新大普通地質(zhì)學教案05變質(zhì)作用與變質(zhì)巖

第五章變質(zhì)作用與變質(zhì)巖目的與要求:要求學生掌握變質(zhì)巖的特征。理解引起變質(zhì)作用的因素。了解變質(zhì)作用概念，變質(zhì)作用中原巖的變化。授課內(nèi)容:1、變質(zhì)作用概述；2、變質(zhì)巖的特征；3、變質(zhì)作用類型及其代表性巖石；4、巖石的演變重點、難點:作用特征，類型特征課時:8學時授課方法：以課堂授課與實驗相結(jié)合變質(zhì)巖是組成地殼三大巖類之一，占地殼總體積的27.4%。它在地面的分布范圍較小，也不均勻。它是由火成巖或沉積巖或先成的變質(zhì)巖經(jīng)變質(zhì)作用所形成的巖石。第一節(jié)變質(zhì)作用概述一、變質(zhì)作用概念及其方式1、概念：變質(zhì)作用一般指地下深處固態(tài)巖石在高溫高壓和化學活動性流體作用下，引起巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物質(zhì)成分發(fā)生變化，形成新的巖石的一種地質(zhì)作用。沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖都可以是受變質(zhì)作用的原巖，變質(zhì)作用使巖石變得更堅硬更致密(比重加大)。2、方式：1.重結(jié)晶作用---巖石在固態(tài)條件下發(fā)生重結(jié)晶使小晶體變?yōu)榇缶w，但成分不變。如由微晶方解石組成的灰?guī)r變成由粗粒方解石組成的大理巖。2.變質(zhì)結(jié)晶作用---原巖在固態(tài)條件下，有些礦物通過變質(zhì)作用形成新礦物。3.變質(zhì)交代作用---原巖組分與化學活動性流體發(fā)生化學反應，出現(xiàn)物質(zhì)成分的遷移，形成新的礦物，物質(zhì)有帶進帶出。經(jīng)交代作用形成的新礦物具有原來礦物的假象。二、引起變質(zhì)作用的因素引起變質(zhì)作用的因素有溫度、壓力以及化學活動性流體。1、溫度：溫度的改變是引起變質(zhì)作用的主要因素，多數(shù)變質(zhì)作用都是隨溫度升高而產(chǎn)生的。

變質(zhì)溫度的基本來源有三個方面：（1）地熱：地下溫度隨著深度增大而增高。（2）巖漿熱：巖漿是高溫熔融體，當巖漿侵入時，巖漿熱便傳到圍巖，使圍巖增溫。（3）地殼巖石斷裂：斷裂塊體相互錯動和擠壓，能產(chǎn)生高溫。2、壓力（1）靜壓力與流體壓力：靜壓力是由上覆巖石重量引起的，隨深度增大上覆巖層的重力增大。對巖石的作用力各向均等。靜壓力也通過循環(huán)于巖石空隙中的流體所形成的，稱為流體壓力。（2）定向壓力：構(gòu)造應力可以理解為定向壓力，構(gòu)造運動產(chǎn)生側(cè)壓力，具有方向性，且兩側(cè)的作用力方向相反。分為擠壓力和剪切力。（a）擠壓力(b)剪切力圖5-1靜壓力各向作用力相等圖5-2定向壓力李客定律：在最大壓力方向上物質(zhì)的熔點將降低從而發(fā)生溶解，并在最小壓力方向上沉淀。因此，巖石在定向壓力作用下，其中的礦物便在平行壓力方向溶解而沿垂直壓力方向遷移并沉淀。礦物在這種定向壓力下重新結(jié)晶，新生成的片狀、柱狀礦物的長軸便垂直壓力方向而排列，于是形成了巖石的片理構(gòu)造。

3、化學活動性的流體以H2O，CO2為主，一方面可以作為化學反應的媒介，也直接參與化學反應，另一方面降低巖石的熔點。它們有多種來源：巖石粒間空隙及巖石裂隙中所含以水為主的液體；許多造巖礦物，尤其是沉積巖礦物其結(jié)構(gòu)中含有較多H2O或CO2等揮發(fā)性物質(zhì)，在溫壓作用下被分離出來；從巖漿中分泌和逃逸出來的成分；因溫度和壓力的變化，從地殼深部的物質(zhì)中分泌出含有K、Na、SiO2等化學成分的熱液?；瘜W活動性流體的參與，大大加快變質(zhì)作用的進行。以上各因素常常是同時存在，相互作用，但一般情況下，溫度是最重要的因素。第二節(jié)變質(zhì)巖的特征物質(zhì)成分的變化巖石的物質(zhì)成分包括化學成分和礦物成分。巖石的物質(zhì)成分變化的重要表現(xiàn)：一是揮發(fā)性成分的逃逸或獲得，使其余的化學成分重新組合，形成新礦物。例子看書53頁。二是由體積大、密度小的礦物轉(zhuǎn)變成為密度大、體積小的礦物，其決定性條件是靜壓力。另外，在很高的靜壓力作用下，密度小、體積大的不同礦物可以結(jié)合成密度大、體積小的新礦物并伴隨著總體積縮小。三是發(fā)生化學成分的交換，即某些成分的原子、離子、分子從原巖中帶出，而另一些成分的原子、離子、分子從外部帶入，從而使巖石的化學成分與礦物成分發(fā)生改變，這種作用稱為交代作用。原先存在的巖石(巖漿巖、沉積巖、早期變質(zhì)巖)受到高溫高壓和化學活動性流體的影響下，改變了原來的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造而形成另一種性質(zhì)的巖石，即成變質(zhì)巖。這種改造過程稱變質(zhì)作用，一般發(fā)生在固態(tài)條件下。原巖性質(zhì)發(fā)生了改造，也可殘留原巖的某些特點。

二、礦物成分變質(zhì)巖中的成分既有原巖成分，也有變質(zhì)過程中新產(chǎn)生的成分。變質(zhì)巖礦物成分可分為兩類：一類是與巖漿巖、沉積巖相同的，如石英、長石、云母、角閃石、輝石等，它們大多是原巖殘留下來的，也可以在變質(zhì)作用中形成。另一類是變質(zhì)作用產(chǎn)生的為變質(zhì)巖所特有的礦物，如石黑、滑石、石榴子石、紅柱石、蘭晶石、矽線石等，稱為變質(zhì)礦物。

三、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.結(jié)構(gòu)變余結(jié)構(gòu)--變質(zhì)較輕時，殘留下來的原巖結(jié)構(gòu)。如變余粒狀結(jié)構(gòu)，變余花崗結(jié)構(gòu)，變余砂狀結(jié)構(gòu)，變余礫狀結(jié)構(gòu)。變晶結(jié)構(gòu)--在變質(zhì)過程中礦物重新結(jié)晶所形成的結(jié)構(gòu)。碎裂結(jié)構(gòu)(碎裂巖、糜棱巖)。

2.構(gòu)造：礦物定向排列，形成各種構(gòu)造。（1）變成構(gòu)造：通過變質(zhì)作用而形成的新構(gòu)造，有以下類型：①斑點狀構(gòu)造—巖石中某些組分集中成為或疏或密的斑點。②板狀構(gòu)造(板巖)--礦物顆粒很細小，常出現(xiàn)較為平整的破裂面，沿此面巖石易分裂成薄板。此種巖石常具有變余泥狀結(jié)構(gòu)或顯微變晶結(jié)構(gòu)。它是巖石受較輕的定向壓力作用而形成的。③片理構(gòu)造—巖石中片狀或長條狀礦物連續(xù)而平行排列，形成平行、密集而不甚平坦的紋理——片理，沿片理方向巖石易于劈開。分為：千枚狀構(gòu)造(千枚巖)--礦物顆粒很細小，可劈開成薄片狀，斷口呈參差不齊之皺紋狀。片狀構(gòu)造(片巖)--細粒到粗粒片狀或柱狀礦物定向排列，可劈開成薄片狀。片理成因：與定向壓力的作用有關。第一，巖石中的片狀礦物或長條狀礦物在定向壓力下可以發(fā)生位置轉(zhuǎn)動從而定向排列；第二，粒狀礦物在定向壓力作用下可以被壓扁或拉長，產(chǎn)生形態(tài)改變，從而定向排列；第三，礦物在平行于壓力的方向上溶解，在垂直于壓力的方向上生長，溶解與生長同時發(fā)生；④片麻狀構(gòu)造(片麻巖)--礦物較粗，淺色粒狀礦物(長石、石英)和深色片狀，柱狀礦物(黑云母、角閃石)大致相向成帶狀，平行排列，不易劈開。片麻狀構(gòu)造的形成除與造成片理的因素有關外，還有可能受原巖成分的控制，即不同成分的層變質(zhì)成為不同礦物的條帶；也可以是在變質(zhì)過程中巖石的不同組分發(fā)生分異并分別聚集的結(jié)果。眼球狀構(gòu)造(眼球狀片麻巖)--片麻狀構(gòu)造中，鉀長石呈眼球狀定向分布。條帶狀構(gòu)造(條帶狀大理巖)⑤塊狀構(gòu)造(石英巖、大理巖)--結(jié)晶礦物無定向排列，無定向裂開性質(zhì)。（2）變余構(gòu)造：變質(zhì)巖中殘留的原巖構(gòu)造，如變余氣孔構(gòu)造、變余杏仁構(gòu)造、變余層狀構(gòu)造、變余泥裂構(gòu)造等。第三節(jié)變質(zhì)作用類型及其代表性巖石接觸變質(zhì)作用發(fā)生在火成巖（主要是侵入巖）與圍巖之間的接觸帶上并主要由溫度和揮發(fā)性物質(zhì)所引起的變質(zhì)作用。其溫度較高，一般在300℃—800℃，有時達1000℃；壓力較低，僅在1×108—3×108Pa。按引起變質(zhì)的主導因素，分為兩類：1、接觸熱變質(zhì)作用：引起變質(zhì)的主要因素是溫度。巖石受熱后發(fā)生礦物的重結(jié)晶、脫水、脫炭以及，物質(zhì)成分的重組合，形成新礦物與變晶結(jié)構(gòu)，但巖石中總的化學成分并無顯著改變。其代表性的巖石有：斑點板巖、角巖、大理巖、石英巖。大理巖---塊狀構(gòu)造，粒狀變晶結(jié)構(gòu)。方解石、白長石。由碳酸鹽巖變質(zhì)而成。得名于云南大理。潔白者稱漢白玉。石英巖---塊狀構(gòu)造，變晶結(jié)構(gòu)。石英，少量長石、白云母。由砂巖或硅質(zhì)巖變質(zhì)而成。2、接觸交代變質(zhì)作用引起變質(zhì)的主要因素除溫度，巖漿中分泌出來的揮發(fā)性物質(zhì)；巖石的化學成分有顯著變化，新礦物大量產(chǎn)生；發(fā)生在侵入巖體與圍巖接觸帶上

，同時影響到圍巖及侵入體的邊緣。典型巖石是矽卡巖。矽卡巖---石榴石、綠簾石、磁鐵礦。伴生礦床Fe，Cu，Pb，Zn.

二、區(qū)域變質(zhì)作用1、概念：是在廣大范圍內(nèi)發(fā)生，并由溫度、壓力以及化學活動性流體等多種因素引起的變質(zhì)作用。影響范圍幾千--幾萬平方公里，深度達20公里以上。200—800℃，1×108--14×108Pa。2、區(qū)域變質(zhì)環(huán)境主要有以下三類：（1）低壓高溫環(huán)境：低溫梯度高，約在25℃—60℃/㎞，在地下不到10處，溫度最高可達到600℃。溫度是引起變質(zhì)的主要因素，以低壓高溫礦物（如紅柱石）為特征。（2）正常低溫梯度環(huán)境：低溫梯度正常，大約在20℃—30℃/㎞。隨著溫度和壓力的變化可以出現(xiàn)不同變質(zhì)巖。（3）高壓低溫環(huán)境：低溫梯度低，約在7℃—25℃/㎞，在地下20—30㎞深處，溫度約為300℃。以出現(xiàn)藍閃石等高壓低溫變質(zhì)礦物為特征，缺乏火成巖。其發(fā)生常常與構(gòu)造運動有關，伴隨巖石變形。形成的巖石以具有鱗片變晶結(jié)構(gòu)及片理構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造為特征。代表性巖石有：板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、變粒巖、斜長角巖、麻粒巖、榴輝巖等。板巖---具板狀構(gòu)造。灰至黑色。礦物顆粒很小，肉眼難以識別，均勻而致密。變余或變晶結(jié)構(gòu)。絹云母、石英、綠泥石、粘土。由粉砂巖、粘土巖等變質(zhì)而成，變質(zhì)最淺。擊之有清脆之聲。千枚巖---千枚狀構(gòu)造。淺紅、灰、暗綠。隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)。云母*綠泥石、角閃石。由粘土巖、粉砂巖、凝灰?guī)r變質(zhì)而成。片巖---片狀構(gòu)造，變晶結(jié)構(gòu)。云母、綠泥石、角閃石、石英、長石。片麻巖--片麻狀，變晶結(jié)構(gòu)。長石、石英、云母、角閃石、輝石。長石含量大于30%。由砂巖、花崗巖等變質(zhì)而成。3、變質(zhì)程度區(qū)域變質(zhì)巖有許多類型，各類型中因其礦物不同又有許多變種，因此區(qū)域變質(zhì)巖的種類很多、很復雜。造成這種多樣性的因素是：第一，原巖的成分，成分不同其變質(zhì)產(chǎn)物就不一樣。第二，變質(zhì)的溫度與壓力條件。

三、混合巖化作用(超深變質(zhì)作用，由變質(zhì)作用向巖漿作用轉(zhuǎn)變的過渡性地質(zhì)作用)：部分熔融、貫入、交代形成混合巖(基體和脈體)。四、動力變質(zhì)作用(破裂變質(zhì)作用，斷裂帶兩側(cè))：構(gòu)造角礫巖、糜棱巖。

第四節(jié)巖石的演變達爾文的生物進化論，使現(xiàn)今的人們認識到，環(huán)境的變化引起生物種屬的進化，優(yōu)勝