Question

变质作用的因素

Answer 1

引起岩石变质的原因很多，但最根本的原因是地质环境的改变，如岩层埋深加大、强烈构造挤压、板块俯冲碰撞、遭遇岩浆侵入等。在一定时间内，这种地质环境改变导致了区域性的温度场、压力场、物质化学平衡等发生剧烈变化，为变质作用创造了条件。因此，人们通常把温度、压力、化学活动性流体等视为变质作用的重要因素。

1.温度

温度的改变是引起岩石变质的重要因素之一，大部分的变质作用都是在温度升高的情况下发生的。温度升高对原岩产生的影响主要有三个方面。

（1）温度升高可以促进并加速矿物重结晶，促进并加速原岩的结构、构造发生变化，使原岩中的矿物颗粒由细变粗。例如，隐晶质石灰岩在遭遇高温作用时，其中微粒状方解石发生重结晶作用而形成粗粒的晶体，使石灰岩变成大理岩。

（2）温度升高可提高活化分子比例，有利于矿物之间发生化学反应，并促进变质反应向吸热方向进行，形成高温变质矿物。例如，细粒硅质石灰岩在遭遇高温（470℃）作用时，不仅发生重结晶作用，而且生成高温变质矿物硅灰石，形成硅灰石大理岩。

（3）温度升高可使岩石中流体相的活动性增大。当温度持续升高（超过800～900℃）时，还可使原岩在变质结晶和重结晶的基础上进一步发生选择性重熔，其中长英质低熔组分呈液相出现，从而导致混合岩化作用。

变质作用中温度升高的原因有：岩层埋深加大递增的地热，岩浆侵入原岩放出的岩浆热，来自地幔的上升热流（放射性元素衰变产生的放射热），以及由构造变动的机械能转化而来的热能等。一般认为，变质作用的温度下限为230℃左右，上限为900℃左右。

2.压力

压力也是控制变质作用的重要因素。在变质作用过程中，压力增加有利于体积缩小的反应发生，形成高密度矿物组合。参与变质作用的压力有三种类型：负荷压力、流体压力和定向压力。压力的标准国际单位为Pa（帕［斯卡］）或GPa（吉帕，1GPa＝10⁹Pa）。

（1）负荷压力：是一种各向相等的静水压力，即均向压力，其大小等于上覆单位岩石柱的重量。变质作用一般发生在地表以下3～40km的深度内，因此其负荷压力范围大致为0.1～1.5 GPa。通常，将负荷压力为0.1～0.3 GPa的变质作用称为低压变质作用，负荷压力为0.3～0.5 GPa的称为中压变质作用，负荷压力为0.5～1.2 GPa的称为高压变质作用，负荷压力＞2.5 GPa的称为超高压变质作用。

（2）流体压力：是指存在于岩石的粒间、微裂隙和毛细孔隙中的流体物质（H₂O 和CO₂等）对周围物质（包括孔隙四周的壁、顶、底）所产生的压力（排斥力）。负荷压力一般趋向于使岩石中的矿物颗粒紧密结合，而流体压力则相反，趋向于将矿物颗粒分开。流体压力增大有利于水化反应的发生，抑制富含结构水的矿物的分解，而流体压力减小则有利于脱水反应的发生，促进富含结构水的矿物的分解和重结晶作用。

（3）定向压力：也叫应力，主要是指由构造运动或岩浆侵入围岩时所产生的侧向挤压力。一般情况下，定向压力常引起岩石变形（褶皱或断裂），但在发生变质作用的地质环境中，定向压力不仅引起岩石变形，而且对岩石变质并在变质岩中形成定向构造等起着重要作用。当定向压力作用于岩石后，在挤压方向上矿物的熔点降低，溶解度增大，溶解的物质在垂直于挤压方向上，重新沉淀结晶、改变空间排列分布方式。特别是在区域变质过程中，当定向压力与温度联合作用于某些富含挥发分的岩石时，岩石将发生局部溶解和重结晶，而重结晶形成的片状、板状、针状、柱状、棒状矿物，以及被拉长的粒状矿物大都呈连续或断续定向分布、平行排列，形成片理和线理构造等。因此定向压力是重要的变质作用因素。

3.化学活动性流体

具有化学活动性的流体，主要是指岩石中沿裂隙或孔隙中循环的气态或液态物质，其成分主要是H₂O和CO₂，其次是O₂、F₂、B、Cl₂等易挥发物质。在有一定温度和压力联合作用的情况下，化学活动性流体在某些变质反应中是不可缺少的重要因素。在这些变质反应中，H₂O和CO₂等化学活动性流体，主要起催化剂、溶剂、运移介质等的作用。

（1）起反应催化剂作用。在变质作用过程中，原岩空隙中的化学活动性流体数量虽少（一般不超过岩石总体积的1%～2%），但能加速矿物之间化学反应的进行，起到催化剂的作用。例如，用MgO与SiO₂人工合成镁橄榄石（Mg₂SiO₄）的实验证明，若反应在干燥的条件下进行，当温度达1000℃时，4 天内只能形成26%的镁橄榄石，而在有水参与的情况下，在450℃只需几分钟反应就可全部完成。

（2）起溶剂作用。岩石中渗透于矿物颗粒之间的化学活动性流体（溶液）是矿物彼此间的接触剂，通过这种溶液的媒介作用，岩石中的易溶组分能在较大范围溶解和扩散，从而促进了矿物的重结晶和变质反应。有时化学活动性流体还可直接参与水化和脱水等变质反应。此外，水溶液的存在还可降低矿物的熔点和岩石的重熔温度。例如，花岗质岩石在不含水溶液的情况下，温度要高达950℃才开始重熔，而当水溶液饱和时，温度在640℃左右就开始重熔。

（3）起运移介质作用。具有化学活动性的流体是运移介质，通过它们可将某些组分从外部带入岩石中，或将岩石中的某些组分溶解带出，发生物质组分的迁移，从而改变原岩的化学成分，发生交代变质作用。

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