分類
按原岩類型來分,變質岩可分為兩大類:①原岩為
岩漿岩經變質作用後形成的變質岩為
正變質岩;②原岩為
沉積岩經變質作用後形成的變質岩為負變質岩。變質岩可以成區域性廣泛出露(如中國東北地區的鞍山群及中南、西南地區的昆陽群、板溪群等),也可成局部分布(如
岩漿侵入體周圍的接觸變質岩及構造錯動帶出現的動力變質岩)。與變質岩有關的金屬和非金屬礦產非常豐富。
進一步細分,習慣上先按變質作用類型和成因,把變質岩分為下列岩類。①區域變質岩類,由區域變質作用所形成。②熱接觸變質岩類,由熱接觸變質作用所形成,如
斑點板岩等。③接觸交代變質岩類,由接觸交代變質作用所形成,如各種。④動力變質岩類,由
動力變質作用所形成,如壓碎
角礫岩、碎裂岩、碎斑岩、等。⑤氣液變質岩類,由
氣液變質作用形成,如
雲英岩、次生石英岩、
蛇紋岩等。⑥衝擊變質岩類。由
衝擊變質作用所形成。在每一大類變質岩中可按等化學系列和等物理系列的原則,再作進一步劃分。在早期的分類方案中,還出現過從原岩的物質成分與類型出發,再依次按變質作用過程中發生的變化與生成的岩石進行的分類。所有這些分類,原則不盡相同,強調的分類依據也有差別。原岩類型和變質作用性質是變質岩分類的兩個主要基礎,但原岩類型的複雜性和變質作用類型的多樣性,給變質岩的分類帶來許多困難。以變質作用產物的特徵(變質岩的礦物組成、含量和結構構造)對變質岩進行分類,將成為今後的主要趨勢。主要岩石類型可分為以下16類:
1.板岩類。屬低級變質產物,如碳質板岩、鈣質板岩、
黑色板岩等。
2.
千枚岩類。
變質程度較板岩相對較高,如絹雲母千枚岩、綠泥石千枚岩等。
3.
片岩類。屬低至中高級變質產物,如雲母片岩、
陽起石片岩、綠泥石片岩等。
4.片麻岩類。屬低一高級變質產物,如
富鋁片麻岩、斜長片麻岩等。
5.長英質粒岩類。可形成於不同的變質條件下,如
變粒岩、淺粒岩等。
6.石英岩類。主要由石英組成(石英含量大於75%),如純石英岩、
長石石英岩、磁鐵石英岩等。
7.斜長
角閃岩類。形成於高
綠片岩相到角閃岩相的變質條件,如石榴子石角閃岩、透
輝石角閃岩等。
8.
麻粒岩類。屬高溫條件下形成的區域變質岩,如暗色麻粒岩、淺色麻粒岩等。
9.鐵鎂質暗色岩類(主要由輝石類、角閃石類、雲母類、綠泥石類等組成)。如
透輝石岩,石榴子石
角閃石岩等。
10.
榴輝岩類(主要由綠輝石和富鎂的石榴子石組成)。如鎂質榴輝岩、鐵質榴輝岩等。
11.
大理岩類(主要由方解石和
白雲石組成)。如白雲質大理岩、矽灰石大理岩、透閃石大理岩等。
13.角岩類。屬熱接觸變質作用產物,如雲母角岩、長英質角岩等。
14.動力變質岩類。屬各種岩石受動力變質作用的產物,如
構造角礫岩、壓碎角礫岩、
糜棱岩等。
生成條件
變質岩是在
地球內力作用,引起的
岩石構造的變化和改造產生的新型岩石。這些力量包括溫度、
壓力、
應力的變化、
化學成分。固態的岩石在地球內部的壓力和溫度作用下,發生物質成分的遷移和重結晶,形成新的礦物組合。如普通石灰石由於重結晶變成大理石。變質岩是在高溫、高壓和
礦物質的混合作用下由一種岩石自然變質成的另一種岩石。質變可能是
重結晶、紋理改變或顏色改變。
變質岩是組成地殼的主要成分,一般變質岩是在地下深處的高溫(150℃-180℃到800℃-900℃)高壓下產生的,後來由於
地殼運動而出露地表。在特殊情況下,變質作用不一定由地球內部的因素所引起,也可以發生在地表,如隕石的猛烈撞擊可以使地表岩石變質;洋脊附近大洋底部的玄武岩因受地下巨大的熱流影響,也能在地表發生變質作用。
化學成分
與原岩的化學成分有密切關係,同時與變質作用的特點有關。變質岩的化學成分主要由SiO
2、Al
2O
3、Fe
2O
3、FeO、MnO、CaO、MgO、K
2O、Na
2O、H
2O、CO
2以及TiO
2、P
2O
5等氧化物組成。由於形成變質岩的原岩不同、變質作用中各種性狀的具化學活動性流體的影響不同,變質岩的化學成分變化範圍往往較大。在變質作用中,絕對的等化學反應是沒有的,在
變質反應過程中,總是有某些組分的帶出和帶入,原岩組分總是要發生某些變化,有時則非常顯著。在通常的變質反應中,經常發生礦物的脫水和吸水作用、
碳酸鹽化和脫碳酸鹽化作用。這些過程,除與溫度、壓力有關外,還和變質作用過程中H
2O和CO
2的性狀有關,其他化學組分在不同的溫度、壓力以及外界組分的影響下,常表現出不同程度的活動性。
礦物成分
變質岩常具有某些特徵性礦物,這些礦物只能由變質作用形成,稱為
特徵變質礦物,特徵變質礦物有紅柱石、藍晶石、矽灰石、石榴子石、滑石、十字石、透閃石、陽起石、藍閃石、透輝石、蛇紋石、石墨等。變質礦物的出現就是發生過變質作用的最有力證據。
除了典型的變質礦物外,變質岩中也有既能存在於火成岩又能存在於沉積岩的礦物,它們或者在變質作用中形成,或者從原岩中繼承而來。屬於這樣的礦物有石英、鉀長石、鈉長石、白雲母、黑雲母等。這些礦物能夠適應較大幅度的溫度、壓力變化而保持穩定。
變質作用類型
由於引起岩石變質的地質條件和主導因素不同,變質作用類型及其形成的相應岩石特徵也不同。
接觸變質作用
這是由
岩漿沿地殼的裂縫上升,停留在某個部位上,侵入到圍岩之中,因為高溫,發生熱力變質作用,使圍岩在化學成分基本不變的情況下,出現
重結晶作用和化學
交代作用。例如中性岩漿入侵到石灰岩地層中,使原來石灰岩中的
碳酸鈣熔融,發生重結晶作用,晶體變粗,顏色變白(或因其他礦物成分出現斑條),而形成大理岩。從石灰岩變為大理岩,化學成分沒有變,而方解石的
晶形發生變化,這就是接觸變質作用最普通的例子,又如
頁岩變成角岩,也是接觸變質造成的。它的分布範圍局部,附近一定有侵入體。包括熱接觸變質作用和接觸交代變質作用。接觸熱變質作用引起變質作用的主要因素是溫度;接觸交代變質作用的原理是從岩石中分泌的揮發性物質,對圍岩進行作用,導致圍岩化學成分發生顯著變化,產生大量的新礦物,形成新的岩石和結構構造。
動力變質作用
這是由於地殼
構造運動所引起的、使局部地帶的岩石發生變質。特別是在
斷層帶上經常可見此種變質作用。此類受變質的岩石主要是因為在強大的、定向的壓力之下而造成的,所以產生的變質岩石也就破碎不堪,以破碎的程度而言,就有破碎角礫岩、
碎裂岩、
糜棱岩等等。好在這些岩石的原岩容易識別,故在岩石命名時就按原岩名稱而定,如稱為花崗破裂岩、破碎斑岩等。
區域變質作用
分布面積很大可達到數千到數萬平方千米,甚至更大,影響深度可達20km以上,變質的因素多而且複雜,幾乎所有的變質因素——溫度、壓力、
化學活動性的流體等都參加了。凡寒武紀以前的古老地層出露的大面積變質岩及寒武紀以後“
造山帶”內所見到的變質岩分布區,均可歸於區域變質作用類型。區域變質作用中,溫度與壓力總是聯合作用的,一般來說,地下的溫度與壓力隨深度增加而增大,但是,由於各處地殼的結構與構造運動性質不同,溫度與壓力隨深度增大的速度並非處處相同,有的變質地區壓力增加慢,而溫度增加快,有的地區恰好相反,這樣出現了不同的區域變質環境,主要有三類:低壓高溫環境、正常地溫梯度環境、高亞低溫環境。區域變質作用的代表性岩石有:板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、變粒岩、斜長角閃石、麻粒岩、榴輝岩。
混合岩化作用
這是在區域變質的基礎上,地殼內部的熱流繼續升高,於是在某些局部地段,熔融漿發生滲透、交代或貫入於變質岩系之中,形成一種深度變質的混合岩,是為
混合岩化作用。
混合岩由兩部分物質組成,一部分是變質岩,稱為基體;另一部分是通過溶體和熱液注入、交代而新形成的岩石,稱為脈體。所謂基體,是指混合岩形成過程中殘留的變質岩,如片麻岩、片岩等,具
變晶結構、塊狀構造,顏色較深;所謂脈體,是指混合岩形成過程中新生的脈狀礦物(或脈岩),貫穿其中,通常由花崗質、細晶岩或石英脈等構成,顏色比較淺淡。基體與脈體混合的形態是多樣的,其混合岩也是多種的,如腸狀混合岩、條帶狀混合岩、
眼球狀混合岩等等。
結構
變質岩的結構是指變質岩中礦物的粒度、形態及晶體之間的相互關係,而構造則指變質岩中各種礦物的空間分布和排列方式。
變質岩結構按成因可劃分為下列各類:
變余結構
是由於變質結晶和重結晶作用不徹底而保留下來的原岩結構的殘餘。如
變余砂狀結構(保留岩漿岩的
斑狀結構)、變餘輝綠結構、變余
岩屑結構等,根據變余結構、可查明原岩的成因類型。
變晶結構
是岩石在變質結晶和重結晶作用過程中形成的結構,它表現為礦物形成、長大而且晶粒相互緊密嵌合。變晶結構的出現意味著火成岩及沉積岩中特有的非晶質結構、
碎屑結構及生物骨架結構趨於消失,並伴隨著物質成分的遷移或新礦物的形成。按礦物粒度的大小、相對大小,可分為粗粒(>3毫米)、中粒(1~3毫米)、細粒(<1毫米)變晶結構和等粒、不等粒、
斑狀變晶結構等;按變質岩中礦物的結晶習性和形態,可分為粒狀、鱗片狀、
纖狀變晶結構等;按礦物的交生關係,可分為包含、篩狀、穿插變晶結構等。少數以單一礦物成分為主的變質岩常以某一結構為其特徵(如以粒狀礦物為主的岩石為粒狀變晶結構、以片狀礦物為主的岩石為鱗片變晶結構),在多數變質岩的礦物組成中,既有粒狀礦物,又有片、柱狀礦物。因此,變質岩的結構常採用複合描述和命名,如具斑狀變晶的中粒
鱗片狀變晶結構等。變晶結構是變質岩的主要特徵,是成因和分類研究的基礎。
交代結構
是由交代作用形成的結構,表示原有礦物被化學成分不同的另一新礦物所置換,但仍保持原來礦物的晶形甚至
解理等內部特點。一種變質岩有時具有兩種或更多種結構,如兼具斑狀變晶結構與
鱗片變晶結構等。
碎裂結構
是岩石在定向應力作用下,發生碎裂、變形而形成的結構。原岩的性質、
應力的強度、作用的方式和持續的時間等因素,決定著碎裂結構的特點。特點是礦物顆粒破碎成外形不規則的帶稜角的碎屑,碎屑邊緣常呈鋸齒狀,並具有扭曲變形等現象。按碎裂程度,可分為
碎裂結構、
碎斑結構、碎粒結構等。
分布
變質岩在地殼內分布很廣,大陸和洋底都有,在時間上從古代至現代均有產出。在各種成因類型的變質岩中,區域變質岩分布最廣,其他成因類型的變質岩分布有限。區域變質岩主要出露於各大陸的地盾和地塊以及
顯生宙各時代的變質活動帶(通常與造山帶緊密伴生)。區域變質岩在地盾和地塊上的出露面積很大,常為幾萬至幾十萬平方公里,有時可達百萬平方公里以上,約占大陸面積的18%。前寒武紀地盾和地塊通常組成各大陸的穩定核心,而
古生代及以後的變質活動帶,常常圍繞前寒武紀地盾或地塊,呈線型分布,如
加拿大地盾東面的阿巴拉契亞造山帶、
波羅的地盾西北面的加里東造山帶、俄羅斯地塊南面的華力西造山帶和
阿爾卑斯造山帶等。有些年輕的變質活動帶往往沿大陸邊緣或
島弧分布,這在太平洋東岸和日本島嶼表現明顯,它們的分布表明大陸是通過變質活動帶的向外推移而不斷增長的。在另一些情況下,變質活動帶也可斜切古老結晶基底而分布,它們代表大陸經解體而形成的陸內地槽,並將發展成新的台槽體系。20世紀60年代以來,還發現在大洋底部的沉積物和
玄武質岩石之下,有變質的、等岩石的廣泛分布,它們是由
洋底變質作用形成的。由形成的各種接觸變質岩石,僅局限於侵入體和
火山岩體周圍,分布面積有限,但分布的地區卻十分廣泛,在不同
地質時期和構造單元內均有產出。由碎裂變質作用形成的各種碎裂變質岩,分布更有限,它們嚴格受各種
斷裂構造的控制。變質岩在中國的分布也很廣。華北地塊和塔里木地塊主要由早前寒武紀的區域變質岩和組成,並構成了中國大陸的古老核心。以後的變質活動帶則圍繞或斜切地塊呈線型分布。
變質岩及特種
糜棱岩。動力變質岩,淺灰、灰綠或灰色,糜棱結構,碎裂構造,主要礦物為石英、長石、綠泥石;
大理岩。接觸熱變質岩,白、灰綠、黃或淺藍色,等粒或變晶結構,塊狀構造,主要礦物為方解石、白雲石;次要礦物為透閃石、透輝石;
矽卡岩。接觸交代變質岩,顏色不定,結構為粒狀微晶,塊狀構造,主要礦物為石榴子石、綠簾石、透輝石;次要礦物為鐵、鎂、鈣矽酸鹽;
蛇紋岩。接觸交代變質岩,灰綠-黃綠色,隱晶質變晶結構,塊狀構造,主要礦物為蛇紋石;次要礦物為磁鐵礦、鈦鐵礦;
板岩。區域變質岩,灰至黑色,隱晶質變晶結構,板狀構造,主要礦物為石英、粘土、絹雲母;
片岩。區域變質岩,黑、灰綠或綠色,變晶結構,片狀構造,主要礦物為雲母、綠泥石、角閃石;次要礦物為長石、綠簾石;
千枚岩。區域變質岩,黃、綠或藍灰色,隱晶質變晶結構,千枚狀構造,主要礦物為石英、綠泥石、絹雲母;
石英岩。區域變質岩,白或灰白色,粒狀變晶結構,塊狀構造,主要礦物為石英,次要礦物為白雲母、矽線石;
片麻岩。區域變質岩,灰或淺灰色,粒狀變晶結構,片麻狀構造,主要礦物為石英、長石,次要礦物為雲母、角閃石、矽線石。