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变质岩区的地质旅行 nFCC St$
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一、泰山的启示 G.B2('
泰山,五岳之首。古迹名胜,久闻天下。每当列车途经泰安,旅客们总是凭窗远眺, +=h:Vb8
以倾慕崇敬的心情注视着一座座黝黑而雄伟的峰峦。中外旅游者认为有机会登泰山、上 $HzBD.CF|x
南天门,一览齐鲁壮观乃平生快事。 Y|qTyE%
五台山,誉称北岳,为我国著名的佛教圣地之一,古刹名园,比比皆是;青峰翠峦, T763:v
逶迤不绝。欲朝山进香的善男信女们固然希望到此顶礼膜拜以如愿,就是一般游客,又 R29~~IOqO
何尝不思慕此间的高峰绝境而登临寻幽呢! Dy&i&5E.-l
说来也巧,从地质学角度看,这“两岳”都是由变质岩系构成的山势。早在上世纪 9=tIz
末至本世纪初,就吸引了一些外国地质学家,他们怀着猎奇的心情,在游山玩水中登跋 d-ko
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泰山、五台山等地考察地质,他们在这些地质构造复杂、岩石性质多变的地层间发现了 IP pN@
这“两岳”原是中国最古老的地层所在地,或者说,是我国大陆的核心部分,属于地球 y.k~Y0
历史早期的大古代和元古代的产物。从此以后,要研究变质岩的岩石学家、要研究地质 >R_&Ouh:
发展史的地层学家、要研究变质岩系中特殊地质构造的构造地质学家们,都纷纷登上泰 G_JA-@i%
山和五台山,发掘研究课题,开辟研究领域,提出地质上的许多新发现或新见解,丰富 _LnpnL:
了地质学的内容。一直到今天,这“两岳”仍然是研究变质岩地质的理想之地,每年吸 q
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引不少自教授专家至青年学生们络绎不绝地来“朝觐”。其中也就包括了怀着不同目的 RB\uK
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的地质旅行者在内,可见在变质岩地区的地质考察也是地质旅行的重要内容之一。 >:!5*E5?
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二、变质岩的基本概念 pki%vRY
既然变质岩是指沉积岩、火成岩或已变质过的岩石经过变质作用而来的岩石,那么, BlO<PMmhT&
什么叫“变质作用”呢?这是由于地球内部的高温、高压,在新的物理和化学条件下会 .{^5X)
使岩石中的矿物成分和结构、构造等方面改造和转变。或者说,地球的内力使岩石改造 9*wK@yEl
并发生变化,称为变质作用。这种变质作用的具体特点,主要是通过岩石中所含矿物的 f~[7t:WD*
变化,比如重新结晶、物质成分的迁移或重新组合,结构和构造的变化等等而表现出来。 ="H%6S4'
因此,凡经过变质作用而形成的岩石,就称为变质岩。至于另一种由于岩石暴露地表, cjY-y-vO
发生风化作用,使岩石中的某些矿物发生变化(包括成分的改变),这类岩石不能称为 6MW{,N
变质岩。 H?Wya.7
正因为变质岩的主要原岩来自沉积岩和火成岩两大类,因此变质岩也就划分为两大 gQuw1
类型,由沉积岩经变质作用而形成的变质岩称为副变质岩;而由火成岩经变质作用而形 kTB0b*V
成的变质岩称为正变质岩。 Zx@a/jLO[n
怎样认识变质岩? 5DZ#9m/
首先要从岩石的矿物成分中认识有无变质矿物的存在,常见的变质矿物(若干则通 UkC!1Jy
过显微镜鉴定)有以下几种: T-L||yE,h
①富铝矿物:刚玉。 r6qj7}\
②富含铝的硅酸盐矿物:红柱石、蓝晶石、硅线石、叶蜡石、十字石、硬绿泥石、 >=>2m2z=
硬玉。 v?$:@9pAk
③碱质或钙质铝硅酸盐矿物:浊沸石、方柱石、钠云母、绢云母。 ^ytrK
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④钙铝质硅酸盐矿物:帘石类、符山石、葡萄石、硬柱石等。 ru%y
⑤含铝的铁镁质硅酸盐和铁镁质铝硅酸盐矿物:铝石榴石、绿泥石、蓝闪石等。 w9imKVry
⑥铁镁质硅酸盐矿物:滑石、蛇纹石、硅镁石等。 *^4"5X@
⑦钙镁质和钙质硅酸盐矿物:透闪石、阳起石、硅灰石等。 33q}CzK
⑧碳质矿物:石墨。 mJnIwdW*
必须说明,上述各种矿物主要是存在于变质岩中,但沉积岩与火成岩中也可能存在, b%`1cV
只是存在于变质岩中的这些矿物,有如下特点:①数量显著增加;②广泛地发育成纤维 ;'K5J9k
状、鳞片状、长柱状、针状等,并有规律地作定向排列;③变质岩中所含的石英和长石 6 "sSo j
有些具有较为发育的裂纹,而沉积岩或火成岩中的石英和长石无此种现象。 B9 uoVcW
其次,要从变质岩的结构和构造去认识,也就是观察变质岩组分的形状、大小和其 O bS3
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相互关系,以及它们在空间排列和分布上所反映的岩石构成方式,着重于矿物个体在方 c?-H>u
向和分布上的特征。 / SB;Von
变质岩的结构基本上有4种情况: jr."I+
①破碎结构:当原岩在定向压力作用下,持续到超过弹性极限时,使矿物发生弯曲、 F>l]
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变形。如压力再增加,超过其强度极限,则发生破裂。根据其破碎程度,从颗粒裂碎到 ?l )[7LR4
粉末均有,不过太小的粉粒,肉眼是无法辨认了。 !pW0qX\1n
②变晶结构:在高温、高压之下,矿物发生重新结晶,其表现的特点是:晶体不完 tk`v:t!6U
整或严重变形。 tNI^@xdim1
③残余结构:重结晶作用不完全时,可以保留部分原岩的结构。 X_h}J=33Q
④交代结构:原岩中的矿物被新矿物取代。 n\DV3rXI9
不过,在以上四种变质结构中,前两种可以肉眼观察;后两种多在显微镜下观察, t:Q*gWRh
不宜野外运用。 7}>E J
至于变质岩的构造,就其重要意义来说,是野外识别变质岩的关键手段之一,或者 j^JPZ{ej?
说,是认识变质岩的重要标志,野外工作时,务必熟练掌握。其基本特征与类型有以下
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几种: <'*LRd$1
①变余构造:原岩虽经变质,但仍有一部分未受“变质”,保存原岩的构造特点。 W!(zT6#
例如熔岩中的气孔构造、流纹构造;沉积岩中的层理构造、波痕构造等。 \8cx6 G'
②变质构造:岩石经过变质作用以后而生成的特殊构造。这是识别变质岩最重要、 KpGhQdR#
最常见的一种构造,有以下几类: ?`ZUR&
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A.斑点状构造:受变质的岩石中,由于某些成分的局部聚集,产生2毫米左右大小 vE?G7%,
的斑点。这些成分有碳质、硅质、铁质或某些变质矿物(如红柱石、堇青石等)。如果 FZlWsp=
变质程度增高,则此类斑点经重结晶而变成斑晶,若其形体增大时,可在岩石中形成瘤 q} >%8;nm
状构造。B.板状构造:岩石在经受变质时,由于应力作用,出现一组平行的裂开面,使 4HlQ&2O%#
整块岩石如木板覆叠。每个裂开面上,平整光滑,如板岩所见(图6.1)。C.千枚状构 b$joY*< 6
造:岩石内的矿物发生重结晶作用,一方面可见这些矿物具有定向排列,另一方面又使 S\=Nn7"
整块岩石呈现出薄片状构造,在片理面上,平整光滑并发出丝绢状的光泽。有时,在千 H
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枚状构造的岩石上可见小型的挠曲或褶皱现象。一般来说,千枚状构造比板状构造的变 da(<K}
质程度要深一些,如千枚岩(图6.2)。D.片状构造:岩石内的矿物具有明显的变质晶 T5h
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体,形成鳞片状、柱状,并作定向排列和分布,沿片理面劈削成薄板状特征。其变质程 EQM{
度又较千枚岩深一步,如片岩(图6.3)。E.片麻状构造:岩石具有显晶质的变晶结构, Y3b *a".X
以粒状变晶矿物为主,间以鳞片状、柱状的变晶矿物,作断断续续的定向排列和分布, Yq
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故在块体的标本上可见片理特点,它往往是由侵入岩变质而来。最典型的就是片麻岩 %u'ukcL7
(图6.4)。F.条带状构造:岩石由不同矿物,不同结构,或其他不同部分的成分形成 D,feF9
条带状分布,如暗色矿物形成的条带状大理岩(图6.5)、条带状的磁铁石英岩等。 ,qxu|9L
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在上述构造中,特别是板状、千枚状、片状、片麻状这几种外貌特征是变质岩中最 L8B!u9%
多、野外也最容易识别的构造。总之,变质岩的构造是认识变质岩的最重要标志。 #6=
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三、最常见的几种变质岩 lf,5w
各种变质岩的存在条件,几乎跟它们的变质作用的类型有密切关系,换句话说,如 ?caSb=f
果在野外工作时,能识别出变质作用的类型,那么也就大体上能估计出其中有哪些具体 4hj|cCrO
的变质岩的种类了。 *2l7f`K
何谓变质作用的类型?主要是根据地质成因和变质作用的因素来考虑变质作用的格 0 H:X3y+
局,实际上,也包括了变质作用的规模。其类型大体上划分为四种,都是野外常遇到的。 (9a^$C*
①接触变质作用。这是由岩浆沿地壳的裂缝上升,停留在某个部位上,侵入到围岩 %ET+iIhK
之中,因为高温,发生热力变质作用,使围岩在化学成分基本不变的情况下,出现重结 g7H(PF?
晶作用和化学交代作用。例如中性岩浆入侵到石灰岩地层中,使原来石灰岩中的碳酸钙 XL^GZ
熔融,发生重结晶作用,晶体变粗,颜色变白(或因其他矿物成分出现斑条),而形成 <5051UEu
大理岩。从石灰岩变为大理岩,化学成分没有变,而方解石的晶形发生变化,这就是接 k_#)Tw*
触变质作用最普通的例子,又如页岩变成角岩,也是接触变质造成的。它的分布范围局 9'B `]/L
部,附近一定有侵入体。 oEv'dQ9
②动力变质作用。这是由于地壳构造运动所引起的、使局部地带的岩石发生变质。 ]f_p8?j"
特别是在断层带上经常可见此种变质作用。此类受变质的岩石主要是因为在强大的、定 bt?5*ETA
向的压力之下而造成的,所以产生的变质岩石也就破碎不堪,以破碎的程度而言,就有 mfr|:i
破碎角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等等。好在这些岩石的原岩容易识别,故在岩石命名时就 z{QqY.Gu{G
按原岩名称而定,如称为花岗破裂岩、破碎斑岩等。 !a\^Sk
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③区域变质作用。分布面积很大,变质的因素多而且复杂,几乎所有的变质因素— 75lA%|
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—温度、压力、化学活动性的流体等都参加了。凡寒武纪以前的古老地层出露的大面积 N!}f}oF
变质岩及寒武纪以后“造山带”内所见到的变质岩分布区,均可归于区域变质作用类型。 g_bLl)g<
例如本章开头提到的泰山及五台山所见的变质岩,均为区域变质作用所产生。就岩石而 ]-#DB^EQ
言,包括板岩、千枚岩、片岩、大理岩与片麻岩等。 ob]w;"
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④混合岩化作用。这是在区域变质的基础上,地壳内部的热流继续升高,于是在某 E1
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些局部地段,熔融浆发生渗透、交代或贯入于变质岩系之中,形成一种深度变质的混合 FS O).=#
岩,是为混合岩化作用。也就是说,在区域变质作用所产生的千枚岩、片岩等,由于熔 F== p<lrs
融浆的渗透贯入而成混合岩。 8s@3hXD&
此外,尚有不大常见的气体化水热变质作用,复变质作用。 >t+P(*u
其实,对于野外地质旅行者来说,最常见的变质作用还是接触变质和区域变质两大 nw<uyaU-t
类,其次是混合岩化作用。因此,熟悉变质岩的名称,也就围绕这些变质作用有关的变 f o3}W^0
质岩就足够了,兹简述如下。 ;uGv:$([g
板岩:具板状构造的变质岩,由黏土岩类、黏土质粉砂岩和中酸性凝灰岩变质而来。 F+qm[Bc8
属于区域变质作用中的轻度变质的岩石。 flx(HJK
千枚岩:具有千枚状构造的变质岩,原岩类型与板岩相似,在其片理面上闪耀着强 $`8wJf9@w
烈的丝绢光泽,并往往有变质斑晶出现。 {qVZNXDn
片岩:片理构造十分发育,原岩已全部重新结晶,由片状、柱状、粒状矿物组成, LS[]=Mk@1
具鳞片、纤维、斑状变晶结构,常见的矿物有云母、绿泥石、滑石、角闪石、阳起石等。 -9?]IIVb
粒状矿物以石英为主,长石次之。片岩是区域变质岩系中最多的一类变质岩。 QT}tvm@PMq
片岩的种类颇多,其命名则根据所含的变质矿物和片状矿物的显著分量而定,例如 o mx=
云母片岩、滑石片岩、角闪石片岩等等,另外,常用绿色片岩之名,系由中性和基性的 A#,ZUOPGH
火山岩、火山碎屑岩等变质而来。 ~W/z96'
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片麻岩:具片麻状或条带状构造的变质岩。原岩不一定全是岩浆岩类,有黏土岩、 V7/Rby Q
粉砂岩、砂岩和酸性、中性的岩浆岩。具粗粒的鳞片状变晶结构。其矿物成分主要由长 xE}>,O|'q
石、石英和黑云母、角闪石组成;次要的矿物成分则视原岩的化学成分而定,如红柱石、 8ao _i=&x
蓝晶石、阳起石、堇青石等等。 PA*5Bk="q
片麻岩的进一步命名,根据矿物成分,如花岗片麻岩、黑云母片麻岩。 !4!~Lk=
片麻岩是区域变质作用中颇为常见的变质岩。 bN.Pex
角闪岩:主要由斜长石和角闪石组成的变质岩。其原岩是基性火成岩和富铁白云质 \;Weizq5
泥岩。具粒状变晶结构,块状微显片理构造。 x+]"
麻粒岩:是一种颗粒较粗、变质程度较深的岩石,基本上由浅色的石英、斜长石、 MdF2Gk-9
铁铝榴石、辉石等矿物组成,无云母、角闪石。具粒状变晶结构,块状或条带状构造。 (9)Q ' 'S
石英岩:几乎整个岩石均由石英组成,浅色、粒状。一般作块状构造,粒状变晶结 Q!3_$<5<E>
构。它是由较纯的砂岩或硅质岩类经区域变质作用,重新结晶而形成。 7tp36 TE
有时,有人将沉积岩中由较纯净的石英颗粒组成的岩石也称石英岩,与变质岩类的 l[J8!u2Xp
石英岩混淆不清,虽然就化学成分或矿物成分来看,两者很难分开,但变质岩类的结构 >\8+:oS^
要致密些,称石英岩;而沉积成因者,颗粒清晰,致密程度稍差,故为了区别起见,称 0g;|y4SN=
之为石英砂岩。 Z_NCD`i;
大理岩:碳酸盐岩石经重结晶作用变质而成,具粒状变晶结构。块状或条带状构造, 6]wIG$j
由于它的原岩石灰岩含有少量的铁、镁、铝、硅等杂质,因而在不同条件下,形成不同 ,esmV-
特征的变质矿物,出现蛇纹石、绿帘石、符山石、橄榄石等,于是在洁白的质地上,衬 ar,7S&s