变质岩石学课件

第三章变质岩的成分特征1.第一节变质岩化学成分和化学类型的划分一、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。总体来说，变质岩的化学成分主要仍由SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、H2O及CO2等氧化物组成。但是，与岩浆岩、沉积岩相比，这些氧化物的变化范围很大，与它们在岩浆岩和沉积岩中变化的总范围相当。2.原岩的化学成分在变质作用过程中是否发生变化，取决于变质作用的特点。据此，可把变质作用划分为两类：等化学变质作用：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；异化学变质作用：伴有交代作用，在变质作用过程中有元素的带出带入，原岩组分中除H2O、CO2外，其它组分也有明显变化的变质作用。过程中系统是开放的。3.

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。可根据变质岩的化学成分恢复原岩类型和划分对比变质地层。正变质岩与副变质岩在化学成分上有下列差别：SiO2：正变质岩为34～80%，副变质岩为0～95%，变化范围很大；Al2O3：正变质岩不超过40%，副变质岩可高达90%以上；4.Fe2O3+FeO：正变质岩一般＜15%，副变质岩可＞30%，形成富铁质岩石；MnO：正变质岩＜2%，副变质岩可＞20%（富锰质岩石）；CaO：正变质岩不超过23%，富钙的副变质岩可＞50%；K2O/Na2O：正变质岩中常＜1，副变质岩中常＞1，可达2～3；P2O5：正变质岩中很少超过3%，副变质岩中可＞10%，甚至达40%（磷灰岩）。5.在异化学变质情况下，变质岩的化学成分既取决于原岩的化学成分，又受控于交代作用的类型和强度。

用岩石化学方法研究交代变质岩的化学成分特点，可推断其原岩成分特点，了解交代过程中元素带出带入的情况，查明交代作用的特点和强度。

6.变质作用过程中，原岩的矿物成分、结构构造都要发生改变，有的甚至变得面目全非。然而，一般变质作用基本不改变原岩的主要化学成分，即使是异化学变质，也或多或少可追索出原岩化学成分变异的某些特点。因此，变质岩的化学成分是恢复原岩和划分对比变质地层的重要标志之一。变质岩的化学成分在变质成矿作用研究中也具有重要的意义。越来越多的资料表明，一定的矿床往往赋存在具有一定化学成分特点的变质建造（含矿建造）中。7.岩石的成分也是变质岩分类的基础。对于一般的变质岩，多数学者都很重视等化学系列和等物理系列的划分。等化学系列：原始化学成分相同的所有岩石，其矿物组合的不同是由变质作用的类型和强度决定的。等物理系列：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。8.二、变质岩化学类型的划分Grubenmann（1904）把全部变质岩按各自的化学成分特点划分为十二类：（1）酸性岩；（2）粘土质岩；（3）中性岩；（4）基性岩；（5）超基性岩；（6）碱性岩（硬玉岩）；（7）碱性岩（钠闪石岩）；（8）砂岩；（9）不纯碳酸盐岩；（10）碳酸盐岩；（11）铁质沉积物；（12）铝土矿。特纳（1955）把常见的变质岩归纳为五种化学类型：9.1.泥质变质岩源自泥质（铝质）沉积物。2.长英质变质岩包括变质的砂岩（长石砂岩、长石石英砂岩）、酸性凝灰岩和中酸性岩浆岩。3.钙质变质岩源自灰岩和白云岩（可含石英、粘土矿物等杂质）等钙质沉积物。4.基性变质岩

由基性岩浆岩、凝灰岩及含较多的Ca、Al、Fe、Mg的不纯泥灰质沉积物变质而成。主要原岩是基性火成岩，包括侵入和喷出的各个种属及化学成分上与之相当的杂砂岩和铁质白云质泥灰岩。10.5.镁质变质岩

源自超基性岩浆岩和绿泥石质及其它富含Mg、Fe的沉积物。原岩类型是橄榄岩、纯橄岩、辉石岩等超镁铁质岩石及化学成分与之相当的沉积岩。五大类常见岩石中，以泥质和基性岩石对温、压条件的变化最为敏感，有重要的岩石学意义。富钙质和镁质的岩石对温压的变化亦较敏感，长英质岩石则对温压变化不敏感。11.第二节变质岩的矿物成分一、变质岩矿物成分的一般特点变质岩的矿物成分是其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。由于变质岩的化学组成变化范围很大、温压变化范围也很宽、而且在变质作用过程中有应力和流体参与，这些因素决定了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。12.（一）主要造岩矿物在岩石中的分布

1.岩浆岩中的主要矿物（长石、石英、云母、角闪石、辉石等）在变质岩中也是主要矿物，但它们在变质岩中的含量变化范围很大。

其主要原因是变质岩的化学成分范围较宽、变质岩矿物生成温度比岩浆岩的低。

2.鳞石英、玄武闪石、霓石及副长石类等高温矿物为岩浆岩所特有，在变质岩中极为罕见。13.

3.典型的沉积矿物如粘土矿物、海绿石等为沉积岩所特有，仅在变质较浅时可作为残余矿物在变质岩中出现。

4.特征变质矿物主要出现在变质岩中。如刚玉（Co）、红柱石（And）、夕线石（Sill）、蓝晶石（Ky）、铁铝榴石（Alm）、十字石（St）、堇青石（Cord）、白云母（Ms）(泥质变质岩中),钙铝榴石（Gros）、硅灰石（Wo）、符山石（Ves）、透辉石（Di）（钙质变质岩类），角闪石类、辉石类（基性变质岩中），滑石（Tc）、直闪石（A）（镁质变质岩中）等。14.（二）矿物的化学成分特点（与岩浆岩对比）

1.变质岩中广泛出现铝的硅酸盐类矿物（Al2SiO5）。如红柱石、蓝晶石、夕线石等。

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[X3Al2（SiO4）]类矿物（如石榴子石类），而岩浆岩中一般是铁镁呈类质同象的正硅酸盐[（Fe,Mg）2SiO4]。15.

3.变质岩中可出现铁镁铝的铝硅酸盐类矿物如堇青石、十字石，岩浆岩中只出现钾钠钙的铝硅酸盐类矿物如各种长石。

4.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。

6.变质岩中碳酸盐类矿物分布广泛。16.（三）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，常发育有较多的鳞片状、纤维状、针状、柱状矿物，且这些矿物的平均延展性（长宽之比）比岩浆岩中同类矿物的平均延展性大。

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7～10。17.

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象发育。18.19.二、变质岩五大化学类型的化学成分和矿物成分特点原岩是变质岩的物质基础，变质岩的矿物成分首先取决于原岩的化学成分。如果变质作用过程中不伴随明显的交代作用，则一定化学类型的变质岩与一定的矿物成分相对应。反过来说，研究岩石的矿物成分则可推断岩石的化学类型。20.（一）泥质变质岩

化学成分特点是Al2O3、K2O含量高。K2O的过剩和不足对矿物组合影响很大。据此可分为两个亚类：

1.

Al2O3过剩（K2O不足）的泥质变质岩：原岩为高岭石粘土岩、蒙脱石粘土岩等。变质岩矿物成分特点是含富铝矿物，中低温时无钾长石，高温时出现钾长石。21.

2.

K2O过剩（Al2O3不足）的泥质变质岩：原岩为水云母粘土岩类。矿物成分特点是含钾长石，中低温时无富铝矿物，高温时出现富铝矿物（夕线石、堇青石、石榴子石等）。两亚类中矿物成分总的特点：云母含量高，石英常见；中低温时富铝矿物与钾长石不共生，两类岩石中矿物组合明显不同；高温时富铝矿物与钾长石共生，两类岩石中矿物组合相同，但矿物含量有差别：铝过剩的泥质变质岩中富铝矿物含量高、钾长石少，钾过剩的泥质变质岩情况相反，钾长石含量高、富铝矿物少。22.（二）长英质变质岩

该类岩石的化学成分与泥质变质岩的明显差别是SiO2含量高，通常K2O过剩、Al2O3不足。其矿物成分以石英、长石为主，矿物组合与K2O过剩的泥质变质岩相同，但矿物含量差异明显。23.（三）钙质变质岩

化学成分特点是CaO含量高，可含一定量的MgO、FeO、Al2O3、SiO2，变化范围大。

矿物成分以碳酸盐矿物（方解石、白云石等）和钙镁硅酸盐矿物（硅灰石、透辉石、阳起石、透闪石等）为主，可含一定量钙铝硅酸盐矿物（绿帘石、方柱石、钙质斜长石、钙铝－钙铁榴石、符山石等）及石英。24.（四）基性变质岩

化学成分特点是MgO、FeO、CaO含量高，含一定量的Al2O3。

矿物成分特点是富含斜长石、绿帘石、绿泥石、单斜辉石、单斜闪石（透闪石、阳起石、普通角闪石）、斜方辉石、铁铝—镁铝榴石及黑云母等铁镁钙的硅酸盐、铝硅酸盐矿物，可含一定量的石英。25.（五）镁质变质岩

化学成分特点是富MgO、FeO，贫CaO、Al2O3和SiO2。

矿物成分特点是缺少长石、石英，富含富镁（铁）的矿物（蛇纹石、滑石、水镁石、菱镁矿、直闪石、镁铁闪石、紫苏辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、黑云母、铁铝－镁铝榴石等）。26.上述化学成分和矿物成分特点是SiO2饱和时的一般情况。当岩石中SiO2不饱和时，上述情况就复杂化了，岩石中将不出现石英而代之以刚玉、尖晶石、水镁石、镁橄榄石等硅不饱和矿物。27.三、变质岩矿物的成因分类（一）不稳定矿物（残余矿物）指对于某一变质作用的P－T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。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。不稳定矿物常见于低级变质岩和退变质岩中，在变质作用历史研究中具有重要的意义。28.（二）稳定矿物指在某一变质作用条件下由变质结晶和重结晶作用形成的矿物。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所产生的新矿物。稳定矿物对变质作用条件研究有重要的意义。通常所说的组成某一岩石的矿物共生组合，当指稳定矿物的共生组合。稳定矿物按其稳定的P－T范围的宽窄可进一步分为：29.1.贯通矿物

指对温压条件变化不敏感，可在很大P－T范围内稳定的矿物。如石英、方解石等。这些矿物一般不具有指示温压条件的意义。2.特征矿物

指对温压条件变化敏感、稳定的P－T范围较窄的矿物。特征矿物能够指示变质作用的P－T条件，常作为划分等变线的标志，因而具有重要的岩石学意义。如Al2SiO5的三种多形变体，红柱石指示低压、蓝晶石指示中压－较高压、夕线石指示高温（中压）等。30.四、变质岩矿物成分与变质作用温压条件的关系原岩化学成分特征决定着变质过程中可能出现哪些矿物，但具体哪种矿物出现或哪几种矿物同时出现则取决于变质作用的P－T条件。如硅质石灰岩在压力为105Pa、温度高于470℃时，才形成硅灰石（＋方解石或石英）；富铝的沉积岩在不同温度和压力条件下可分别出现红柱石、蓝晶石、夕线石等。31.对于特定成分的原岩体系来说，决定变质岩中矿物组合的主要物化因素是温度和压力。

每一种矿物都有一定的P－T稳定区间，但多数情况下，温度的作用更为重要，所以变质作用常按温度高低来划分等物理系列，每一系列包括在特定变质条件下形成的所有变质岩石，其矿物成分的不同取决于原岩的总化学成分。反映变质强度的变质级就是以温度为主的等物理系列。32.很低级变质低限以基性岩中浊沸石开始出现为标志，并以此与成岩作用区分，其温度界限在200℃左右或略低。它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石反应形成黝帘石和阳起石，临界温度在350℃左右或稍高。低级变质温度范围为350～550℃左右。它和中级变质的界限是泥质岩石中十字石的出现或黑云母存在时，堇青石（没有铁铝榴石）的形成。常见矿物：绢云母、绿泥石、硬绿泥石、绿帘石、阳起石、滑石、蛇纹石。33.中级变质温度在550～650℃左右或稍低。它和高级变质的界限是泥质岩中白云母和石英反应形成夕线石＋钾长石组合。片麻岩的深熔曲线也大致相当于这一界线。常见矿物：十字石、蓝晶石、普通角闪石、铁铝榴石。

高级变质温度高于650℃，上限可达800℃左