Transcript 變質岩和變質作用
變質岩和變質作用 變質岩(metamorphic rocks) • 字源來自希臘文的”meta”(change)和”morph”(form) 所合成，是指型態變化的意思。 • 原來已經存在的岩石，由於外界溫度、壓力或化學的 環境發生變化，而變成另外一種岩石，此種岩石便稱 之。 • 約占地殼岩石的15%。 • 該岩石中的礦物成份、岩理或結構會發生變化，來適 應環境的變異，以達到平衡。 變質作用(metamorphism) • 僅限於岩石在固態下所發生的變化，不包括岩石的再 熔作用或風化作用。 • 發生在地表下較深處，包括礦物再結晶形成新的礦物 (chemical recrystallization)，以及礦物顆粒壓碎破裂 或發生再排列而改變岩石的岩理(mechanical deformation)。 變質作用的營力(agents of metamorphism) --Heat • 最主要的營力，許多的變質作用都是因為高溫而引起 的。 • 高溫的岩漿入侵圍岩，和圍岩接觸的地方可發生高溫 而產生變質作用。 • 地溫梯度(geothermal gradient)的增高(3℃/100m)和地 殼變動所產生的熱能。 變質作用的營力(agents of metamorphism) --pressure • 壓力可以使岩石中顆粒和顆粒間的孔隙減少，或發生 再結晶的作用，可以產生密度較大、原子排列較緊密、 或成份較簡單的新礦物。 • 壓力增大，會增加岩石中顆粒的溶解度，可使得礦物 溶解後再沉澱，並填充在受壓便小的空隙中，讓孔隙 率降低，岩石便為堅硬。 • 壓力可來自地殼的變動、上覆岩層的重壓、岩石孔隙 中的流體壓力。 • 深埋變質作用(burial metamorphism)—岩石深埋地下， 因上覆岩層重壓所致。 變質作用的營力(agents of metamorphism) --chemically active fluids • 岩漿結晶末期所產生的熱液和其他流體，常從岩漿體 外逸和附近的岩石發生反應。 • 水蒸氣和二氧化碳是產生變質作用的最重要的流體之 一。 • 熱液具有溶劑和觸媒等雙重作用，可以增加化學反應 的速率，或促進再結晶作用。 • 由岩石本身或外界加入的離子，可以引發化學交換作 用，並生長新礦物，便原來岩石的化學成份，這種作 用稱為換質作用(metasomatism)。 變質作用的分類 • 接觸變質作用(contact metamorphism)：範圍規模小， 具區域性，僅發生在火成岩和圍岩間的接觸變質圈 (metamorphic aureole)；多半由岩漿入侵圍岩時，被 侵入的岩體在其和岩漿的接觸面與附近岩體，因為溫 度增高而發生變質作用。 • 區域變質作用(regional metamorphism)：範圍規模大， 變質發生時溫度和壓力並重，其他變質營力也共同發 生作用，所以又名動熱力變質作用(dynamothermal metamorphism)，多造成具葉理狀的變質岩。 • 壓碎變質作用(cataclastic metamorphism)：影響和分 布範圍最小，也叫做動力變質作用(dynamic metamorphism)，幾乎純以岩石的機械變形為主，多 發生於地下淺處的斷層帶和強烈的摺皺帶中。礦物成 份沒有什麼變化，多為碎裂和變動狀。 變質岩的分類 classfications Lithic texture Before metamorphism Primary minerals 非葉理狀或微葉理狀(unfoliated or faintly foliated) 角頁岩(hornfel) 角頁岩狀 任何細粒岩石 變化多 石英岩(quartzite) 花崗變晶狀(細粒) 砂岩 石英 大理岩(marble) 花崗變晶狀 石灰岩、白雲岩 方解石、鈣鎂矽酸 鹽類 接觸碳酸岩(sharn) 花崗變晶狀(粗粒) 角閃岩 (amphibolite) 粒變岩(granulite) 石灰岩、白雲岩、 多變化、主要為鐵、 岩漿溶液 鈣、鎂之矽酸類 片岩狀至花崗變晶 玄武岩、輝長岩、 角閃石、斜長石、 狀 凝灰岩、白雲岩質 石英、石榴子石 頁岩 花崗變晶狀 頁岩、硬砂岩、火 長石、輝石、石榴 成岩 子石等 變質岩的分類 Lithic texture Before metamorphism Primary minerals 板岩狀 頁岩、凝灰岩 雲母、石英、黏土 綠泥岩片岩 (chlorite schist) 片岩狀至板岩狀 玄武岩、安山岩、 綠泥石、斜長石、 頁岩、凝灰岩 綠簾石 雲母片岩(mica schist) 片岩狀 頁岩、凝灰岩、流 白雲母、石英、黑 紋岩 雲母 角閃岩片岩 片岩狀 玄武岩、安山岩、 角閃石、斜長石 輝長岩、凝灰岩 classfications 葉理狀(foliated) 板岩和千枚岩 (slate and phyllite) (amphibole schist) 花崗岩、頁岩、閃 長岩、流紋岩、片 岩 混合岩(migmatite) 粗條紋狀、多變化 火成岩與變質岩之 混合物 片麻岩(gneiss) 片麻岩狀 石英、長石、雲母、 角閃石、石榴子石 長石、角閃石、石 英、雲母 變質岩的分類 常見的變質礦物表 Predominant Moderate Faint 石英 長石 黑雲母 白雲母 角閃石 方解石 綠泥石 蛇紋石 絹雲母 石榴子石(garnetalmandite) 十字石(staurolite) 綠簾石(epidote) 黝簾石(zoisite) 藍晶石(kyanite) 陽起石(actinolite) 透角閃石(tremolite) 透輝石(diopside) 矽線石(sillimanite) 紅柱石(andalusite) 滑石(talc) 石綿(asbestos) 石墨(graphite) 電氣石(tourmaline) 符山石(vesuvianite) 矽灰石(wollastonite) 剛玉(corundum) 堇青石(cordierite) 藍閃石(glaucophane) 變質岩的分類 • 變質岩的岩理決定於礦物晶體的大小和她們排列的方 式，主要分為葉理狀和非葉理狀狀；其中葉理狀者， 其葉理面會垂直於最大的應力方向。 • 葉片狀岩理 板岩狀岩理(slaty texture)：葉理面極薄，所含的礦物 很細小，僅能在顯微鏡底下認識，多由雲母或綠泥石 等矽片平行排列而成。 片岩狀岩理(schistose texture)：葉理面較厚，礦物較 大而已經可以辨認，多半為片狀或條狀礦物所組成。 片麻岩狀岩理(gneissic texture)：葉理面極粗，其葉理 厚度在1mm以上。這種變質作用很強烈，可以使離子 活動快速，而使礦物凝聚成一帶，所以岩石常呈條紋 狀。 變質岩的分類 • 變質岩的岩理決定於礦物晶體的大小和她們排列的方 式，主要分為葉理狀和非葉理狀狀: • 非葉片狀岩理 角頁岩狀岩理(hornfelsic texture)：由極小的晶體組成， 岩石中大部分礦物已經重新結晶，主要是接觸變質作 用所造成，破碎後有尖銳的角礫。 花崗變晶狀岩理(granoblastic texture)：由變質時同時 結晶而彼此交鎖穿插的礦物組成，礦物多屬大小相等 的粒狀礦物，可用肉眼辨識。 變質岩各論--葉理狀岩理 1.片麻岩： 成條紋狀粗 粒的葉理狀 岩理。礦物 平行排列， 且黑白兩色 或淡暗兩色 相間，因礦 物分凝作用， 由黑色礦物 和白色礦物 相間成條紋 狀排列。 變質岩各論--葉理狀岩理 2.片岩：具較 細緻的葉理狀 岩理，中粒至 粗粒，片狀礦 物由雲母和綠 泥石所組成， 其片理有時呈 波狀彎曲。 變質岩各論--葉理狀岩理 3.千枚岩：和 板岩相似，葉 理面略粗，含 雲母也較多， 常呈絹絲光澤。 變質岩各論--葉理狀岩理 4.板岩：具極 密的良好葉理 狀岩理，葉理 極薄，極細粒， 多是頁岩或其 他細粒岩石輕 度變質而成。 變質岩各論--葉理狀岩理 5.硬頁岩： 最低極的 變質岩， 多由頁岩 和泥岩受 區域變質 而來，略 呈葉片狀 岩理。 變質岩各論--非葉理狀岩理 • 石英岩：砂岩 變質後重新結 晶造成石英岩， 顏色不一，呈 現玻璃光澤， 塊狀岩理；若 呈片狀，則稱 石英片岩。 變質岩各論--非葉理狀岩理 • 2.大理岩： 由石灰岩和 白雲岩在壓 力作用下再 結晶而造成 的粗粒岩石， 其組織和顏 色變化甚多； 普通呈黑、 灰和白等各 色。 變質岩各論--非葉理狀岩理 • 3.角閃岩：粗 粒的變質岩， 主要由角閃石 和斜長石組成。 多由富含鐵鎂 質的玄武岩和 輝長岩變質而 成。 變質岩各論--非葉理狀岩理 • 4.角頁岩：極細 粒的堅硬至密變 質岩，常成黑色， 很像玄武岩及燧 石，在顯微鏡下 才能辨認。普通 來自頁岩，但是 火山岩流或其他 細粒岩石受熱也 可形成。 The thin section of the hornfel 變質岩各論--非葉理狀岩理 • 5.粒變岩： 淺色粗粒變 質岩，顆粒 大小相等， 都是高溫高 壓的變質作 用產物。矽 鋁質含量較 高。 The thin section of the granulite 變質岩分帶 • 區域變質作用可以按其變質度的高低而分為不同的變質 帶。 • 每一帶的變化主要決定於變質時，所受到的溫度和壓力 變化的情形。 • 高級的變質帶常接近侵入岩體，離開侵入體越遠，變質 度就越低。 • 變質帶的指示，可由特定的變質礦物作為代表，稱為指 準礦物(index minerals, G. Barrow, 1893)：綠泥石→黑 雲母→石榴子石→十字石→藍晶石→矽線石。 • 變質帶分布並不到處一致，前述的分帶適用於花崗岩侵 入岩體和泥質原岩，如果原岩是玄武岩，則指準礦物便 不一樣了。 • 各地指準礦物最早出現各點相連所成的線稱為等變質線 (isograd)，表示這條線上是岩石變質度相同的變質帶界 線(C. E. Tilley)。 變質岩相 • 並非所有變質岩區都有相同的變質帶分布，因岩性的差異， 其變質礦物分布也會有所變化。 • P. Eskola (1915, 1920)研究玄武岩變質度，提出礦物相 或群(mineral facics)來取代指準礦物。 • 其以一種變質岩代表岩相，來記述變質作用逐漸進展時， 所造成的帶狀構造，這稱為變質岩相。 • 其認為變質作用發生時，任何岩石所造成的變質礦物群， 可以反應這一岩石的化學成分，在一定的溫度和壓力條件 下，所能達到的化學平衡情況。 • 因此，變質岩相的定義是任何岩石在一定溫度與壓力下的 變質作用中，在達到化學平衡時所產生的變質岩，其所含 的礦物群是決定於原來岩的的化學成份。 • 目前已知的變質岩相：沸石相→綠片岩相→角閃岩相→粒 變岩相。 溫度 (℃ ) 200 1 300 400 500 600 角 頁 岩 700 800 沸石 變 粒 岩 閃 5 角 岩 4 片 (Kbar) 3 綠 壓 力 岩 2 6 藍片岩 7 8 9 10 榴輝石 變質岩相 簡圖； 表 示不同變 質岩類的 分布和溫 度及壓力 的關係。 壓碎變質作用所成之變質岩 • 在地下淺處溫度較低的地方，岩石受應力後可產生壓 碎變質作用。 • 無成份改變、亦無再結晶作用，僅受壓破碎斷裂，岩 理為碎裂狀。 • 所成的岩石都是不具結構的岩石碎塊集合體。 變質岩的來源 • 要決定變質岩沒有變質前的原岩性質，是一件困難的 事情，因為同一岩石可變成不同種類的變質岩，完全 取決於變質程度的強弱。 • 因此了解變質作用時的壓力與溫度，以及變質過程中 的變化，才能真正釐清變質岩的來源。