地球科學(xué)概論第六章-變質(zhì)作用與變質(zhì)巖課件

1、第六章 變質(zhì)作用與變質(zhì)巖第1頁，共44頁。第一節(jié) 變質(zhì)作用概述一.變質(zhì)作用概念巖石在基本處于固體狀態(tài)下，受到溫度、壓力以及化學(xué)活動(dòng)性流體的作用，發(fā)生化學(xué)成分、礦物組成以及巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變化的作用。變質(zhì)作用不同于風(fēng)化作用在于其通常是在高溫高壓環(huán)境下發(fā)生，而風(fēng)化作用是地表常溫常壓環(huán)境發(fā)生。變質(zhì)作用不同于巖漿作用在于其通常在固體狀態(tài)下發(fā)生而巖漿作用是在熔融條件下進(jìn)行的。分布廣泛，尤其是前寒武地層絕大多數(shù)由變質(zhì)巖構(gòu)成，含有豐富的礦產(chǎn)，例如全世界鐵礦的70都儲(chǔ)存在前寒武古老的變質(zhì)巖中。第2頁，共44頁。0 km沉積巖變質(zhì)巖火成巖50 km10 km200C800CIncreasing depthand

2、temperature熔融變質(zhì)作用沉積巖沉積物變質(zhì)作用通常發(fā)生在地下幾公里到幾十公里之間第3頁，共44頁。二.引起變質(zhì)作用的因素1. 溫度：變質(zhì)作用溫度范圍在150180到800900 之間，低于這一溫度范圍屬于固結(jié)成巖作用，高于這一范圍可能屬于巖漿作用范疇。地?zé)釒r漿熱構(gòu)造熱非晶質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶質(zhì)細(xì)晶質(zhì)轉(zhuǎn)化為粗晶質(zhì)形成新的礦物第4頁，共44頁。2. 壓力：分為靜壓力、流體壓力與定向壓力。靜壓力與流體壓力，靜壓力由上覆巖石引起，隨深度增大而加大，具有均向性，在靜壓力作用下礦物往往重結(jié)晶、體積減小密度增大，例如：CaAl2Si2O8（Mg，F(xiàn)e）2SiO4 Ca（Mg，F(xiàn)e）2Al2SiO43 鈣長(zhǎng)石

3、橄欖石 石榴子石分子體積 101.0 42.6 119 定向壓力，側(cè)向壓力，導(dǎo)致巖石積壓或剪切，可使巖石發(fā)生重結(jié)晶，以及片狀和柱狀礦物垂直于應(yīng)力方向生長(zhǎng)、拉長(zhǎng)或壓扁而定向排列，形成各種片理構(gòu)造。相對(duì)密度 2.76 3.3 3.52 第5頁，共44頁。2. 化學(xué)因素：化學(xué)活動(dòng)性流體以水和CO2為主，并含有其他的一些揮發(fā)性組分，這種流體參與變質(zhì)作用，與先成巖石發(fā)生反應(yīng)，形成新的變質(zhì)礦物，例如白云石或菱鎂礦等在熱水作用下形成滑石。3MgCO34SiO2 H2O Mg3Si4O10OH23CO2 菱鎂礦 滑石各種變質(zhì)作用通常是共同進(jìn)行的，不管哪種因素，都必須通過巖石本身起作用，不同巖石在相同條件下可能

4、產(chǎn)生不同的結(jié)果，如在同樣熱力條件下石灰?guī)r變成大理巖、砂巖變成石英巖；而相同巖石條件不同則形成不同結(jié)果，如石灰?guī)r僅在溫度影響下發(fā)生大理巖化，而當(dāng)巖漿侵入時(shí)則會(huì)發(fā)生交代作用形成新的礦物。第6頁，共44頁。第二節(jié) 變質(zhì)過程中原巖的變化一.物質(zhì)成分的變化化學(xué)成分的變化引起礦物成分的變化水合作用后橄欖石變成蛇紋石，輝石變成綠泥石或黑云母，鉀長(zhǎng)石變成白云母；碳酸化作用后基性斜長(zhǎng)石變成方解石等。吸熱放熱Al4Si4O10OH8 Al2SiO4O2SiO2 H2O 高嶺石 紅柱石CaCO3SiO2 CaSiO3CO2放熱吸熱脫水、脫CO2反應(yīng)水合作用與碳酸化作用第7頁，共44頁。壓實(shí)作用在很高的靜壓力下密度小

5、體積大的礦物結(jié)核呈密度大體積小的新礦物。交代作用原礦物中的某些微粒被外部的化學(xué)活動(dòng)性流體所帶入的新微粒所代替而形成新的礦物，在固體狀態(tài)下進(jìn)行，巖石體積不變。KAlSi3O8+Na NaAlSi3O8+K在巖漿巖侵入的接觸帶上往往形成很多交代礦物如石榴子石、透輝石、透閃石、陽起石等等。第8頁，共44頁。二.變質(zhì)巖中的礦物很多礦物是變質(zhì)巖中所特有的特征性礦物，稱為變質(zhì)礦物。包括紅柱石、藍(lán)晶石、夕線石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、透閃石、藍(lán)閃石、陽起石、透輝石、蛇紋石、石墨等。巖漿巖中一些礦物同樣存在于變質(zhì)巖中，包括石英、長(zhǎng)石、云母等，但是如果云母族礦物在巖石中稱為主要組分，則肯定是變質(zhì)作用產(chǎn)物

6、。只能存在于地表常溫常壓環(huán)境下的礦物包括粘土、蛋白石、玉髓、石膏等礦物在變質(zhì)巖中不存在。第9頁，共44頁。三.變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)1. 變晶結(jié)構(gòu)：指原巖發(fā)生重結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為新礦物形成、長(zhǎng)大且晶粒相互緊密嵌合。粒狀變晶結(jié)構(gòu)：又成花崗變晶結(jié)構(gòu)，特征是主要由石英、長(zhǎng)石或方解石等等粒狀礦物構(gòu)成，顆粒大小相近，緊密鑲嵌，接觸線呈多邊形或鋸齒狀，塊狀構(gòu)造，定向排列不明顯。第10頁，共44頁。斑狀變晶結(jié)構(gòu)：在個(gè)體小的礦物結(jié)合體中鑲嵌了較大的礦物晶體（變斑晶）。變斑晶通常是結(jié)晶能力較強(qiáng)的礦物，包括石榴子石，紅柱石，藍(lán)晶石、磁鐵礦等。鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)：由云母、滑石、綠泥石等片狀礦物定向排列形成片理，這種結(jié)構(gòu)稱鱗片狀變

7、晶結(jié)構(gòu)。第11頁，共44頁。2. 碎裂結(jié)構(gòu)：原巖在定向壓力作用下，當(dāng)壓力超過巖石或礦物的彈性極限時(shí)，礦物便發(fā)生彎曲、變形。如定向壓力進(jìn)一步增強(qiáng)，超過其強(qiáng)度極限時(shí)，則發(fā)生破裂和?；饔?，甚至產(chǎn)生韌性變形，形成各種碎裂結(jié)構(gòu)。 第12頁，共44頁。3. 變余結(jié)構(gòu)：由于變質(zhì)結(jié)晶作用不徹底，原巖的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征可能部分地保留下來，形成殘余結(jié)構(gòu)。變余結(jié)構(gòu)的命名只要在原巖結(jié)構(gòu)名稱上加上“變余”二字便可。例如變余花崗結(jié)構(gòu)等；稱為變余礫狀結(jié)構(gòu)及變余砂狀結(jié)構(gòu)； 如變余碎裂結(jié)構(gòu)，變余變晶結(jié)構(gòu)等。 第13頁，共44頁。四.變質(zhì)巖的構(gòu)造1. 片理構(gòu)造：指巖石中礦物定向排列所顯示的構(gòu)造，而形成的這種平行、密集且不

8、甚平坦的紋理稱為片理，沿片理方向容易剖開，根據(jù)礦物組合合重結(jié)晶程度又可以分為幾類：片麻構(gòu)造：主要為以長(zhǎng)石為主的粒狀礦物，同時(shí)伴有部分成定向排列的片狀或柱狀礦物，后者在前者中成斷續(xù)分布，形成斷續(xù)條帶狀構(gòu)造。一般它們的重結(jié)晶程度都比較高。 第14頁，共44頁。片狀構(gòu)造：相當(dāng)于狹義的片理構(gòu)造，是變質(zhì)巖中常見的類型，主要由云母、閃石等片狀礦物和部分粒狀礦物所組成，它們平行排列，形成連續(xù)的片理構(gòu)造，片理面可以是較平直，也可以波狀彎曲。 第15頁，共44頁。千枚狀構(gòu)造：變質(zhì)重結(jié)晶程度不高，礦物顆粒肉眼還不能分辨，僅在片理面上見有強(qiáng)烈的絹絲光澤，此系絹云母、綠泥石密集排列所致，經(jīng)常還表現(xiàn)許多小皺紋，這種微片

9、理常常細(xì)而薄，鏡下見新生變質(zhì)礦物微粒呈密集的連續(xù)排列或呈現(xiàn)微皺紋。 第16頁，共44頁。板狀構(gòu)造：頁巖等柔性巖石受區(qū)域低溫時(shí)，常出現(xiàn)一組平行的破裂面劈理，劈理面常整齊而光滑，有時(shí)有少量絹云母、綠泥石等，新生礦物數(shù)量很少，一般為低級(jí)區(qū)域變質(zhì)形成。 第17頁，共44頁。板狀構(gòu)造：巖石中礦物成分和結(jié)構(gòu)都很均勻，不顯示定向排列。 第18頁，共44頁。第三節(jié) 變質(zhì)作用類型與主要變質(zhì)巖一.動(dòng)力變質(zhì)作用根據(jù)引起變質(zhì)作用的主導(dǎo)因素和地質(zhì)條件的不同區(qū)分變質(zhì)類型巖層由于受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈應(yīng)力作用，使得巖石及其組成礦物變形、破碎，并且伴隨一定程度的重結(jié)晶作用。變質(zhì)因素以機(jī)械能和熱能為主。動(dòng)力變質(zhì)形成的主要巖石

10、：斷層角礫巖：第19頁，共44頁。碎裂巖：由應(yīng)力作用壓碎的較小巖屑和礦物碎屑組成，有時(shí)具新生礦物如絹云母、綠泥石等。第20頁，共44頁。糜棱巖：巖石遭受強(qiáng)烈積壓形成細(xì)小的礦物碎屑組成的巖石，主要礦物成分是細(xì)粒石英長(zhǎng)石以及絹云母、綠泥石等。第21頁，共44頁。二.接觸變質(zhì)作用巖層由于受到巖漿活動(dòng)的影響，在侵入體和圍巖的接觸帶，產(chǎn)生變質(zhì)現(xiàn)象，稱為接觸變質(zhì)，其主要變質(zhì)動(dòng)力來自于巖漿的高溫，常以侵入體為中心呈環(huán)帶狀分布，稱為接觸變質(zhì)圈。根據(jù)變質(zhì)過程中有無交代作用又可分為兩類：（1）熱接觸變質(zhì)作用：指主要由于侵入體放出的熱能使得圍巖礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生變化的一種變質(zhì)作用，主要表現(xiàn)是重結(jié)晶，如石灰?guī)r變

11、成大理巖，石英砂巖變成石英巖等，化學(xué)成分基本沒有變化。（2）接觸交代變質(zhì)作用：指巖漿結(jié)晶晚期析出大量揮發(fā)組分和熱液，通過交代作用使接觸帶附近的侵入體和圍巖的巖性和化學(xué)成分均發(fā)生變化的一種變質(zhì)作用。第22頁，共44頁。石英巖：指石英含量超過85的變質(zhì)巖，由石英砂巖或硅質(zhì)巖經(jīng)熱變質(zhì)作用而形成。堅(jiān)硬致密，具等粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斷口上看不出石英顆粒界限。第23頁，共44頁。角巖：指由泥質(zhì)巖石、粉砂巖、火山巖等經(jīng)熱接觸變質(zhì)作用而成的巖石，原巖基本上重結(jié)晶，細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，致密堅(jiān)硬，一般為灰黑色，常具紅柱石等變斑晶。第24頁，共44頁。大理巖：是由碳酸鹽巖經(jīng)熱接觸變質(zhì)作用重結(jié)晶形成的，等粒變晶

12、結(jié)構(gòu)，顏色多樣。常含有其他鈣硅酸鹽、鈣鋁硅酸鹽礦物如硅灰石、滑石、透輝石等 第25頁，共44頁。矽卡巖：主要在中、酸性侵入體與碳酸鹽巖的接觸帶上，在熱接觸和熱液交代的作用下形成的一種變質(zhì)巖。礦物成分復(fù)雜，主要由石榴石、透輝石、硅灰石、綠簾石等，具不等粒狀變晶結(jié)構(gòu)，晶粒一般比較粗大，塊狀構(gòu)造，顏色較深，密度較大，常與許多有用礦產(chǎn)關(guān)系密切。 第26頁，共44頁。三.區(qū)域變質(zhì)作用泛指在廣大面積內(nèi)發(fā)生的變質(zhì)作用，范圍可達(dá)數(shù)萬平方千米，通常由溫度、壓力以及化學(xué)活動(dòng)性流體等多種因素綜合作用，常與大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，定向壓力使得巖層彎曲，褶皺，破裂，同時(shí)引起巖漿侵入，根據(jù)不同的侵入環(huán)境可以分為幾類：（1）

13、區(qū)域中、高溫變質(zhì)作用：作用溫度為550900，壓力在0.5-1GPa,以麻粒巖相和角閃巖相為主，重熔混合巖比較發(fā)育，形成巖石主要是片麻巖、麻粒巖、角閃巖、混合巖等，主要見于太古宙巖層中。（2）區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用：又稱區(qū)域動(dòng)熱變質(zhì)作用或造山變質(zhì)作用，主要見于各大褶皺帶（即造山帶），變質(zhì)溫度可達(dá)850，壓力在0.2-1GPa,巖石變質(zhì)后常形成片理構(gòu)造。伴隨強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)常有大規(guī)模巖漿侵入，并導(dǎo)致區(qū)域性混合巖化，如我國(guó)秦嶺褶皺帶。第27頁，共44頁。（3）埋藏變質(zhì)作用：又稱埋深變質(zhì)作用、靜力變質(zhì)作用、負(fù)荷變質(zhì)作用等，主要指沉積巖層隨著埋藏深度增加，在地?zé)嵊绊懴乱鸬膮^(qū)域性變質(zhì)作用，這種變質(zhì)作用形成

14、溫度較低，低于500，隨著埋藏深度增加依次形成不同的變質(zhì)巖。第28頁，共44頁。（4）洋底變質(zhì)作用：指大洋中脊附近的變質(zhì)作用。大洋中脊大洋裂開，地下巖漿上涌，形成新的洋殼，其夏具有速率較高的熱流，而且其速率隨深度增加而增加，使原有的玄武巖發(fā)生變質(zhì)。由于洋底不斷擴(kuò)張，使新生洋殼產(chǎn)生側(cè)向移動(dòng)，把這些受到變質(zhì)的基性巖推移到大洋中脊兩側(cè)的洋盆中，其變質(zhì)相主要為沸石相，綠片巖相等。第29頁，共44頁。板巖：由泥質(zhì)巖、泥質(zhì)粉砂巖和中酸性凝灰?guī)r經(jīng)輕微變質(zhì)形成的淺變質(zhì)巖。重結(jié)晶不明顯，鏡下可見有泥質(zhì)和部分絹云母、綠泥石、硅質(zhì)，有時(shí)見少量的白云母、黑云母、石英等。具變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。板巖是區(qū)域變質(zhì)作用的低級(jí)產(chǎn)物，溫

15、度和均向壓力都不高，主要受應(yīng)力作用的影響 第30頁，共44頁。千枚巖：具千枚狀構(gòu)造的巖石。原巖類型與板巖相似，重結(jié)晶程度比板巖高，基本已重結(jié)晶。片理面具有強(qiáng)絲絹光澤，礦物組分主要是絹云母、綠泥石、石英、鈉長(zhǎng)石顯微變晶結(jié)構(gòu)或基質(zhì)具顯微鱗片變晶的斑狀變晶結(jié)構(gòu)。第31頁，共44頁。片巖：具明顯鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)和片狀構(gòu)造的巖石，其特征是有片理構(gòu)造，是常見的區(qū)域變質(zhì)巖石。原巖已全部重結(jié)晶，由片狀、柱狀和粒狀礦物組成。一般為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、纖狀變晶結(jié)構(gòu)和斑狀變晶結(jié)構(gòu)。常見礦物有云母、綠泥石、滑石、角閃石、陽起石等。粒狀礦物以石英為主，長(zhǎng)石次之 第32頁，共44頁。片麻巖：一般具有片麻狀構(gòu)造或條帶狀構(gòu)造。原巖為

16、泥質(zhì)巖、粉砂巖、砂巖和酸性中酸性巖漿巖或火山碎屑巖。具中粗粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。主要由長(zhǎng)石、石英和黑云母、角閃石等組成，有時(shí)深色礦物為輝石。原巖富鋁時(shí)，可有紅柱石、藍(lán)晶石、夕線石、十字石、剛玉、鐵鋁-鎂鋁石榴石、堇青石等，原巖富鈣時(shí)則可形成透輝石、陽起石、簾石、方柱石、鈣鋁榴石等。片麻巖的分布很廣泛，在區(qū)域變質(zhì)巖地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)。變質(zhì)的溫度、壓力范圍也較寬，但主要是在溫度中等至較高的條件下形成。 第33頁，共44頁。變粒巖：主要由長(zhǎng)石和石英組成但不發(fā)育片麻狀構(gòu)造的細(xì)粒狀巖石，長(zhǎng)英含量超過70，一般不含黑云母、角閃石等帶OH根的礦物，主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，原巖主要是粉砂巖、硅質(zhì)巖、砂巖等。 第

17、34頁，共44頁。斜長(zhǎng)角閃巖：這是主要由角閃石和斜長(zhǎng)石組成的巖石，由基性巖和富鐵白云質(zhì)泥灰?guī)r在中至高溫區(qū)域變質(zhì)條件下形成。礦物成分除角閃石和斜長(zhǎng)石外，常見鐵鋁榴石、綠簾石、黝簾石和少量黑云母、透輝石等。具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，其中角閃石多呈短柱狀，斜長(zhǎng)石為中酸性斜長(zhǎng)石或中性斜長(zhǎng)石，呈粒狀。塊狀構(gòu)造或微顯片理構(gòu)造。斜長(zhǎng)角閃巖的分布也很廣泛，在區(qū)域變質(zhì)巖發(fā)育地區(qū)，常見它與片巖、片麻巖伴生一起。 第35頁，共44頁。麻粒巖：是一種變質(zhì)程度較深（高溫、較高壓條件）的巖石。具粒狀變晶結(jié)構(gòu)（粗、中、細(xì)粒不限）。礦物成分以含紫蘇輝石為特征，此外還有單斜輝石（透輝石-鈣鐵輝石）、鐵鋁-鎂鋁榴石等。長(zhǎng)石、石英含量不定。

18、塊狀、片麻狀、條帶狀構(gòu)造。麻粒巖的原巖可有基性、中酸性巖漿巖、火山碎屑巖、鐵鎂鈣質(zhì)沉積巖和碎屑巖等。 第36頁，共44頁。榴輝巖：主要由淺紅色的石榴石和鮮綠色的綠輝石組成。榴輝巖的顏色一般較深。比重較大，可達(dá)3.6-3.9，是變質(zhì)巖中密度最大的巖石。一般認(rèn)為它是基性-超基性巖漿巖在極大的壓力條件下變質(zhì)形成的，而溫度條件不限，低溫到高溫的范圍內(nèi)均可形成。 第37頁，共44頁。四.區(qū)域混合巖化作用混合巖化即超深變質(zhì)作用，是變質(zhì)作用向巖漿作用轉(zhuǎn)變的過渡性地質(zhì)作用。區(qū)域變質(zhì)作用進(jìn)一步發(fā)展，尤其是溫度很高時(shí)，巖石受熱部分熔融形成熱液，這些熱液沿著區(qū)域變質(zhì)巖的薄弱部分滲透，與區(qū)域變質(zhì)巖發(fā)生反應(yīng)，形成新的巖

19、石。（1）重熔變質(zhì)作用：區(qū)域變質(zhì)巖在溫度達(dá)到700以上時(shí)發(fā)生部分熔融，這種作用形成的巖漿稱為重熔巖漿。（2）再生作用：地下深部上升的熱液通過滲透交代作用，與已變質(zhì)的巖石發(fā)生反應(yīng)，使其中某些物質(zhì)熔化，這種作用形成的巖漿稱為再生巖漿?；旌蠋r由兩部分組成，一部分稱為基體，由暗色礦物組成，代表原來巖石的變質(zhì)部分；一部分稱為脈體，由淺色的長(zhǎng)石、石英組成，脈體代表在混合巖化過程中形成的新物質(zhì)?；旌蠋r化強(qiáng)烈時(shí)可形成花崗質(zhì)巖石，形成的巖石稱混合花崗巖。第38頁，共44頁?；旌蠋r：形態(tài)多樣，如脈體平行于基體的片理分布，呈深淺相間的條帶狀，則稱條帶狀混合巖；如脈體呈樹枝狀，則呈樹枝狀混合巖；如脈體呈眼球狀，則稱眼球狀混合巖；如脈體稱腸狀褶皺，則稱腸狀混合巖。 第39頁，共44頁?；旌匣◢弾r：是混合巖化作用和花崗巖化作用的最終產(chǎn)物，這時(shí)基體與脈體己無法分辯，但是：混合花崗巖往往向四周漸變?yōu)槠渌愋偷幕旌蠋r，沒有明顯的侵入接觸關(guān)系；混合花崗巖的巖性不均勻，結(jié)構(gòu)變化較大，有時(shí)可見非