揭秘变质岩：从经典地质图集开始

变质岩是地壳发展过程中，

已存在的沉积岩、

岩浆岩等岩石

在特定的地质和物化条件下，

所形成的具有新矿物组合和

结构构造的岩石。

（图源@James St. John）

变质岩在全球分布

极为广泛。

在时间上从远古时代至

现代均有产出。

（图源@americansouthwest.net ）

（图源@ wolv/sgeologyscience.com）

（图源@James St. John）

变化复杂，形态多样，

变质岩是如何形成的？

又有什么样的特征？

01

变质岩是地壳已存岩石

受变质作用后的产物。

其岩石特征（物质成分、

结构构造、产状等）

均收到变质作用成因特点的影响。

（图源@letslearngeology）

以产生变质作用时的

大地构造环境为背景，

以变质作用物理化学过程及

与其他地质作用的联系为依据，

可将变质作用分为多种类型，

常见的如下：

区域变质作用泛指

变质作用因素复杂且

受影响岩石范围较广的

一种变质作用。

（图源@geologyin.com）

是岩石在大范围内，

在温度、压力、流体等因素影响下，

经过重结晶、变质结晶、变形，

有时伴有变质分异或

交代等作用的一类变质作用。

区域变质作用

大面积岩石普遍经历了

程度不等的变质。

通常低变质区保留了

原岩某些矿物及结构，

高级变质区则常伴随有

岩浆作用和混合岩化作用。

（图源@geologyin.com）

接触变质作用是

在岩浆作用影响下，

围岩主要受岩浆体温度影响

而产生的一种局部性变质作用，

通常规模不大。

接触变质作用

由岩浆体热能导致

接触带围岩发生矿物成分和

结构改变、但化学成分未变化的

变质作用被称为热接触变质作用，

可形成角岩、斑点板岩等

热接触变质岩石。

角岩（图源@Max.kit ）

由岩浆体交代围岩使其

化学成分、矿物成分和结构

都改变的变质作用，

被称为接触交代变质作用，

可形成矽卡岩等

接触交代变质岩石。

显微镜下⁡的矽卡岩切片（图源@Chmee2）

高热（烘焙）变质作用是

一种特殊的热接触变质作用，

主要指与喷出岩或次火山岩

接触的围岩或捕虏体中发生的

小规模极高温变质作用。

捕虏体（图源@Wilson44691）

动力变质作⁡用是

在构造作用中产生的强应力下，

岩石发生破碎变形，

同时伴有一定变质结晶、

重结晶作用的变质作用。

其发育常受断裂构造控制。

（图源@slideshare.net）

热气体及溶液作用于

已形成岩石，

使其产生矿物成分、

化学成分及结构构造变化的

变质作用称为气液变质作用。

海底热液变质作用（图源@Karla Panchuk）

变质作用方式主要包括

重结晶作用、变质结晶作用、

变质分异和交代作用

及各种变形和碎裂作用⁨等。

岩石中矿物成分在固态下进行重结晶。

重结晶前后，矿物的晶形，

大小排列方式

发生改变，但成分不变。

变化总趋势是晶粒增大，

变成分子体积较小的矿物。

重结晶作用

变质结晶作用是指

在变质作用的温度压力范围内、

原岩基本保持固态条件下,

新矿物相的形成过程，

同时必有相应的

原有矿物相趋于消失。

变质结晶作用

变质分异作用指

成分均匀的原岩，

经变质作用后，

出现矿物成分不均匀现象

的各种作用。

矿物成分不均匀现象

在变质作用过程中，

原岩化学成分的变化是

一种复杂的物质置换，

称为交代作用‭。

这是一种分布广，

且很重要的成岩和成矿作用。

（图源@slideplayer.com）

02

变质岩的化学成分复杂多样。

其首先取决于原岩化学成分，

又与变质作用过程中

某些元素的活动性和

含量变化有关。

（图源@Geology IN）

研究表明，原岩中所含的

H2O和CO2等挥发组分，

随变质作用进行，

其成分和含量都会有明显变化。

（图源@Sashkin/Shutterstock）

一般情况下，

低温变质岩含挥发分较高。

随温度升高，其含量逐渐减少，

例如在麻粒岩等高温变质岩中，

(OH)含量通常极低。

麻粒岩（图源@sciencesource.com）

原岩中某些微量元素，

随温度升高，受到变质热液影响，

也常出现含量明显变化。

如Cu, Pb, Zn, Ca等

都可变为活动组分，

被变质热液带出或带入。

岩石中

主要造岩元素氧化物的含量

在一般变质作用过程中

并无明显变化，

如SiO2，Al2O3，Fe2O3等。

因此可将其作为

原岩类型重要判断标准之一。

变质岩来源于地壳中

已存在的岩浆岩和沉积岩，

因此有不少矿物是三大岩类所共有，

但变质岩的矿物成分比

岩浆岩和沉积岩更为复杂。

长石（图源@World Atlas）

长石、石英和云母等

在岩浆岩和变质岩中

均为主要造岩矿物。

若变质岩主要由上述矿物组成，

则需结合其结构构造、

产状特征、含量或共生规律，

才能区分。

云母（图源@Pascal Terjan）

例如正常岩浆岩中，

石英含量很少超过50%，

而在变质岩中，

它的含量范围变化极大，

有时可高达95%以上。

石英（图源@mclanahan.com）

在矿物化学成分方面，

变质岩中矿物与岩浆岩相比

具有许多不同之处。

例如铝的硅酸盐

(Al2SiO5)类矿物，

如红柱石和夕线石等

只出现于变质岩中。

红柱石（图源@Ivar Leidus）

一般常见变质岩，

按等化学系列的概念，

可归纳为富铝系列、长英质系列、

铁镁质(基性)系列、

超铁镁质(超基性)系列、

碳酸盐系列五个系列。

富铝⁡系列一般原岩为

泥质沉积岩，如粘土岩和页岩等，

其化学成分特征是富铝。

这类变质岩的最主要矿物为

云母、绿泥石、和石英。

绿泥石（图源@EISCO）

长英质系列的原岩为

含一定量长石的各种砂岩、

中酸性火山岩等，

化学成分基本相当于

中性到酸性岩浆岩。

该变质岩最主要矿物是

石英、酸性斜长石、黑云母或

绿泥石和黑云母等。

黑云母（图源@James St. John）

铁镁质(基性)系列的原岩类型

包括基性岩浆岩、

基性成分的凝灰质硬砂岩等。

故该变质岩常见矿物为

绿泥石、帘石英、

角闪石、辉石等。

角闪石（深色）（图源@Rob Lavinsky/ iRocks.com）

超铁镁质(超基性)系列的原岩

一般为超基性岩浆岩，

及一些特殊成因极富镁的沉积岩。

出现的变质矿物可能有

滑石、蛇纹石、镁铁闪石等。

滑石（图源@Rob Lavinsky/ iRocks.com）

碳酸盐系列的原岩为

各种石灰岩和白云岩等。

该类岩石在升温变质作用过程中，

除大部分碳酸盐

经重结晶后仍为主要矿物，

另一部分钙和镁则与

其他氧化物组合成各种硅酸盐和

铝硅酸盐，如硅灰石。

硅灰石（浅色）（图源@Leon Hupperichs）

03

结构构造是变质岩的重要特征，

常用作变质岩

分类命名的重要依据之一。

例如具有板状构造的岩石叫板岩；

具有片状构造的岩石叫片岩等。

板岩（图源@SlateUSGOV）

变质岩的结构类型繁多，

按成因可分

变余(残留)结构、变晶结构、

交代结构和碎裂结构四大类。

变余(残留)结构指在

变质岩中仍保留的原岩的结构。

是由于变质重结晶作用不彻底，

原岩结构特征部分被保存下来，

如变余砾状结构、

变余砂状结构等。

变余(残留)结构显微照片（图源@文献[2]）

变晶结构指矿物

在固态下重结晶的晶体

在岩石中所形成的结晶质结构，

是变质岩的典型结构之一，

如斑状变晶结构。

变晶结构显微照片（图源@文献[2]）

交代结构是在变质作用或

混合岩化作用过程中，

由交代作用形成的结构。

根据形态不同可分为

交代假象结构、交代残留结构、

交代条纹结构等。

交代结构（图源@文献[3]）

碎裂结构指在应力作用下，

岩石中的矿物颗粒破碎成

外形不规则的棱角状碎屑，

碎屑边缘常呈锯齿状，‭

并常具裂隙、扭曲变形及

波状消光等现象。

碎裂结构（图源@文献[2]）

变质岩构造是指岩石中

各种矿物的空间分布特点和

排列状态，按其成因可划分

为如下两类。

变余构造指变质岩中

仍保留的原岩构造特点。

如由沉积岩所形成的变质岩，

常见变余砾状结构、

变余砂状结构、

变余粉砂状结构等。

变余构造（图源@baidu.com）

变成构造是指

变质结晶和重结晶过程中

所形成的构造，

在变质岩中占有重要地位。

千枚状构造（图源@SlideShare）

常见的变成构造主要包括

瘤状构造、板状构造、

千枚状构造、片状构造和

片麻状构造等。

片麻状构造（图源@文献[4]）

根据矿物组成、

含量和结构、构造，

常见的主要变质岩可分为

板岩类、千枚岩类、

片岩类、片麻岩类等。

板岩是一种岩性较致密、

通常具有密集的

板状劈理的岩石。

板岩（图源@Jonathan Zander）

千枚岩是一种

细粒显微晶质的变质岩石，

典型的主要矿物组合是

绢云母-绿泥石-石英。

千枚岩（图源@EdwardEMeyer）

片岩类主要由

片柱状矿物(云母类、绿泥石、

滑石‬⁩、蛇纹石等)和

粒状矿物

(长石、石英等)⁡组成。

片岩（图源@Michael C. Rygel）

片麻岩类主要由石英、

长石及少量暗色矿物

(云母、角闪石、辉石)

所组成。

片麻岩（图源@flexiblelearning）

参考资料：

[1] 王仁民. 变质岩石学[M]. 地质出版社, 1989.

[2] Song S , Cao Y . Textures and Structures of Metamorphic Rocks[J]. Encyclopedia of Geology (Second Edition), 2021:375-388.

[3] Yang K , C Szabó, Arai S , et al. Silica enrichment of Group II xenoliths by evolved alkali basalt from Jeju Island, South Korea: implication for modification of intraplate deep-seated rocks[J]. Mineralogy & Petrology, 2012, 106(1-2):107-130.

[4] Dingding, Du, Yanning, et al. Zircon U-Pb dating, whole-rock and Sr-Nd isotope geochemistry of the Reshian granite gneiss of Indian Shield in Jhelum Valley, Lesser Himalayas (Azad Kashmir, Pakistan)[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2019, 12(21):1-18.

[5] 长春地质学院, 贺同兴, 卢良兆,等. 变质岩岩石学[M]. 地质出版社, 1980.

Google Earth、YouTube、GEOLOGY、维基百科、搜狐、百度百科等

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