发展演变的历史进程中，先期形成的岩浆岩和沉积岩，也包括原生的变质岩，在地壳运动、岩浆活动等内力地质作用下，使其所处的地质环境发生改变，在新的物理、化学条件下，就会发生矿物成分和结构、构造等方面的变化。
这种使原岩在新的物理、化学环境中为建立新的平衡以达到相对稳定的自然现象，称之为变质作用。
变质作用具有以下特点：
1．变质作用是一种地球内力作用，是由地壳运动及岩浆活动所引起的、不同于地表外力所引起的风化作用。
2．变质岩是由沉积岩和岩浆岩（称其为原岩）以固体状态变化而来，故在成份、结构和构造等方面与原岩有着紧密联系，有些变质岩残留有原岩的结构、构造，并常保持原岩的产状特点。
3．由于变质作用是使岩石发生质变的过程，故变质岩又常具有特殊的变质矿物和结构、构造而区别于岩浆岩及沉积岩。
变质作用主要表现为重结晶作用及交代作用。
视原来岩石的种类不同，变质岩可分为两大类：
原岩为岩浆岩经变质作用后形成的变质岩称为正变质岩。
原岩为沉积岩经变质作用后形成的变质岩称为副变质岩。
变成岩在我国分布较广，从前寒武纪至新生代都有变质岩的形成，但多数分布在古老的结晶地块和构造活动带中。
它们既可成区域性的广泛出露，也可成局部的分布。
前者如东北的鞍山群及中南、西南地区广泛出露的昆阳群、板溪群浅变质岩系等；后者如岩浆侵入体周围的接触变质岩及构造错动带出现的动力变质岩。
变质作用同其它地质作用一样，乃是地壳发展演化的结果，因而对变质作用及其产物的研究，对于重溯一个地区地壳发展和演化的规律是有用的。
此外，变质作用又是重要的成矿作用，已经形成的矿床在变质作用的影响下可发生强烈的改造，同时变质作用又可促成新矿床的形成。
由变质成矿作用所形成的矿床，分布广泛，矿种繁多。
如铁、锰、铜—钴—铀、金—铀、云母、菱镁矿—滑石、磷、刚玉、石墨、石棉等。
据统计，前寒武纪含铁石英岩型铁矿床（即我国鞍山式铁矿），将近占世界铁矿储量的70％。
再者，变质岩作为地质体，又是水文与工程地质工作中直接研究的对象之一。
……因此，对变质作用和变质岩的研究有其重要的理论和实际意义。
过去石油地质工作者视变质岩为禁区。
但生产实践表明，在某些特定地质条件下，变质岩系中也能形成工业油气藏。
1984年4月，胜利油田郑家地区的几口千吨高产油井就是打在变质岩系中的。
类似例子在国内外油气田勘探中还有。
古老的变质岩系多组成盆地的基底，并不时出露在盆地周缘山区，对其进行研究对于恢复沉积盆地发育及演化历史和岩相古地理条件至关重要。
二、变质作用的外部因素
引起原岩发生变质作用的因素有内部和外部两方面。
内部因素是原岩的物质成分、结构和构造特征，这是变质作用的基础；外部因素主要是温度和压力，以及具有化学活动性的流体。
下面着重介绍这些外部因素在变质作用中的意义。
1．温度
温度是变质作用基本而又主要的因素，其作用主要表现在：
1）由于温度的升高，促进岩石内部质点的活动能力，引起物质成分迁移，从而形成新矿物及高温变质矿物，例如：
高岭石在热力（温度）作用下，形成红柱石和石英的矿物组合。
吸热
Al4[SiO4O10][OH]8 2Al 2[SiO4]O+2SiO2+4H2O
高岭石放热红柱石石英
在此反应中，温度升高反应向右进行，即向着吸热方向进行，生成吸热的矿物组合；温度降低则引起放热反应。
绿色片岩中时钠长石、阳起石，绿帘石和石英大致在400℃左右有时形成，当温度达到500℃左右时则转变为斜长角闪岩，矿物组合是斜长石、角闪石和铁铝榴石。
由此可见，温度变化可决定变质作用的方向。
另外，实验证明对含水矿物的不断加热，将伴随结构水的脱出。
即随着温度的升高，变质作用的结果是形成不含水的相对高温的矿物组合。
反之则形成含水的相对低温的矿物组合。
2）促进重结晶作用，主要表现为使原岩的结构、构造发生改变，而岩石组分基本不变。
如石灰岩重结晶变成大理岩；具碎屑结构能区分颗粒和胶结物的石英砂岩，由于温度升高，发生重结晶作用，变为呈镶嵌结构的变质石英岩。
变质作用的温度变化范围最高可达850~900℃，仅在特殊情况下可升至1200~1300℃，最低温度为150℃。
引起变质作用的热源一直受到人们的重视，并用各种各样的论点或假说加以解释，主要有以下几个方面，其中地热和岩浆热是最常提到的两种热源：
①地热即地球内部的热或地壳深部的热。
一般说来，地热是随深度而增加的。
在一般情况下，每增深100m大约增温3℃，这就是所说地热增温率。
不同地区地热增温率是不同的。
②岩浆热可根据岩浆岩体边部具有强烈的热变质作用所证实。
③摩擦热其影响范围较小，一般产生在构造运动强烈的错动带上，岩石颗粒之间的摩擦、揉搓而产生热，亦可导致矿物的重结晶。
④其它热源如岩石中放射性蜕变热等，也都值得注意。
近年来，随着海洋底部地质测量工作及板块构造学说的迅速发展，人们已经知道，在岛弧区及大洋中脊地区，由于那里地壳最薄，地幔物质不断上升，地热温度很高。
这些地区是目前所知的热流值最大地区。
很可能在这些地区正在进行着区域变质作用。
引起变质作用尤其是区域变质作用的热，是多种来源的，而且与地壳的特定地区即地壳活动地区有密切关系。
2．压力
岩石的变质作用通常都是在一定的外界压力状态下进行的，所以压力也是控制变质作用的重要因素。
压力按性质及其所起的作用不同，可分为静水压力（均向压力）、定向压力（应力）和粒间流体压力。
1）静水压力以Pl表示。
一般指由上覆岩层的负荷重量引起的压力，因而可以认为静水压力是深度和上覆岩层比重的函数。
①静水压力使岩石体积和孔隙减少，变得致密坚硬。
同时在一定的温度下，由于静水压力的增加，往往形成比重较大，分子体积较小的矿物。
例如辉长岩中的橄榄石和钙长石，在压力增大时，可以生成石榴石，其分子体积（分子量／比重）将减小24。
Mg2[SiO4]+Ca[Al2Si2O8]—→CaMg2Al2[SiO4]3
镁橄榄石钙长石石榴石
分子体积43.9 101.1 121
比重3.3 2.76 3.52
②促使化学作用的加速或减缓。
压力作用表现在化学平衡的移动上，例如：
550℃
CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑
方解石石英硅灰石
当温度在550℃，只有在低静水压力的情况下，才能产生硅灰石，当温度不变压力升高时反应停止。
③引起结构的改变。
在静水压力作用下可促进岩石重结晶，使细晶岩石变为粗晶、乃至巨晶结构的岩石，例如粗晶大理岩。
2）定向压力是指由于构造运动或岩浆侵入围岩时所产生的侧向挤压应力，其主要发生在地壳表层，随深度增加而减弱。
在构造运动中定向压力有时比静水压力还大。
岩石在定向压力作用下，当超过其弹性极限时可发生形变，诸如石英和长石产生波状消光、云母和角闪石弯曲等。
如果压力强度更大时，超过其强度极限，就会使岩石发生碎裂、产生节理、裂隙或出现劈理构造等。
3）粒间流体压力以Pf表示。
指存在于岩石的粒间、显微裂隙及毛细孔隙中的流体物质（主要是H2O、CO2等）对周围物质，包括孔隙四周的壁、顶、底所产生的压力。
在地壳较深的封闭条件下，当流体相在岩石系统中又呈饱和状态时，固体岩石所承受的压力能全部传导给流体相，所以一般是Pf =Pl，它们都决定于上覆岩层的重力。
如果在地壳的较浅部位裂隙发育，流体相自由流通，成为开放体系，此时Pf只等于相应深度该流体相本身的重力，而常小于上覆岩层的重力。
此外，粒间流体压力的加大还可对岩石的重结晶起催化剂的作用，而对某些含结构水的矿物的分解则起抑制作用。
即当粒间水的压力增大时利于发生水化反应，而当粒间水的压力减小时利于发生脱水反应。
3．具有化学活动性的流体
化学活动性的流体，通常指的是气态或液态的水溶液，它对于岩石的变质也起着重要的作用。
因为在水溶液中经常含有不同数量的CO2、硼酸、盐酸、氢氟酸和其它挥发份，这些物质大大增强了水溶液的化学活动性。
当这些溶液在岩石孔隙和裂隙中（分别称为粒间溶液和裂隙溶液），由于压力差或溶液中活动组分的浓度差而引起流动时，便对周围岩石发生交代作用。
也就是说可以产生组分的迁移（带出或带入），形成与原岩性质迥然不同的变质岩石。
由此可见，组分的迁移主要是通过溶液来实现的。
此外渗透于矿物颗粒间的粒间溶液对矿物彼此间的反应还能起接触剂的作用，通过这种溶液作媒介，促进组分的溶解和沉淀，从而促进矿物的重结晶作用。
水和碳酸还直接参与组成含水和合碳酸的矿物。
在变质作用过程中，经常发生矿物的水。
