Question

变质岩类型与构造背景

Answer 1

变质作用是岩石在固态下为了适应物理化学条件的改变而发生的矿物和构造变化的过程，是由地壳运动、岩浆活动或地球内部热流的变化等因素引起的。变质作用的方式包括重结晶作用、变质结晶(变晶)作用、变形及破碎作用和交代作用等。由早先形成的岩石(岩浆岩、沉积岩)遭受变质作用形成的产物称为变质岩(H.G.F.温克勒，1975)，其化学成分一方面与原岩有密切关系，另一方面又和变质作用特点有关。在变质作用过程中，无论是原岩的形变，还是物质成分的重新组合，大多在固体状态下进行，因此变质岩能够保持原岩岩体或岩层的某些产状。由变质作用形成的变质岩，常以其独特的矿物组合和特殊结构、构造区别于岩浆岩和沉积岩。

一、变质岩的类型

变质岩的成因复杂，其分类和命名较之沉积岩、火成岩明显具有更大的难度。虽然分类应强调成因，但变质岩在野外和室内的初步鉴定时往往无法直接判断成因，且发生变质作用的因素繁多，因此变质岩的分类和命名暂无法统一，也就造成了如今百家争鸣、百花齐放的局面(表8-1)。

表8-1 各种变质岩分类标准

从变质岩原岩的角度出发，变质岩可分为正变质岩(原岩为岩浆岩)和副变质岩(原岩为沉积岩)两大类。已形成的变质岩再遭受一次或多次变质作用形成的变质岩叫复变质岩，同样也有正、副之分。

根据变质强度，变质岩又可分为低级变质岩、中级变质岩和高级变质岩3类。

Turner(1955)按照变质岩的化学成分将其归纳为5种化学类型，分别为泥质(源于泥质沉积物)、长英质(包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩)、钙质(灰岩和白云岩等钙质沉积物)、基性(基性岩浆岩、凝灰岩等)、镁质(超基性岩浆岩和绿泥石等沉积物)。

路凤香等(2002)在Best(1982)和Raymond(1995)的基础上，根据变质岩的岩相(岩石的矿物成分、结构构造等)，将变质岩分为面理化变质岩、无面理至弱面理化变质岩两大类和27个小类(表8-2)。这种分类中岩石的基本名称与结构构造等特征基本一致，便于野外工作和实际操作，成为变质岩岩相学分类的主流。

表8-2 变质岩岩相学分类

(据路凤香等，2002)

为了利于油气勘探时的区域评价，将变质作用与变质岩类型结合开展了研究，采用结构-成因分类法进行分类，即首先根据变质作用的成因，将变质作用分为区域变质岩、接触变质岩、动力变质岩、气成热液变质岩、混合岩等五大类，然后再根据化学组分、物理性质等特征，将每一大类进一步划分为不同的亚类。F.J.Turner，A.Harker，P.Eskola，T.F.W.Barth，程裕淇及贺同兴等分别对不同的大类做了细分。

1.区域变质作用及岩石类型

区域变质作用是在岩石圈范围内规模巨大的变质作用，也可受到热能供给的影响。区域变质岩是经过区域变质作用而形成的岩石，一般具有片状结构。它们是变质岩中分布最广泛的岩石，从太古宙到新生代都有发育。从其形成时间、空间和作用机制来看，区域变质岩与地壳的造山运动和大规模的构造运动有着密切关系。

根据变质程度不同，区域变质可分为浅变质、中变质和深变质3个变质带，相应的变质等级为低级变质、中级变质和高级变质。各带之间矿物组合的变化指示温度的连续增加，温度可达700～800℃，在变质作用期间，在某一深度上的温度比变质作用前后都要高，地热梯度比“正常”期间大(图8-1)，不同变质带内的物理化学条件、特征矿物、岩石的结构特征等不同(表8-3)。

图8-1 接触变质作用和不同类型区域变质作用的压力-温度概略图解

表8-3 变质作用等级及常见的特征矿物

区域变质岩的分类方案繁多，一般从构造角度将区域变质岩概括为造山变质岩、洋底变质岩、埋藏变质岩和混合岩化4种类型;其中，前两者是两个独立类型，分别分布在大陆和大洋地区，后两者是过渡类型，与其他类型伴生。埋藏变质是变质作用和成岩作用的过渡类型，出现在造山变质和洋底变质的低级部分;混合岩化是变质作用向岩浆作用的过渡类型，与中、高级变质岩伴生。

根据变质岩成分类型，又可分为泥岩系列(板岩、千枚岩、云母片岩和黑云母片麻岩)、长英质系列(石英岩、斜长片麻岩、变粒岩和浅粒岩)、碳酸盐岩系列(钙镁质变质岩类，如大理岩)、基性系列(绿片岩、斜长角闪岩及其他角闪质岩石、麻粒岩、榴辉岩)、超基性系列(滑石-蛇纹石片岩类)共五大类。

2.接触变质作用及岩石类型

接触变质作用是以岩浆为主要热源的一种局部范围内的静热变质作用，在侵入体周围产生变质岩的晕圈(图8-1)。根据变质过程中是否发生交代作用，接触变质作用又可分为热接触变质作用和接触交代变质作用。前者未发生交代作用，围岩主要受岩浆散发的热烘烤而发生变质;后者的围岩除受岩浆热力影响外，还发生了明显的交代作用。在两种接触变质作用下，不同成分的原岩可形成不同的矿物组合，接触变质岩缺少片理。

热液接触变质的产物主要取决于原岩成分和温度，压力作用次之，受应力影响不明显。发生热接触变质的原岩主要有泥岩、碳酸盐岩、碎屑岩和岩浆岩等，它们可分别形成不同的热接触变质岩石类型。泥岩的热接触变质岩石类型有斑点板岩、瘤状板岩和角岩等;碳酸盐岩受热接触变质后往往形成大理岩;碎屑岩在热接触变质条件下一般不易发生变化，当变质程度较浅时，仍保留砂状结构，形成变质砂岩;而岩浆岩一般是高温矿物的组合，因此发生热接触变质时变化不显著。

接触交代作用发生在岩浆侵入体与围岩的接触地带，依靠岩浆所带来的热量及岩浆结晶晚期所析出的挥发组分和热水溶液与围岩发生交代作用。岩浆侵入体中的SiO₂、Al₂O₃、FeO部分进入围岩，而围岩中的CaO、MgO等组合转入岩体内，使两者发生物质交换，形成矽卡岩。按照矿物成分的不同，矽卡岩可分为钙质矽卡岩和镁质矽卡岩。

3.动力变质作用及岩石类型

动力变质作用是由于地壳构造运动的影响，使岩石遭受强烈的机械压碎和剪切等构造应力而发生组构形变和破碎的一种变质作用。动力变质以机械作用为主，包括变形、破碎、糜棱岩化等，同时伴随着局部的温度升高，以及沿破碎带循环的热水溶液所引起的局部化学反应，常发生在构造错动带、褶皱带附近。动力变质岩又称构造岩，是经动力变质作用形成的岩石。

动力变质岩的分类也存在多种标准，但多数人根据岩石的破碎程度、变形性质及岩性特征等将动力变质岩分为构造(破碎)角砾岩类、破裂岩类、糜棱岩类和千糜岩类等，其中构造(破碎)角砾岩又可按照粒径大小分为构造粗角砾岩、构造细角砾岩和构造微角砾岩。

4.气成热液变质作用及岩石类型

气成热液变质作用是指在岩浆冷凝过程中或岩浆期后析出的挥发组分及热水溶液对已经固结的岩浆岩及附近围岩发生交代作用，使原岩的矿物成分和结构、构造发生改变的一种变质作用，又称蚀变作用，主要发生在浅层或地表条件下，作用范围较局限。

由于围岩种类多样，以及岩浆期后析出的挥发组分和热水溶液随岩浆性质各异，导致气成热液变质岩种类繁多，不同的气水溶液与不同的围岩作用就形成了多样气成热液变质岩。其主要可分为6种类型，包括蛇纹石化及蛇纹岩、滑石菱镁岩化及滑石菱镁岩、青磐岩化及青磐岩、云英岩化及云英岩、黄铁绢英岩化及黄铁绢英岩、次生石英岩化及次生石英岩。

5.混合岩化变质作用及岩石类型

混合岩化作用(或超变质作用)是介于变质作用和岩浆作用之间的一种地质作用和造岩作用，其最大特征是岩石发生局部的重熔和有种类繁多的流体出现。熔融的长英质组分和原岩中难熔的组分在新的条件下互相作用和混合，形成不同成分和形态的岩石，统称为混合岩。

混合岩通常由基体和脉体两部分组成。基体指混合过程中残留的暗色难熔的铁镁质变质岩，主要是片麻岩、斜长角闪岩、变粒岩等区域变质岩，脉体是混合过程中由流体贯入基体中结晶形成的长英岩、花岗岩、伟晶岩等细晶质部分。根据基体与脉体含量的比例、基体中交代作用强度、混合岩的构造特征、基体和脉体的物质成分，可将混合岩分为注入混合岩类、混合片麻岩类和混合花岗岩类3种。按照构造类型可将注入混合岩类进一步划分为角砾状混合岩、眼球状混合岩、网状混合岩、条带状混合岩和肠状混合岩。

二、变质岩形成的构造背景

原岩形成变质的因素有内部和外部两个方面，内部因素是原岩的物质成分、结构和构造特征;外部因素主要是温度和压力，以及环流于岩石孔隙中的气体及液体，一般来说，高温、高压容易发生变质作用。从已发现的变质岩来看，显生宙的变质带几乎都发生在板块的边缘(管守锐等，1989)，然而，不同类型的板块边缘使得变质作用的类型和特点有所区别，下面就分述3种类型的板块边缘(汇聚型、离散型、转换断层型)对变质作用和变质岩的影响。

1.汇聚型板块边缘

汇聚型板块包括洋壳与洋壳的汇聚、洋壳与陆壳的汇聚，以及陆壳与陆壳间的汇聚3种类型。

大洋板块在俯冲过程中，冷的洋壳进入另一个大洋板块的地幔内部，形成了低温高压(高P/T)和高温低压(低P/T)的双变质带，两者在沟-弧间隙的两侧成对出现。当大洋板块经洋中脊到俯冲带温度逐渐下降，与此同时板块的俯冲使压力增大，形成了高P/T变质带。在火山弧下方由于熔融的岩浆物质上涌，地温梯度急剧增高，在浅部形成低P/T变质带，深部则发生地壳深熔作用。除此以外，也可能形成过渡的低温中压及高温中压的双变质带，高温低压变质带范围较宽，出现在岛弧一侧;而低温高压变质带呈狭长形，出现在大洋一侧。

洋壳与陆壳碰撞形成的大陆边缘也可产生类似于岛弧地区的双变质带;除此以外，俯冲带岩浆的上倾部分滞留于大陆地壳底部，发生底侵(底垫)作用，导致大陆地壳垂向增生、陆壳加厚及地温增高，可诱发区域变质作用。大陆边缘带的褶皱和逆冲作用也比较普遍，与之相伴随的韧性剪切带以及动力变质作用也比较常见。

陆-陆碰撞前有陆间洋盆的俯冲作用，因此在这一区域，仍然可保留岛弧或大陆边缘发育的高P/T变质带及中—低P/T变质带。在洋盆闭合后造山带进入陆-陆碰撞及大陆深俯冲阶段，伴随着地壳物质的褶皱、逆冲、叠置，地壳的总厚度增大，放射性的热积累及岩浆的活动都使得碰撞造山带的温度迅速升高，促进了变质作用的发生。与洋-陆俯冲相比，在陆-陆碰撞及大陆深俯冲地区，两个大陆地壳的密度差小于洋壳之间的密度差，因此大陆深俯冲作用持续时间较短，转变成整体抬升或下插陆壳的折返作用。

2.离散型板块边缘

扩张的洋中脊处的热流值是一般的大洋底部数倍，在这一地带形成了热水对流系统及相应的变质岩组合，海水可以通过地壳的断裂向下渗透使得洋壳的火成岩发生变质，这一过程称为洋底变质作用。洋底变质作用一般发生在洋壳坚硬的岩石内，自上而下变质作用加深。变质温度在200℃以上形成沸石相，变质玄武岩重结晶不完全，多数为弱片理化或不具片理，枕状构造、火山角砾岩等原岩构造保存完好，具有埋藏成岩作用的结构特征。温度为200～450℃之间形成绿片岩相，绿片岩相除了H₂O含量增加外，大部分保持深海拉斑玄武岩成分，有时显示CaO含量明显减少，变成细碧岩。当变质温度大于450℃时，可形成角闪岩，主要发生在辉长岩带中。

3.转换断层型板块边缘

转换断层带上可以产生一系列的断层岩，在表层或近表层为未粘结的断层岩，如断层泥、断层角砾等，向下过渡为粘结的碎裂岩带，至深部为糜棱岩带。伴随重结晶作用从沸石岩相、绿片岩相可达角闪岩相，有些深部断层可达麻粒岩相。