1、第五章变质作用与变质岩第五章变质作用与变质岩第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征 第二节第二节 变质作用中原岩的变化变质作用中原岩的变化第三节第三节 变质作用类型及其代表性岩石变质作用类型及其代表性岩石第四节第四节 岩石的演变岩石的演变 引引 言言 分布分布:占地壳总体积的占地壳总体积的27.4%;主体在中、下地壳主体在中、下地壳,地表较少地表较少 大别山超高压变质矿物的发现，改写了经典板块构造论。大别山超高压变质矿物的发现，改写了经典板块构造论。研究目的：了解地球深部地质过程（研究目的：了解地球深部地质过程（HP的蓝闪石、红帘的蓝闪石、红帘石，石，UHP的柯石英、金刚石的柯石英、金
2、刚石);恢复原岩恢复原岩;阐明变质作用机制和阐明变质作用机制和过程过程;寻找矿产资源寻找矿产资源(“玉自变质来玉自变质来”；各种名贵宝石，原料均；各种名贵宝石，原料均来来自变质岩。多数金属矿产，都经历过变质，变质使矿变富变自变质岩。多数金属矿产，都经历过变质，变质使矿变富变大。前寒武纪含铁石英岩型铁矿占世界铁储量大。前寒武纪含铁石英岩型铁矿占世界铁储量70%,我国的鞍我国的鞍山式铁矿属此类型。我国缺金铜铁铀山式铁矿属此类型。我国缺金铜铁铀)第五章变质作用与变质岩第五章变质作用与变质岩第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征 第二节第二节 变质作用中原岩的变化变质作用中原岩的变化第三节第三
3、节 变质作用类型及其代表性岩石变质作用类型及其代表性岩石第四节第四节 岩石的演变岩石的演变 第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征一、变质作用一、变质作用:由于由于温度温度（T）、）、压力压力（P）的改变和）的改变和化学活动性化学活动性流体流体的作用，使固态岩石的矿物成分、化学成分、的作用，使固态岩石的矿物成分、化学成分、结构构造都发生了变化，这种地质作用叫变质作用。结构构造都发生了变化，这种地质作用叫变质作用。变质作用主要发生在地壳深部，一般变质作用主要发生在地壳深部，一般10 km。变质三要素变质三要素:T,P,流体流体,温度最重要温度最重要。但陨石撞击及。但陨石撞击及高压变质，主
4、导因素则是压力。高压变质，主导因素则是压力。第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征一、变质作用一、变质作用:热源主要来自地球内部（岩浆热能与放射热能）热源主要来自地球内部（岩浆热能与放射热能）通过通过变质作用变质作用形成的岩石叫形成的岩石叫变质岩变质岩。正、副变质岩正、副变质岩原岩为火成岩的叫正变质岩；原岩为火成岩的叫正变质岩；原岩为沉积岩的叫副变质岩。原岩为沉积岩的叫副变质岩。第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征二、变质作用的三大因素二、变质作用的三大因素T、P、流体、流体1.1.温度温度T T 变质温度变质温度:150:150C-900C-900C C低于低于150150
5、C C为常温，为常温，高于高于900900C C则地壳岩石熔化则地壳岩石熔化 温度的作用温度的作用：非晶体非晶体结晶体结晶体;结晶体结晶体重结晶重结晶;物质与结构重组，一种矿物物质与结构重组，一种矿物另一种矿物另一种矿物温度的来源温度的来源：地热增温（地热增温（1 1C/33mC/33m）、构造运动热、）、构造运动热、岩浆热、放射热岩浆热、放射热第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征二、变质作用的三大因素二、变质作用的三大因素T、P、流体、流体2.压力压力P 静压力静压力（垂或侧）（垂或侧）:由上复岩石重量引起，随埋藏深由上复岩石重量引起，随埋藏深度增加而增加。度增加而增加。静压力各向
6、静压力各向作用力相等作用力相等第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征二、变质作用的三大因素二、变质作用的三大因素T、P、流体、流体2.压力压力P封闭系统封闭系统的流体压力等于上复岩石的静压值的流体压力等于上复岩石的静压值;开放系统开放系统的流体压力等于流体本身的重量的流体压力等于流体本身的重量.流体压力流体压力:第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征二、变质作用的三大因素二、变质作用的三大因素T、P、流体、流体2.压力压力P定向压力：定向压力：作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有方向性，且两侧的作用力相反。方向性，且两侧的作用力相反。定向压力定向压力
7、压力单位换算压力单位换算 Bar(巴巴)Pa(帕斯卡帕斯卡)MPa兆帕兆帕GPa吉帕吉帕 1 105 10-1 10-4 1atm=101325Pasca105Pa=0.1Mpa（兆帕）（兆帕）1Gpa=103Mpa=10Kbar=109Pa 1Mpa=106Pa,1Kb=100Mpa 1巴巴1atm（100万因达万因达/cm2=0.986923标准大气压）标准大气压）1Pa=1牛顿牛顿(100克克/m2)=100克克/10000 cm2=0.01克克/cm2 第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征 蓝片岩蓝片岩，蓝闪石，蓝闪石+钠长石钠长石,产在地壳上部，但压力很大产在地壳上部，但压
8、力很大,为为LT/HPLT/HP产物，为古俯冲产物，为古俯冲-碰撞带的重要标志。碰撞带的重要标志。榴辉岩榴辉岩,镁铝榴石镁铝榴石+绿辉石绿辉石,产在地下产在地下40km40km深深,压力为压力为10Kb=1010Kb=10吨吨/cm/cm2 2!（10Kb=1010Kb=109 9Pa=10Pa=107 7克克/cm/cm2 2）超高压岩超高压岩，含柯石英、金刚石的榴辉岩，含柯石英、金刚石的榴辉岩,压力更大压力更大,埋藏更深（埋藏更深（30Kb,100km);30Kb,100km);全世界只有中国大别山、全世界只有中国大别山、法意边境西阿法意边境西阿.尔卑斯极少数地区被保存。诞生了大尔卑斯极少
9、数地区被保存。诞生了大陆深俯冲的科学新理论。陆深俯冲的科学新理论。第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征压力作用的标志压力作用的标志蓝片岩蓝片岩蓝片岩艺术品蓝片岩艺术品榴辉岩榴辉岩榴辉岩艺术品榴辉岩艺术品第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征二、变质作用的三大因素二、变质作用的三大因素T、P、流体、流体3.具化学活动性的流体具化学活动性的流体a.a.成分成分:以以H H2 2O O、COCO2 2为主，并含其它易挥发和易流动物质为主，并含其它易挥发和易流动物质b.b.流体分布流体分布:存在于岩石粒间或裂隙中的主要是存在于岩石粒间或裂隙中的主要是H H2 2O O；矿；矿物结构中
10、的是物结构中的是H H2 2O O、COCO2 2；从岩浆分逸出来的是；从岩浆分逸出来的是K,Na,S,F,HK,Na,S,F,H2 2O,COO,CO2 2,SiO,SiO2 2等等.c.c.岩浆流体岩浆流体:深部岩浆上升至浅部深部岩浆上升至浅部,T,T、P P降低降低,分逸出易分逸出易挥发和易流动的物质挥发和易流动的物质K K、NaNa、S S、F F、H H2 2O O、COCO2 2、SiOSiO2 2等等 第五章变质作用与变质岩第五章变质作用与变质岩第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征 第二节第二节 变质作用中原岩的变化变质作用中原岩的变化第三节第三节 变质作用类型及其代表
11、性岩石变质作用类型及其代表性岩石第四节第四节 岩石的演变岩石的演变 第二节变质作用中原岩的变化第二节变质作用中原岩的变化一、一、化学成分的变化化学成分的变化二、二、矿物的变化矿物的变化 三、变质岩的结构三、变质岩的结构 四、四、变质岩的构造变质岩的构造 1.T、P变化时形成变化时形成新矿物新矿物:（1 1）分解）分解岩石通过岩石通过释放或获得某些挥发分而达到平衡释放或获得某些挥发分而达到平衡，形成新，形成新的矿物的矿物.如如:高岭土高岭土(吸热吸热)红柱石红柱石+石英石英+水（高岭土脱水）水（高岭土脱水）方解石方解石+石英石英(吸热吸热)硅灰石硅灰石(放射状放射状+CO2(脱碳酸）脱碳酸）一、
12、化学成分的变化一、化学成分的变化1.T、P变化时形成变化时形成新矿物新矿物:一、化学成分的变化一、化学成分的变化体积大、密度小的矿物变为体积小、密度大的矿物。体积大、密度小的矿物变为体积小、密度大的矿物。(1)橄榄石橄榄石+钙长石钙长石石榴子石石榴子石 42.6 101.0 119 （分子体积）（分子体积）3.3 2.76 3.52 （比重）（比重）(2)石英石英（30Kbar）柯石英）柯石英(120Kbar)斯石英斯石英 2.65 2.93 4.35(比重比重)2.交代作用交代作用：固态下，岩石中固态下，岩石中物质成分交换物质成分交换作用。作用。例例:中酸性岩浆侵入冷的灰岩时中酸性岩浆侵入冷
13、的灰岩时,其其SiO2、Al2O3等等热流体就会进入灰岩热流体就会进入灰岩,并从灰岩中将并从灰岩中将CaO、MgO带出带出,于是在接触带形成矽卡岩于是在接触带形成矽卡岩 一、化学成分的变化一、化学成分的变化3.重结晶作用重结晶作用 Recystalization 定义：小晶体在温度升高的情况下长成更大晶体定义：小晶体在温度升高的情况下长成更大晶体的作用。的作用。石灰岩石灰岩CaCO3大理岩大理岩CaCO3（质纯、洁白的称（质纯、洁白的称汉白玉）汉白玉）石英砂岩石英砂岩(加温加温)石英岩石英岩4.变质分异变质分异：岩石从均匀构造到不均匀条带构造的变质。岩石从均匀构造到不均匀条带构造的变质。一、化
14、学成分的变化一、化学成分的变化5.韧性剪切作用韧性剪切作用发生在地壳中深部位较高温度和定向应力条件下的发生在地壳中深部位较高温度和定向应力条件下的一种变质变形作用。一种变质变形作用。一、化学成分的变化一、化学成分的变化其结果是矿物在被软化其结果是矿物在被软化的塑性状态下发生不对的塑性状态下发生不对称旋转和剪切称旋转和剪切,形成新的形成新的岩石和组构。其岩石称岩石和组构。其岩石称糜棱岩糜棱岩。最终可形成大型韧性剪切带，盛产大中型糜棱岩最终可形成大型韧性剪切带，盛产大中型糜棱岩型金矿。型金矿。韧性剪切带韧性剪切带：由高度应变过的岩石构成的线性变：由高度应变过的岩石构成的线性变质变形带。从该带一侧进
15、入另一侧质变形带。从该带一侧进入另一侧,岩石被扭曲岩石被扭曲,两侧两侧岩块发生了明显剪切位移岩块发生了明显剪切位移,但无明显断面。透入性构但无明显断面。透入性构造贯穿全带造贯穿全带(拉伸线理、剪切面理、组构拉伸线理、剪切面理、组构)。一、化学成分的变化一、化学成分的变化二、矿物的变化二、矿物的变化 片理片理和和变质矿物变质矿物是变质岩的两大重要特征！是变质岩的两大重要特征！变质矿物变质矿物：在变质作用过程中形成的独有矿物：在变质作用过程中形成的独有矿物.主要有主要有:兰闪石、红帘石、红柱石、蓝晶石、矽兰闪石、红帘石、红柱石、蓝晶石、矽线石、十字石、堇青石、硅灰石、柯石英、金刚石线石、十字石、堇
16、青石、硅灰石、柯石英、金刚石(罕见罕见)红帘石红帘石红柱石红柱石 蓝晶石蓝晶石矽线石矽线石十字石十字石堇青石堇青石硅灰石硅灰石33-4433-44为柱状柯石英，新发现的超高压地幔矿物为柱状柯石英，新发现的超高压地幔矿物 金刚石金刚石 变质岩的结构指矿物、变斑晶自身特征、形态、变质岩的结构指矿物、变斑晶自身特征、形态、大小大小,与邻近颗粒的关系与邻近颗粒的关系 1.1.变晶结构变晶结构：原岩发生重结晶或交代作用而形成新：原岩发生重结晶或交代作用而形成新矿物的结构（前者有大理岩矿物的结构（前者有大理岩;后者有石榴石片岩后者有石榴石片岩(有有新生矿物石榴石新生矿物石榴石)2.2.变余结构变余结构：尚
17、残留部分原岩结构者称之为浅变质：尚残留部分原岩结构者称之为浅变质结构（如板岩特有的变余泥质结构、砂质结构）结构（如板岩特有的变余泥质结构、砂质结构）三、变质岩的结构三、变质岩的结构三三 变质岩的结构变质岩的结构3.碎裂结构：碎裂结构：动力变质作用使岩石发生机械破碎而动力变质作用使岩石发生机械破碎而形成的一类结构。形成的一类结构。特点是矿物颗粒破碎成外形不规则的带棱角的碎特点是矿物颗粒破碎成外形不规则的带棱角的碎屑，碎屑边缘常呈锯齿状，并具有扭曲变形等现屑，碎屑边缘常呈锯齿状，并具有扭曲变形等现象。象。4.交代结构交代结构：变质作用过程中，通过化学交代作用：变质作用过程中，通过化学交代作用（物质
18、的带出和加入）形成的结构。（物质的带出和加入）形成的结构。特点是在岩石中原有矿物被分解消失，形成新矿物。特点是在岩石中原有矿物被分解消失，形成新矿物。变质岩的构造：指矿物之间的关系、空间展布方式变质岩的构造：指矿物之间的关系、空间展布方式 1变成构造变成构造：原岩构造（如层理）消失，通过变：原岩构造（如层理）消失，通过变质作用形成的新构造。有以下类型：质作用形成的新构造。有以下类型：四四 变质岩的构造变质岩的构造（1 1）斑点状构造）斑点状构造（2 2）板状构造）板状构造（3 3）片理构造）片理构造（4 4）片麻状构造）片麻状构造（5 5）拉伸线理）拉伸线理（6 6）块状构造）块状构造2.变余
19、构造变余构造：变质岩中残留有原岩的构造。如变：变质岩中残留有原岩的构造。如变余层状、气孔、条带构造等余层状、气孔、条带构造等 随变质程度加深随变质程度加深:斑点状斑点状(spotted)板状构造板状构造(slate)千枚状构造（千枚状构造（phyllite）片状构造（片状构造（schist）片片麻状构造（麻状构造（gneiss）块状构造块状构造(quartzite，矿物无明，矿物无明显定向显定向)四四 变质岩的构造变质岩的构造第五章变质作用与变质岩第五章变质作用与变质岩第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征 第二节第二节 变质作用中原岩的变化变质作用中原岩的变化第三节第三节 变质作用类
20、型及其代表性岩石变质作用类型及其代表性岩石第四节第四节 岩石的演变岩石的演变 第三节变质作用类型及其代表性岩石第三节变质作用类型及其代表性岩石一、接触变质一、接触变质二、区域变质二、区域变质三、混合岩化作用三、混合岩化作用 四、动力变质作用四、动力变质作用一、一、接触变质接触变质 由岩浆活动引起的、发生在火成岩（主要是侵由岩浆活动引起的、发生在火成岩（主要是侵入岩）与围岩接触带范围的变质作用。按照入岩）与围岩接触带范围的变质作用。按照变质变质过程中有无交代作用过程中有无交代作用，可分为接触热变质作用和，可分为接触热变质作用和接触交代作用两种类型接触交代作用两种类型1.接触热变质作用接触热变质作
21、用：岩石受热后发生矿物的重结晶、：岩石受热后发生矿物的重结晶、脱水、脱碳以及物质成分的重组合，形成新矿物脱水、脱碳以及物质成分的重组合，形成新矿物与边境结构。与边境结构。引起变质的主要因素是温度引起变质的主要因素是温度。代表性岩石有：角岩、斑点角岩、大理岩、石英岩等代表性岩石有：角岩、斑点角岩、大理岩、石英岩等2.接触交代变质作用：从岩浆中分泌的挥发性物质，接触交代变质作用：从岩浆中分泌的挥发性物质，对围岩进行作用，导致围岩化学成分发生显著变对围岩进行作用，导致围岩化学成分发生显著变化，产生大量新矿物，形成新的岩石和结构构造。化，产生大量新矿物，形成新的岩石和结构构造。接触交代变质作用主要发生
22、在侵入体与围岩的接触接触交代变质作用主要发生在侵入体与围岩的接触带上，其典型岩石是矽卡岩带上，其典型岩石是矽卡岩一、一、接触变质接触变质绿帘石（黄绿色者）矽卡岩绿帘石（黄绿色者）矽卡岩接触交代变质作用示意图接触交代变质作用示意图一、一、接触变质接触变质二、二、区域变质区域变质1.区域变质作用区域变质作用:在在T、P、流体的综合作用下、流体的综合作用下,区域范围区域范围内发生的变质内发生的变质变质环境及其与温度、压力的关系示意图变质环境及其与温度、压力的关系示意图2.代表性岩石：板岩（赣北浙西瓦板岩）代表性岩石：板岩（赣北浙西瓦板岩）千枚岩千枚岩片岩片岩斜长角闪岩斜长角闪岩片麻岩片麻岩麻粒岩麻粒
23、岩榴辉岩榴辉岩3.代表性矿物：代表性矿物：超高压、高温超高压、高温:C金刚石金刚石diamond 高压、低温高压、低温:角闪石、钠长石角闪石、钠长石兰闪石兰闪石glaucophane 高温、低压高温、低压:黏土矿物黏土矿物红柱红柱(Al2SiO5)Andalousite 高温、高压高温、高压:黏土矿物黏土矿物矽线矽线(Al2SiO5)Sillimanite 中温、中压中温、中压:黏土矿物黏土矿物兰晶石兰晶石(Al2SiO5)Disthene二、二、区域变质区域变质板板 岩岩千枚岩千枚岩二二、区域变质、区域变质（代表性岩石）（代表性岩石）变形的石英片岩变形的石英片岩蓝闪石片岩蓝闪石片岩二二、区域
24、变质、区域变质（代表性岩石）（代表性岩石）眼球状花岗片麻岩眼球状花岗片麻岩榴辉岩榴辉岩二二、区域变质、区域变质（代表性岩石）（代表性岩石）4.变质程度变质程度：不同的变质岩，原岩可能是同一个：不同的变质岩，原岩可能是同一个,称称等等化学系化学系 如如 黏土岩或页岩黏土岩或页岩板岩板岩千枚岩千枚岩片岩片岩片麻岩片麻岩(世界著名的巴罗变质带世界著名的巴罗变质带)二、区域变质二、区域变质三三、混合岩化作用、混合岩化作用 混合化作用混合化作用：由变质作用向岩浆作用转变的一种：由变质作用向岩浆作用转变的一种过渡性成岩作用。有混合化作用所形成的岩石成过渡性成岩作用。有混合化作用所形成的岩石成为混合岩。为混
25、合岩。混合岩由两部分组成：混合岩由两部分组成：基体基体和和脉体脉体 基体基体：变质岩，一般是变质程度较高的各种岩、片：变质岩，一般是变质程度较高的各种岩、片麻岩和斜长角闪岩，颜色较深麻岩和斜长角闪岩，颜色较深 脉体脉体：熔融体，通过熔体和热液注入、交代而新形成：熔融体，通过熔体和热液注入、交代而新形成的岩石的岩石条带状混合岩条带状混合岩肠状状混合岩肠状状混合岩三三、混合岩化作用、混合岩化作用四、动力变质作用四、动力变质作用80年代形成的科学新理论年代形成的科学新理论 动力变质作用动力变质作用:由于地壳运动的影响，岩石在强由于地壳运动的影响，岩石在强烈定向压力下发生变化的一种变质作用。主要表现烈
26、定向压力下发生变化的一种变质作用。主要表现在岩石的变形方面，可分为浅地壳层次的在岩石的变形方面，可分为浅地壳层次的脆性变形脆性变形和中深地壳层次的和中深地壳层次的韧性变质韧性变质-变形变形 脆性变形脆性变形表现为机械破碎，一般不发生物质成分表现为机械破碎，一般不发生物质成分的重组，不形成新矿物，其产物主要有压碎角砾的重组，不形成新矿物，其产物主要有压碎角砾岩、碎裂岩、碎粒岩等。岩、碎裂岩、碎粒岩等。韧性变质韧性变质-变形变形发生在定向应力环境中，其深度一发生在定向应力环境中，其深度一般大于般大于10km，温度在，温度在300以上，多出现在区域变以上，多出现在区域变质岩地区。其质岩地区。其特征是
27、出现糜棱岩特征是出现糜棱岩，常构成，常构成韧性剪切韧性剪切带带。四、动力变质作用四、动力变质作用韧性变质韧性变质-变形示意图变形示意图断裂带的双层构造断裂带的双层构造四、动力变质作用四、动力变质作用第五章变质作用与变质岩第五章变质作用与变质岩第一节第一节 变质作用基本特征变质作用基本特征 第二节第二节 变质作用中原岩的变化变质作用中原岩的变化第三节第三节 变质作用类型及其代表性岩石变质作用类型及其代表性岩石第四节第四节 岩石的演变岩石的演变 第四节第四节 岩石的演变岩石的演变 三大类岩石具有不同的形成条件和环境，而环境和三大类岩石具有不同的形成条件和环境，而环境和条件又随地质作用的发生而变化。
28、因此，在地址历史条件又随地质作用的发生而变化。因此，在地址历史中，总有某些岩石在形成，而另一些岩石在消亡。如中，总有某些岩石在形成，而另一些岩石在消亡。如火成岩（变质岩、沉积岩的情况相同）通过风化、剥火成岩（变质岩、沉积岩的情况相同）通过风化、剥蚀而破坏，破坏产物经过搬运、堆积而形成沉积岩；蚀而破坏，破坏产物经过搬运、堆积而形成沉积岩；沉积岩受到高温作用又可以熔融转变为火成岩。火成沉积岩受到高温作用又可以熔融转变为火成岩。火成岩与沉积岩都可以遭受变质作用而转变成变质岩；变岩与沉积岩都可以遭受变质作用而转变成变质岩；变质岩又可再转变成沉积岩或熔融转变成为火成岩。因质岩又可再转变成沉积岩或熔融转变成为火成岩。因此，三大类岩石是不断相互转换的。此，三大类岩石是不断相互转换的。三大类岩石的转化三大类岩石的转化各种地质作用的关系及三大类岩石的演化各种地质作用的关系及三大类岩石的演化
