一、变质岩简介
变质岩是三大岩石类型之一。岩石是天然产出的具有一定结构构造的矿物集合体,少数由天然玻璃、胶体或生物遗体组成。矿物是由地质作用形成的天然单质或化合物。按照岩石形成的地质作用类型不同,可将它们分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
地质作用是形成和改变地球的物质组成、外部形态特征与内部构造的各种自然作用,它分为内力地质作用和外力地质作用。前者主要以地球内部热能为动力并发生于地球内部;后者主要以太阳能及日月引力能为动力,并通过大气、水、生物等因素作用于地球表层。
(一)什么是变质岩
地球上已经形成的岩石(岩浆岩、沉积岩和变质岩,统称为原岩)受内力地质作用而处于不同的物理化学条件,在固体状态下发生矿物成分、结构和构造变化形成的新岩石,就是变质岩。
变质岩与岩浆岩、沉积岩是可以相互转化的(图1)。
(二)变质作用
受构造运动、岩浆活动、陨石冲击等地质作用影响,原岩的物理和化学条件发生改变,使其在基本保持固态情况下结构、构造、成分发生不同程度的变化,这种转化再造过程就叫作变质作用。
影响变质作用的因素主要有温度、压力、化学活动性流体。温度的变化,能引起原岩中矿物的变质反应,各种组分重新组合形矿物。例如,温度升高可以使石灰岩中隐晶质的方解石发生重结晶而变成较大的晶体,使石灰岩变成大理岩。
压力按其性质和所起的作用分为负荷压力、流体压力和应力。压力不仅可以使岩石的体积缩小,密度加大,形的矿物,还可以促使岩石中的矿物垂直于压力方向排列,产生片状构造。
化学活动性流体的成分以H2O、CO2为主,并含有其他一些易挥发、易流动物质。化学活动性流体积极参与变质作用的各项化学反应,引起岩石化学成分的变化。
(三)变质岩中的矿物
变质岩由不同类型原岩变化而来,其岩性特征一方面受原岩的控制,具有明显的继承性;另一方面受变质作用影响,具有与原岩不同的或不完全相同的成分和组构特征。这就导致变质岩的矿物组成比岩浆岩、沉积岩的复杂,同时也使变质岩在矿物成分上最具特色。
1.变质岩主要造岩矿物
组成岩石的矿物被称为造岩矿物。变质岩中的造岩矿物较沉积岩、岩浆岩复杂(表1)。
2.变质岩中的矿物类型及组合
变质岩中的矿物既有变质作用过程中形成的矿物,称为变质矿物;也有由于变质反应不彻底而残留下的原有矿物,称为变余矿物。仅稳定存在于很狭窄的温度和压力范围内的变质矿物,称为特征变质矿物。特征变质矿物对外界条件的变化很灵敏,常常成为变质岩形成条件的指示矿物。如Al2SiO5的三种同质多象矿物:红柱石往往形成于低压条件下;蓝晶石形成于泥质岩在较高压力条件下的变质作用;夕线石则形成于同一原岩较高温度条件下的变质作用。
变质岩因原岩和变质作用特征差异而表现出不同的化学成分、矿物成分特点。按照原岩类型、化学成分差异,变质岩可以分为以下五个系列,各自具有不同的矿物组合。
超基性系列:由超基性岩浆岩经变质作用形成的变质岩,化学成分以富镁为特征,矿物主要为滑石、蛇纹石、透闪石、橄榄石、尖晶石等。
基性系列:由基性岩浆岩、铁质岩石等经变质作用形成的变质岩,化学成分以富钙、铁、镁,Na2O>K2O为特征,矿物主要为石英、斜长石、绿泥石、绿帘石、角闪石、单斜辉石、斜方辉石等。
长英质系列:由中酸性岩浆岩、砂岩、粉砂岩经变质作用形成的变质岩,化学成分以富硅、钠、钾为特征,矿物主要为石英、斜长石、钾长石、云母、绿泥石、角闪石、辉石等。
碳酸盐系列:由石灰岩、白云岩等经变质作用形成的变质岩,化学成分以富钙、镁为特征,矿物主要为方解石、白云石等。
泥质系列:由泥岩、页岩等经变质作用形成的变质岩,化学成分以富铝、硅、钾,贫钙为特征,矿物主要为石英、斜长石、钾长石、绿泥石、云母及富铝矿物铁铝榴石、蓝晶石、红柱石、堇青石、十字石等。
(四)变质岩结构与构造
变质岩的结构和构造是变质作用条件和变质作用演化历史的直接记录,是变质岩的重要鉴定特征和命名依据。变质岩的结构是指组成变质岩的矿物的形态、粒度以及矿物与矿物之间的相互关系;变质岩的构造是指变质岩中各矿物集合体的空间排列状态和相互关系。
变质岩的结构类型繁多,根据成因可分为变晶结构、交代结构、变形结构和变余结构。
图2.变余构造——变余杏仁构造杏仁构造,由次生矿物填充于火山岩气孔而形成的变质岩的构造是岩石更宏观的特征,它主要一种构造,因充填体宛如杏仁而得名指变质岩中各组分在空间上的排列、分布和聚集的方式。变质岩的构造可以是继承性的,即岩石经变质作用后仍保留有原岩的部分构造特征,被称为变余构造(图2);也可以是新形成的,即岩石经过变质作用形成的新构造,被称为变成构造(图3)。
图3.变成构造——眼球状构造在某些片麻岩和混合岩中,长石晶体或长石和石英的集合体呈眼球状、透镜状或扁豆状被片状或柱状矿物所环绕,外形很像眼球,故称为眼球状构造
一、变质岩简介
(五)变质岩的分类
变质岩一般按变质作用的类型进行分类。根据变质作用的地质条件和主要因素的不同,可将变质作用分为区域变质作用、接触变质作用、气成热液变质作用、混合岩化作用、动力变质作用。
相应的,变质岩可分为区域变质岩、接触变质岩、热液变质岩、混合岩和动力变质岩。在各类变质岩中,根据岩石的结构、构造以及矿物组合,再划分出主要的岩石类型(表2)。
(六)变质程度和变质相
变质程度指变质作用过程中原岩受到改造的程度。由于变质作用过程中,温度往往起主导作用,一般是温度越高,原岩被改造得越强烈。因此,按照温度的高低,可将变质作用分为很低级、低级、中级和高级四个等级。在一定的温度范围内,按照压力的高低,将变质作用分为低压、中压、高压和超高压四个等级。在区域变质岩中,从板岩、千枚岩、片岩、片麻岩至混合岩,原岩的变质程度越来越高。变质相是在一定的温度和压力范围内,不同成分的原岩经变质作用后形成的一套矿物共生组合。例如:浊沸石相,形成的温度上限为 360~370℃,压力为0.2~0.3GPa(1GPa=1×109Pa,Pa是压强单位,表示物体单位面积上受到的压力)。
目录
前言
一、变质岩简介 1
二、常见的变质岩 7
三、变质岩的用途 24
四、变质岩的分布 29
五、变质岩之美 34
六、典型的变质岩地质遗迹 42
参考文献 63