地質(zhì)基礎(chǔ)-變質(zhì)巖

第四節(jié)

變質(zhì)巖嵩山

變質(zhì)巖是由變質(zhì)作用形成的巖石。由火成巖變質(zhì)而成的巖石叫正變質(zhì)巖；由沉積巖變質(zhì)而成的巖石叫副變質(zhì)巖。變質(zhì)巖也是組成地殼的重要成分，占地殼總體積的約27.4%。我國(guó)的變質(zhì)巖分布較廣。在變質(zhì)巖中賦存有大量的金屬與非金屬礦產(chǎn)，如著名的鞍山鐵礦、大冶鐵礦。另外，變質(zhì)巖的強(qiáng)度和透水性也有很大的變化，具有新的水文、工程性能，因此對(duì)水資源及工程的建設(shè)有著重要意義。一、變質(zhì)作用及其因素

1、變質(zhì)作用的概念

由地球內(nèi)力作用下引起物理、化學(xué)條件的改變，從而使地殼中原巖的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等方面發(fā)生變化的作用，稱為變質(zhì)作用。

2、變質(zhì)作用的因素

變質(zhì)作用因素主要是指引起巖石發(fā)生變質(zhì)作用的外部條件，即物理、化學(xué)方面的因素。具體說(shuō)，主要是溫度、壓力和具有化學(xué)活動(dòng)性的流體。

溫度

溫度是變質(zhì)作用中的一個(gè)重要因素，大部分變質(zhì)作用是在溫度升高的情況下發(fā)生的。溫度所引起的變質(zhì)作用主要表現(xiàn)為：

①發(fā)生重結(jié)晶作用。同種礦物顆粒不斷增大，相對(duì)大小逐漸均勻化，原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造發(fā)生改變，而巖石組分基本不變。如石灰?guī)r重結(jié)晶形成大理巖。

②產(chǎn)生新的礦物。促進(jìn)變質(zhì)反應(yīng)的進(jìn)行，使原巖組分重新組合，部分原有礦物消失，而形成新的礦物，結(jié)構(gòu)、構(gòu)造也發(fā)生改變。也叫變質(zhì)結(jié)晶作用。如

KAl?[AlSi?O??](OH)?+SiO?Al[AlSiO?]+K[AlSi?O?]+H?O

白云母石英矽線石鉀長(zhǎng)石

壓力壓力又分為靜壓力、應(yīng)力及粒間流體壓力。

①靜壓力一般指地殼一定深處巖石所承受的上覆巖層的重力。靜壓力的加大會(huì)使巖石的孔隙減小，變得致密堅(jiān)硬。同時(shí)在一定溫度下常常生成一些比重增大，分子體積減小的礦物。如：

NaAlSi?O?——NaAlSi?O?+SiO?

鈉長(zhǎng)石硬玉石英比重2.613.24—3.432.65

分子體積10061.722.784.4

②應(yīng)力是指由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或巖漿活動(dòng)所引起的側(cè)向擠壓力。在應(yīng)力作用下，巖石發(fā)生破碎、塑變，并使礦物在垂直于應(yīng)力方向上生長(zhǎng)、拉長(zhǎng)或壓扁，形成一些片理、線理和流劈理等定向構(gòu)造。同時(shí)促進(jìn)粒間流體的活動(dòng)，提高了變質(zhì)反應(yīng)的強(qiáng)度。

.③粒間流體壓力指存在于巖石顆粒之間的水、二氧化碳、氧等流體物質(zhì)，在埋藏較深的封閉條件下，具有與圍巖相同的負(fù)荷壓力，能成為影響變質(zhì)反應(yīng)的重要因素。如：

CaCO?+SiO?====CaSiO?+CO?↑

方解石石英硅灰石

在這個(gè)反應(yīng)中，CO?流體壓力起著重要作用。此外，粒間流體壓力對(duì)巖石的重結(jié)晶可起催化劑的作用。具有化學(xué)活動(dòng)性的流體通常是指氣態(tài)或液態(tài)的、含有不同數(shù)量的二氧化碳、硼酸、鹽酸、氫氟酸和其他揮發(fā)份的流體物質(zhì)。這些物質(zhì)大大增強(qiáng)了變質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)活動(dòng)性，可以對(duì)周?chē)鷰r石發(fā)生交代作用，即對(duì)周?chē)鷰r石進(jìn)行組分的帶出或帶入，形成與原巖性質(zhì)完全不同的變質(zhì)巖石。

具有化學(xué)活動(dòng)性的流體，對(duì)巖石的重熔溫度也有很大影響。如花崗巖在不含水溶液的情況下（干體系）溫度要高達(dá)950℃

才開(kāi)始重熔，而當(dāng)水溶液飽和時(shí)（濕體系），溫度在640℃上下就開(kāi)始重熔。在變質(zhì)作用過(guò)程中，上述因素并不是孤立進(jìn)行的，通常都是同時(shí)存在，互相配合和互相制約的，并且隨著時(shí)間的推移而不斷發(fā)生變化。

3、變質(zhì)作用的類(lèi)型

變質(zhì)作用按其因素和方式不同，分以下幾種。

①動(dòng)力變質(zhì)作用是一種在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的強(qiáng)應(yīng)力作用下，巖石發(fā)生破碎、變形，在破碎、變形的同時(shí)，伴有一定重結(jié)晶的變質(zhì)作用。其發(fā)生常受斷裂構(gòu)造控制，原巖的變化主要以脆性碎裂和塑性變形為主。動(dòng)力變質(zhì)作用的溫度不高，重結(jié)晶作用不強(qiáng)烈。也叫碎裂變質(zhì)作用。形成的變質(zhì)巖有斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖。

②接觸變質(zhì)作用是指在巖漿活動(dòng)影響下，圍巖主要受巖漿體的影響而產(chǎn)生的一種局部性變質(zhì)作用。通常規(guī)模不大，圍巖主要受巖漿散發(fā)的熱量及揮發(fā)份的作用而變質(zhì)。是一個(gè)高溫低壓的變質(zhì)條件。按變質(zhì)作用的因素不同，接觸變質(zhì)作用又分為兩類(lèi)：

熱接觸變質(zhì)作用是指圍巖僅受巖漿體溫度影響而發(fā)生重結(jié)晶作用、變質(zhì)結(jié)晶作用，變質(zhì)前后化學(xué)成分基本相同。一般形成大理巖、石英巖、角巖和板巖等。接觸交代變質(zhì)作用圍巖除受巖漿體溫度影響外，還受揮發(fā)組分的影響，巖體和圍巖發(fā)生交代作用，致使接觸帶附近的巖體和圍巖的化學(xué)成分也發(fā)生變化。矽卡巖是最常見(jiàn)的接觸交代變質(zhì)巖石。

③區(qū)域變質(zhì)作用是指大面積的巖石，在溫度增高和一定壓力等多種因素的作用下，發(fā)生了程度不等的重結(jié)晶、變質(zhì)反應(yīng)和變形的一類(lèi)變質(zhì)作用。區(qū)域變質(zhì)作用是分布最廣泛、變質(zhì)因素最復(fù)雜的變質(zhì)作用，一般具有比較大的規(guī)模，分布面積可以達(dá)到數(shù)百--數(shù)千Km2。變質(zhì)條件既有低溫低壓、中溫中壓和高溫高壓，也有低溫高壓、高溫低壓等各種情況。通常，變質(zhì)作用溫度范圍大約在200-900℃，壓力在3-12Kb。區(qū)域變質(zhì)作用形成的變質(zhì)巖有板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、大理巖、石英巖、角閃巖、變粒巖、麻粒巖等。④混合巖化作用

是指隨著變質(zhì)作用的增強(qiáng)，溫度、壓力增高，原變質(zhì)巖巖石發(fā)生部分熔融并經(jīng)過(guò)滲透、交代、貫入等方式而形成混合巖的過(guò)程，稱為混合巖化作用。

混合巖化作用多是區(qū)域變質(zhì)作用進(jìn)一步深化的結(jié)果，所以，往往和區(qū)域變質(zhì)作用在一起，但區(qū)域變質(zhì)作用后不一定都有混合巖化作用?；旌蠋r化作用形成各類(lèi)混合巖及混合花崗巖。

二、變質(zhì)巖的特征

變質(zhì)巖最明顯的特征，一是形成變質(zhì)巖特有的礦物，即變質(zhì)礦物；二是在結(jié)構(gòu)上巖石重結(jié)晶明顯，大都具有晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；三是在構(gòu)造上往往礦物呈定向排列，形成片理、劈理和片麻等構(gòu)造。

1、變質(zhì)巖的礦物成分

變質(zhì)巖的礦物成分，既決定于原巖性質(zhì)，還與變質(zhì)作用的性質(zhì)、強(qiáng)度密切相關(guān)，因此變質(zhì)巖具有自己的礦物成分特點(diǎn)，又和火成巖、沉積巖有一定聯(lián)系，且比它們更復(fù)雜多樣。三大類(lèi)巖石礦物成分特征表主要在巖漿巖

中出現(xiàn)的礦物主要在沉積巖

中出現(xiàn)的礦物主要在變質(zhì)巖

中出現(xiàn)的礦物石英,斜長(zhǎng)石,鉀長(zhǎng)石，白云母，黑云母，角閃石，輝石，橄欖石，磁鐵礦，鈦鐵礦鱗石英，歪長(zhǎng)石，

白榴石，方鈉石，

黝方石，藍(lán)方石，

玄武角閃石等石英,斜長(zhǎng)石,鉀長(zhǎng)石，白云母，碳酸鹽礦物，蛋白石，玉髓，

水鋁石，粘土礦物，

海綠石，鹽類(lèi)礦物，

鹵化物礦物，石英,斜長(zhǎng)石,鉀長(zhǎng)石，白云母，黑云母，角閃石，輝石，橄欖石，碳酸鹽礦物，

磁鐵礦，鈦鐵礦

剛玉，石墨，鈣鋁榴石紅柱石，藍(lán)晶石，矽線石

葉臘石，十字石，堇青石

硬綠泥石，硬玉，濁沸石

方柱石，鈉云母，絹云母

簾石類(lèi)，葡萄石，硬柱石

綠纖石，符山石，綠泥石，陽(yáng)起石，藍(lán)閃石，滑石，蛇紋石，直閃石，硅鎂石，透閃石，硅灰石

變質(zhì)巖的礦物成分具有以下特點(diǎn)：①變質(zhì)巖中廣泛發(fā)育纖維狀、片狀、長(zhǎng)柱狀和針狀礦物，如透閃石、陽(yáng)起石、云母類(lèi)、石墨、夕線石、角閃石等。②變質(zhì)巖中常出現(xiàn)相對(duì)密度大、分子體積小的礦物，如石榴子石、硬玉等。③變質(zhì)巖中同質(zhì)異像（多形）礦物發(fā)育，如紅柱石、藍(lán)晶石和夕線石，其化學(xué)組成相同（Al2SiO3），但礦物穩(wěn)定的壓力-溫度范圍很狹小。

2、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)

①變晶結(jié)構(gòu)

是巖石在變質(zhì)作用過(guò)程中重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用所成的結(jié)構(gòu)。變晶結(jié)構(gòu)是變質(zhì)巖中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，從外貌上看，與火成巖的晶質(zhì)結(jié)構(gòu)大體相似。根據(jù)變晶礦物的粒度和形狀等特點(diǎn)可進(jìn)一步劃分為：

粒狀變晶結(jié)構(gòu)又叫花崗變晶結(jié)構(gòu)，礦物顆粒大小相近。按礦物顆粒大小又分為粗粒變

晶結(jié)構(gòu)（>3mm）、中粒變晶結(jié)構(gòu)（1~3mm）、細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)（<1mm）。

不等粒變晶結(jié)構(gòu)主要礦物顆粒大小為連續(xù)變化，有大有小。

斑狀變晶結(jié)構(gòu)即在粒度較小的礦物集合體中有相對(duì)較大的斑狀晶體，基質(zhì)和斑晶粒度差別懸殊，基質(zhì)可是各種結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@些斑晶是在變質(zhì)作用中形成的，故稱變斑晶。

鱗片(狀)變晶結(jié)構(gòu)主要由云母、綠泥石、滑石等片狀礦物組成，多數(shù)情況下都呈平行定向排列。

纖(維)狀變晶結(jié)構(gòu)

主要由纖維狀、長(zhǎng)柱狀或針狀礦物組成，礦物常成平行排列或束狀集合體。如右圖。

角巖結(jié)構(gòu)是一種隱晶質(zhì)或微細(xì)顆粒的變晶結(jié)構(gòu)。它是熱接觸變質(zhì)而成的角巖的特征結(jié)構(gòu)。

②碎裂結(jié)構(gòu)又叫壓碎結(jié)構(gòu)。是指巖石在應(yīng)力作用下，巖石以及其中的礦物發(fā)生變形、破裂和?；囊环N結(jié)構(gòu)特征。按碎裂程度又分為以下三類(lèi)：

碎裂結(jié)構(gòu)礦物顆粒發(fā)生裂隙、裂開(kāi)并在顆粒的接觸和裂開(kāi)處被碎裂成許多小顆粒(也稱碎邊)，因而礦物顆粒的外形都呈不規(guī)則的棱角狀、鋸齒狀，粒間則為?；饔眯纬傻募?xì)小碎粒和粉末。但破碎的顆粒間一般位移不大。

碎斑結(jié)構(gòu)破碎劇烈時(shí)，在粉碎了礦物顆

粒中(稱碎基)還殘留有部分較大的礦物顆粒，很像斑晶(稱碎斑)，稱為碎斑結(jié)構(gòu)。碎斑形狀不規(guī)則，具撕碎狀邊緣、裂紋。碎基是細(xì)小碎粒至隱晶質(zhì)的粉末。

糜棱結(jié)構(gòu)礦物顆粒幾乎全部破碎成微粒狀(或細(xì)粒至隱晶質(zhì))，并在應(yīng)力作用下破碎的微粒呈明顯的定向排列，其中可殘留少量稍大的礦物碎片(碎斑，常為石英、長(zhǎng)石等)，稱糜棱結(jié)構(gòu)。

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(lái)，形成變余結(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。如變余花崗結(jié)構(gòu)、變余中砂結(jié)構(gòu)等。

3、變質(zhì)巖的構(gòu)造

①片理構(gòu)造片理構(gòu)造是變質(zhì)巖中最常見(jiàn)、最具特征性的構(gòu)造。由于變質(zhì)作用過(guò)程中壓力，特別是應(yīng)力的影響，使礦物呈現(xiàn)出互相平行的定向排列，并且在此方向上往往能裂開(kāi)一個(gè)面，這個(gè)面叫片理面。片理面既有平整的，也有彎曲的。這種構(gòu)造特征就叫片理構(gòu)造。根據(jù)變質(zhì)巖中礦物的組合和重結(jié)晶程度，片理構(gòu)造又分為以下五種。

片麻構(gòu)造主要為粒狀礦物，同時(shí)伴有部分成定向排列、斷續(xù)分布的片狀或柱狀礦物。一般它們的重結(jié)晶程度都比較高。

片狀構(gòu)造主要由云母、閃石等片狀礦物和部分粒狀礦物所組成，片理面可以是較平直，