地球科学概论-变质作用

变质作用一、变质作用的因素与方式二、变质作用的基本类型第三节岩石圈三大岩类的演变变质作用的概念

指在地下特定的地质环境中，由于物理、化学条件的改变，使原有岩石基本上在固体状态下发生物质成分、结构和构造变化而形成新岩石的地质作用。由变质作用所形成的新岩石称为变质岩。

变质作用的温度低限150～200℃,高限大致为700～900℃。一旦温度高到使原岩熔融，那么就进入到岩浆作用的范畴。因此，变质作用基本上在固态下进行。如果温度小于150～200℃，就处于成岩作用的范围。注意！

引起变质作用的主要因素是温度、压力及化学活动性流体。

一、变质作用的因素与方式温度

是引起岩石变质的主导因素。它可以提供变质作用所需要的能量，促使一系列的化学反应和结晶作用得以进行；同时温度增高还可使矿物的溶解度加大，增强了流体的渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程。

导致岩石温度升高的主要原因有：①岩浆的侵入作用使其围岩温度升高；②当地壳浅部的岩石进入更深部时,由于地热增温使原岩的温度升高;③由深部热流上升所带来的热量使岩石的温度升高;④岩石遭受机械挤压或破裂错动时由机械能转化的热量使岩石的温度升高，这种热量一般较小或较局限。压力

可分为静压力和动压力。

静压力（围压）：是由上覆岩石的重量引起的压力。它具有均向性，促使矿物内部结构改变，形成密度大、体积小的新矿物。动压力构造运动所产生的定向压力。由于动压力只作用于一定的方向上，因而使岩石在不同方向上产生了压力差。它可以引起矿物的压溶作用，导致原岩发生矿物的重新分异与聚集，造成矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，从而改造了原岩的结构与构造。化学活动性流体

是指在变质作用过程中存在于岩石空隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的流体。这种流体以H２O及CO２为主,并包含有多种其它易挥发物质及其溶解的矿物成分。在地下温度、压力较高的条件下，该流体常呈不稳定的气－液混合状态存在，因而具有较强的物理化学活动性，在变质过程中起着十分重要的作用。

化学活动性流体可以促使矿物组分的溶解和迁移，引起原岩物质成分的变化；即流体本身也积极参与了变质作用的各种化学反应。此外，流体的存在还会大大降低岩石的重熔温度，使变质作用的高温界限变低。流体的作用

化学活动性流体来源：岩石空隙中原存的孔隙水；变质过程中从矿物结构中析出的H２O及CO２等挥发性物质；从岩浆中分离出的挥发性组分；从地下深处分异上升的深部热液等。1、重结晶作用

是指岩石在固态下，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。例如，石灰岩大理岩

隐晶

显晶

变质作用的主要方式2、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。由于这种变化过程多数情况下涉及岩石中各种组分的重新组合，并以化学反应的方式完成，故又称重组合作用或变质反应。绿片岩相角闪岩相蓝片岩相麻粒岩相榴辉岩相角岩相沸石相

例如，高岭石在大于350℃左右的温度时可转变为叶腊石；此时静岩压力低于300MPa易形成红柱石，如高于300MPa则形成兰晶石；当温度在500～660℃之间则变成十字石及石英；温度高于660℃则变成石榴子石与矽线石。3、交代作用

是指变质过程中，化学活动性流体与固体岩石之间发生的物质置换或交换作用，其结果不仅形成新矿物，而且岩石的总体化学成分发生改变。如：

KAlSi3O8+Na+→NaAlSi3O8+K+(钾长石)(带入)(钠长石)(带出)

变质作用发生的地质条件是极其复杂多样的，一般根据变质作用发生的地质背景和物理、化学条件，将变质作用划分为以下四种主要类型：1、接触变质作用2、动力变质作用3、区域变质作用4、混合岩化作用二、变质作用的基本类型

是在岩浆侵入体与围岩的接触带上，主要由岩浆活动所带来的热量及挥发性流体所引起的一种变质作用。接触变质作用的主要变质因素是温度及化学活动性流体，压力居比较次要的地位。接触变质作用的温度较高，一般为300～800℃，接触变质作用发生的深度不大，通常在10km以内，为高温、低压的变质环境，其地温梯度常达到6℃/100m以上。1、接触变质作用

接触变质作用围绕岩体周围发生，且离侵入体越近变质作用越强，远离侵入体则减弱直至完全没有变质现象，因而形成一个以岩体为中心、变质程度向外减弱的环带状接触变质带，称为变质晕。变质晕的宽度一般为几米至1－2km,这种变化主要受侵入体的规模、产状、成分、温度以及围岩的性质等因素控制。变质晕

按引起接触变质的主导因素及变质作用方式的不同，接触变质作用可分为两种：接触热变质作用、接触交代变质作用。

接触热变质作用

引起接触变质的主导因素是岩浆侵入造成的温度升高，变质作用的方式主要为重结晶作用和变质结晶作用，变质作用前后岩石的总体化学成分无显著改变。接触变质变质作用的类型接触交代变质作用

引起变质的因素除温度以外，从岩浆中分泌的挥发性物质所产生的交代作用具有重要意义。在这一过程中原岩有物质成分的带入和带出，因而变质前后原岩总体化学成分有显著变化，同时伴有大量新矿物产生。可形成矽卡岩。

是指在构造运动所产生的定向压力作用下,岩石发生的破碎、变形以及伴随的重结晶等的作用。这种变质作用主要发生在构造运动使相邻的两个岩石块体之间发生相对运动时的接触带上，这种接触带被称为断裂带或断层带，所以，动力变质作用又被称为断裂（或断层）变质作用。2、动力变质作用

动力变质作用及其所形成的动力变质岩在平面上和剖面上均呈线性或带状分布，动力变质岩也称为断层岩，如碎裂岩和糜棱岩。动力变质带的宽度可从几厘米到几公里，大型的甚至可达几十公里；动力变质带的长度一般几公里到几百公里，大型的长达1000km以上。动力变质带的规模往往与其发育的历史长短及两侧岩块的相对运动强度、断层规模等有紧密关系。断层带动力变质岩的剖面结构

在广大范围内发生并由温度、压力及化学活动性流体等多种因素共同引起的一种变质作用。其范围可达数千至数万平方公里以上，深度可达30km以上。区域变质作用的温度下限(最低)约200～300℃，上限(最高)约700～800℃,静压力随深度不同变化在几十到一千多兆帕斯卡之间。此外,还存在着较强的定向压力作用。

3、区域变质作用

变质作用与变质岩类型示意图1－动力变质作用；2－接触热变质作用；3-接触交代变质作用；4－区域变质作用；5－混合岩化作用

区域变质作用的方式包括重结晶作用、变质结晶作用和交代作用等多种，其中尤其以变质结晶作用最为普遍。

区域变质作用的发生常常和构造运动有关。构造运动可以对岩石施加强大的定向压力，使岩层弯曲、柔皱、破裂；也可以使浅层岩石沉入或卷入地下深处，以遭受地热增温和围压的作用。构造运动还能导致岩浆的活动，从而带来热量和化学物质；或者导致深部热液的向上运移。（1）低压区域变质作用

发生的深度较浅，一般小于15km；压力较小，一般为200～400MPa；温度通常较高,可高达600℃以上;局部或暂时性的地温梯度很高,约25～60℃/km，通常属于高热流或地热异常区。

区域变质作用按压力可分为3种类型：低压区域变质作用、中压区域变质作用、高压区域变质作用（2）中压区域变质作用发生的深度较大，一般大于10km；压力也较大，一般300～800MPa;区域地温梯度中等,一般16～25℃/km，平均20℃/km；温度随深度不同而不同，一般为300～600℃。（3）高压区域变质作用发生的深度大，一般大于10km；压力大，一般300～1000MPa,甚至可更高,并且伴有强的构造动压力作用;温度较低,一般只有200～400℃;局部或暂时性的地温梯度很低，一般7～16℃/km，平均只有10℃/km左右。绿片岩相角闪岩相蓝片岩相麻粒岩相榴辉岩相角岩相沸石相

从岩石的结构、构造上来看，泥质岩随着变质程度的加深，变质岩种类变化最明显，可以由变质最浅的板岩、依次变为千枚岩、片岩、片麻岩直到麻粒岩；

中酸性的岩浆岩可变成片麻岩和麻粒岩；

偏基性的岩浆岩可变质为片岩和角闪片岩等。

石灰岩或石英砂岩，变质后的变化序列不明显，一般都变成大理岩或石英岩。

是由变质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用。其主要特征：原岩局部或部分重熔的熔体物质与尚未重熔的固态物质发生互相交插与混合，通常是区域变质作用在地热流增高条件下进一步发展的结果。混合岩化作用形成的岩石称混合岩。

4、混合岩化作用

混合岩化作用发生的深度较大，其温度通常很高，一般达600℃以上;压力一般中等;化学活动性流体或热液十分普遍,并起着十分重要的作用,如引起原岩中的一些组分熔点降低,导致交代作用等。混合岩一般由基体和脉体两部分组成。

混合岩的条带状构造（左）和肠状构造（右）第三节地壳