變質巖在地球的發展演化過程中占有重要的地位。前寒武紀的巖石幾乎全部是變質巖。變質巖的分布約占大陸面積的五分之一以上。變質巖在我國分布很廣，從太古宇至新生代都有變質巖的形成，但多數分布在古老的結晶地塊和古生代以來的造山帶、構造活動帶中。

因此，對變質作用和變質巖的研究有其重要的理論和實際意義。

第六講變質巖

Metamorphicrocks

變質巖在地球的發展演化過程中占有重要的地位第六講變質巖

Metamorphicrocks

第一節變質作用與變質巖的基本概念變質作用：類型控制因素變質作用方式變質巖：結構構造第二節變質巖的基本類型動力變質巖區域變質巖接觸變質巖混合巖化作用與混合巖氣液變質作用及其巖石第六講變質巖

Metamorphicrocks第一第一節變質作用與變質巖的基本概念變質作用是指在地下特定的環境中，由于溫度、壓力或流體作用的影響，使原巖在基本上為固態條件下，發生物質成分與結構、構造變化。由變質作用所形成的新巖石稱為變質巖。變質巖的分類：

正變質巖—由巖漿巖變質形成的

副變質巖—由沉積巖變質形成的

變質巖再變質稱為復變質巖，或疊加變質巖。

一、變質作用第一節變質作用與變質巖的基本概念變質作用是指在地下特定的環二、變質巖的基本特征分布：巖石圈內大部分巖石形成的條件溫度較高：（700-200℃）（靜巖）壓力較大：（上百到上千MPa之間）局部定向壓力（即構造應力）較大流體的作用二、變質巖的基本特征變質作用與巖漿作用、風化作用的區別：變質與巖漿作用：變質作用基本固態；巖漿作用是高溫熔融的液態演化；變質與風化作用：常溫、常壓下，主要由外動力引起變質作用與成巖作用（沉積）、巖漿作用無截然界限變質作用與巖漿作用、風化作用的區別：溫度引起的變化引起重結晶作用如石灰巖變大理巖促進化學反應：高嶺石→紅柱石+石英+水(吸熱)

溫度升高反應向右進行，溫度降低則向左進行溫度升高的原因地熱增溫：平均30℃/km巖漿熱構造增熱（摩擦熱）—作用有限放射性元素衰變生熱——變質作用主要熱源三、引起變質作用的因素——溫度溫度引起的變化三、引起變質作用的因素——溫度變質作用的溫度下限，根據濁沸石等開始出現的溫度大約在180℃～230℃左右（與沉積巖的后生成巖作用過渡）.溫度上限是根據深熔實驗確定的，約為700℃～900℃（與巖漿作用過渡）.變質作用的溫度下限，根據濁沸石等開始出現的溫度大約在180℃壓力類型1)靜壓力—圍壓（負荷），可以從上百兆帕斯卡(MPa)到上千兆帕斯卡，一般28MPa/km.

壓力作用效果——巖石密度增加如紅柱石（3.1）變為蘭晶石（3.6）鈉長石變為硬玉+石英2)粒間流體壓力：流體以H２O與CO２為主3)應力——構造作用（-導致礦物定向、結構變化）三、引起變質作用的因素——壓力壓力類型三、引起變質作用的因素——壓力負荷壓力（Pl

）

指地殼一定深處巖石所承受的上覆巖層的重力。一般認為在地表下0～40km范圍內，隨著深度的增加，均向壓力約以平均為0.029GPa/km的增壓率增加。負荷壓力與新礦物形成：在一定的溫度下，由于均向壓力的增加，往往形成相對密度較大，分子體積較小的礦物。變質作用壓力的范圍:＜0.1GPa～1.2GPa，即換算成正常地下深度為3km～40km。

負荷壓力（Pl）指地殼一定深處巖石所承受的上覆巖層差異應力使巖石結構發生改變

差異應力使巖石結構發生改變

三、引起變質作用的因素——流體

化學活動性的流體主要為H2O和CO2等。在水溶液中經常含有不同數量K,Na,Ca,Si等造巖組分的溶解物質，這些物質大大增強了水溶液的化學活動性。流體在變質過程中所起作用有：周圍巖石發生交代作用;溶液作催化劑，促進礦物的重結晶和變質結晶;影響水化和脫水作用的反應方向;影響（大大降低）巖石的熔點

結論：

流體只有在溫度和壓力的共同參與下，才能作為影響變質作用的因素之一。三、引起變質作用的因素——流體化學活動性的流體主變質作用因素小結

在變質過程中，一般情況下，溫度作為主導因素，配合著壓力和具有化學活動性流體的活動。另一方面，變質作用還與原巖的內部因素（物質組分、結構、構造等）密切相關，例如：石灰巖經變質后發生重結晶形成大理巖，而處于同樣變質條件下的石英砂巖幾乎可以沒有明顯的變化。

因此，在研究變質作用因素及其變質過程時，應結合地質情況和變化特征進行綜合分析研究。

變質作用因素小結在變質過程中，一般情況下，溫度作為主四變質作用的方式重結晶作用變質結晶與變質反應交代作用變質分異變形作用變質作用方式——變質作用過程中，導致巖石的礦物成分，結構構造轉變的機制。四變質作用的方式重結晶作用變質作用方式——變質作用過程中四、變質作用的方式（１）重結晶作用指巖石在固態狀態下，同一種礦物經過有限的顆粒溶解、組分遷移，然后又重新結晶成較粗大顆粒的作用，在這一過程中礦物成分不發生變化。特點：同種顆粒增大、大小均一化、晶形規則原巖成分越單一、粒度越小，越易發生重結晶

石灰巖（CaCO3)——大理巖（CaCO3）重結晶作用是在封閉體系中發生的，T為主導因素。四、變質作用的方式（１）重結晶作用指巖石在固態狀態下，同一種變質結晶作用：指原巖在固態條件下、且總體化學成分基本不變化的條件下，形成新礦物或新礦物組合的作用。

方式:變質反應，包括同質多像轉變和新礦物的形成同質多像轉變如紅柱石—夕線石—藍晶石Al2SiO5新礦物的形成白云母+石英————鉀長石+夕線石+水

KAl2[AlSi3O10](OH)2+SiO2——KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O四、變質作用的方式（２）變質結晶作用與變質反應（溫度增高）變質結晶作用：指原巖在固態條件下、且總體化學成分基本不變化的變質結晶作用特點1變質作用過程中，原巖中的化學成分重新組合而形成新礦物的作用。

2礦物相的轉變是通過變質反應來實現的。

因此，變質結晶作用基本是在封閉體系中發生的，T為主導因素；有新礦物的形成，可有原礦物的消失，但體系的化學組分不變。

提示：變質結晶與重結晶的區別在于是否有新礦物的形成！變質結晶作用特點1變質作用過程中，原巖中的化學指化學活動性強的流體與固體巖石之間發生物質置換與交換作用，產生新礦物，巖石總體化學成分發生變化。KAlSi3O8+Na+NaAlSi3O8+K+鉀長石鈉長石流體的作用：物質搬運遷移的介質和催化劑交代作用的特點：在固態條件進行；原礦物的溶解和新礦物的形成幾乎同時進行。（３）交代作用四、變質作用的方式（３）交代作用四、變質作用的方式指成分比較均一的原巖，經變質作用后，形成礦物成分不均勻分布的過程。原因：由于溫度、壓力（包括應力）和溶液影響下，使巖石中某些組分發生局部遷移、聚集和結晶形成的如：當具有定向壓力作用時，原巖本身的某些礦物（如暗色與淺色礦物）經過變質作用、定向排列而不均勻地分別聚集起來，分別形成暗色礦物與淺色礦物的條帶（４）變質分異作用四、變質作用的方式指成分比較均一的原巖，經變質作用后，形成礦物成分不均勻分布的（5）變形作用和碎裂作用差異應力作用使巖石的結構、構造發生改變，同時也會伴隨有化學成分和礦物組成的變化。變形——塑性碎裂——脆性四、變質作用的方式（5）變形作用和碎裂作用差異應力作用使巖石的結構、構造發生改強面理化無面理

強面理化無面理

變質巖的成分特點化學成分：無強烈交代的變質巖，其化學成分取決于原巖發生交代作用的變質巖，成分變化大正變質巖化學成分變化范圍小于副變質巖礦物成分：變質巖礦物成分由于變質條件復雜，礦物成分復雜，可分為2類：

新生礦物：變質作用新形成的礦物

殘余礦物：原巖礦物殘余變質巖的成分特點化學成分：五變質作用的類型（1）接觸變質作用：溫度、流體

（2）動力變質作用：差異應力（3）區域變質作用：溫度、壓力、差異應力、流體、時間（4）混合巖化作用：溫度五變質作用的類型（1）接觸變質作用：溫度、流體五、變質作用的基本類型（１）接觸變質作用發生位置：巖漿巖體與圍巖接觸帶及其附近原因：巖漿熱量及活動性流體所引起的變質作用。溫度條件：溫度較高，一般在300～800℃之間，靜巖壓力不太大（～300MPa）兩種類型：接觸交代變質作用接觸熱變質作用五、變質作用的基本類型（１）接觸變質作用發生位置：巖漿巖體與五、變質作用的基本類型（１）接觸變質作用發生位置：巖漿巖體與圍巖接觸帶及其附近原因：巖漿熱量及活動性流體所引起的變質作用。溫度條件：溫度較高，一般在300～800℃之間，靜巖壓力不太大（～300MPa）兩種類型：接觸交代變質作用接觸熱變質作用五、變質作用的基本類型（１）接觸變質作用發生位置：巖漿巖體與接觸交代變質作用：除溫度因素之外，從巖漿中分泌的揮發性物質所產生的交代作用。

如：當碳酸鹽巖石與中、酸性侵入巖相接觸時常形成——矽卡巖

鎂質矽卡巖：鎂橄欖石－透輝石－金云母－硅鎂石。。。。。

鈣質矽卡巖：鈣鋁榴石、鈣鐵榴石、鈣鐵輝石。。。

我國大量中、小型含金的富銅、富鐵礦床大多是與矽卡巖關系密切的金屬礦床。（１）接觸交代變質作用五、變質作用的基本類型接觸交代變質作用：除溫度因素之外，從巖漿中分泌的揮發性物質所（１）接觸變質作用（１）接觸變質作用2熱接觸變質作用1熱接觸變質巖：角巖如紅柱石角巖、硬綠泥石角巖等

泥質巖熱變質——板巖、角巖、片麻巖

碳酸鹽巖變質——大理巖、白云質大理巖

碎屑巖變質——變質砂巖、石英巖2熱接觸變質作用1熱接觸變質巖：角巖如紅柱石角巖、硬綠泥石紅柱石角巖

紅柱石角巖變質巖巖石學課件

條件：變形過程中，定向壓力作用下，使巖石發生變形、破碎以及伴隨的重結晶等作用。類型：碎裂作用地殼淺部，深度一般小于10km，溫度一般低于250～300℃，巖石常表現為較強的脆性，巖石以碎裂為主，形成的巖石稱為碎裂巖類。韌性變形在地殼深部(深度大于10～15km)，巖石表現出較強的韌性變形，變形雖可很大而不出現明顯的破裂，形成的巖石稱為糜棱巖類。（２）動力變質作用五、變質作用的基本類型條件：變形過程中，定向壓力作用下，使巖石發生變形、破碎以及低溫碎裂作用低溫碎裂作用相反位錯——湮滅相反位錯——空位相同位錯——亞晶粒相反位錯——湮滅相反位錯——空位相同位錯——亞晶粒位錯的重新排列，形成位錯壁和亞晶粒位錯的重新排列，形成位錯壁和亞晶粒云母的扭折云母的扭折糜棱巖糜棱巖在大區域范圍內發生范圍：數千至數萬km２以上，影響深度可達30km以上溫度：200-800℃之間壓力：靜巖壓力可隨埋深不同而變化，此外還存在較強的定向壓力（構造應力，幾十到上百MPa）。方式：以變質結晶作用為主，還包括重結晶、交代作用和變質分異作用上述作用方式共同：改造原巖的礦物成分與結構、構造。（３）區域變質作用五、變質作用的基本類型在大區域范圍內發生（３）區域變質作用五、變質作用的基本類型區域變質作用

在大區域范圍內發生，并由溫度、壓力及化學活動性很強的流體等多種因素，共同引起。可進一步分為三種：造山變質作用洋底變質作用埋藏變質作用

巖石圈洋殼大陸殼低溫高壓帶高溫低壓帶高溫高壓帶區域變質作用巖石圈洋殼大陸殼低溫高壓帶高溫低壓帶高溫高壓帶（4）混合巖化作用（migmatitization）

在區域變質作用基礎上，地殼內部熱流繼續升高，便產生深部熱液和局部重熔熔漿的滲透、交代并貫入變質巖中，形成混合巖的一種變質作用。是變質作用向巖漿作用過渡的類型。又稱超變質作用（ultra-metamorphism）。五、變質作用的基本類型（4）混合巖化作用（migmatitization）（1）造山變質作用（orogenicmetamorphism）

大規模分布于前寒武紀結晶基底和顯生宙造山帶的變質作用，與造山作用有密切的成因聯系。是區域變質作用中最常見的類型。溫度、壓力和偏應力是主導因素

變質方式：變形，重結晶

（1）造山變質作用（orogenicmetamorphis（2）洋底變質作用（oceanfloormetamorphism）

洋殼巖石在大洋脊附近上升熱流和海水作用下產生的規模巨大的變質作用。使巖石的礦物成分、化學成分、結構構造發生變化。溫度和海水中活動組分的化學位（或濃度）是主導因素變質作用方式：重結晶作用伴隨交代作用。（2）洋底變質作用（oceanfloormetamorp（3）埋藏變質作用（burialmetamorphism）

無明顯變形的大規模很低級（很低溫）變質作用，成巖作用和變質作用過渡的類型。通常發育在造山變質和洋底變質很低級的部分。或獨立出現在強烈坳陷盆地的底部。

（3）埋藏變質作用（burialmetamorphism）（5）氣-液變質作用

（pneumatolytichydrothermalmetamorphism）

分布于侵入體接觸帶及其附近和火山噴氣活動區，具有化學活動性的氣態和液態流體，對巖石進行交代作用而引起的變質作用。控制因素主要為化學活動性流體，其次是溫度。當這種流體來自于巖漿體時，使接觸帶圍巖和巖體發生交代作用，稱為接觸交代變質作用。

五、變質作用的基本類型（5）氣-液變質作用

（pneumatolytichydr變質作用的類型接觸變質作用動力變質作用區域變質作用氣液變質作用混合巖化作用變質作用的類型接觸變質作用動力變質作用區域變質作用氣液變質作綠片巖藍片巖榴輝巖麻粒巖接觸變質作用斜長角閃巖與區域變質作用相關的變質相綠片巖藍片巖榴輝巖麻粒巖接觸變質作用斜長角閃巖與區域變質作用

美國東北部區域變質相帶圖

綠——綠片巖相黃——角閃巖相紫——麻粒巖相美國東北部區域變質相帶圖

綠——綠片巖六、變質巖的結構和構造變質巖的結構：組成巖石的礦物顆粒大小、形狀及其之間的關系變質巖的構造：變質巖中各組份在空間上的排列、分布方式特點：即可保留原巖結構、構造，也可形成新的結構、構造六、變質巖的結構和構造變質巖的結構：組成巖石的礦物顆粒大小、（一）結構1變余結構：原巖結構保留，淺變質，如：變余斑狀結構、變余輝綠結構、變余砂狀結構。。。2變晶結構：變質作用產生的新礦物——變晶，變晶的大小、關系、形態稱為變晶結構；重結晶和變質結晶作用形成，貌似巖漿結晶結構，但有以下特點：①變晶礦物含有較多包體；②各礦物顆粒同時生長；③礦物自形程度并不表示結晶先后順序，只反映結晶能力大小3交代結構：流體作用下原礦物被溶解同時，新礦物形包括：①交代假象結構；②交代殘斑結構4動力變質結構碎裂結構和糜棱結構（一）結構變余斑狀結構變余斑狀結構變余砂狀結構變余砂狀結構

相對大小：等粒，不等粒，斑狀變晶結構

絕對大小：粗粒變晶結構（大于3mm),

中粒變晶結構（3-1mm）細粒變晶結構（<1mm）

粒狀變晶結構（花崗變晶結構）－近等軸狀

角巖結構－隱晶質

鱗片變晶結構－片狀礦物定向

纖狀變晶結構－纖維狀（變晶礦物一向延伸如：矽線石、陽起石）粒度大小晶體形態變晶結構變質巖的結構

斑狀變晶結構變斑晶變基質斑狀變晶結構變斑晶變基質變晶結構鱗片變晶結構鱗片變晶結構不等粒變晶結構變晶結構鱗片變晶結構鱗片變晶結構不等粒變晶結構動力變質結構

巖石變形的趨勢是使巖石細粒化，但或多或少保留原巖顆粒。因此變質巖中大的原巖巖石或礦物顆粒稱為碎斑，小的顆粒稱為基質。

根據破碎、變形特點和程度可細分為：碎裂結構、糜棱結構、玻璃質碎屑結構等類型。

動力變質結構巖石變形的趨勢是使巖石細粒化，但

碎裂結構碎斑為大的破裂的巖石或礦物顆粒，基質為細小的同成分粉碎物質——主要為脆性變形產生

糜棱結構

碎斑通常是變形的原巖顆粒，基質包括細小的應變顆粒和動態重結晶形成的亞顆粒，重結晶顆粒通常呈絲帶狀——塑性變形產生

玻璃質碎屑結構

碎斑是原巖巖石或礦物碎屑，基質為玻璃質。是高應變速率下強烈變形伴隨部分熔融產生。動力變質結構碎裂結構碎斑為大的破裂的巖石或礦物顆粒，基質碎斑碎基碎斑碎基（二）變質巖構造1變余構造：原巖構造殘余沉積巖變余構造：變余層理構造、變余波痕巖漿巖變余構造：變余氣孔構造、變余杏仁構造、變余流紋構造2變成構造：變質作用新形成的構造

1）斑點狀構造6）條帶狀構造

2）板狀構造7）眼球狀構造

3）千枚狀構造8）塊狀構造

4）片狀構造（片狀、纖狀、粒狀礦物定向）

5）片麻狀構造（粒狀礦物為主）（二）變質巖構造1變余構造：原巖構造殘余變質構造（metamorphicstructure）

（1）板狀構造（slatystr.）巖石在應力作用下產生一組密集平行的破裂面即劈理，伴有輕微的重結晶，但仍為隱晶質。因此劈理面常光滑平整，具變余結構。變質構造（metamorphicstructure）

（2）千枚狀構造（phylliticstr.）

巖石中各組分基本已重結晶、變質結晶并呈定向排列，使巖石呈薄片狀，片理面上具絲絹光澤。還常見具撓曲和小褶皺。（2）千枚狀構造（phylliticstr

（3）片狀構造（schistosestr.）巖石重結晶程度較高，由鱗片狀、柱狀和針狀礦物定向排布成薄的面狀，這些面稱片理。片理面可以平直，也可以彎曲。（3）片狀構造（schistosestr.

（4）片麻狀構造（gneissicstr.）

重結晶程度較高，粒狀變晶礦物為主，其間雜以鱗片狀、柱狀變晶礦物斷續定向分布而成。是片麻巖中常見的構造。（4）片麻狀構造（gneissicstr.

（5）條帶狀構造（bandedstr.）

由礦物成分、結構或其它特征上不同的部分成條帶狀相間分布而成。又叫層狀構造。（5）條帶狀構造（bandedstr.）

（6）眼球狀構造（augenstr.）

眼球狀巨大顆粒或顆粒集合體在基質中呈定向分布。見于動力變質巖和混合巖中。（7）塊狀構造（massivestr.）

礦物成分和結構都成無向的均勻分布所組成的一種構造。常見于接觸變質巖、洋底變質巖和埋藏變質巖中。

（6）眼球狀構造（augenstr.）（7）塊狀構造（第二節變質巖的類型動力變質巖區域變質巖熱接觸變質巖混合巖交代變質巖高壓-超高壓變質巖（High-UltrahighPressureMetamorphicRocks)第二節變質巖的類型動力變質巖一、動力變質巖由動力變質作用形成。產生于斷裂帶和韌性剪切帶。脆性系列-淺部構造層次韌性系列-深部構造層次脆性巖系：脆性狀態下，巖石經動力變質作用發生破碎形成。按粒級分為角礫巖、碎粒巖、碎粉巖和斷層泥等。糜棱巖系：塑性變形為主，具有明顯的面理和線理構造、糜棱結構或變余糜棱結構。分為糜棱巖、千糜巖和變余糜棱巖。一、動力變質巖由動力變質作用形成。產生于斷裂帶和韌性剪切帶。動力變質巖（脆性域）

碎裂巖系列動力變質巖（脆性域）韌性——糜棱巖韌性——糜棱巖二、區域變質巖（一）分類和命名命名方法：根據結構、構造和礦物成分1）具變余結構和構造的：