3.5 变质岩及三大类岩石的相互转化

▶ 3.5.1 变质岩的概念

由原先存在的固体岩石（火成岩、沉积岩或早期变质岩）在岩浆作用（高温、高压、化学活动性气体）或构造作用下使其在成分、结构构造方面发生改变而形成新的岩石的改造过程称为变质作用。母岩经变质作用产生的新的岩石称为变质岩。

变质岩在地壳上分布广泛，从前震旦纪至新生代的各个地质时期都有分布。特别是占整个地质历史时期4/5的前寒武纪的地层，绝大部分由变质岩所组成。变质岩构成的结晶基底广泛分布于世界各地，它们常呈区域性大面积出露，也可呈局部出现，如我国辽宁、山东、河北、山西、内蒙古等地均有大量分布。古生代以后形成的变质岩，在我国不同省区的山系也有广泛的分布，如天山、祁连山、秦岭、大兴安岭，以及青藏高原、横断山脉、东南沿海等地，均可见有不同时期的变质岩。

变质作用在形成变质岩的过程中，还可形成一系列的变质矿床，如铁、铜、滑石、磷、刚玉、石墨、石棉等。因此，研究变质岩的形成和分布规律，对于发现和开发矿产资源以加速国民经济发展，是具有重大意义的。

▶ 3.5.2 变质作用的类型

变质作用是一种地质作用，地质作用是引起岩石变质的根本因素。但直接影响岩石矿物成分、结构构造发生改变的因素是变质作用发生时的物理条件和化学环境，如高温、高压、化学活动性流体、构造应力作用等。

根据变质作用的因素及变质岩形成条件，可将变质作用分为下列几种类型（见图3.11）。

图3.11 变质岩

（1）接触变质作用

接触变质作用指的是在地下高温高压下，含有大量溶液和气体的岩浆上升侵入上部岩层时，与其接触的周边岩石发生矿物成分、结构构造改变的变质现象。接触带附近岩石变质程度的深浅，除与侵入岩浆的距离有关外，还与温度压力有关。例如，接触带的砂岩变质成石英岩，纯石灰岩变成大理岩等。接触变质带的岩石具有烘烤和挤压现象，且一般岩石较破碎，裂隙发育，强度降低。

（2）区域变质作用

区域变质作用指的是在地壳地质构造和岩浆活动都很强烈的地区，在区域构造应力和高温、高压、化学活动性流体的共同综合作用下发生大范围深埋地下岩体的区域变质现象。其变质范围可达数千甚至数万平方千米，大部分变质岩属于此类。区域变质岩的岩性，在很大范围内是比较均匀的，其强度则取决于岩石本身的结构和成分等。如大面积的板岩、片麻岩等。

（3）动力变质作用

动力变质作用指的是在褶皱带、断裂带附近的岩层发生强烈定向动力构造运动形成的变质现象。通常发生动力变质主要使岩石在强大的压力挤压下破碎，再经结晶后形成变质岩，如生成糜棱岩、千枚岩和断层角砾岩等。这种岩石分布不广，但因岩石受挤压较破碎，易风化，抗剪强度低，故对水工建筑物是不利的。

（4）交代变质作用

交代变质作用指的是岩石与岩浆中的活动性气体接触而发生交代作用的变质现象。也就是岩浆中的某些化学活动性气体等新矿物取代了母岩中的某些原矿物而形成新的岩石现象。例如，交代作用产生的蛇纹岩、云英岩等。

（5）混合岩化作用

变质作用后期岩石出现部分熔融形成花岗质熔体，与固态岩石发生混合、交代作用称为混合岩化作用。

▶ 3.5.3 变质岩的物质成分

变质岩的物质成分在这里主要包括化学成分与矿物成分两方面。

1）化学成分

变质岩的化学成分在相当大的程度上取决于原岩的化学成分。如果变质过程中以重结晶作用为主，则主要表现为原有矿物进一步结晶增大，或各种化学成分重新组合形成新的矿物，经变质后岩石的基本化学成分不会发生明显的变化。但是，如果变质过程中有交代作用，由于物质的带入和带出，就会使原岩的化学成分产生相应的变化。交代作用越强，变质岩与原岩的化学成分差异越大。化学活动性流体包括水蒸气，O2, CO2, B, S等元素的气体和液体。这些流体是岩浆分化后期产物，它们与周围原岩中的矿物接触发生化学交替或分解作用，形成新矿物，从而改变了原岩中的矿物成分。例如：

2）矿物成分

变质岩是原岩受高温高压等变质作用而成，因此变质岩的化学成分及矿物成分具一定的继承性，另一方面变质作用与岩浆作用、沉积作用又有所不同。组成变质岩的矿物，一部分是与岩浆岩或沉积岩所共有的，如石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石等；另一部分是变质作用所特有的变质矿物，如红柱石、矽线石、蓝晶石、硅灰石、刚玉、绿泥石、绿帘石、绢云母、滑石、叶蜡石、蛇纹石、石榴子石等。这些矿物具有变质分带指示作用，如绿泥石、绢云母、蛇纹石多出现在浅变质带，白云母、黑云母、蓝晶石代表中变质带，而矽线石、硅灰石则存在于深变质带中。这类矿物称为标准变质矿物。例如：

▶ 3.5.4 变质岩的结构和构造

1）变质岩的结构

变质岩的结构是指构成岩石的各矿物颗粒的大小、形状以及它们之间的相互关系。变质岩的结构有变余结构、变晶结构和碎裂结构3种，各类特征如表3.14所示。

表3.14 变质岩的结构分类

2）变质岩的构造

变质岩的构造是鉴定变质岩的主要特征，也是区别于其他岩石的特有标志。按成因变质岩的构造可分为片麻状构造、片状构造、板状构造、块状构造、千枚状构造五种，各类特征见表3.15。

表3.15 变质岩的构造分类

▶ 3.5.5 变质岩的分类

变质岩具有特殊的构造、结构和变质矿物，其分类命名较复杂，一般可采用以下原则来确定：区域变质岩主要根据岩石的构造，块状构造的变质岩主要根据矿物成分，动力变质岩主要根据反映破碎程度的结构来分类定名，见表3.16。

表3.16 常见变质岩分类

▶ 3.5.6 常见变质岩的特征（见表3.17）

表3.17 常见变质岩的特征

续表

续表

▶ 3.5.7 三大类岩石的相互转化

沉积岩、岩浆岩（火成岩）和变质岩是地球上组成岩石圈的三大类岩石，它们都是各种地质作用的产物。然而，当原先形成的岩石，一旦改变其所处的环境，它们将随之发生改造，转化为其他类型的岩石。

三大类岩石具有不同的形成条件和环境，而岩石形成所需的环境条件又会随着地质作用的进行不断地发生变化。沉积岩和岩浆岩可以通过变质作用形成变质岩。在地表常温、常压条件下，岩浆岩和变质岩又可以通过母岩的风化、剥蚀和一系列的沉积作用而形成沉积岩。当变质岩和沉积岩进入地下深处后，在高温高压条件下又会发生熔融形成岩浆，经结晶作用而变成岩浆岩。因此，在地球的岩石圈内，三大岩类处于不断演化过程之中。

总之，岩石圈内的三大类岩石是完全可以互相转化的（见图3.12），它们之所以不断地运动、变化，完全是岩石圈自身动力作用以及岩石圈与大气圈、水圈、生物圈和地幔等圈层相互作用的缘故。在这个不断运动、变化的岩石圈内，三大类岩石不断地转化，使岩石呈现出复杂多样的变化。尽管在短时间内和在某一种环境中，岩石表现出相对的稳定性，但是从长时间来看，岩石圈里的岩石都是在不断地变化着的。任何岩石都不是永恒不变的，而只是在一定时期和一定的地质环境条件下的产物。

图3.12 岩石相互转化示意图