变质岩-第2章 变质岩的基本特征

三大类岩石，密切相关、互相转化,2,第二章变质岩的基本特征,一、物质成分二、结构和构造三、变质岩分类,一 变质岩的化学成分,变质岩的化学成分取决于原岩成分和变质作用的特点。,第一节 变质岩的物质成分,5,化学成分,矿物组合,组成,基本特征,构成,结构,构造,成因分析，由什么变来，如何变化？,分类命名,岩相学petrography,岩理学petrogeneisis,6,变质作用特点对成分的影响：,无交代作用的变质岩，和原岩化学成分几乎完全相同。 有交代作用的变质岩，化学成分发生很大的变化，变化的程度受交代作用的性质和强度控制。 据此可划分为两类，一类是等化学变质作用；另一类是异化学变质作用。,7,等化学变质是指变质作用过程中不伴随交代作用，原岩组分中除H2O、CO2外，其它组分基本保持不变的变质作用。变质作用是在封闭系统中进行的，如接触热变质作用和区域变质作用。 异化学变质是指在变质作用过程中有明显的交代作用和元素的带出带入，原岩组分中除H2O、CO2外，其它组分也有明显变化的变质作用。变质作用是在非完全封闭系统中进行的。如气液变质作用及一部分混合岩化作用。,8,等化学变质 变质岩化学成分 原岩化学成分 异化学变质 变质岩化学成分 原岩化学成分 交代作用类型 和强度,9,追溯变质岩原岩的特点？,在等化学变质情况下，变质岩的化学成分（除H2O、CO2外）取决于原岩的化学成分。因此可根据变质岩的化学成分恢复原岩类型。一般来说，源自岩浆岩的正变质岩与源自沉积岩的副变质岩在化学成分上有较大差别。,即使是异化学变质， 一般变质作用基本不改变原岩的主要化学成分，也或多或少可追索出原岩化学成分变异的某些特点。,10,等化学系列指原始化学成分相同的所有岩石。 矿物组合的不同是由变质作用的类型和强度决定的。如基性岩石在区域变质条件下，随着变质程度的增高可出现 绿片岩绿帘角闪岩斜长角闪岩斜长辉石岩 构成一个等化学系列。,变质岩的化学成分: 是变质岩分类的基础。并提出了等化学系列、等物理系列的概念。,12,等化学系列原岩类型化学成分特征特征变质矿物富铝系列泥岩、页岩等 富Al2O3、 SiO2 铁铝榴石、硬绿泥石、 蓝晶石、红柱石、夕线石 K2O，贫CaO 十字石基性系列基性岩浆岩和 富CaO、FeO*、 绿帘石/黝帘石、角闪石、铁质白云质 MgO，Na2OK2O 单斜辉石、斜方辉石、石榴石泥灰岩绿泥石长英质系列各种砂岩、 富SiO2、Na2O、K2O石英、斜长石、钾长石粉砂岩，云母等中酸性岩浆岩 贫FeO,MgO,CaO碳酸盐系列石灰岩和白云岩 富CaO或富MgO滑石、铁铝榴石、透闪石透辉石、镁橄榄石和硅灰石等超基性系列超基性岩浆岩 富MgO FeO滑石、蛇纹石、透闪石、,五个等化学系列特征对比表,13,等物理系列指同一变质条件下形成的所有岩石，其矿物组合的不同是由原岩化学成分决定的。如一个变质相中的所有岩石。低级变质绿片岩相形成的岩石：云母片岩、透闪石大理岩、绿片岩、蛇纹岩等,14,二. 变质岩的矿物成分,变质岩的矿物成分是化学成分的直接反映。它既取决于原岩的成分特点，也与变质作用的类型和强度有关。变质岩的化学组成变化范围大、温压变化范围宽、且变质作用过程中有应力和流体参与，所以变质岩的矿物成分与岩浆岩和沉积岩的矿物成分相比更为复杂多样。 （一）主要造岩矿物在岩石中的分布,15,常见矿物在三大岩中的分布,16,（二）变质岩(矿物成分)的一般特点,1.矿物的化学成分特点：1）变质岩中广泛出现铝的硅酸盐类矿物如（Al2SiO5）红柱石、蓝晶石、夕线石，如铁镁铝的铝硅酸盐类堇青石、十字石等特征变质矿物。2）变质岩中可出现不含铁的镁硅酸盐（Mg2SiO4）类矿物（如镁橄榄石）和复杂的钙镁铁锰铝的硅酸盐，如石榴子石类X3Al2（SiO4）类矿物。,17,3） 富钙的硅酸盐类矿物如透辉石、透闪石、符山石、石榴石等是接触交代变质的特征变质矿物。 4）纯钙的硅酸盐如硅灰石(CaSiO3），为变质岩所特有。 5）变质岩中含（OH）的矿物比岩浆岩中多。,18,2.矿物的内部结构和其它特点,1）变质岩中层状、链状结构的矿物（绿泥石、云母、角闪石、辉石等）较多，常发育较多的鳞片状、纤维状、针状、柱状矿物，且这些矿物的平均延展性（长宽之比）比岩浆岩中的同类矿物为大。如黑云母在岩浆岩中的延展性一般的1.5左右，而在变质岩中可达710。,19,2）变质岩中常发育有分子排列极紧密的矿物，这种矿物分子体积较小、比重较大，如石榴子石。 3）变质岩中同质多象（多形）矿物发育，如红柱石、蓝晶石、夕线石。 4）斜长石的环带结构在变质岩中较为少见。 5）变质岩中矿物的变形现象发育。,20,（三）变质岩矿物的成因分类,1. 不稳定矿物（残余矿物） 是指对于某一变质作用的PT条件来说是不平衡的、呈准稳定态残存的原岩中早先存在的某些矿物。 它们的存在是由于变质反应不彻底造成的，它们与新形成的变质矿物之间常有各种反应或交代结构存在，呈现明显的置换关系。,21,2. 稳定矿物 指在一定的变质作用条件下能够稳定存在的矿物。 它们可以是原先已有但在该条件下仍然稳定平衡的矿物，也可以是在该条件下由变质反应产生的新矿物。通常所说的组成某一岩石的矿物共生组合，就是指稳定矿物的共生组合。 稳定矿物按形成的时期和稳定范围进一步分为：,22,按矿物形成的时期：,1）新生矿物（变晶矿物）： 在变质作用过程中新形成的矿物。如红柱石、堇青石、刚玉等； 2）原生矿物： 在变质作用过程中保留下来的原岩中的矿物。如云英岩中的石英。,23,按矿物在变质过程中的稳定范围：,1）贯通矿物 指对温压条件变化不敏感，可在很大PT范围内稳定的矿物。 如石英、斜长石等。这些矿物本身一般不具有指示温压条件的意义。 * 2）特征变质矿物 指对温压条件变化敏感、稳定的PT范围窄的矿物。 特征变质矿物能够指示变质作用的性质、强度和原岩成分，因而具有重要的岩石学意义。,变质岩的矿物共生组合是指变质作用过程中同时形成并彼此共存的一组矿物。,爱斯科拉（Eskola.P.）指出化学成分基本相同的原岩在不同的温压条件下形成不同的矿物组合，大体相同的温压条件下形成的矿物组合随原岩总体化学成分的不同呈有规律的变化。这就是变质相的基本思想。,（四）变质岩矿物共生组合的规律,补充，了解内容,25,Fyfe和Turner于1966的提法：一个变质相指一定的温度、压力区间内的一整套变质矿物共生组合，它们在时、空上反复出现并密切伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合和岩石总体化学成分之间有着固定的因而也是可以预测的对应关系。,26,变质岩的矿物共生组合是指变质作用过程中同时形成并彼此共存的一组矿物。共生组合是一定条件下反映平衡的产物，服从吉布斯（Gibbs）相律：F = C + 2- PP：相数 F：自由度 C：独立组分在变质作用过程中：在任意的温度、压力下，同时稳定存在的矿物数，小于或等于组成矿物的组分数矿物相律自由度F2，P C,27,Eskola 指出：“在任何一种变质形成的岩石内，通过变质作用在固定的温度、压力下达到化学平衡，此时岩石中的矿物成分仅受原岩化学成分的控制。”原岩化学成分为：SiO2 ，Al2O3的岩石，可能生成的矿物有石英、刚玉、红柱石、蓝晶石、矽线石等（如含有其他组分还可生产更多的矿物）。但在达到平衡的条件下，只能稳定出现其中的一种或两种矿物。具体出现哪些矿物或矿物组合，取决于岩石的化学成分和变质作用条件。,28,29,第二节 变质岩的结构构造,变质岩的结构、构造是变质作用条件和变质作用演化历史的直接记录，是变质岩重要的鉴定特征，也是变质岩命名的重要依据之一。许多变质岩的基本岩石类型名称都与其结构、构造直接相关。 对变质岩结构、构造的观察、描述是变质岩岩石学研究中最基础、也是最重要的工作之一。,30,一、变质岩的结构,按照成因分为四种类型：（一）变 余 结 构（二）变 晶 结 构（三）交 代 结 构（四）碎 裂 结 构,31,（一）变余结构,在变质作用过程中，由于变形、重结晶和变质结晶作用不强烈，原岩结构特征没有被彻底改造，部分地被保留下来时，称为变余结构，也称残余结构。 变余结构总的特点是：外貌上具原来沉积岩或岩浆岩的结构特征，而矿物成分上则表现出一些变质矿物的特点，有时也保留了一些原岩矿物的特点。,32,变余结构的命名在原结构名称之前加“变余”二字。原岩为岩浆岩的变余结构：变余花岗结构、变余斑状结构等。原岩为沉积岩的变余结构：变余砾状结构、变余砂状结构。,33,34,变余粉砂结构,35,（二）变晶结构,变晶结构岩石在基本保持固态的条件下发生重结晶和变质结晶形成的结晶结构。变晶结构是变质岩最常见的结构。变晶结构与岩浆岩中的结晶质结构有些相似（全晶质）。但由于形成条件不同，其结构特征也有明显区别。,36,1. 变晶结构的一般特点,1）除变斑晶外，变晶矿物的自形程度都较差，多为他形或半自形，全自形晶少见。2）变晶矿物没有明显的结晶顺序，晶体自形程度的差别取决于结晶势，结晶能力强的矿物自形程度高。而且一般变质矿物颗粒排列紧密，彼此镶嵌或相互包裹，如一处甲矿物包裹了乙矿物，另一处则有乙矿物包裹了甲矿物的现象。,37,3）变斑晶的形成一般与基质矿物同时或稍晚，所以变斑晶中常含有大量的基质矿物包裹体（与岩浆岩中斑晶形成较情况？）。 4）柱状、片状及放射状矿物比较发育，且多为定向排列。柱状、片状矿物的延展性比岩浆岩中的大，浅色矿物（石英、长石、碳酸盐矿物等）多具优选方位，发育波状消光、双晶弯曲等变形现象（这与？有关）。,39,2. 变晶结构的类型,变晶结构根据变晶矿物的粒度大小（相对大小、绝对大小）、形状以及颗粒间的相互关系进一步划分。1）根据变晶矿物的粒度：按变晶矿物粒度的绝对大小分为：,粗粒变晶结构 粒度3mm 中粒变晶结构 粒度13mm 细粒变晶结构 粒度0.11mm 显微变晶结构 粒度0.1mm,41,根据变晶粒度的相对大小可划分为：,等粒变晶结构 主要变质矿物的粒度大致相近。石英岩、大理岩、变粒岩中常具此种结构。接触变质岩的“角岩结构”也属此类。不等粒变晶结构 主要变质矿物的粒度不等，但粒度变化基本上是连续的。斑状变晶结构在大量较细粒矿物集合体（变晶基质）中分布有粒度特别粗大的斑状晶体（变斑晶），基质和变斑晶粒度相差悬殊。,42,变斑晶,片状矿物定向排列,43,斑状变晶结构,44,2. 按变晶矿物的形状划分,1）粒状变晶结构 岩石主要由近等轴状的粒状矿物组成（如石英、方解石、长石等）。矿物颗粒如具较规则的接触界面称镶嵌粒状变晶结构。矿物颗粒若呈锯齿状接触则称缝合粒状变晶结构。粒度较粗的粒状变晶结构可称花岗变晶结构。热接触变质作用形成的显微粒状变晶结构称角岩结构。,45,镶嵌粒状变晶结构,缝合粒状变晶结构,46,47,2）鳞片变晶结构 岩石主要两向延长的片状矿物（层状硅酸盐类）组成。如云母类、绿泥石类、滑石等。片状矿物常作定向排列构成结晶片理（构造），有时也可呈非定向排列，导致岩石呈块状构造。3）纤状变晶结构：岩石主要由纤维状、针状或长柱状矿物组成。如阳起石、透闪石、夕线石等（链状硅酸盐类）。这些矿物可做定向或不定向排列。也可作向心状和束状排列，可分别称向心结构和蒿束结构。,48,鳞片变晶结构,49,纤维状变晶结构,蒿束结构,50,3.按变晶矿物间的相互关系划分,1）包含变晶结构在较大的变晶矿物（主晶）中，包裹一些不定向的细小矿物颗粒（客晶）。2）筛状变晶结构：变斑晶中包裹的矿物很多，呈筛网状。3）残缕结构：变斑晶中的细小矿物包裹体呈定向排列，并与变晶基质中的同种矿物断续相连。,51,包含变晶结构,52,斑状变晶结构和残缕结构,53,残缕结构,54,残缕结构,55,（三）交代结构,由交代作用形成的，岩石中原有矿物或矿物集合体被新的矿物或矿物集合体所取代的现象。交代蚕食结构 : 交代作用仅在矿物边部进行，使矿物边缘界线复杂化，多为港湾状、蚕食状等。交代残留结构 ： 交代作用沿解理或裂隙进行，使被交代矿物分割为零星的孤岛状，残留在新的交代矿物中。,56,交代净边结构：在被绢云母交代的斜长石边缘出现洁净的钠长石边。交代假象结构：原有矿物全部被交代而成的新矿物取代，但仍保留原矿物的形态。交代穿孔结构：交代形成的新矿物在被交代矿物中呈浑圆状、乳滴状零星分布。交代蠕虫结构：交代形成的新矿物呈蠕虫状分布在被交代矿物之中。,57,交代残留结构,交代假象结构,58,交代穿孔结构,交代蠕虫结构,59,（四）碎裂结构（动力变质结构）,岩石受应力作用形成的结构。1. 碎裂结构：由脆性变形形成，矿物颗粒产生裂隙、裂开并在颗粒的接触处和裂开处形成小碎粒。 矿物颗粒的外形呈不规则棱角状、锯齿状，但破碎的矿物颗粒没有明显的位移。,60,碎 裂 结 构,61,2. 碎斑结构,岩石受应力破碎时，由于破碎的强度不同，矿物常可分为大小两群碎斑和碎基。由碎斑和碎基两部分构成时称碎斑结构。碎斑以不规则的破碎边缘、较多的裂隙、波状消光及边缘颗粒化为特征。碎基粒度很小，甚至可是隐晶质的粉末状。,62,碎 斑 结 构,63,3. 糜棱结构,矿物颗粒几乎全部被破碎呈微粒状（或细粒、隐晶质），并发生矿物的韧性流变现象破碎的微粒呈明显的定向排列，碎斑分布于细粒至隐晶质基质中。基质含量50%90%，碎斑颗粒具显微破裂、圆化现象。矿物晶内塑性变形现象很普遍，如波状消光、亚颗粒化、扭折、机械双晶、变形纹等。,64,糜棱结构,变质岩结构的观察、描述和命名,66,变质岩的观察和命名：对结构全面的观察和分析常不止一种结构类型，依据主次关系，主要的放在后面，次要的放在前面。如鳞片粒状变晶结构。命名原则：1）矿物名称+基本名称矿物排列按“少前多后的原则”具有特殊指示意义的矿物，含量少，也要参与命名，“含-”2）当原岩特征清楚时，可用“变质+原岩名称”或“变+原岩名称”,67,二、变质岩的构造,变质岩的常见构造有：变余构造变成构造混合岩的构造,68,（一）变余构造（残留构造）,变质作用对原岩构造改造不彻底使原岩构造的某些特点得以保留，构成变余构造。正变质岩常见的变余构造有：变余杏仁构造、变余流纹构造等。副变质岩常见的有：变余层理构造，变余波痕构造、变余泥裂构造等。,69,Biotite hornfels, Hornfels is a fine-grained contact metamorphosed rock. The layers of biotite in this sample probably represent or