地球岩石及其形成作用(9)

2023年12月27日发(作者：金融界三大证书)

地球岩石及其形成作用（9）

胡经国

第三节

变质作用方式

在温度、压力及化学活动性流体作用下，原岩可发生物质成分和结构、构造的变化。但是，这一变化是如何得以完成的呢？了解变质作用的方式有助于了解变质作用的过程。变质作用的方式极其复杂多样，其主要的方式有以下几种。

一、重结晶作用

重结晶作用是指岩石在固体状态下，同种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成粗大颗粒的作用；在这一过程中并未形成新矿物。在重结晶作用过程中，原岩中的矿物发生溶解、组分迁移、重新沉淀结晶，使矿物形态、大小发生变化，但是不产生新矿物。重结晶作用对原岩的改造主要表现在使其矿物颗粒粒度加大、颗粒相对大小均一化、颗粒外形变得比较规则。

重结晶作用最典型例子是，隐晶质石灰岩因其中的方解石重结晶而变成矿物颗粒粗大的大理岩（主要矿物成分仍为方解石）。

重结晶作用在成岩作用中已经出现；而它在变质作用中则表现得更加明显和普遍。

二、变质结晶作用

变质结晶作用是指在变质作用的温度、压力范围内，在原岩总体化学成分基本保持不变的情况下（挥发分除外），原岩中的化学成分重新组合，使原有矿物相发生转变（原有矿物或矿物组合转变为新的矿物或矿物组合）的作用。由于这种作用过程在多数情况下涉及岩石中各种组分的重新组合，并且是以变质反应的方式实现的，因而变质结晶作用又称为重组合作用或变质反应。

变质结晶作用的主要特点是：有新的矿物或矿物组合的形成和原矿物或矿物组合的消失，并且在变质反应前后岩石的总体化学成分基本不变。

三、交代作用

交代作用是指在变质过程中，由于化学活动性流体的运移，与固体岩石之间发生复杂的组分置换即组分的带入和带出的作用；其结果不仅原岩的化学成分发生了变化，而且新矿物产生和老矿物消失同时发生。交代作用是一种比较普遍的变质作用方式。凡是在有化学活动性流体参与的情况下，总会有不同程度的交代作用发生。

例如，含Na+的流体与钾长石（KAlSi3O8）发生交代作用而置换出K+，形成新矿物钠长石（NaAlSi3O8

，斜长石的一种），其反应式如下：

KAlSi3O8+Na+→NaAlSi3O8+K+

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交代作用的特点是：交代作用在固态下和开放系统中进行；原岩化学成分发生改变；原矿物消失（溶解）和新矿物产生同时发生；原岩总体积基本保持不变。

四、变质分异作用

变质分异作用是指将成分、结构、构造均匀的原岩转变成矿物成分、结构、构造不均匀的岩石的各种作用。它是原岩中组分发生迁移和聚集的结果。

五、变形和碎裂作用

在应力作用下，当应力大于岩石弹性极限时，岩石将产生变形。当应力大于岩石强度极限时，岩石将发生破碎，并且伴随在应力作用下的重结晶，使原岩岩性发生变化。

第四节 变质作用类型

一、变质作用分类概述

㈠、分类依据与方法

关于变质作用的分类，各家的分类依据和方法不完全一样。其中，有的侧重于地质特点，有的侧重于物理化学条件，有的侧重于矿物组合和变形作用所产生的结构构造特点。合理的分类应是一个综合分类，既要考虑变质作用形成时的大地构造环境，又要以反映热流变化的变质相和变质相系为基础。

根据变质岩系产出的地质位置、规模和变质相系，同时考虑大多数人的习惯分类方法，可以把变质作用分为局部性变质作用和区域性变质作用两大类。

㈡、变质相

1、变质相的概念

变质相（Metamorphic Facies）是指在一定温度和压力范围内，不同成分的原岩经变质作用而形成的一套矿物共生组合。它们在时间上和空间上重复出现和紧密伴生，每一个矿物共生组合与岩石化学成分之间有着固定的对应关系。

变质相的概念首先由芬兰的P.埃斯克拉于1920年提出。他指出，在恒定的温度、压力条件下，通过变质而达到化学平衡的任一岩石的矿物组成受原岩总化学成分的控制，而与原岩的形成方式无关。这便是最初的变质相概念。

此后，美国F.J.特纳等的工作使变质相的概念更加完整，变质相的划分更加详细。前苏联的Д.С.科尔任斯基和美国的Jr.J.B.汤普森确定了开放体系中活动组分对变质矿物共生组合的影响，扩大了变质相的研究范围。数十年来，在新变质相的建立和不同地区变质相的对比方面存在不少争论。在20世纪70年代初，联邦德国的H.G.F.温克勒提出用变质级代替变质相的建议。但是，变质相的概念在地质学中的应用仍很普遍。根据特纳（1968）的综合，共分为11个变质相，它们代表不同的温度和压力范围。

2、变质相按压力分类

按压力，变质相可分为以下3类。

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⑴、低压变质相

以温度增高为序，低压变质相包括下列4种变质相：

①、钠长绿帘角岩相

该变质相见于接触变质晕的最外部。由于距离接触带较远或所受热变质较弱，因而原岩的结构和某些矿物可以呈不稳定残余而残留下来；若有时可见到铁质、碳质或新生矿物集中，呈斑点状，则称为斑点板岩相。

泥质变质岩的典型矿物组合有石英、白云母、黑云母、绿泥石、红柱石；基性变质岩的典型矿物组合有阳起石、钠长石、绿泥石、绿帘石；钙质变质岩的典型矿物组合有绿帘石、方解石和白云石等。

②、普通角闪石角岩相

该变质相代表较深的接触变质带。泥质变质岩的典型矿物组合决定于原岩中K2O的含量。如果K2O过剩，那么在泥质变质岩中会出现石英、白云母、黑云母、斜长石和微斜长石；如果 K2O不足，那么可以出现一系列高铝硅酸盐矿物，如红柱石、堇青石等，但是它们不与钾长石共生。基性变质岩的常见矿物组合为普通角闪石、斜长石、透辉石、镁铁闪石、黑云母和石英等。

③、辉石角岩相

该变质相常见于规模较大的辉长岩或花岗岩体周围，其矿物组合大多是无水矿物。泥质变质岩的矿物组合为红柱石、夕线石、堇青石、钾长石和石英，但是不见白云母和石英的组合。基性变质岩的矿物组合为紫苏辉石、透辉石、斜长石，有时含有黑云母。钙质变质岩的矿物组合有斜长石、透辉石、钙铝榴石、符山石和硅灰石。

④、透长岩相

该变质相仅见于某些高温侵入体或次火山侵入体的捕虏体或顶棚悬挂体之中。其特点是完全缺失含水和含 CO2的矿物。富铝泥质变质岩的矿物组合为多铝红柱石、夕线石、堇青石、透长石、钙长石、鳞石英等；若有时甚至出现玻璃质，则称为玻化岩。基性变质岩的矿物组合为紫苏辉石、透辉石和钙长石等。

⑵、中高压变质相

中高压变质相与低压变质相的区别是形成的深度较大，压力普遍较高，但是温度变化范围很宽。以温度增高为序有下列5种变质相：

①、浊沸石相

该变质相主要是由显生宙的沉积岩或火山碎屑岩由于受到埋深变质作用而形成。它以片沸石、方沸石开始分解，浊沸石、斜钙沸石、绿泥石、绿帘石和钠长石等矿物的出现为特征。

②、葡萄石－绿纤石相

当温度升高时，该变质相由于浊沸石被葡萄石和绿纤石代替而形成。其典型矿物有：葡萄石、绿纤石、绿泥石、黑硬绿泥石、钠长石、白云母，阳起石和石英。

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③、绿片岩相

该变质相分布较广，在从前寒武纪到中、新生代的变质带中均可出现。其矿物组合以石英、钠长石、白云母、绿泥石、硬绿泥石、绿帘石、方解石、阳起石、黑云母等为常见。在压力较高、温度较低的情况下，可以出现黑硬绿泥石，这时黑云母消失。当温度升高时，若基性变质岩中的阳起石被普通角闪石代替，出现钠长石、绿帘石和普通角闪石的组合，则称为绿帘角闪岩相或高绿片岩相。它是绿片岩相和角闪岩相之间的过渡类型。

④、角闪岩相

该变质相分布较广，各个地质时代均可出现。根据特征矿物，可分为低角闪岩相和高角闪岩相。在低角闪岩相条件下，泥质变质岩中出现蓝晶石、十字石、铁铝榴石、斜长石、黑云母、白云母和石英；若原岩中K2O过剩，则还有钾长石与之共生。在高角闪岩相条件下，泥质变质岩中的白云母和石英组合消失，代之以夕线石和钾长石组合；而基性变质岩则以普通角闪石、斜长石和铁铝榴石组合为特征。

⑤、麻粒岩相

该变质相为高级区域变质相。其主要矿物多为无水矿物。泥质变质岩的矿物组合为夕线石或蓝晶石（低压麻粒岩相有堇青石）、铁铝榴石、斜长石、碱性长石（往往是条纹长石）和石英。在基性麻粒岩中，常出现紫苏辉石、单斜辉石和斜长石组合。若在麻粒岩相的岩石中，含有相当数量的普通角闪石或黑云母，则称为角闪麻粒岩相。它是角闪岩相和麻粒岩相之间的过渡类型。

⑶、极高压变质相

极高压变质相出现于高压环境，以温度增高为序列有下列2种变质相：

①、蓝片岩相

蓝片岩相，又称为蓝闪石片岩相或蓝闪石－硬柱石片岩相，是一种典型的低温高压变质相。它多见于大陆边缘、大洋板块俯冲带上或碰撞型造山带内。已发现的蓝片岩多为显生宙的产物，但是也有属于晚元古代的蓝片岩。其典型变质矿物组合有蓝闪石、硬柱石、文石、硬玉和石英等。当温度升高而压力降低时，若在基性变质岩中除了蓝闪石（青铝闪石、镁钠闪石）以外，还含有温度较高的黝帘石和阳起石，但是不含典型的高压矿物硬柱石、硬玉和石英等，则称为蓝闪绿片岩相。它是蓝片岩相和绿片岩相之间的过渡类型，在元古宙和古生代的副高压变质带内比较发育。

②、榴辉岩相

榴辉岩相的形成温度范围较宽。其典型岩石为榴辉岩，原岩是基性岩；主要矿物组合为绿辉石、铁镁铝榴石，有时含少量蓝晶石、黝帘石、普通角闪石或蓝闪石等。榴辉岩一般不含长石。榴辉岩的形成机制尚未研究清楚。

3、变质亚相

变质亚相是变质相的次一级划分。有些变质相的温度和压力范围较宽，可根据标志矿物或矿物组合进一步划分为几个次一级的温度和压力范围，即变质亚相。变质亚相只具有局部意义，这一概念已较少使用。

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㈢、变质相系

1、变质相系的概念

在一个变质地区，温度的变化常常以一系列的变质相为特征，因而可以用一系列的变质相来表示，这种一系列的变质相称为变质相系（Metamorphic

Faciesries）。也就是说，变质相系是指在一个变质地区，一定的温度、压力范围内形成的一套标型矿物组合序列。

变质相系这一概念首先由都城秋穗于1961年提出。他根据地热梯度的变化范围，将变质相系划分为低压、中压和高压3个压力类型；并且把不同的变质相系与一定的大地构造环境相联系。他认为，在一个变质地区内，由于温度和压力的变化范围较大，往往需要用一系列变质相来表示。不同变质地区可具有不同的变质相系，反映不同变质地区的地热梯度有所不同；它们与当时的大地构造环境有密切关系。

2、变质相系的基本类型

变质相系的分类不能单纯地依靠少数几种指示矿物，因为它们的出现还受到原岩成分的控制。其他对压力具有敏感反应的矿物，也可作为变质相系划分的依据。例如，硅灰石出现于低压变质相系；在基性变质岩中富含钠和铝的角闪石、单斜辉石见于高压变质相系；硅白云母是高压低温变质作用的标志。

根据特征的矿物组合和地热梯度，可将变质相系分为以下3种基本类型：

①、低压型（红柱石－夕线石型）

以泥质变质岩中出现红柱石、夕线石、堇青石为待征，蓝晶石不出现。平均地热梯度大于25℃/公里。由于达到一定温度所需深度较浅，即岩压较低，因而称为低压型。低压相系可出现：浊沸石相→葡萄石－绿纤石相→绿片岩相→角闪岩相→麻粒岩相等前进变质相系列。

②、中压型（蓝晶石－夕线石型）

以泥质变质岩中出现蓝晶石、夕线石为特征。平均地热梯度约为20℃/公里。红柱石、堇青石、蓝闪石不出现，十字石普遍，铁铝榴石在中高级变质岩中出现。中压相系可出现：浊沸石相→葡萄石－绿纤石相→绿片岩相→绿帘角闪岩相→角闪岩相→麻粒岩相等前进变质相系列。

③、高压型（硬玉－蓝闪石型）

以硬玉和石英组合代替钠长石为特征。其形成的地热梯度约为10℃/公里或更低。硬柱石、绿纤石是常见矿物，蓝晶石稳定，而红柱石、夕线石、堇青石等则不出现。高压相系可出现：葡萄石－绿纤石相→蓝片岩相→绿帘角闪岩相→角闪岩相等前进变质相系列。有些地区可出现榴辉岩相，但是不出现麻粒岩相。

这3种基本类型相系的地热梯度，可以根据地热梯度曲线加以标定。不同变质相系的地热梯度曲线有着不同的斜率。

3、变质相系的过渡类型

由于地热梯度的变化范围很大，因而在上述3种基本类型之间尚可有许多5

过渡类型。在过渡型的相系中，矿物组合也具有过渡的特点。例如，在低压相系的岩石中出现十字石时，应属低压过渡型；而在中压相系的岩石中出现蓝闪石或硬柱石时，则应属高压过渡型。

2020年2月13日编写于重庆

2020年4月1日修改于重庆

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