学习任务认识变质岩的结构

发布网友 发布时间：2022-05-29 23:15

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变质岩的结构类型繁多，按成因可分为四大类：变余结构、变晶结构、交代结构、碎裂结构。

一、变余（残留）结构

在变质作用过程中，对原岩结构特征改造得不彻底，原岩的结构特征可能部分保留下来，这种结构称为变余结构。

变余结构总的特点是：外貌上具有原来沉积岩或岩浆岩的结构特征，而矿物成分上多表现出一些特征变质矿物的特点。很多情况下也保留一些原岩矿物的特点。变余结构的命名方法是，在原岩结构的基础上加上“变余”二字。

常见的变余结构有：变余砂状结构（图3-3-1）、变余泥质结构、变余斑状结构（图3-3-2）、变余辉绿结构（图3-3-3）、变余火山碎屑结构（图3-3-4）等。

图3-3-1 变余含砾粗砂结构（正交偏光，d＝6.4mm）

（转引自游振东等，1991）

变余含砾石英杂砂岩（北京周口店）

图3-3-2 变余斑状结构

绿泥片岩：原岩中辉石斑晶呈绿泥石假象，其核心有少量绿泥石残余，基质已变为绿泥石

图3-3-3 变余辉绿结构

（单偏光，d＝2.56mm）

变辉绿岩（北京西山）

图3-3-4 变余火山碎屑（凝灰）结构

（单偏光，d＝3.6mm）

灰绿色碳质板岩（北京西山）

二、变晶结构

（一）概述

变晶结构是变质岩具有的最大特征之一，它是指在固态条件下经重结晶作用和变质结晶作用所形成的结晶质结构的总称。很多细粒的沉积岩及岩浆岩，当发生变质时，其原始物质重新组合产生新的矿物。矿物颗粒往往变大，所形成的这种变质岩就具有变晶结构，所产生的矿物晶体称为变晶。

对变晶结构的命名，大部分是在岩石的结构名称之后加上“变晶”二字，以区别于其他成因的结晶结构。

变晶结构和岩浆岩中的结晶质结构有些相似，但又有许多不同的特点：

（1）岩石中由变质作用形成的矿物大多同时结晶，在变质岩中大多数的矿物颗粒具有不规则的外形（他形），只有少数结晶力强的矿物具有完整的晶形（自形）。

（2）变晶矿物的结晶顺序不决定于矿物的自形程度，而决定于变晶矿物本身的结晶力（结晶力是指反抗周围固态物质的外压，而使自身向外生长的能力），结晶力大的矿物比结晶力小的矿物自形程度高。

（3）变斑晶的形成稍晚于基质矿物的重结晶，有些情况下可能是基本同时，所以变斑晶中常含有大量基质矿物的包裹体，而岩浆岩中斑晶形成较早。

（4）柱状、片状矿物以及放射状矿物较发育，其延展性也比岩浆岩中的矿物显著，并经常呈定向排列。有些情况下，长石、石英及碳酸盐等粒状矿物也有拉长、破碎、波状消光、双晶弯曲、错位等现象。

（二）变质矿物的变晶系

F.Becke（1913）提出区域变质岩中矿物可按照在固态生长条件下，结晶成完好晶面的相对能力，自大到小排出经验性的顺序，称为变晶系。结晶片岩中的变晶系如下：榍石、金红石、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、石榴子石、电气石、十字石、蓝晶石、矽线石、硬绿泥石、钠长石、白云母、黑云母、绿泥石、石英、堇青石、正长石、微斜长石。经验表明，位于变晶系前面的矿物如石榴子石、十字石、蓝晶石不仅易形成自形程度较好的变晶，而且往往形成粒度较大的晶体（变斑晶）。石英、长石在变晶系中的位置靠后，在变质岩中往往形成粒度小的他形变晶，很少形成变斑晶。而在岩浆岩中，石英、长石斑晶却很常见，这也是岩浆岩与变质岩的一个明显差异。

（三）变晶结构的主要类型

1.按矿物自形程度划分

按矿物自形程度不同可划分为：自形变晶结构、半自形变晶结构、他形变晶结构。

2.按矿物大小、形状和交生关系等划分

（1）按矿物颗粒的绝对大小

——粗粒变晶结构：颗粒的平均直径大于3 mm。

——中粒变晶结构：颗粒的平均直径1～3 mm。

——细粒变晶结构：颗粒的平均直径小于1～0.1 mm。

——显微（微粒）变晶结构：用肉眼及放大镜都不能分辨出颗粒，只有在显微镜下能分辨矿物颗粒。颗粒的平均直径小于0.1 mm。

上述结构术语，通常作形容词加在描述变晶粒度分布和变晶形状的结构名称的前面，或在矿物描述中针对具体矿物描述。

（2）按矿物的相对大小

——等粒变晶结构：组成岩石的主要矿物颗粒大致相等，定向构造不明显。变粒岩、石英岩、大理岩等常具有此种变晶结构（图3-3-5A）。

——不等粒变晶结构：岩石中主要矿物颗粒大小不等，粒度变化是连续的（图3-3-5B）。某些矽卡岩常具此种结构。

——斑状变晶结构：与岩浆岩的斑状结构相似，但是成因不同。岩石中矿物颗粒大小相差悬殊，大者称为变斑晶，细小的称为基质。一般变斑晶形成较晚，基质形成较早。最大特点是变斑晶中常有大量基质矿物的包裹体或有推开四周片理的现象（图3-3-5C）。

图3-3-5 等粒变晶结构（A），不等粒变晶结构（B）和斑状变晶结构（C）

（据Raymond，1995，改编；转引自路凤香等，2002）

A，B.变质橄榄岩；C.石榴子石-黑云母-斜长石-白云母-石英片岩

（3）按矿物颗粒的形状

——粒状变晶结构（花岗变晶结构）：这种结构的岩石由大致等轴形的颗粒所组成（图3-3-6）。视颗粒边界形状不同进一步分为两种：边界呈直线状或微弯状者称为花岗变晶多边形结构（图3-3-6A），这种结构在高级变质岩中是典型的结构；当颗粒边界为叶片状或锯齿状时，则称为花岗变晶多缝合结构（图3-3-6B），这种结构多见于低级变质岩中。

图3-3-6 花岗变晶结构

（据Passchier，1990，改编；转引自路凤香等，2002）

白色为粒状矿物（石英、长石）；麻点者为柱状矿物（角闪石、辉石）；黑色为片状矿物（云母）

此外，常把接触变质作用下形成的均粒变晶结构，称为“角岩结构”（图3-3-7）。角岩结构是专用于接触变质岩的一种结构。

——鳞片变晶结构：岩石主要由片状矿物（云母、绿泥石、滑石等）组成。在大多数情况下，都呈定向排列，与片理构造关系密切。这类结构与花岗变晶结构之间的过渡类型，可称为花岗（粒状）鳞片变晶结构或鳞片花岗（粒状）变晶结构。前者片状矿物较多，后者片状矿物较少。若有变斑晶矿物出现时，亦参加结构描述之中，如岩石具斑状变晶结构，基质为花岗（粒状）鳞片变晶结构等（图3-3-8A）。

图3-3-7 角岩结构

（转引自徐永柏，1985）

长英质角岩：由石英、长石不规则的角闪石、少量的黑云母和磁铁矿组成

——纤状变晶结构：岩石主要由纤维状、长柱状、针状矿物组成。它们往往呈平行排列或呈束状集合体、放射状排列等。这种结构为富含柱状、针状、纤维状矿物（如角闪石、矽线石等）的岩石所特有（如图3-3-8B）。

当板、片、柱状矿物为主，无定向分布时，称交叉变晶结构或横交变晶结构（图3-3-8C）。含有由板状至针状矿物的发散束状集合体组成的结构称束状变晶结构（图3-3-8D）。

具体岩石的变晶结构基本名称通常由粒度和形状综合而成。如图3-3-8B的结构可描述为“不等粒花岗变晶-多边形结构”；对于斑状变晶结构的岩石，在描述时还要指出基质的结构，如图3-3-8C的结构可描述为“斑状变晶结构，基质具细粒花岗变晶-多边形结构”。

图3-3-8 鳞片变晶结构（A）、纤状变晶结构（B）、交叉变晶结构（C）和束状变晶结构（D）

（转引自路凤香等，2002）

A.绿泥石-钠长石-石英-白云母片岩；B.斜长石-普通角闪石片岩；

C.透闪石-绿泥石岩；D.硬绿泥石角岩

（4）按变晶的交生关系

——包含变晶结构（变嵌晶结构）和筛状变晶结构：岩石中较大的矿物（主晶）包裹了一些不定向的小矿物（客晶），包裹体往往是自形的，这种结构称为包含变晶结构。常见石榴子石、十字石、堇青石等变斑晶中含有黑云母、石英等为数不多的小客晶包裹体（图3-3-9）。当变斑晶中的包裹体较多，变斑晶呈筛状时，称为筛状变晶结构（图3-3-10）。

——残缕结构和雪球结构：当变斑晶中的包裹体定向排列时，称为残缕结构（图3-3-11A）。若残缕强烈弯曲呈S形，状如雪球时，称为雪球结构（图3-3-11B）。

——次变边结构：在变质程度较高的岩石中，常见在某种矿物晶体的周围，有一种或几种矿物呈放射状或似文象状交生，它们在晶形、光性方位上彼此都不连续。常见于某些榴辉岩、麻粒岩中（图3-3-12）。

图3-3-9 包含结构（d＝2.3mm）

（转引自徐永柏，1985）

十字石榴云母片岩，石榴子石变斑晶中含有石英包裹体

图3-3-10 筛状变晶结构（d＝2.3mm）

（转引自贺同兴，1980）

矽线石榴片麻岩中含有大量的石英包裹体，呈筛状分布

图3-3-11 残缕结构（A）和雪球结构（B）

A.石榴子石云母片岩（北京西山，单偏光，d＝1.84mm）（据游振东等，1991）；B.绿泥石化石榴黑云片岩（山东新泰，单偏光，25×）（据程裕淇等，1963）

三、交代结构

交代结构是在变质作用过程中，一些矿物交代另一些矿物所形成的结构。

常见的交代结构有下面几种。

（1）交代假象结构：某种矿物被另一种矿物交代，但仍保留原有矿物的形状。如橄榄岩的蛇纹石化、角闪石和黑云母的绿泥石化、斜长石的绢云母化等。

（2）交代蚕蚀（港湾）结构：交代矿物以不规则的外形伸入被交代的矿物之中，交代矿物和被交代矿物之间的接触面，呈不规则的港湾状或锯齿状（图3-3-13）。

（3）交代残留结构（交代岛屿结构）：交代作用进一步增强，被交代矿物可分割成零星孤岛状的残留体，被包在交代矿物之中（图3-3-13）。

交代残留结构与包含变晶结构的主要区别是：交代残留体的外形很不规则，它和包裹它的矿物之间呈交代蚕蚀关系，有时这些残留体彼此在外形、双晶、消光位等方面显出它们原来为连续的单一晶体。另外被交代的残留体矿物表面清洁程度大大降低。包含变晶结构在变斑晶内部的矿物可以是不同种类的，即使是同种矿物其消光位也不一致。

图3-3-12 次变边结构（山东黄县）

（转引自徐永柏，1985）

榴辉岩，石榴子石周围有角闪石与斜长石呈蠕虫状交生

图3-3-13 交代蚕食及交代残留结构

斜长石被微斜长石交代，接触线弯曲不规则，并有残留的斜长石呈零星孤岛状残留在微斜长石中

（4）交代穿孔结构：当流体沿被交代矿物的裂隙或显微裂隙进行交代作用时，可在原来的矿物晶体中形成浑圆形或乳滴状的新矿物（图3-3-14）。

（5）交代蠕英结构：由于某些组分的加入，使早期存在的矿物不稳定，反应后剩余石英形成蠕虫状矿物分布于被交代矿物的边缘或附近处。如斜长石被微斜长石交代时可以在其接触带附近出现蠕英结构（图3-3-15）。另一些情况下，斜长石交代微斜长石时，析出过剩的SiO₂，也能在斜长石边缘出现蠕英结构。

图3-3-14 交代穿孔结构

（转引自徐永柏，1985）

石英呈浑圆形小粒出现在长石中（石英交代斜长石）

图3-3-15 交代蠕英结构

（转引自徐永柏，1985）

微斜长石交代斜长石，在两矿物接触处附近的斜长石中有蠕虫状石英出现

类似蠕英结构的岩石中，呈蠕虫状的矿物可以不是石英而是微斜长石，也可由云母类矿物组成。为了不发生混乱，我们把交代过程中由其他矿物构成的这种蠕虫结构称蠕虫状的交生结构或“似蠕英状结构”。

（6）交代净边结构：这种结构在斜长石中最常见。在蚀变较强烈的斜长石四周，有一圈清洁的边缘，是因交代作用由外向内进行，原来的次生矿物如绢云母等再度被吸收而成（图3-3-16）。

图3-3-16 交代净边结构（辽宁新宾下夹河）

（转引自徐永柏，1985）

微斜长石交代斜长石，斜长石周围形成明显的净边结构

四、碎裂结构

当刚性岩石在低温下所受定向压力超过弹性限度时，岩石本身及组成矿物就会发生破裂、移动、磨损等现象，形成各种破碎结构（或构造），称碎裂结构（或构造），原岩的物理性质、应力的强度、作用的方式和持续的时间等因素，决定着所成碎裂结构的特点。按碎裂程度的不同，可分成以下主要类型：

（1）碎裂结构：狭义的碎裂结构是指岩石受应力作用后，只是在矿物颗粒接触处和裂开处被错裂成小颗粒，并使矿物破碎成外形不规则的带棱角的颗粒。颗粒的边缘经常呈齿状，矿物颗粒常发生扭曲变形。碎块之间一般没有大的相对位移（图3-3-17A）。当破碎剧烈时，在粉碎的矿物颗粒中（称碎基）还残留有部分大的矿物碎粒，很像斑晶（即碎斑），称为碎斑结构。碎裂结构由岩石脆性变形产生，但在碎斑中可见到波状消光、变形纹等弱的晶内塑性变形现象。

（2）糜棱结构：矿物颗粒几乎全部破碎成微粒状（或细粒至隐晶质），并在应力作用下发生了矿物韧性流变现象，破碎的微粒呈明显定向排列，形成明显的定向构造（条带、条纹），其中可残留少量稍大的矿物碎片（碎斑，常为石英、长石等），称为糜棱结构（图3-3-17B）。当碎粒直径＜0.02mm时，可称超糜棱结构。糜棱结构由岩石塑性变形产生，但往往具脆性变形的部分特点。

（3）玻璃质碎屑结构：碎斑是破碎的原岩岩石或矿物碎屑，有时可见到熔蚀现象。基质为玻璃质（图3-3-17C），该结构是高应变速率下强烈变形伴随的部分熔融（剪切熔蚀、摩擦熔融）的产物。

图3-3-17 动力变质岩的结构

（转引自路凤香等，2002）

A.碎裂结构（示意），断层角砾岩；B.糜棱结构，斜长石-石英-白云母-绿泥石糜棱岩；C.玻璃质碎屑结构，假玄武玻璃

总之，碎裂结构的生成是以碎裂作用为主，一般都伴有一定程度的重结晶作用，而完全不发生重结晶作用的碎裂作用在地质上很少见。很多具碎裂结构的岩石，在它们的碎粒（碎基）中可以见到重结晶以及压溶等现象，也存在碎裂和变晶结构之间的过渡类型，如千糜状结构、碎斑鳞片变晶结构等。