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  变质作用形成的岩石。是组成地壳的主要岩石类型之一。在变质作用中,由于温度、压力、应力和具有化学活动性流体的影响,在基本保持固态条件下,原岩的化学成分、矿物成分和结构构造发生不同程度的变化。变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、定向构造(如片理、片麻理等)和由变质作用形成的特征变质矿物如红柱石蓝晶石十字石堇青石蓝闪石、硬柱石等。

目录

化学成分

  与原岩的化学成分有密切关系,同时与变质作用的特点有关。在变质岩的形成过程中,如无交代作用,除H2O和CO2外,变质岩的化学成分基本取决于原岩的化学成分;如有交代作用,则既决定于原岩的化学成分,也决定于交代作用的类型和强度。变质岩的化学成分主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、H2O、CO2以及TiO2、P2O5等氧化物组成。由于形成变质岩的原岩不同、变质作用中各种性状的具化学活动性流体的影响不同,变质岩的化学成分变化范围往往较大。例如,在岩浆岩(超基性岩-酸性岩)形成的变质岩中,SiO2含量多为35~78%;在沉积岩(石英砂岩、硅质岩)形成的变质岩中,SiO2含量可大于80%;而原岩为纯石灰岩时,则可降低至零。在变质作用中,绝对的等化学反应是没有的,在变质反应过程中,总是有某些组分的带出和带入,原岩组分总是要发生某些变化,有时则非常显著。在通常的变质反应中,经常发生矿物的脱水和吸水作用、碳酸盐化和脱碳酸盐化作用。这些变质反应过程,除与温度、压力有关外,还和变质作用过程中H2O和CO2的性状有关,其他化学组分,在不同的温度、压力以及外界组分的影响下,常表现出不同程度的活动性。例如,在接触交代变质作用过程中,在侵入体和围岩之间,通过双交代作用可形成夕卡岩。在区域变质作用过程中,岩石化学组分的稳定程度,有时可用化合物(硅酸盐、氧化物、硫化物等)的生成热来表示。一般说,生成热越高,这一化合物也越稳定。硫化物的生成热是较低的,氧化物和硅酸盐的生成热比硫化物高。因此,在区域变质作用过程中,当温度升高时,亲石元素(包括主要造岩元素K、Na、Fe、 Mg、Al、Si)保持其稳定;而亲铜元素则根据它们本身的特性,呈现出不同的活动性。这一情况也部分地解释了在区域变质作用过程中,岩石的主要造岩元素可以保持不变或稍有变化的原因。

矿物成分

  除含有石英长石云母、角闪石、辉石、碳酸盐类等主要造岩矿物外,与岩浆岩和沉积岩相比,变质岩中常出现铝的硅酸盐矿物(红柱石、蓝晶石、夕线石);不含铁的镁硅酸盐矿物(橄榄石);复杂的钙镁铁锰铝的硅酸盐矿物(石榴子石类;铁镁铝的铝硅酸盐矿物(堇青石、十字石等);纯钙的硅酸盐矿物(硅灰石等)以及主要造岩矿物中的某些特殊矿物(蓝闪石、绿辉石、文石、硬玉、硬柱石等)。这是变质岩矿物成分的主要特点。变质岩的矿物成分,决定于原岩成分和变质条件。原岩成分决定变质岩中可能出现什么矿物或矿物组合,如原岩为硅质石灰岩,主要成分为CaCO3和SiO2,经变质作用可能出现的矿物是:石英、方解石、硅灰石、甲型硅灰石、灰硅钙石等。而变质条件则决定一定的原岩经变质作用后,具体出现什么矿物或矿物组合,如原岩为硅质石灰岩,在热接触变质作用中,如压力为10帕时,温度低于470℃,形成石英和方解石;当温度大于470℃时,则形成方解石和硅灰石或石英和硅灰石。原岩发生变质时,如不伴随交代作用,变质岩的矿物成分受上述两方面因素的共同制约。在变质岩中,把具有同一原始化学成分而矿物共生组合不同的所有变质岩,称为等化学系列;而把在同一变质条件下形成的具有不同矿物共生组合的所有变质岩,称为等物理系列。在有交代作用的情况下,变质岩的矿物成分,除决定于原岩和变质条件外,还与交代作用的性质和强度有关。变质岩的矿物成分,按成因可分为:稳定矿物,即在一定变质条件下稳定平衡的矿物;不稳定矿物(残余矿物),即在一定变质条件下,由于反应不彻底而部分残留下来的非稳定矿物。不稳定矿物和稳定矿物之间,常具有明显的置换关系。根据矿物稳定范围,变质岩的矿物成分还可分为:①特征矿物,指稳定范围较窄,反映变质条件比较灵敏的矿物,如绢云母、绿泥石、蛇纹石、浊沸石、绿纤石等,常为低级变质矿物;蓝晶石、十字石(中压)、红柱石、堇青石(低压),常为中级变质矿物;紫苏辉石、夕线石,常为高级变质矿物;蓝闪石、硬柱石、硬玉、文石,常为高压低温矿物等;②贯通矿物,指可以在较大范围的温度、压力条件下形成和存在的矿物,如石英、方解石,当这类矿物单独出现时,一般不具有指示变质条件的意义。

结构构造

  变质岩的结构是指变质岩中矿物的粒度、形态及晶体之间的相互关系,而构造则指变质岩中各种矿物的空间分布和排列方式。变质岩结构按成因可划分为下列各类:①变余结构,是由于变质结晶和重结晶作用不彻底而保留下来的原岩结构的残余。用前缀“变余”命名,如变余砂状结构、变余辉绿结构、变余岩屑结构等,根据变余结构、可查明原岩的成因类型。②变晶结构,是岩石在变质结晶和重结晶作用过程中形成的结构,常用后缀“变晶”命名,如粒状变晶结构、鳞片变晶结构等。按矿物粒度的大小、相对大小,可分为粗粒(>3毫米)、中粒(1~3毫米)、细粒(<1毫米)变晶结构和等粒、不等粒、斑状变晶结构等;按变质岩中矿物的结晶习性和形态,可分为粒状、鳞片状、纤状变晶结构等;按矿物的交生关系,可分为包含、筛状、穿插变晶结构等。少数以单一矿物成分为主的变质岩常以某一结构为其特征(如以粒状矿物为主的岩石为粒状变晶结构、以片状矿物为主的岩石为鳞片变晶结构),在多数变质岩的矿物组成中,既有粒状矿物,又有片、柱状矿物。因此,变质岩的结构常采用复合描述和命名,如具斑状变晶的中粒鳞片状变晶结构等。变晶结构是变质岩的主要特征,是成因和分类研究的基础。③交代结构,是由交代作用形成的结构,用前缀“交代”命名,如交代假象结构,表示原有矿物被化学成分不同的另一新矿物所置换,但仍保持原来矿物的晶形甚至解理等内部特点;交代残留结构,表示原有矿物被分割成零星孤立的残留体,包在新生矿物之中,呈岛屿状;交代条纹结构,表示钾长石受钠质交代,沿解理呈现不规则状钠长石小条等。交代结构对判别交代作用特征具有重要意义。④碎裂结构,是岩石在定向应力作用下,发生碎裂、变形而形成的结构,如碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构等。原岩的性质、应力的强度、作用的方式和持续的时间等因素,决定着碎裂结构的特点。

  变质岩构造按成因分为:①变余构造,指变质岩中保留的原岩构造,如变余层理构造、变余气孔构造等;②变成构造,指变质结晶和重结晶作用形成的构造,如板状、千枚状、片状、片麻状、条带状、块状构徐等。

分类

  习惯上先按变质作用类型和成因,把变质岩分为下列岩类。①区域变质岩类,由区域变质作用所形成,如板岩千枚岩片岩片麻岩绿片岩斜长角闪岩麻粒岩榴辉岩蓝闪石片岩等。②热接触变质岩类,由热接触变质作用所形成,如斑点板岩、角岩等。③接触交代变质岩类,由接触交代变质作用所形成,如各种夕卡岩。④动力变质岩类,由动力变质作用所形成,如压碎角砾岩、碎裂岩、碎斑岩、糜棱岩等。⑤气液变质岩类,由气液变质作用形成,如云英岩、次生石英岩、蛇纹岩等。⑥冲击变质岩类。由冲击变质作用所形成(见冲击岩)。在每一大类变质岩中可按等化学系列和等物理系列的原则,再作进一步划分。在早期的分类方案中,还出现过从原岩的物质成分与类型出发,再依次按变质作用过程中发生的变化与生成的岩石进行的分类。所有这些分类,原则不尽相同,强调的分类依据也有差别。原岩类型和变质作用性质是变质岩分类的两个主要基础,但原岩类型的复杂性和变质作用类型的多样性,给变质岩的分类带来许多困难。以变质作用产物的特征(变质岩的矿物组成、含量和结构构造)对变质岩进行分类,将成为今后的主要趋势。

分布

  变质岩在地壳内分布很广,大陆和洋底都有,在时间上从太古宙至现代均有产出。在各种成因类型的变质岩中,区域变质岩分布最广,其他成因类型的变质岩分布有限。区域变质岩主要出露于各大陆的前寒武纪地盾和地块以及显生宙各时代的变质活动带(通常与造山带紧密伴生)。区域变质岩在地盾和地块上的出露面积很大,常为几万至几十万平方公里,有时可达百万平方公里以上,约占大陆面积的18%。前寒武纪地盾和地块通常组成各大陆的稳定核心,而古生代及以后的变质活动带,常常围绕前寒武纪地盾或地块,呈线型分布,如加拿大地盾东面的阿巴拉契亚造山带、波罗的地盾西北面的加里东造山带、俄罗斯地块南面的华力西造山带和阿尔卑斯造山带等。有些年轻的变质活动带往往沿大陆边缘或岛弧分布,这在太平洋东岸和日本岛屿表现明显,它们的分布表明大陆是通过变质活动带的向外推移而不断增长的。在另一些情况下,变质活动带也可斜切古老结晶基底而分布,它们代表大陆经解体而形成的陆内地槽,并将发展成新的台槽体系。20世纪60年代以来,还发现在大洋底部的沉积物和玄武质岩石之下,有变质的玄武岩辉长岩等岩石的广泛分布,它们是由洋底变质作用形成的。由岩浆作用形成的各种接触变质岩石,仅局限于侵入体和火山岩体周围,分布面积有限,但分布的地区却十分广泛,在不同地质时期和构造单元内均有产出。由碎裂变质作用形成的各种碎裂变质岩,分布更有限,它们严格受各种断裂构造的控制。变质岩在中国的分布也很广。华北地块和塔里木地块主要由早前寒武纪的区域变质岩和混合岩组成,并构成了中国大陆的古老核心。震旦纪以后的变质活动带则围绕或斜切地块呈线型分布。

矿产

  变质岩分布区矿产丰富,世界上发现的各种矿产,变质岩系中几乎都有,许多特大型矿床,如金、铁、铬、镍、铜、铅、锌、滑石菱镁矿等。主要分布于前寒武纪变质岩中,其成因大多与变质岩的形成有关。其他如与夕卡岩有关的铁矿床、铜铅锌等多金属矿床、与云英岩有关的钨锡钼铋铍钽矿床等,也与变质岩的形成有关。

  参考书目

  贺同兴等编:《变质岩岩石学》,地质出版社 北京,1980。

  都城秋穗著,周云生译:《变质作用与变质带》,地质出版社,北京,1979。(A.Miyashiro, Metamorphism and Metamorphic Belts, George Allen and Unwin, London, 1973.)

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