常见的变质岩的原岩是什么

由变质作用所形成的岩石。叫变质岩。它是由地壳中先形成的岩浆岩或沉积岩，在 环境条件改变的影响下，矿物成分、化学成分以及结构构造发生变化而 形成的。它的岩性特征，既受原岩的控制，具有一定的继承性，又因经 受了不同的变质作用，在矿物成分和结构构造上又具有新生性（如含有变质矿物和定向构造等）。通常，由岩浆岩经变质作用形成的变质岩称为“正变质岩”，由沉积岩经变质作用形成的变质岩称为 “副变质岩”。根据变质形成条件，可分为热接触变质岩、区域变质岩和动力变质岩。变质岩在中国和世界各地分布很广。前寒武纪的地层绝大部分由变质岩组成；古生代以后，在各个地质时期的地壳活动带（如地槽区），在一些侵入体的周围以及断裂带内，均有变质岩的分布。

岩石依据其成因可分成岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

1、岩浆岩：

岩浆是存在于地壳下面高温、高压的熔融状态的硅酸盐物质。岩浆内部的压力很大，不断向压力低的地方移动，以至冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升，喷出地表；或者当岩浆内部压力小于上部岩层压力时迫使岩浆停留下，冷凝成岩。 

又可分为侵入岩和喷出岩（火山岩）。主要包括花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩等。

2、沉积岩：

又称为水成岩，是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物等疏松沉积物团结而成的岩石。同时也是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一（另外两种是岩浆岩和变质岩）。

在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占5%。沉积岩主要包括有石灰岩、砂岩、页岩等。沉积岩中所含有的矿产，占全部世界矿产蕴藏量的80%。沉积岩主要包括有石灰岩、砂岩、页岩等。

3、变质岩：

地壳中的原岩(包括岩浆岩、沉积岩和已经生成的变质岩)，由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理和化学条件的变化，即在高温、高压和化学性活泼的物质(水气、各种挥发性气体和热水溶液)渗入的作用下，在固体状态下改变了原来岩石的结构、构造甚至矿物成分，形成一种新的岩石称为变质岩。

变质岩不仅具有自身独特的特点，而且还保存着原来岩石的某些特征。又可分为正变质岩和副变质岩。

扩展资料

岩石可以由一种矿物所组成，如石灰岩仅由方解石一种矿物所组成；也可由多种矿物所组成，如花岗岩则由石英、长石、云母等多种矿物集合而成。

组成岩石的物质大部分都是无机物质。岩石可以按照其成因分为三大类，但由于自然界是连续体，很难真正依据分类分成三种岩性，因此会存在一些过渡性的岩石。

好比说凝灰岩（火山灰尘与岩块落入地表或水中堆积胶结而成）就可能被归于沉积岩或火成岩，但大抵还是可以分为主要的三大类：沉积岩占地表的66%，为地表的主要岩类。

由原来已形成的岩石，受到风化作用后变为碎屑，或由生物的遗迹等，再经过侵蚀、沉积、及石化等作用而造成的岩石。这类岩石都成层状，最先沉积者在下部，时代较老，层次愈上者，则时代愈新，这叫做叠置层法则。

当岩石沉积的时候往往含有生物的遗骸埋没后常可以完好保存历久就变成化石；在火成岩中则多无化石存在。

-岩石



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大理石荒料

大理石的组成

大理石是指白云岩和石灰岩在高温、高压和水的作用下经过再结晶而形成的岩石， 主要由方解石和白云石组成，有时含硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、斜长石、石英、方镁石等，具粒状变晶结构、块状构造。 这些大理岩的原岩是石灰岩（主要成分为碳酸钙的沉积岩），也就是说，石灰岩经作高温与高压后会变质为大理岩。石材研习社stone5A

因原岩不同可形成不同类型的大理石。如纯钙镁碳酸盐岩变质后可形成方解石大理岩和白云石大理岩；硅质灰岩变质后可形成石英大理岩、硅灰石大理岩；碳质灰岩变质后可形成石墨大理岩等。大理石纹路变化莫测、色泽阴阳不定，纯属石材天然现象。大理石表面常有裂纹、针孔、石英线充斥等大理石自然现象，切割时往往无法避免。

花岗岩荒料

花岗岩的组成

花岗岩是侵入在地壳深部生成的火成岩，炙热的岩浆或熔岩因接触空气或海水而使温度急遽下降，便会开始结晶，并由融熔液态转为固态，就形成了所谓的火成岩。岩浆在冷却的过程中会逐渐降温而凝结，同时有大大小小的矿物结晶生成，结晶的大小会受到降温的速度影响，提供的时间越长，越可以慢慢的长成美丽的晶型，如果结晶的时间非常的短，那麽就只能形成黑黑亮亮的玻璃质。花岗岩岩浆侵入在地壳较深处，因此岩浆冷却速度较为缓慢，所以岩浆中的矿物有足够的时间慢慢生长，形成粗粒的矿物。 花岗岩是岩浆侵入地底时与地壳的岩石产生熔融现象，所以产生较酸性的岩浆，含有大量的二氧化硅成分，也就是石英(摩式硬度7)。

花岗石具有质地坚硬致密、强度高等物理性能、抗风化、耐腐蚀、耐磨损能力超过大理石。

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由于外界环境条件的变化，地表下一定深度的岩石可以被诱发发生部分熔融而形成岩浆，如温度升高、压力降低、系统中富水或挥发分等都是有利产生岩浆的条件。随部分熔融程度加大，岩浆的成分会发生系统变化，不同元素在岩浆形成和演化过程的行为各具特征，在部分熔融或岩浆结晶过程微量元素分配的演化模型是不同的（见第5章），可以通过微量元素的演化特征来判断岩浆岩的形成机制。

7211 岩浆演化过程主量元素的行为

岩浆中的主量元素通常指Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K 8种元素，它们共计占岩浆质量的90%以上。在部分熔融的原岩和岩浆结晶生成的岩石中，主量元素构成了矿物相的主成分。部分熔融过程矿物相的易熔程度强弱决定了他们进入熔浆的先后顺序，控制了熔浆的成分变化规律。在原岩部分熔融程度较低时，只有富含Na、K、Si、Al的矿物被熔融，熔浆中这些元素的富集度高，熔浆的碱度和SiO2的含量也高。随原岩部分熔融程度增高，富含Na、K、Si、Al的矿物逐渐被熔融耗尽，富含Fe、Ca、Mg的矿物开始被熔融，熔浆中Fe、Ca、Mg的含量逐渐增高，熔浆的碱度和SiO2的含量降低、基性程度增高。应用部分熔融过程主量元素的行为规律可以判断原岩的部分熔融程度，如对幔源火成岩原岩部分熔融程度的判断：富K、Na的碱性玄武岩是地幔岩熔融程度小于5%的产物；当地幔岩石部分熔融程度达到10%～30%时形成钙碱性玄武岩；当地幔岩部分熔融程度超过40%～50%时，将产生科马提岩。这些规律已得到地质事实和实验岩石学研究成果的证实。

在岩浆中氧是惟一作为阴离子存在的主量元素。当氧与半径小、电价高、极化力强、离子电位高的元素（如Si、Al）呈配位键结合时，形成络阴离子［SiO4］4-和［AlO4］5-。而当氧与Na、K、Mg、Ca等元素相互作用时，只能以离子键相结合，这些元素争夺氧的能力与硅和铝相比要弱得多，一般它们只能存在于硅（铝）氧配阴离子之外，呈典型的自由离子。

在岩浆结晶演化过程中，随着硅氧络阴离子团聚合程度的增高（岛状→单链→双链→层状和架状），配离子之间公用氧的数目不断增加，配离子中氧的有效电价逐渐降低，吸引自由阳离子的能力逐渐减弱（表71），这决定了不同聚合程度的硅氧络阴离子与不同的阳离子相结合的稳定性。

表71 硅氧配阴离子团中氧的有效电价

Mg、Fe、Ca、Na、K的极化能力依次降低，从结合方式和能量上的稳定性分析，Mg、Fe倾向于与那些有效电价高的硅氧配阴离子结合，岛状和链状的硅氧配阴离子可以与Mg2+、Fe2+结合形成橄榄石和辉石；Ca、Na、K倾向与有效电价低的配阴离子结合，单链和双链的硅氧配阴离子常与Ca、Mg、Fe结合形成辉石和角闪石；层状和架状的硅氧配阴离子则与Ca、Na、K结合形成云母和长石。上述的这种结合关系与元素自岩浆中析出的方式和先后顺序是一致的，即：Mg—Fe—Ca—Na（K）。

除元素本身的特点外，元素在岩浆中的浓度以及岩浆的总组成，可以在一定程度上改变它们的析出顺序。但一般情况下，岩浆结晶演化过程上述主要元素的析出规律是存在的。

7212 岩浆演化过程微量元素的行为

主量元素不仅直接参与了岩浆的形成和演化作用，而且制约着微量元素的行为。在部分熔融程度较低的熔浆中，只有那些与 Na、K、Si、Al呈类质同象关系的微量元素倾向于早期进入熔浆，他们主要是大离子亲石元素，表现为这些元素在残余固相和熔浆相之间的分配系数较低（不相容元素），在初始熔浆中的含量较高。反之，不能与Na、K、Si、Al类质同象的微量元素难于进入熔浆，他们在残余固相和熔浆相之间的分配系数较高（相容元素）。相容元素在原岩中主要以与 Mg、Fe 呈类质同象关系的形式存在，他们是否进入熔浆与Mg、Fe矿物是否能否发生熔融有关。在熔浆中的含量总是比在残余固相中的含量低。在部分熔融程度较高的岩浆中，上述元素含量特征将逐渐弱化。一种理想的熔浆中元素含量的变化模型是：随部分熔融程度的增大，熔浆中相容元素（图74中以R表示）的含量有所增高，但变化幅度较小；同时，熔浆中不相容元素（如 Ce）的含量逐渐降低，含量变化的幅度随元素不相容性的增强而增大（参看图 74 部分熔融演化线），因此，随岩石部分熔融程度的增大，强不相容性元素与较弱不相容的元素之间的比值呈现规律性的增长趋势。通过编制两不相容元素含量比值相对不相容元素含量的相关变异图，可以判定有成因联系的岩体群的成因机制，如第 5 章中介绍的用w（La）/w（Sm）-w（La）相关变异图（图 513，514）来判别火成岩的形成机制，就是一种常用的研究方法。

图74 部分熔融和分离结晶作用过程熔浆中微量元素含量的变化

如图74所示，在岩浆结晶过程，无论何时结晶相中总是相对富集相容元素，残余熔浆中总是相对富集不相容元素。随结晶程度的增高，熔浆中相容元素的含量呈急剧降低趋势，含量变化明显；同时，熔浆中不相容元素（如Ce）含量逐渐增高，但元素含量的变化幅度与元素的不相容性强弱的关系不大，即随岩浆结晶程度增大，强不相容性元素与不相容性较弱的元素之间的比值变化并不明显。因此，判断岩浆的形成机制的标志可概括为：

（1）若火成岩中相容元素（如Ni、Co、Cr）含量变化大，同时不相容元素比值［如w（Sr）/w（Ba）、w（La）/w（Sm）］变化小，则为结晶分异形成的。

（2）若火成岩中相容元素（如Ni、Co、Cr）含量变化小，同时不相容元素比值［如w（Sr）/w（Ba）、w（La）/w（Sm）］变化大，则为部分熔融形成的。

（3）岩浆的结晶分异演化程度对探讨成岩过程和含矿潜力有重要意义。在岩浆的结晶分异演化过程中一些元素对的比值有明显的变化规律，如随岩浆分异作用加强w（K）/w（Rb）值降低、w（Rb）/w（Sr）值增高和w（Ni）/w（Co）值降低。在火成岩中微量元素通常主要有两种存在形式：一种呈非类质同象形式，在矿物中形成微包裹体、被矿物吸附或在矿物之间呈分子状态等；另一种常见的形式是呈类质同象形式存在于其他矿物中。有些微量元素的离子半径与主量元素的离子半径差异过大，将在岩浆结晶的晚期形成自己的独立矿物，如独居石、磷灰石和锆石等副矿物中的Ti、Nb、Ta、Zr等。形成非类质同象混入物的影响因素主要包括类质同象混入物的分解、吸附作用以及硅酸盐熔体结晶作用的条件变化等。例如，在高温条件下Zn2+常以类质同象方式进入黑云母和角闪石的晶格，置换其中的Mg2+和Fe2+，当温度下降后，Zn2+便被分解出来，以非类质同象形式被包裹在Mg、Fe矿物中。

在岩浆结晶过程中，微量元素是否类质同象进入主要造岩矿物晶格，是它们是否能在晚期及其后的地质作用过程富集成矿的关键。若元素进入造岩矿物中，则这些元素将部分或全部趋于分散。例如，由于Rb的各种地球化学参数与主要造岩元素K很相似，它在岩浆结晶过程中几乎全部被各种钾矿物所“捕获”，因而不可能在残余岩浆中富集，也不可能在后期成矿；Cs在花岗岩中的含量较Rb低得多，但由于它不适合进入造岩矿物晶格中的任何位置，总是残留在晚期岩浆中，便有可能在伟晶岩阶段形成自己的独立矿物——铯榴石。

从第2章中我们已经得知，控制类质同象的基本因素包括化学键性、晶体化学性质、置换的能量效应和置换时的物理化学条件等，这些因素控制了微量元素在岩石部分熔融和岩浆结晶过程的行为，即微量元素在固相和熔浆相之间的分配行为。在第5章中已对部分熔融和结晶分异过程微量元素在熔体和固相间的分配及因此导致的在不同相间的含量变化规律进行了归纳，以下进一步分析类质同象对微量元素在固相和熔浆相之间的分配的控制。

按微量元素在岩浆演化过程的类质同象行为差异，可以将微量元素分为以下三类：

（1）主要以类质同象方式进入长石、石英等矿物（K、Na、Ca的铝硅酸盐矿物，亦被称为长英质矿物）的微量元素，这些铝硅酸盐矿物在岩浆结晶过程属于较晚结晶的矿物，在岩石的部分熔融过程中属于较易熔融的相。因此，上述微量元素将较晚进入结晶相和较早进入熔浆相，它们属于强或较强的不相容元素。由于这类元素一般半径较大，亲氧性又十分突出，常被形象地称为大离子亲石元素LILE。

（2）主要以类质同象方式进入橄榄石、辉石等（Mg、Fe的硅酸盐矿物，亦被称为镁铁质矿物）的微量元素，如Ni、Co等。橄榄石、辉石等在岩浆结晶过程属于较早结晶的矿物，在岩石的部分熔融过程中属于较难熔融相。因此，这类微量元素都属于强或较强的相容元素，它们与Fe的地球化学性质有较强的相似性。

（3）主要进入副矿物（如金红石、锆石、铌钽矿物）的微量元素，如Ti、Nb、Ta、Zr等。它们可以作为形成独立矿物的主成分，也可以以类质同象混入物形式存在。在岩浆结晶过程中这些副矿物属于最晚结晶的矿物，在岩石的部分熔融过程中又属于较难熔融的矿物相。因此，这些微量元素将最后进入结晶相和较晚进入熔浆相。它们在岩浆的形成过程中属于相容元素，在岩浆结晶过程中属于不相容元素。这类元素的半径较小，电价较高，故被称为高场强元素HFSE。

由以上分析可知：在岩浆作用过程中，主量元素进入岩浆或从岩浆中晶出的顺序主要受结晶相-熔浆相的相平衡条件的控制（热力学控制）；微量元素在结晶相-熔浆相间的分配主要受类质同象规律（化学规律）的控制，间接受结晶相-熔浆相的相平衡条件的控制。不同成分的原岩（岩浆）体系发生部分熔融（岩浆结晶）时，如温度-压力条件不同，熔出（结晶）的矿物相可以不同，因而在不同的岩浆演化过程中同一微量元素在两相间的分配系数（相容/不相容性的强弱）可能会有一定的变化，但总特征是一致的。

1地质产状、岩石共生组合及其相互（接触）关系

不同成因类型的原岩，由于成岩作用不同，其产状及岩石共生组合均受其成因特点所制约，因而，对查明变质岩原岩成因类型具有重要意义。

1）岩浆结晶的原岩，由于其形成是由岩浆上升、侵位或顶出地表直接冷凝结晶的，一般而言，这类成因的原岩具有块状构造，没有韵律性层理。

2）正常沉积的原岩，是指正常沉积作用所形成的碎屑沉积岩及化学（生物化学）沉积岩，沉积分异作用明显，产状上具有层理和韵律性。

对层状变质岩的成因类型，要做具体分析，它们可以是正常沉积的、火山碎屑的或过渡型的，也可以是层状侵入体或熔岩流变质所成。在野外详细研究这些岩石（岩层）的产状、接触关系、分布、岩石共生组合，常常是查明这些层状变质岩原岩成因类型的主要基础。

2岩相学标志

查明变质岩原岩成因类型的岩相学标志，注意力主要应集中在查明变质岩中可能残留的能反映原岩成因类型的原岩结构构造（变余结构构造）以及虽经变质作用改造仍能反映原岩成因类型的某些特征上。同时，变质岩的某些矿物和矿物共生组合特征以及变质岩石（岩层）间矿物的递交关系，在一定程度上也是查明变质岩原岩成因类型的根据。

岩浆岩结晶形成的原岩，经变质后可能残存有各种岩浆岩的结构构造。常见的变余组构有：变余辉绿结构、变余辉长结构、变余间粒结构、球粒结构、气孔构造、变余杏仁构造和变余枕状构造、变余流纹构造等。

正常沉积岩经变质后，最常见的变余结构是变余砾状结构、变余砂状结构、变余粉砂状结构及变余泥状结构等。变质的正常沉积岩中，除上述组构特征外，变余斜层理、变余交错层理以及变余的层面构造（如变余波痕、变余泥裂等构造）的存在，是查明变质岩的原岩成因类型的重要依据。

变质岩的矿物成分，特别是变质岩的矿物共生组合，对查明变质岩的原岩成因类型，也具有一定的意义，不同的矿物共生组合也可反映不同的原岩成分。但这方面的研究，必须结合地质产状、结构构造和岩石共生组合的研究，才能作出推断。

3岩石化学及地球化学特征

上述恢复原岩性质的方法有时并不能得到正确的结果，特别对那些变质程度较深、改造比较彻底的变质岩，原始残留的标志不明显。在这种情况下须借助岩石化学成分和地球化学上的某些差异，来分析它们的原岩性质，这是因为变质岩的岩石化学及地球化学特征，基本上能反映原岩的物化特征，并主要受原岩形成作用特点的制约。

来源于岩浆岩（正变质岩）和沉积岩（副变质岩）的变质岩，在化学成分上的主要区别见表12-5。

表12-5 正、副变质岩主要氧化物含量对比

除上述主要造岩元素含量的一般区别外，利用岩石化学、地球化学特征来研究变质岩原岩，特别是原岩的成因类型，仍是一个相当复杂和困难的问题。在应用岩石化学和地球化学特征来研究变质岩原岩时，常采用类比法，一般多采用图解法，有时也采用函数判别式、相关系数、线性方程和数理统计方法等，在工作中可参考相关资料。

总的来讲，根据岩石的化学特征来查明变质岩的原岩，特别是变质岩的原岩成因类型，尚存在一定困难。在进行这方面研究时，必须和地质产状、岩石矿物的研究紧密结合，进行综合分析，才能收到较好效果。

4副矿物

研究变质岩中副矿物的特征，是恢复变质岩原岩成因类型的重要依据之一，如锆石、独居石、金红石、磷灰石、磁铁矿、榍石等副矿物对于风化、搬运以及变质作用具有相对稳定性。又由于这些副矿物在不同成因类型原岩中的赋存情况和特点不同，因此，研究变质岩所含副矿物的种类、组合、标型特征、晶形、颜色、光泽、延长系数、颗粒大小及含量等，对判别变质岩的原岩成因类型，常具有重要意义。

这项工作应注意如下几个方面：

1）副矿物的种类和组合：由于原岩成因类型不同，它们所含副矿物的种类、组合也不同。在岩浆结晶和火山碎屑原岩中，磁铁矿、榍石、磷灰石较多地出现于基性火山岩内；锆石、独居石等较多见于酸性火山岩中。

2）副矿物的标型特征：有晶形、颜色、光泽、磨圆度、延长系数等。一般来说，在岩浆结晶的原岩中，副矿物的晶形完整、晶核清晰；大部分火山-沉积成因的副矿物的特点是有一定磨圆、分选不好；磨圆程度高、分选良好、表面粗糙和凹凸不平、有条纹、划痕、有时有断口、表面无光泽等特征的副矿物大部分是沉积成因的。

3）副矿物的颗粒大小：在原始沉积岩中，副矿物碎屑的颗粒大小，决定于原始沉积岩的岩石类型，并与沉积物的分选性有关，而在正变质岩中则没有这种规律性。因此，所含副矿物粒度分选性好的变质岩，其原岩可能是沉积成因的。

小结

介绍变质反应、变质作用组合及原岩恢复方法。

复习思考题

1什么是变质带、变质相、变质反应级、变质相系？

2变质相的分类依据是什么？近代对变质相是如何分类的？

3变质带的分类依据是什么？泥质原岩和基性原岩递增变质带的特征？

4变质反应级的分类依据是什么？各变质反应级的特征？

5试述区域变质相的形成条件及矿物组合特征。

6指出恢复变质岩原岩的主要方法及恢复变质原岩的意义。

大理岩是一种高级的建筑、石雕材料，因主要产于我国云南省的大理县而得名。

大理岩的种类很多，其中有一种纯洁雪白的细粒大理岩，称为汉白玉，它是美丽、华贵、坚不可催的象征。我国北京天安门前的华表，法国巴黎卢浮宫内的断臂维纳斯雕像，都是汉白玉的杰作。

大理岩的主要成分是碳酸钙，形成于几亿年以前的古地史时期。那时，盛产大理岩的地方是一片汪洋，水底沉积了许多碳酸钙和生物遗体。由于沉积物中所含的杂质不同，因此各层的颜色也不相同。后来，经过海陆大变迁，这些碳酸钙沉积物便固结成石灰岩。成岩后，如果再受到地壳运动及岩浆的烘烤，在高温高压的环境里，那些坚硬的石灰岩便会变成柔软的半流动状态，在变动压力的作用下，搓来揉去，互相渗透，使本来像夹心饼干似的石灰岩熔解后再次结晶。因此，大理岩中常可见到流动状态的条纹图案。

大理岩软硬适中，便于铁器雕凿，且很坚韧，不易崩裂，先人早就用它来雕刻佛像、人物、动物、石碑、栏杆等。

意大利西北部濒临地中海的卡拉拉，号称“世界大理石之都”，开采大理石矿已有2000多年的历史。世界上一些著名建筑物，如佛罗伦萨的大教堂、比萨斜塔、圣彼得堡博物馆、纽约世界贸易中心等，几乎都有卡拉拉的大理石。

虽然大理岩的防水、防冷性能好，又比较致密坚固，但它不耐酸，很易受到酸的侵蚀。因此，被称为“20世纪空中死神”的酸雨，对由大理石构筑的世界文物造成严重的威胁，伦敦的大理石建筑曾因其上空的酸雾而剥落。

由于变质岩是来源于地壳已存的沉积岩、岩浆岩和变质岩，所以，其矿物组成受原岩的化学成分控制；同时，受变质作用类型和强度控制。所以，组成变质岩的矿物极为复杂多样。

（一）变质岩的主要造岩矿物

变质岩的主要造岩矿物特点见表9-1：

1）岩浆岩中的主要矿物（长石类、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石等）在变质岩中也是主要矿物。

2）某些典型的沉积矿物，如粘土矿物、海绿石、蛋白石、玉髓、盐类矿物……等，主要出现于沉积岩中，而长石类、石英、云母、角闪石、方解石等都可在变质岩中继续存在。

3）变质岩特有的矿物，如富铝硅酸盐矿物中的红柱石、蓝晶石、矽线石等；富钙硅酸盐中的透闪石、硅灰石等。

表9-1 变质岩的主要造岩矿物的特点

（引自贺同兴等，1988）

（二）变质岩矿物的特点

1）变质岩中，层状、链状晶体构造的矿物（绿泥石、云母、角闪石、辉石等）较多，常发育有较多的纤维状、鳞片状、柱状、针状矿物，且这些矿物的平均延展性比岩浆岩中的同类矿物为大，如黑云母，在岩浆岩中的延展性一般为15左右，而在变质岩中可达7～10。

2）在变质岩中，常发育有分子排列极紧密的矿物，这种矿物，具有较小的分子体积和较大的密度，如石榴子石。

3）变质岩中同质异相矿物发育，如红柱石、蓝晶石、矽线石。

4）斜长石类的环带结构在变质岩中较少见。

5）变质岩中矿物的变形现象发育。

（三）五大化学类型变质岩的化学成分与矿物成分特点

1泥质变质岩

化学成分的特点是Al2O3和K2O含量高，Al2O3和K2O相对含量变化大。矿物成分的特点是云母含量高，石英常见。两个亚类矿物成分有明显差别：

1）Al2O3过剩的泥质变质岩：特点是含富铝矿物（红柱石、蓝晶石、矽线石等）；中低温时无钾长石，高温时（麻粒岩相、辉石角岩相等）出现钾长石。

2）K2O过剩的泥质变质岩：特点是含钾长石，中低温时无富铝矿物，高温时出现富铝矿物（矽线石、堇青石、石榴子石等）。

中低温时富铝矿物与钾长石不共生，两类泥质岩矿物组合明显不同。高温时富铝矿物与钾长石共生、两类泥质岩矿物组合相同，仅矿物含量有差别：铝过剩的泥质变质岩富铝矿物含量高、钾长石含量少：钾过剩的泥质变质岩则相反，钾长石含量高而富铝矿物含量少。

2长英质变质岩

化学成分与泥质变质岩显著差别是SiO2含量高，通常K2O过剩、Al2O3不足。

矿物成分特点是以石英、长石为主，矿物组合与K2O过剩的泥质变质岩相同。

3钙质变质岩

化学成分最显著特点是CaO含量高，可含—定量的MgO、FeO、Al2O3、SiO2。

矿物成分以碳酸盐矿物（方解石、白云石等）和钙镁硅酸盐矿物（硅灰石、透辉石、阳起石、透闪石、滑石等）为主，可含一定量钙铝硅酸盐矿物（绿帘石、方柱石、钙质斜长石、钙铝-钙铁榴石、符山石等）及石英。

4基性变质岩

化学成分特点是MgO、FeO、CaO含量高，含一定量Al2O3。

矿物成分特点是富含斜长石和绿帘石、绿泥石、单斜辉石、单斜闪石（透闪石、阳起石、普通角闪石）、斜方辉石、铁铝-镁铝榴石及黑云母等铁镁钙的硅酸盐、铝硅酸盐矿物，可含一定量的石英。

5镁质变质岩

化学成分特点是富MgO、FeO、贫CaO、Al2O3和SiO2。

矿物成分特点是缺乏长石、石英及富含镁铁的矿物，如蛇纹石、滑石、水镁石、菱镁矿、直闪石、镁铁闪石、紫苏辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、黑云母、铁铝-镁铝榴石等。

（四）变质岩矿物的成因类型

在一定地质作用条件下形成的变质岩，其矿物组成按成因可分为两类。

1）不稳定矿物：又称为“残余矿物”。指在一定的变质条件下，由于变质反应不彻底，而残留下来的部分原有矿物，若变质反应达到了化学平衡，这些矿物就不能继续存在，将转化为其他矿物。

2）稳定矿物：这是指在一定变质条件下，原岩通过重结晶作用和变质结晶作用形成的矿物。它们可以是原有岩石中没有的矿物，也可以是原有岩石中本来就有的矿物，只是在该条件下仍为稳定平衡的矿物。

稳定矿物按p-T范围的宽窄进一步分为：

1）贯通矿物，指对温压条件变化不敏感，可在很大p-T范围稳定的矿物，如石英、方解石。

2）特征变质矿物，指稳定的p-T范围较窄，反映外界条件变化灵敏的变质矿物。特征变质矿物能指示岩石变质的p-T条件，常作为划分等变线的标志，因而有巨大的岩石学意义。如Al2SiO5三种同质多相变体，红柱石指示低压，蓝晶石指示中压，矽线石指示高温。

矿物的稳定与不稳定不是绝对的，同一种矿物在某种变质条件下是稳定矿物，而在另一种变质条件下则可能是不稳定矿物。例如粘土质岩石在低级变质条件下，绢云母和绿泥石均为稳定矿物，但随着p-T条件的升高，就变得不稳定，当岩石达到中级变质条件时，二者便通过变质反应形成黑云母，此时黑云母为稳定矿物。若变质反应进行得不完全，而未能达到化学平衡时，则可能有少量的绢云母或绿泥石残留下来，这时它们就成为不稳定矿物。

如上所述，变质岩中的矿物共生组合，是指在一定温度、压力条件下产生的，随着变质条件的变化，就要重新调整形成新的矿物共生组合。因此，特征变质矿物能指示岩石变质的p-T条件，常作为划分等变线的标志，因而有巨大的岩石学意义。

在等物理系列中，可主要按温度分为很低级（很低温）、低级（低温）、中级（中温）、和高级（高温）四个等级。请记住下述在中等地热梯度（中压）条件下各等级的特征变质矿物：很低级，浊沸石、葡萄石、绿纤石；低级，绢云母、绿泥石、蛇纹石、滑石、硬绿泥石、绿帘石、阳起石；中级，十字石、蓝晶石、普通角闪石、铁铝榴石；高级，矽线石、紫苏辉石、正长石。

一、变质岩的化学成分特征

一般情况下，变质作用基本是等化学的过程，特别是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O和K2O等主要造岩氧化物的含量在变质作用前后基本不变，所以在没有原岩残留的中高温变质岩中，它们的特征是判断原岩类型的极重要标志。文献中习惯将原岩为火成岩者称为正变质岩，原岩为沉积岩者称为副变质岩。若出现交代作用或部分熔融作用时，则化学成分变化规律的研究更为重要。此外，痕量元素在变质作用过程也常有一定变化，其特征可用以分析当时的物理化学环境。

变质岩的原岩可以是地壳中各种类型的火成岩和沉积岩，所以其化学成分变化范围很大。Turner(1955)将常见变质岩归纳为五个化学类型，即五个等化学系列，各系列包括化学特征相似的不同原岩类型，现略加补充修改，简述如下:

(1)富铝系列(泥质变质岩):原岩主要为泥质沉积岩;

(2)硅铝质系列(长英质变质岩):原岩为砂质－粉砂质沉积岩、中酸性火山岩－火山碎屑岩和侵入岩;

(3)铁镁质系列(基性变质岩):原岩为基性火山岩、侵入岩及铁质白云质泥灰岩等;

(4)镁质系列(超基性变质岩):原岩为超基性火成岩和其他富镁的特殊沉积岩;

(5)钙(镁)质系列(碳酸盐变质岩):原岩为以钙(镁)质碳酸盐岩为主的沉积岩。

此外还有化学成分特殊的富硅、富铁、富锰、富磷、富钠和富碳变质岩，它们很少见，常属于变质矿床范畴。各系列岩石的不同化学成分特征对其变质后可能出现的矿物组合有决定性的制约作用。

二、变质岩矿物成分与原岩化学成分之间的关系

变质岩的矿物成分相当复杂，在变质反应达到物化平衡的中－高温变质岩中，它们首先取决于原岩的总化学成分。如仅含CaCO3和SiO2的硅质石灰岩变质后，可能出现的矿物为方解石、石英和硅灰石等，不会出现长石、云母或矽线石等富铝矿物。相反，黏土质原岩变质后常出现这些富铝矿物，但不会出现硅灰石或镁橄榄石等富钙镁的硅酸盐，更不会出现钙镁碳酸盐。另一方面，变质岩的矿物成分又取决于当时的温度、压力等条件。如前述硅质石灰岩中低温变质过程出现的是方解石+石英，高温时则为硅灰石+方解石，特殊高温条件下还可出现斜硅钙石(Ca2SiO4)、硅钙石(Ca3Si2O7)或灰硅钙石(Ca4Si2O6·CaCO3)等矿物。

达到化学平衡时变质岩的矿物组合与原岩的矿物成分关系不大。如总化学成分相似的基性火山岩和铁质白云质泥灰岩，虽然矿物成分不相同，但经中高温变质后，都将成为以角闪石和斜长石为主的斜长角闪岩类岩石。但在低温变质岩中则常有不同数量的原岩矿物残留。如低温泥砂质变质岩中常有大量残留的钾长石和斜长石，基性火山岩低温变质成的绿片岩中常有残留的辉石和中基性斜长石等。此时必须严格区分残留矿物和新形成的矿物，因为只有后者才能反映变质作用的温压条件。

常见变质岩按等化学系列的概念可分五大类，它们彼此的矿物成分特征有很大不同，明显受原岩化学成分的控制(表18－1)。

表18－1 变质岩矿物成分与原岩化学特征的关系

1富铝(泥质)系列变质岩

原岩为泥岩或页岩等沉积岩，其主要化学成分特征是富Al2O3和K2O，贫Na2O和CaO，Mg和Fe总量不高，通常FeO＞MgO，SiO2含量一般较高。上述特征决定了这类岩石中最常见矿物为云母类、绿泥石类和石英。通常还含少量酸性斜长石，其含量和原岩中CaO+Na2O含量成正比。云母类矿物中以绢云母、白云母和黑云母为特征。Al2O3/K2O比值对矿物成分有极大影响，当Al2O3/K2O＜1，K2O过剩时，中温条件下只出现Kf+Ms+Q组合，矽线石等富铝矿物要到高温条件才开始出现;当Al2O3/K2O＞1，且很高时，则组成长石和云母类矿物后，剩余的Al2O3便可与铁镁组合成绿泥石及其他富铝的特征矿物，最常见的是铁铝榴石。当FeO/MgO比值很高时，低温可出现硬绿泥石，中温可出现十字石。当MgO含量超过FeO时，更有利于堇青石出现。此外，上述较富铝的矿物能否出现及其含量还与原岩Fe2O3/(FeO+Fe2O3)的比值有关，原岩虽含铁较高，但以Fe2O3为主时，即使温压条件合适，铁铝榴石和十字石等也较少出现，甚至不出现，代之以黑云母(+磁铁矿)为特征组合，或出现帘石类矿物。

红柱石、蓝晶石和矽线石是富铝系列最特征矿物。在中温条件下，必须原岩很富铝，才能使Al和Na、K、Ca、Fe、Mg结合成长石、云母和前述其他铁镁铝硅酸盐之后还有剩余，得以形成Al2SiO5的各种同质多象矿物，所以它们的出现机会更少。Winchester(1974)的统计研究表明，当泥质岩石中Al2O3＜14%，CaO＞2%时，一般不出现蓝晶石、矽线石等矿物，因为此时存在CaO+SiO2+Al2SiO5→CaAl2Si2O8的反应关系，使Al2SiO5不稳定。但是高温变质作用过程中由云母分解形成矽线石，或其他交代成因的矽线石的出现不一定反映原岩很富铝。另外，一些含一定量粉砂质或凝灰质的泥质沉积岩，由于其Al2O3＜K2O+Na2O+CaO，故有较多的斜长石和(或)钾长石出现，与黑云母等共生，除偶见铁铝榴石外，其他富铝特征矿物极难出现。

2硅铝质(长英质)系列变质岩

该系列变质岩分布最广，原岩为含一定量长石的多杂质砂岩、粉砂岩、中酸性火山岩和火山沉积岩及各种花岗质侵入岩。其化学成分基本相当于中酸－酸性火成岩，它们与富铝系列相比较，铝降低，钾和钠增加，多数是Na2O＞K2O，钙也增高，铁镁低，SiO2含量高且变化大。上述化学特征决定了本系列变质岩主要组成矿物为中酸性斜长石、钾长石和石英及次要的黑云母、绢云母、绿泥石或角闪石、辉石等。一般中高温变质岩中基本共生组合为更长石+石英+黑云母±钾长石±角闪石(或辉石)，它们的相对含量决定于各种氧化物的相对量比。由于组成这些矿物之后已无剩余的Al2O3，所以除有时见少量铁铝榴石外，其他更富铝矿物一般不出现。相反，钙较高时可出现较多角闪石或含有透辉石和帘石类矿物。

3铁镁质(基性)系列变质岩

该系列的原岩为基性侵入岩、喷出岩、凝灰质杂砂岩及铁质白云质泥灰岩等，其化学特征是富Fe、Mg、Ca，SiO2则较低。它们变质后最常见矿物为绿泥石、帘石、阳起石、钙质角闪石、辉石和斜长石等，有时还含少量石英或碳酸盐。当原岩含K2O时，还可出现黑云母，这反映它们可能具沉积成因，故含泥灰质杂质，因为一般基性火成岩中含K2O极低。在基性原岩中，当CaO/Al2O3＞1(分子比)时，若达到高温变质程度则会出现透辉石，且CaO含量愈高时，单斜辉石含量也愈高，角闪石含量则相对减少，甚至出现只含透辉石和斜长石的变质岩。相反，当原岩稍富铝，且CaO/Al2O3＜1(分子比)时，可出现铁铝榴石。

4镁质(超基性)系列变质岩

该系列的原岩一般为超基性火成岩，可能还包括一些少见的、特殊成因的极富镁沉积岩。其化学特征极富镁，铁含量次之，但贫钙、铝和硅。这些特征决定了所成变质岩中一般不含长石和石英，主要由富镁的暗色矿物组成。当原岩基本不含钙和铝时，出现的变质矿物为滑石、蛇纹石、镁铁闪石、斜方辉石、镁橄榄石及尖晶石等。当原岩含一定量钙和铝时，则可同时出现透闪石、普通闪石和单斜辉石等，还可出现若干基性斜长石和方柱石。某些特殊的沉积岩极富镁，也有一定量钾，但硅、铝、铁很低，它们变质后能形成特征的金云母+透辉石组合。

5钙镁质(碳酸盐)系列变质岩

该系列的原岩为各种石灰岩和白云岩，可含少量硅质、泥质杂质。其化学特征极富CaO、MgO和CO2，而Al2O3、SiO2、FeO等则含量低，且变化范围大。进变质过程大部分碳酸盐经重结晶后仍保持稳定，另一部分碳酸盐中钙、镁则与杂质中其他氧化物结合成为各种硅酸盐或铝硅酸盐。特定温压条件下，其种类和含量主要视岩石中CaO、MgO、Al2O3、SiO2、FeO等的相对含量而定。如原岩只含CaCO3和SiO2，则一般高温变质时只能出现硅灰石;原岩为硅质白云质灰岩时，则更易出现滑石、透辉石、透闪石及镁橄榄石;很富镁时还可出现方镁石、水滑石或硅镁石;原岩含黏土质时可出现帘石、斜长石、方柱石、钙铝榴石及符山石等，含钾时可出现金云母和钾长石。

当原岩中非碳酸盐增多，过渡为泥灰岩或钙质页岩和凝灰岩时，因通过脱碳反应形成各种钙镁硅酸盐之后，已无剩余的CaO和MgO，故所成变质岩中钙镁碳酸盐很少或不出现，此时岩石完全由各种钙镁硅酸盐和铝硅酸盐组成。在一定温压和CO2逸度的条件下，其矿物组合和各种矿物相对含量仍主要决定于有关氧化物的相对含量。

以上讨论表明，变质岩的矿物成分首先决定于原岩化学成分，等化学系列岩石在特定温压条件下，其矿物成分及相对含量也严格受原岩化学成分的制约，而且矿物的化学成分一定程度上也受原岩化学成分的影响。

三、变质岩矿物成分与变质作用温压条件之间的关系

虽然原岩化学成分总体决定了其变质后岩石中能出现哪些矿物，不能出现哪些矿物，但具体能同时出现哪几种矿物还决定于当时温压条件。如硅质石灰岩变质后能出现哪些矿物前文已作说明，但当压力为105Pa，温度低于470℃时经热变质只能形成方解石和石英，当温度高于470℃时，则形成硅灰石+方解石(或石英)。化学成分合适的富铝泥质岩，在不同变质温压条件下，会分别出现红柱石、蓝晶石和矽线石。这些都是温压条件对矿物控制作用的明显实例。

由于温度是引起矿物变化的最主要因素，所以常按它的高低将变质作用分为若干等级，称为变质级，同一等级的变质岩属于一个等物理系列。通常将变质作用划分为低、中、高三个等级，但划分的矿物标志在有些岩类中不太明确。Winkler(1976)根据一些临界变质反应划分出四个变质级，即很低级，低级、中级和高级(图18－1)。

很低级变质的下限以基性岩中浊沸石出现为标志，并以此与沉积岩的后生成岩作用相区别，其温度界限在200℃左右或稍低。它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石反应形成黝帘石和阳起石，临界温度在350℃左右。低级变质的温度范围为350～550℃左右，它和中级变质的界限是泥质岩石中St+Ms+Q组合的出现，或堇青石的形成。中级变质的温度在550～650℃左右或稍低，它和高级变质的界限是Ms+Q→Sil+Kf+H2O这一反应，水饱和的片麻岩的深熔曲线也大致相当于这一界限。温度更高时属于高级变质，其温度高限可达800～900℃以上，视岩石中H2O的饱和度而定。据现有资料，变岩中常见矿物的稳定区间如表18－2所示，由表中可知各变质级的较典型矿物如下:①很低级变质矿物有浊沸石、葡萄石、绿纤石、黑硬绿泥石和硬柱石等;②低级变质矿物主要有绢云母(多硅白云母)、绿泥石、锰铝榴石、黝帘石、绿帘石、蛇纹石、滑石和钠长石等;③中级变质矿物主要有白云母、十字石、堇青石、红柱石和蓝晶石等;④高级变质矿物则有矽线石、硅灰石、紫苏辉石及正长石等。这些矿物能不同程度反映变质温度，一般称之为特征变质矿物。另一些矿物的稳定温度区间相当大，如石榴子石、黑云母、角闪石和斜长石等，它们可存在于中低级－高级变质范围。石英和方解石等，只要原岩成分合适，在所有变质等级中均可出现，过去文献中习惯称它们为贯通矿物。

图18－1 不同变质级范围的P－T图解(Winkler，1976)

表18－2 变质岩中常见矿物的稳定区间

续表

其次，各种矿物和组合稳定存在的温度区间还不同程度与压力有关。有些矿物的出现更明显受压力的控制，如低－中低温高压条件下，能出现硬柱石、硬玉质辉石+石英和蓝闪石类角闪石。中温条件下，压力较低时，有利于泥质岩石中出现红柱石、堇青石以代替铁铝榴石。而中等压力条件下，则有利于出现蓝晶石。高温条件下，压力较高时能出现Cpx+Gt+Q组合以代替较低压的Opx+Pl组合，或出现Omp+Ca－Mg－Alm组合。所以这些矿物又可称为指示压力的特征矿物。

有些矿物虽然稳定存在的温度区间较大，但它的化学成分明显受温度控制，如铁铝榴石和黑云母的MgO/(FeO+MgO)比值常随温度升高而增大。绿泥石一般为低级变质矿物，但很富镁的绿泥石却可出现于中级变质岩中，与铁铝榴石和十字石共生。实验资料还表明，不含石英和长石的超基性变质岩中，当PH2O=Pl时，极富镁绿泥石的稳定温度甚至可高达800℃左右。这些例子说明，变质矿物的出现及其稳定范围与温压条件之间的关系十分复杂，特征变质矿物和矿物的化学成分都能提供温压条件的信息，但又存在许多不确定性，研究时必须十分注意。