根据变质岩系产出的地质位置、规模和变质相系,同时考虑大多数人的税惯分法,可把变质作用分为局部性的和区域性的两大类别。局部性的包括下列类型。
一、接触变质作用
一般是在侵入体与围岩的接触带,由岩浆活动引起的一种变质作用。通常发生在侵入体周围几米至几公里的范围内,常形成接触变质晕圈。一般形成于地壳浅部的低压、高温条件下,压力为107~3×108帕。近接触带温度较高,从接触带向外温度逐渐降低。接触变质作用又可分为2个亚类:
①热接触变质作用:指岩石主要受岩浆侵入时高温热流影响而产生的一种变质作用。定向应力和静压力的作用一般较小,具有化学活动性的流体只起催化剂作用,围岩受变质作用后主要发生重结晶和变质结晶,原有组分重新改组为新的矿物组合并产生角岩结构,而化学成分无显著改变。
②接触交代变质作用:在侵入体与围岩的接触带,围岩除受到热流的影响外,还受到具化学活动性的流体和挥发分的作用,发生不同程度的交代置换,原岩的化学成分、矿物成分、结构构造都发生明显改变,形成各种夕卡岩和其他蚀变岩石,有时还伴生有一定规模的铁、铜、钨等矿产以及钼、钛、氟、氯、硼、磷、硫等元素的富集。
二、高热变质作用
指与火山岩和次火山岩接触的围岩或捕虏体中发生的小规模高温变质作用。其特点是温度很高,压力较低和作用时间较短。围岩和捕虏体被烘烤退色、脱水,甚至局部熔化,出现少量玻璃质。有时生成默硅镁钙石、斜硅钙石和硅钙石等稀少矿物。
三、动力变质作用
指与断裂构造有关的变质作用的总称。它们以应力为主,有的伴有大小不等的热流,可分为3个亚类:
①碎裂变质作用:当岩层和岩石遭受断层错动时发生压碎或磨碎的一种变质作用,也有人称为动力变质作用(狭义的)、断错变质作用或机械变质作用。一般常发生于低温条件下,重结晶作用不明显,常呈带状分布,往往与浅部的脆性断裂有关。
②韧性剪切带变质作用:韧性剪切带指由韧性剪切作用造成的强烈变形的线状地带,可以有很大的宽度和长度。它与脆性断裂不同,剪切带内的变形是连续的,不发育明显的断层面,但又有相对位移。剪切带变形及相关的变质作用具有相同的边界条件,都限于剪切带内部。一般叠加在区域变质作用产物上的剪切变形往往伴有退化变质作用,其变质程度从低温绿片岩相至高温角闪岩相。与区域变质同期的韧性剪切带变质作用较为复杂,在少数情况下,递进剪切变形也可以伴有进化变质作用。导致剪切带变质作用的主要原因有两个,一是流体的注入,另一是由剪切应变引起的等温面变形和热松弛作用。
③逆掩断层变质作用:逆掩断层导致的变质作用与剪切带变质作用有明显差异,主要影响其下盘和一部分上盘岩石,上盘即逆掩的岩石发生快速退化变质作用,而下盘被逆掩的岩石产生快速的增压变质作用,随后又发生热调整使地热梯度缓慢升高,整个岩系相应地发生缓慢的进化变质作用,最后岩系底部发生部分熔融并导致晚期侵入体的生成。
四、冲击变质作用
指陨石冲击月球或地球表面岩石产生特殊高温和高压所引起的一种瞬间变质作用。宇宙中的巨大陨石,以很大的速度(10~20公里/秒)降落于地球表面,在很短的时间内(10-3~10-1秒),给地球岩石以特大的冲击,使之发生强烈爆炸,产生超高压(1011~1014帕)、极高温(≥10000℃)和释放出巨大能量,使冲击中心形成巨大的陨石坑。在陨石坑中及其周围,生成各种冲击岩。
五、气液变质作用
指具有一定化学活动性的气体和热液与固体岩石进行交代反应,使岩石的矿物和化学成分发生改变的变质作用。气水热液可以是侵入体带来的挥发分,或者是受热流影响而变热的地下循环水以及两者的混合物。在一定条件下,它们可改造岩石中的矿物,形成各种蚀变岩石,并使某些有用元素迁移、沉淀和富集。在气液变质强烈地段往往出现蚀变分带,有利于成矿,故可作为一种普查找矿标志。
六、燃烧变质作用
煤层或天然易燃物由于氧化或外部原因使温度上升而引起燃烧,温度可达1600℃,影响范围可超过10平方公里。可使周围岩石产生重结晶或部分熔化,受变质的泥质或泥灰质沉积岩常裂成碎片或生成烧变岩。这是一种热源来自岩石自身的稀少热变质作用。中国新疆和山西大同的侏罗纪煤田,加拿大北部烟山的白垩系含油砂岩和页岩,都发生过这类变质作用。
区域性的变质作用,一般规模巨大,主要呈面型分布,出露面积从几百到几千甚至上万平方公里,它可分为下列4个主要类型。
七、区域中、高温变质作用
主要见于太古宙地盾或克拉通,常发生在地壳演化的早期,它不同于元古宙以来活动带的变质作用。以单相变质的麻粒岩相和角闪岩相为主,呈面型分布,变质温度,麻粒岩相一般为700~900℃,角闪岩相一般为550~700℃,压力一般为(5~10)×108帕。重熔混合岩比较发育,英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩等分布广泛。紫苏花岗岩仅见于麻粒岩相区。构造上表现为穹窿和短轴背斜。中国的华北陆台有广泛出露。
八、区域动力热流变质作用
即一般所称的区域动热变质作用,也有人称为造山变质作用。这是在区域性温度、压力和应力增高的情况下,固体岩石受到改造的一种变质作用,它往往形成宽度不等的递增变质带。此种变质作用在地理上以及成因上常与大的造山带有关,如欧洲苏格兰—挪威的加里东造山带,北美的阿巴拉契亚造山带,中国的祁连山造山带等。变质作用的形成温度可达700℃,有的高达850℃,压力为(2~10)×108帕,岩石变质后具明显的叶理或片理。常伴有中酸性岩浆活动或区域性混合岩化作用。
九、埋藏变质作用
又称埋深变质作用,也有人称静力变质作用、负荷变质作用或地热变质作用。埋深变质作用与岩浆侵入作用和造山应力作用都无明显关系,它是地槽沉积物及火山沉积物随着埋藏深度的变化而引起的一种变质作用,岩石一般缺乏片理。形成温度较低,最高可能为400~450℃,压力较高。埋深变质作用一方面解释了含有沸石类矿物的变质岩,另一方面解释了含硬柱石、蓝闪石的变质岩,这两类变质岩是在相近的低温条件下形成,但是它们在压力上有较大差别。经常伴生榴辉岩(C型)、蛇纹岩或蛇绿岩。未见有混合岩,同构造期花岗岩很不发育。关于埋深变质作用的成因有造陆运动下沉说、洋槽沿俯冲带下沉说和大断裂造成的下沉说等。
十、洋底变质作用
指大洋中脊附近的变质作用,在大洋中脊下部的热流具有较高的速率,并随深度而快速增加,使原有的基性岩(玄武岩、辉长岩等)变质。以后由于洋底扩张,不断产生侧向移动,使这些变质岩移至正常的大洋盆中。变质的基性岩,一般不具片理,基本保留原有结构,其变质相主要是沸石相和绿片岩相。根据对大西洋、太平洋和印度洋底样品研究,变质岩中的矿物共生组合,常随深度而变化,其顺序为黝帘石→葡萄石+阳起石→绿片岩相,葡萄石-绿纤石相组合缺失,说明大洋中脊玄武岩变质时比许多大陆上蛇绿岩的地热梯度高。区域变质作用按压力类型分为低、中、高三个类型和两个过渡类型,具有一定的温度—压力梯度,并与一定的地质环境有密切关系。80年代中,中国岩石学家董申保等把中国的区域变质作用分为主要类型、基础类型和辅助类型。主要类型有:
①埋深变质作用:包括浊沸石相、葡萄石-绿纤石相型(浅到中等深度型)和蓝闪石-硬柱石片岩相型(高压相系型)两个基础类型;
②区域低温动力变质作用:包括低绿片岩相(千枚岩)型和绿片岩相(有时可出现蓝闪绿片岩相)型两个基础类型;
③区域动力热流变质作用:包括中压相系和低压相系型两个基础类型;
④区域中高温变质作用:包括麻粒岩相型和角闪岩相型两个基础类型。辅助类型包括盖层变质作用和断陷变质作用。化学成分
与原岩的化学成分有密切关系,同时与变质作用的特点有关。在变质岩的形成过程中,如无交代作用,除H2O和CO2外,变质岩的化学成分基本取决于原岩的化学成分;如有交代作用,则既决定于原岩的化学成分,也决定于交代作用的类型和强度。变质岩的化学成分主要由SiO2Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、H2O、CO2以及TiO2、P2O5等氧化物组成。由于形成变质岩的原岩不同、变质作用中各种性状的具化学活动性流体的影响不同,变质岩的化学成分变化范围往往较大。
例如,在岩浆岩(超基性岩-酸性岩)形成的变质岩中,SiO2含量多为35~78%;在(石英砂岩、硅质岩)形成的变质岩中,SiO2含量可大于80%;而原岩为纯石灰岩时,则可降低至零。在变质作用中,绝对的等化学反应是没有的,在变质反应过程中,总是有某些组分的带出和带入,原岩组分总是要发生某些变化,有时则非常显著。在通常的变质反应中,经常发生矿物的脱水和吸水作用、碳酸盐化和脱碳酸盐化作用。这些过程,除与温度、压力有关外,还和变质作用过程中H2O和CO2的性状有关,其他化学组分,在不同的温度、压力以及外界组分的影响下,常表现出不同程度的活动性。例如,在接触交代变质作用过程中,在侵入体和围岩之间,通过双交代作用可形成。在区域变质作用过程中,岩石化学组分的稳定程度,有时可用化合物(硅酸盐、氧化物、硫化物等)的生成热来表示。一般说,生成热越高,这一化合物也越稳定。硫化物的生成热是较低的,氧化物和硅酸盐的生成热比硫化物高。
因此,在区域变质作用过程中,当温度升高时,亲石元素(包括主要造岩元素K、Na、Fe、Mg、Al、Si)保持其稳定;而亲铜元素则根据它们本身的特性,呈现出不同的活动性。这一情况也部分地解释了在区域变质作用过程中,岩石的主要造岩元素可以保持不变或稍有变化的原因。
矿物成分
除含有角闪石、碳酸盐类等主要造岩矿物外,与岩浆岩和沉积岩相比,变质岩中常出现铝的(红柱石、蓝晶石、);不含铁的镁硅酸盐矿物();复杂的钙镁铁锰铝的硅酸盐矿物(类;铁镁铝的铝硅酸盐矿物(堇青石、十字石等);纯钙的硅酸盐矿物(等)以及主要造岩矿物中的某些特殊矿物(蓝闪石、绿辉石、、硬玉、硬柱石等)。这是变质岩矿物成分的主要特点。变质岩的矿物成分,决定于原岩成分和变质条件。
原岩成分决定变质岩中可能出现什么矿物或矿物组合,如原岩为硅质石灰岩,主要成分为CaCO3和SiO2,经变质作用可能出现的矿物是:石英、、硅灰石、甲型硅灰石、灰硅钙石等。而变质条件则决定一定的原岩经变质作用后,具体出现什么矿物或矿物组合,如原岩为硅质石灰岩,在热接触变质作用中,如压力为10帕时,温度低于470℃,形成石英和方解石;当温度大于470℃时,则形成方解石和硅灰石或石英和硅灰石。原岩发生变质时,如不伴随交代作用,变质岩的矿物成分受上述两方面因素的共同制约。在变质岩中,把具有同一原始化学成分而矿物共生组合不同的所有变质岩,称为等化学系列;而把在同一变质条件下形成的具有不同矿物共生组合的所有变质岩,称为等物理系列。在有交代作用的情况下,变质岩的矿物成分,除决定于原岩和变质条件外,还与交代作用的性质和强度有关。
变质岩的矿物成分,按成因可分为:稳定矿物,即在一定变质条件下稳定平衡的矿物;不稳定矿物(残余矿物),即在一定变质条件下,由于反应不彻底而部分残留下来的非稳定矿物。不稳定矿物和稳定矿物之间,常具有明显的置换关系。根据矿物稳定范围,变质岩的矿物成分还可分为:①特征矿物,指稳定范围较窄,反映变质条件比较灵敏的矿物,如绢云母、绿泥石、蛇纹石、浊沸石、绿纤石等,常为低级变质矿物;蓝晶石、十字石(中压)、红柱石、堇青石(低压),常为中级变质矿物;紫苏辉石、夕线石,常为高级变质矿物;蓝闪石、硬柱石、硬玉、文石,常为高压低温矿物等;②贯通矿物,指可以在较大范围的温度、压力条件下形成和存在的矿物,如石英、方解石,当这类矿物单独出现时,一般不具有指示变质条件的意义。
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