各类岩石简介

变质岩告诉我们什么 

　　绝大多数变质岩形成在地壳深部，我们在地表本来是见不到的，是由于后来的构造运动，造成地壳抬升，覆盖在变质岩之上的岩层被剥蚀掉，才使变质岩露出地表。因此，变质岩可以给地质学家带来深部地壳的各种信息，特别是那些古老的地层，它们中的大部分都由变质岩组成，通过对变质岩的研究，可以使我们知道很多关于地球科学方面的知识。 

　　研究变质岩，可以告诉我们地球深部地壳的组成和演化 

　　在前面的介绍中，对大洋、地壳的结构、成分和厚度已做过描述。地壳的结构随着地质历史的发展而不断变化，这就是地壳演化。根据现有的年龄数据，早期地壳最古老的岩石年龄是39.8亿年，估计地球形成年龄是45.5亿年。在地球上比较高级生物大量出现的时间大约是6亿年，地质学家把这个时期称为寒武纪，6亿年以前称为前寒武纪。前寒武纪地层主要由变质岩组成，而且这些岩石中很少发现化石。所以，不同的变质岩是研究早期地壳演化必不可少的对象。 

　　这里，人们可能要问：在地球上，最古老的年龄数据是什么岩石？在地质历史上，是先有变质岩，还是先有沉积岩和岩浆岩呢？根据天文学的观察和研究，在地球形成的早期阶段是没有水存在的。因此，主要与水成有关的沉积岩不可能是地球上最古老的岩石。那么，根据以前讲过的变质岩成因的理论来推断，地球上最古老的岩石应该是岩浆岩。但事实上，目前所发现的最古老的岩石都是变质岩。这个谜团至今还没有彻底揭开。

地壳深部有相对比较高的温度和压力，岩石的变质程度也随着深度增加而逐渐加深。因此，对早期地壳的研究离不开变质岩，科学家们通过对变质岩的研究，可以了解由变质岩组成的不同地体的成分、结构、时代和形成环境，从而为恢复早期地壳的构造格局和演化提供了可靠的依据。 

　　研究变质岩，可以告诉我们地壳热历史 

　　研究变质岩，可以了解地质历史时期的地温梯度。因为在不同的地温梯度下，变质矿物共生组合不同，有些单个矿物也会由于条件变化而不稳定，比如很多固熔体矿物会发生分解。因此，地壳的热状态可以通过对变质矿物特征和矿物组合的研究揭示出来。 

　　目前比较成功用于讨论热演化的研究结果，是利用电子探针测定石榴石环带的成分。在一些变质岩中保留有完好的石榴石生长环带，它们可以反映出与变质作用相对应的构造过程。根据石榴石内部成分从核心到边缘的差异，结合其它共生矿物的特征，可以提供这个地区岩石的热演化历史，也就是地质学家们常提到的压力( P )-温度( T )-时间( t )轨迹，是研究变质地体热演化过程的一个重要方法。 

　　研究变质岩，可以告诉我们变质原岩的面貌 

　　因为变质岩是由沉积岩或岩浆岩受到变质作用而形成的，因此，仔细研究变质岩的成分和结构、构造，能够推断它们原岩石类型，这就是变质岩石学中所说的原岩恢复。如果把原岩很有把握地确定下来，我们就可以通过对原岩及其共生组合的研究，来恢复原岩的形成环境和构造背景。 

　　研究变质岩，可以告诉我们利用变质建造去找矿 

　　在古老的变质地层中，由于地壳厚度比较小，经过长期的地质作用，位于深部的有用元素非常容易在一些变质建造中富集形成有工业价值的矿产。 

在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化，而形成一种新的岩石，这种岩石被称为变质岩。 

在变质岩的概念中，有两点必须强调，这是变质岩区别于沉积岩和岩浆岩的关键所在。首先，变质作用形成于地壳一定的深度，也就是发生于一定的温度和压力范围。既不是沉积岩的地表或近地表常温常压条件，也不同于岩浆岩形成时的高温高压条件；另外一点就是变质作用中的矿物转变是在固态情况下完成的，而不是岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的。 

变质岩的特征构造是具有叶理，和沉积岩的层理不同，它是变质作用的形成的。不论是板理、片理还是片麻理，其中的矿物都呈定向排列，而且矿物表面和定向压力方向垂直。板理、片理只是由于变质程度深浅、矿物颗粒大小产生的差别，全部是由板状、片状矿物平行排列而形成的。片麻理则不然，它是不同矿物交替成层分布造成的，这种条带状构造在变质岩中广泛分布。从以上描述来看，三大岩类似乎很好区分，它们的成因似乎也很清楚。但实际上，不论那类岩石的成因，都是在长达一、二个世纪的争论中不断建立和完善的。比如"水成说"和"火成说"的长期论争，最终以岩石多成因，以及岩浆的存在被肯定而告终。岩石成因的争论过程，就是人类认识自然的过程。

变质岩的结构和构造

　　变质岩结构常见的有以下四种类型： 

　　变余结构 顾名思义，是变质作用不彻底，留下了原来岩石的一些面貌而得名。比如沉积形成的砂砾岩，变质后还保留着砾石和砂粒的外形。有时甚至砾石成分发生了变化，其轮廓仍然很清楚。

　　变晶结构 是一种因变质作用使矿物重结晶所形成的结构。根据变质岩中矿物晶形的完整程度和形状，分出鳞片变晶结构、纤维变晶结构和粒状变晶结构。说起鳞片，人们很容易联想到鱼鳞，这只是一个类似的比喻。变晶矿物呈片状，沿一定方向排列形成鳞片变晶结构。只有少数情况矿物的排列不定向，互相碰接形成交叉结构；纤维变晶结构是纤维状、柱状变晶呈定向排列，形成片理；粒状变晶结构是由粒状矿物组成的结构，这些矿物颗粒自形程度和形态不同。比如显微粒状变晶结构，也称角岩结构，是由显微颗粒组成的。而石英岩、大理岩的变晶颗粒比较大，呈多边形，是典型的粒状变晶结构。

　　交代结构 是指矿物或矿物集合体被另外一种矿物或矿物集合体所取代形成的一种结构。矿物之间的取代常常引起物质成分的变化，矿物集合体的取代过程不仅会造成物质成分的改变，还会引起结构的重新组合。如果交代作用进行得不完全，就会留下原生矿物的残余；如果交代彻底，被交代的原生矿物只能留有假象，矿物本身已经完全变成另一种成分了。

　　变形结构 与变形作用有关，分脆性变形和韧性变形两类。在物理学中，我们知道弹性极限的概念，这可以帮助加深对这两类变形的理解，当所施压力大于矿物或岩石的弹性极限时，矿物或岩石会破碎或裂开，这是产生脆性变形的结果；如果岩石所受压力超过塑性弯曲强度时，岩石就会发生褶皱、扭曲等变化，但不会被折断，这种变形被称为塑性变形。 

　　变质岩的构造，主要有两大类型：块状构造和定向性构造。 

块状构造，是指矿物或矿物集合体在岩石中排列无顺序，呈均匀地分布。一般原岩是块状的岩石，如岩浆岩、砂岩、石灰岩变质后仍然保持块状构造。接触变质岩形成的角岩，常由于流体扩散造成局部富集形成斑点构造和瘤状构造，矿物颗粒也在一定程度上呈均匀分布，所以也属于块状构造。

定向性构造，是指片状、柱状或者纤维状有延长性的矿物，平行排列形成的一种特突构造。这种构造有时表现得象一本书，产生一系列行或弯曲的面，称为面状构造，也叫面理；有时表现得象一捆铅笔，是呈线状的矿物近乎平行排列形成的线状构造，也叫线理；在变质岩中，面理和线理常常同时出现。比如黑云母在纵向上看呈黑黑的一条线，表现为线状构造，但云母片在面上表现为平行排列，因此，又是面状构造。

　　岩石重结晶过程中形成的结晶片理是面状构造的一种类型，受重结晶程度控制。当变质程度不深、重结晶程度不高时，片理面呈绢丝光泽，叶片状矿物则定向排列，称为千枚状构造；如果矿物重结晶比较好，片状、柱状矿物平行排列，粒状矿物也被拉长或压扁，就形成了片状构造；如果粒状矿物和片状、柱状矿物相间排列，因粒状、片状、柱状矿物的颜色和形态不同而呈现出条带，称为条带状构造。这种构造因在片麻岩中比较常见，所以也称片麻状构造。

　　变质岩是组成地壳的重要成分，虽然和岩浆岩相比稍有逊色，但是根据其占地壳总体积约27.4%的比例来看，发生在地壳中的变质作用也相当广泛。 

变质作用类型

　　接触交代变质作用 这是指岩浆侵入时，岩浆和围岩的接触带受到岩浆的热烘烤而引起的变质作用。这是一种局部变质作用，仅限于接触带附近。变质温度大致为300-800℃，压力0.2-3Kb，反映出高温、低压的特点。 

　　角岩是接触变质作用特有并且常见的岩石，一般呈块状，矿物排列没有定向性，典型的角岩甚至连云母、角闪石这样的片状、柱状矿物排列都没有定向性。角岩的种类很多，有泥质角岩、长英质角岩等类型。 

　　区域变质作用 这是分布最广泛、变质因素最复杂的一种变质作用，一般具有比较大的规模，分布面积可以达到数百、甚至数千公里。高温和定向构造应力是引起区域变质作用诸多因素中的主要因素。通常，变质作用温度范围大约在200-900℃，压力在3-12Kb。 

　　区域变质作用程度的深浅不同，形成的变质岩也有一些差别，表现在岩石结晶程度、矿物组合特征上最为明显。比如板岩、千枚岩、片岩、片麻岩都是区域变质岩，由于变质程度不同，它们的结晶程度逐渐变化，从板岩的隐晶质到片岩的显晶质，并且开始出现片理。区域变质岩中的片理、片麻理是岩石在定向压力作用下形成的，岩石呈片状，矿物大致在垂直压力的方向上定向排列。变质岩中出现的矿物能反映岩石的变质程度，比如在不同的岩石中见到了绿泥石、角闪石和辉石，可以粗略地认为它们是代表较浅变质、较强变质到强烈变质作用的三个指示矿物。 

　　混合岩化作用 是指随着变质作用增强，温度、压力增高，岩石发生部分熔融，那些成分和花岗岩相近的组分首先发生熔融，而富含镁铁的难熔组分仍然留在原地，这种由浅色长石、石英物质和暗色角闪石、黑云母共同组成的岩石被称为混合岩。由变质岩经过熔融而形成混合岩的过程，称为混合岩化作用。 

　　混合岩按照浅色组分和暗色组分的排列关系，可以分为肠状混合岩、条带状混合岩、网状混合岩、角砾状混合岩等类型。 

　　埋藏变质作用 这是新近提出来的一种变质作用类型。它是指由于巨厚的火山沉积物埋藏深度大而导致温度、岩石压力升高而发生变质作用。这是一种低级变质作用，变质改造常常不彻底，有时甚至和原岩难以区分开来。 

　　动力变质作用 这是机械过程占主导的一种变质作用，大部分发生在地壳活动地带，主要表现为岩石破裂、韧性变形和重结晶的过程。 

　　动力变质作用最常见的岩石类型是糜棱岩，其次为构造角砾岩、千糜岩等。 

　　冲击变质作用 这种变质作用发生在陨石冲击地球或其他星体表面所产生的冲击坑中，是一种瞬间高温、高压条件下发生的、特殊类型的变质作用。外表很象火山岩，具有特征的矿物学标志，比如含有高压条件下形成的柯石英、斯石英，还有一些常见的冲击变质玻璃。 

　　水热变质作用 这是岩浆作用晚期析出大量的挥发份和含有矿物质的水溶液使岩石化学成分和矿物成分发生变化的一种变质作用，也叫蚀变作用。其与矿产形成关系密切，常见的蛇纹岩、云英岩、青磐岩、滑石菱镁岩都属此类型。

　　绝大多数变质岩形成在地壳深部，我们在地表本来是见不到的，是由于后来的构造运动，造成地壳抬升，覆盖在变质岩之上的岩层被剥蚀掉，才使变质岩露出地表。因此，变质岩可以给地质学家带来深部地壳的各种信息，特别是那些古老的地层，它们中的大部分都由变质岩组成，通过对变质岩的研究，可以使我们知道很多关于地球科学方面的知识。研究变质岩，可以告诉我们地球深部地壳的组成和演化，地壳热历史，变质原岩的面貌，利用变质建造去找矿。

这里，人们可能要问：在地球上，最古老的年龄数据是什么岩石？在地质历史上，是先有变质岩，还是先有沉积岩和岩浆岩呢？根据天文学的观察和研究，在地球形成的早期阶段是没有水存在的。因此，主要与水成有关的沉积岩不可能是地球上最古老的岩石。那么，根据以前讲过的变质岩成因的理论来推断，地球上最古老的岩石应该是岩浆岩。但事实上，目前所发现的最古老的岩石都是变质岩。这个谜团至今还没有彻底揭开。

变质作用的一般概念

　　变质作用和沉积作用、岩浆作用之间有一些自然联系。在有些情况下，要想严格地区分三者的界限比较困难。因此，在变质作用概念中，限定了变质作用发生的范围必须是在地壳的一定深度上，也就是需要一定的温度和压力作为条件。这个温度压力范围是：T=200-1000℃, 相当于后生成岩作用和岩浆作用之间。P=0.2-15Kb(千巴)，大致代表风化带以下。 

　　后生成岩作用，泛指沉积岩形成以后，到遭受风化作用和变质作用以前这一阶段的变化。它的上限是沉积物表面，下限是变质带的顶部。后生成岩作用温度一般低于220℃，压力小于1Kb。因此，变质作用不包括表生变化。虽然风化、淋滤、成岩等表生作用岩石也有变化，也有重结晶作用、交代作用、脱水作用发生，但是它们的形成条件、方式和产物与变质作用有着本质上的区别。 

变质作用的温度跨度比较大。高级变质作用要求温度很高，可以接近或达到岩浆的温度，压力范围也达到了岩浆形成所需要的深度。因此，岩浆作用和变质作用在形成范围上有一定的重迭。在地下深处条件下，如果伴随变质作用有重熔或者再生现象发生的话，很有可能出现类似于岩浆的物质，形成变质作用和岩浆作用之间的过渡类型，这被称为混合岩化作用、花岗岩化作用或其他一些复杂的作用。比如，花岗岩化作用形成的岩石，虽然在矿物组合上看起来和岩浆形成的花岗岩似乎没什么差别，但是在成因、矿物特征和结构等方面有明显的不同，这些作用属于变质作用的范畴。

那么，变质作用和岩浆作用的主要区别是什么呢？区别在于它们的形成过程不同。变质作用本身是一个升温的过程，早先形成的岩石因为温度上升发生各种变质反应，形成新的矿物组合。而岩浆作用主要是个降温过程，是在温度下降的条件下，不断冷凝、结晶成矿物的过程。变质作用还有一个重要特点是矿物转变是在固态情况下完成的，而岩浆作用形成的矿物是从液态中结晶的，先结晶的矿物晶体形态好，也就是说晶体长得完整规则；结晶晚期形成的矿物往往没有一定的形状。变质岩中矿物颗粒生长得是否完整主要受矿物自己结晶能力的控制，和结晶顺序无关。