一、工作任务
（1）了解变质岩的概念及形成过程。
（2）掌握变质岩的结构、构造、矿物成分等地质特性。
（3）掌握变质岩的分类及工程地质特征。
二、相关配套知识
（一）变质岩的形成过程
1.变质岩及其产状
在漫长的地质历史过程中，先期生成的岩石（原岩）在各种变质因素（温度、压力、化学活泼性流体）作用下，其结构、构造或矿物成分发生一系列改变从而形成新的岩石的过程称变质作用。由变质作用形成的具有新特性的岩石称变质岩。
变质作用基本上是原岩在保持固体状态下、在原位置处进行的，因此，变质岩的产状为残余产状。由岩浆岩形成的变质岩称正变质岩，由沉积岩形成的变质岩称副变质岩。正变质岩产状保留原岩浆岩产状，副变质岩产状则保留沉积岩的产状。
变质岩在地球表面分布面积占陆地面积的l/5。岩石生成年代愈老，变质程度愈深，该年代岩石中变质岩比重愈大，例如前寒武纪的岩石几乎都是变质岩。
2.变质作用的因素
引起变质作用的因素主要有温度、压力和具有一定化学活动性的流体。
1）温 度
温度是促使岩石发生变化的主要因素。温度升高一方面可引起岩石重结晶改变原岩结构，使矿物组分在固体状态下重新生长，由非晶质变成了结晶质，由隐晶质变成显晶质等，例如，原来为隐晶质的石灰岩，受热重结晶可变为晶粒粗大的显晶质的大理岩。另一方面，高温可以使岩石中某些矿物成分发生化学反应，形成新的高温变质矿物。
促使岩石变质的高温，主要来源于地热、岩浆热、地壳运动产生的机械热和放射性元素蜕变所产生的热量等。
2）压 力
促使岩石变质的压力有静压力和定向压力两种，它们在变质过程中所起的作用是不同的。
（1）静压力。静压力是指岩石在地壳一定深度所承受的上覆岩层的重力，离地表越深，岩石所受到的静压力就越大。静压力的作用能引起岩石或矿物的体积缩小，形成体积小、密度大的新矿物。
（2）定向压力。定向压力主要是构造运动和岩浆活动产生的、具有一定方向的作用力。定向压力的作用，一方面可以使岩石发生柔性变形或机械破碎；另一方面，在重结晶过程中，使岩石中片状或柱状的矿物在垂直于压力的方向上作定向排列，形成片理构造。
3）化学活泼性流体
化学活泼性流体主要包括水蒸气、氧气、二氧化碳、含B和S等元素的气体和富含二氧化硅的液体。这些流体是岩浆分化后期的产物，具有很强的化学活动性。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。
3.变质作用的类型
根据不同的变质因素可将变质作用分为四种类型。
（1）动力变质作用：在构造运动过程中，岩石受到强大的定向压力而产生的变形、破碎以致重结晶的作用，称为动力变质作用。它主要发生在地壳较浅的部位、构造变动强烈的断裂带附近。其结果是形成沿断裂带呈狭长带状分布的构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等动力变质岩石。
（2）接触变质作用：接触变质作用是当岩浆侵入围岩时，在侵入体与围岩的接触带，受到岩浆高温及其分离出来的热气和热液的影响而发生的一种变质作用，主要使原岩结构特征发生改变。
（3）交代变质作用：又称汽化热液变质作用，是指化学活泼性流体与围岩发生交代作用改变原岩矿物和结构特征的过程。例如，花岗岩被交代后，石英和白云母取代长石，变成细粒云英岩。
（4）区域变质作用：在一个范围较大的区域内，例如数百或数千平方千米范围内，高温、动压力和化学活泼性流体三因素综合作用，作用规模和范围都较大，称区域变质作用，一般该区域内地壳运动和岩浆活动都较强烈。
（二）变质岩的地质特性
1.变质岩的结构
在变质作用过程中，由于矿物的重结晶和新矿物的形成，相应地形成了新的岩石结构特征。但是，变质岩和岩浆岩都是结晶质岩石，其结构类型基本相同，为了表示其结构的变质成因，就在各种结构名称之前加上“变晶”或“变余”二字，以与岩浆岩和一些沉积岩的结构相区别。
1）变晶结构(www.xing528.com)
这是变质岩中最常见的一种结构。变晶结构是岩石在变质过程中经重结晶或重新组合而形成的结晶质结构。变晶结构多具明显的定向性，按矿物晶粒的大小和形态特征分为粒状变晶结构、斑状变晶结构、鳞片状变晶结构等。
2）变余结构
变余结构又称残余结构，由于变质重结晶作用不彻底，还保留着原来岩石的成分、结构特征。例如，原来沉积岩中的砾状结构和砂状结构，经变质后仍保留原岩的部分结构时，则可分别称为变余砾状结构、变余砂状结构。
3）碎裂结构
碎裂结构是指在定向压力作用下，原岩及其中的矿物发生弯曲变形、碎裂后又被胶结起来的一种结构，例如糜棱结构、碎裂结构。
2.变质岩的构造
变质岩的构造是指岩石中各种变晶矿物在空间排列关系上的外貌特征。变质岩的构造主要有片理构造和非片理构造。
1）片理构造
岩石中片状、柱状、针状或板状矿物呈定向平行排列的构造称片理构造。能顺着矿物定向排列方向剥裂开的面称片理面。片理构造可分为以下四种：
（1）板状构造：泥质、粉砂质岩石在温度不高而以压力为主的变质作用下，沿与压力垂直的方向形成一组平行而密集的破裂面，岩石极易沿此面（片理面）剥成厚度均匀的薄板，劈开面通常平整光滑。岩石致密，肉眼不能分辨矿物颗粒，仅有少量重结晶的细小鳞片状绢云母在片理面上呈定向排列而显示弱丝绢光泽。
（2）千枚状构造：与板状构造相似，但岩石中矿物的重结晶程度比板岩高，片理更薄，形似千层；大量鳞片状矿物呈定向排列，片理面上具较强的丝绢光泽。
（3）片状构造：原岩经区域变质、重结晶作用，使片状、柱状、板状矿物平行排列呈连续的薄片状。片理面可以是平直的面，也可以是波状起伏的面。岩石中各组分全部重结晶，粒度一般较粗，肉眼可以分辨。片理面上光泽很强。
（4）片麻状构造：一种深度变质的构造，由深、浅两种颜色的矿物定向平行排列而成，浅色矿物多为粒状石英或长石，深色矿物多为针状角闪石或片状黑云母等。在变质程度很深的岩石中，不同颜色、不同形状、不同成分的矿物相对集中平行排列，形成彼此相间、近于平行排列的条带，称条带状构造；在片麻状和条带状岩石中，若局部夹杂晶粒粗大的石英、长石呈眼球状时，则称眼球状构造。条带状和眼球状都属于片麻状构造的特殊类型。
2）非片理构造
非片理构造即块状构造。这是一种深变质构造。岩石中的矿物成分分布均匀，无定向排列现象，呈致密块状，常是粒状矿物重结晶的岩石所特有的构造，如石英岩、大理岩等。
3.变质岩的矿物成分
原岩在变质过程中，既能保留部分原有矿物，也能生成一些变质岩特有的新矿物。前者如岩浆岩中的石英、长石、角闪石、黑云母等和沉积岩中的方解石、白云石、黏土矿物等；后者又称变质矿物，如绢云母、红柱石、硅灰石、石榴子石、滑石、十字石、阳起石、蛇纹石、石墨等，是变质岩区别于岩浆岩和沉积岩的又一重要特征。
（三）变质岩的分类及主要变质岩的特征
1.变质岩的分类
按照变质岩的成因，可将变质岩分为区域变质岩、接触变质岩、交代变质岩和动力变质岩四类。区域变质岩首先按构造进行分类命名，然后可根据矿物成分进一步定名。如具片状构造的岩石叫片岩，若片岩中含绿泥石较多，则可进一步定名为绿泥石片岩。凡具有块状构造和变晶结构的岩石，先按矿物成分命名，如石英岩；也有按地名命名的，如大理岩。动力变质岩则主要根据岩石结构分类定名。变质岩的分类见表1-3。
表1-3 变质岩的分类
2.主要变质岩的特征
板岩常见颜色为深灰、黑色；具变余隐晶质结构或变余泥质结构；呈板状构造；主要矿物为黏土矿物，颗粒细小，肉眼难以辨认；板理面上有绢云母、绿泥石等新生矿物，略具丝绢光泽，沿板理面可劈开成薄板；可用作建筑材料。板岩是由黏土岩变质而形成的，在水的长期作用下可能软化，形成软弱夹层；板岩透水性很弱，可作隔水层。
千枚岩通常为灰色、绿色、棕红色及黑色；具变余结构或显微鳞片状变晶结构；呈千枚状构造；主要矿物为绢云母、黏土矿物及绿泥石、石英、斜长石等新生矿物；岩石中片状矿物呈定向排列形成细而薄的连续的片理，片理面上具有明显的丝绢光泽。千枚岩的质地松软，强度低，易风化剥落，沿片理面滑塌。
片岩常为灰色、暗绿色、黑色等多种；具鳞片状变晶结构；呈片状构造；矿物成分以云母、绿泥石、滑石、角闪石等片柱状矿物为主并呈定向排列，粒状矿物主要为石英和长石，石英含量多于长石，有时也含有石榴子石、硅线石、蓝晶石等特征变质矿物。按矿物成分还可进一步分为石英片岩、云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩等。片岩因其片理发育，片状矿物含量高，岩石强度低，抗风化能力差，极易风化剥落，甚至发生滑塌。
片麻岩多呈肉红色、灰色、深灰色；具粒状变晶结构；呈片麻状构造；主要矿物成分为长石和石英，两者含量大于 50%，且长石含量一般多于石英，其次是云母、角闪石、辉石等，有时也含有硅线石、石榴子石、蓝晶石等特征变质矿物。片麻岩强度较高，可用作各种建筑材料，使用时注意其云母含量对强度产生的影响。
石英岩一般为白色；具粒状变晶结构；呈块状构造；主要矿物为石英（含量大于85%），可含少量长石、绢云母、绿泥石、白云母、黑云母、角闪石等。石英岩是由石英砂岩和硅质岩变质而成的，致密坚硬，抗风化能力强，可作良好的建筑物地基。
纯大理岩为白色；具粒状变晶结构；呈块状构造；大理岩是由石灰岩或白云岩变质而成的，主要矿物为方解石和白云石；如含有各种杂质时，则可出现不同颜色的条纹，磨光后非常美观，是良好的装饰石料。其中结构均匀、质地致密的白色细粒大理岩，又称为“汉白玉”。大理岩硬度较小，与盐酸作用起泡，很容易识别。
（四）变质岩的工程地质特征
由于变质岩的成因类型、矿物成分和结构、构造的不同，其工程地质特性表现出较大的差异性。除石英岩、大理岩具块状构造外，绝大多数具有典型的各向异性的片理构造，在不同方向上有不同的物理力学性质。例如，片状岩石在垂直和平行于片理方向上的极限抗压强度和透水性等都有较大的差异范围。由于片理发育，孔隙率和裂隙率相应增大，将促进岩面的风化作用，变质岩抗剪强度和抗压强度都有较大幅度的降低。同时，片理及裂隙面是造成岩石不稳定的重要因素。
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