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区域变质作用
区域变质作用（regional metamorphism）是在岩石圈范围，由规模巨大，其体积大于数千立方千米的变质作用（Raymond,1995）。其变质因素复杂，往往是温度、压力、偏应力和流体综合作用，P/T比范围很大，高、中、低、很低都有。其变质机制也多样，主要是重结晶和变形，有时还伴有明显的交代和部分熔融。在区域变质地区，很难找到变质岩与未变质岩的界线。区域变质作用地质环境多样，可发生在大陆地壳、大洋地壳甚至发生在岩石圈地幔中（Mason,1990; Miyashiro,1994）。区域变质作用可划分为4个亚类型。
◎造山变质作用（orogenic metamorphism）：是大规模分布在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带的变质作用，与造山作用有密切的成因联系。面积数百至数千平方千米。前寒武纪结晶基底呈面状，显生宙造山带呈带状分布。不仅温度、压力，而且偏应力都是其重要的变质因素，主要变质机制为重结晶和变形，形成的岩石常显示面理和线理，因而又称为区域动热变质作用（regional dynamothermal metamorphism）。由于它是区域变质最常见类型，因而常常称其为区域变质作用。造山变质作用（或区域变质作用）具有范围宽广的P/T比范围，据此可分为高P/T、中P/T和低P/T区域变质类型，P/T比与构造环境密切相关：高P/T型见于俯冲带和碰撞带，中－低P/T型见于岛弧、大陆拉张带、大陆碰撞带和前寒武纪结晶基底。
◎洋底变质作用（ocean floor metamorphism）：是洋壳岩石在洋中脊附近上升热流和海水作用下产生的规模巨大的变质作用。温度和流体（海水）中活动组分化学位（或浓度）是主要的变质因素。P/T比很低。变质作用机制是重结晶作用并伴随有交代作用，岩石面理和线理不发育。洋底变质作用不仅使岩石矿物成分、结构构造发生变化，也可导致岩石化学成分变化，因而是区域规模的交代变质作用。典型的洋底变质岩为绿岩——一种主要由钠长石、绿帘石、阳起石、绿泥石组成的绿色块状区域变质岩。
◎埋藏变质作用（burial metamorphism）：是无明显变形的大规模、很低级（很低温）变质作用。它通常出现在区域变质（造山变质）和洋底变质的很低级部分，或独立出现在强烈坳陷的盆地沉积的底部，P/T比变化范围很大。埋藏变质作用是变质作用向成岩作用过渡的类型，形成的岩石无明显面理和线理，重结晶作用不完全，常见原岩结构构造残留。
埋藏变质作用和洋底变质作用形成的岩石均无明显变形特征，说明变质作用过程中无偏应力参与，这类变质作用又称为区域静力变质作用（regional static metamorphism）。
◎混合岩化作用（migmatization）：是高级区域变质（造山变质）伴随的部分熔融产生的低熔物质（新成体）与变质岩（古成体）混合形成混合岩的大规模变质作用。它是变质作用向岩浆作用过渡的类型，又称为超变质作用（ultrametamorphism）。
（二）区域变质作用
在区域范围内大面积发生什么是区域变质作用的变质作用什么是区域变质作用，统称为区域变质作用（regional metamorphism）。主要特征是什么是区域变质作用，出露面积从几百到几千平方千米，常呈面型或宽带状分布。产生区域变质作用的地质环境多种多样，其变质作用的因素十分复杂，所以区域变质作用是由地质环境所导致的各种变质因素综合作用的一种变质作用。种类繁多的区域变质岩，是地壳中分布最广的变质岩石。按产生区域变质作用的地质环境可以划分为下列几种。
1.大陆结晶基底的变质作用
主要发育在大陆结晶基底的变质作用（continental crystalline basement metamorphism），由区域变质作用所形成的变质岩呈面型分布。主要变质作用的因素有温度、压力（静压力和应力）和流体。大多数结晶基底主要由中、高级区域变质岩组成。
2.造山变质作用
主要发育在造山带的变质作用（orogenic metamorphism），其变质岩成宽带状分布。造山带的变质作用与大地构造环境密切相关，具有较宽的p/T比范围，可分为高p/T（高压）型、中p/T（中压）型和低p/T（低压）型的区域变质作用。高p/T（高压）型主要发育在板块俯冲带和碰撞带什么是区域变质作用；而中、低p/T（中、低压）型多分布于岛弧、大陆拉张带、大陆碰撞带。
3.洋底变质作用
洋底变质作用（ocean-floor metamorphism）是在大洋中脊附近的一定深度范围内，由于海底扩张，深部热流上升，加热什么是区域变质作用了洋壳岩石和其中的海水，通过热对流的循环，致使洋中脊附近的洋壳岩石（主要是辉长岩、玄武岩和超镁铁质岩石）产生变质作用。温度和流体中活动组分的化学势是洋底变质作用的主要因素，变质过程中，原岩的化学成分发生不同程度的改变。洋底变质岩的变质程度较低，主要由绿帘石、绿泥石、阳起石、钠长石（方解石）等矿物组成的变质辉长岩、变质玄武岩等，它们是具有块状构造的绿色浅变质岩石。
4.埋深变质作用
埋深变质作用（burial metamorphism）是指一套巨厚的岩层在剧烈凹陷的沉积-火山盆地的底部，因地壳下沉被埋在地下深处的岩石，由于受上覆岩石的负荷压力和地热增温的影响而发生的变质作用。此类变质作用与造山运动和岩浆活动没有明显的联系，致使埋深变质岩石缺乏片理。由于变质温度很低，重结晶作用和变晶作用不彻底，变质岩石由浊沸石、葡萄石、绿纤石等很低温矿物和原岩残留的矿物组成，原岩的组构保存较好。埋深变质作用与成岩作用之间呈渐变过渡关系，致使埋深变质作用形成的变质岩与沉积岩不易区分。
变质作用分类
多年来，许多研究者按不同原则进行了变质作用类型划分。如按野外产状可划分为局部变质和区域变质;按引起变质作用的物理－化学因素可划分出热变质、动力变质和热动力变质;按地质成因可识别出接触变质、埋藏变质和负荷变质等等。本书采用Winter(2001)以地质背景为主要依据的划分方案:
接触变质作用
区域变质作用
造山变质作用(狭义的区域变质作用)
埋藏变质作用
洋底变质作用
其他局部变质作用
断裂带变质作用
冲击变质作用
水热变质作用
一、接触变质作用
接触变质作用(ContactMetamorphism)分布于岩浆侵入体与围岩的接触带，是岩浆冷凝时散发的热量所导致的局部变质作用。温度升高是最主要因素。典型的接触变质作用发生于地壳浅部，所以一般负荷压力不超过0.2～0.3GPa或更低，属于很低P/T类型。偏应力次要或不存在，因为这类变质作用常出现于构造较稳定地区或造山带构造运动基本结束之后的晚期阶段。
与这种接触热变质同时或稍晚，还可有岩浆冷凝过程析出的气成－热液对围岩的交代作用，可形成各种成分的交代岩，它们常与成矿作用密切联系。
当沉积岩层与火山熔岩接触或在其中成捕虏体时，岩浆喷出时的高温会使它们局部被烘烤退色、脱水，并可出现鳞石英和透长石等低压高温矿物，甚至发生局部熔化现象，称为高热(烘熔)变质作用。
二、区域变质作用
区域变质作用(RegionalMetamorphism)是一个描述性术语，用来泛指地壳中大面积分布的一种变质作用，其范围常超过数千平方千米。近年按地质背景识别出三种不同类型，即造山变质作用、埋藏变质作用和洋底变质作用。
1.造山变质作用(Orogenic Metamorphism)
过去文献中所称的区域变质作用实际就是指本类变质作用。它们广泛出现于各大陆的前寒武纪结晶基底(陆块)和其他各地质时代的地壳活动带(造山带)中。总的来看，是和聚合板块边缘的洋壳俯冲和大陆碰撞等地球动力过程有密切成因联系，但各大陆的大面积太古宙变质地体的变质作用是否也形成于这种地质背景目前仍不太明确。这类变质作用的主导因素是温度和偏应力，所以又相当于热动力变质作用。静压力可有较大变化，表现为各种P/T比(压力类型)的变质作用，它们决定于构造环境。这类变质作用通常与构造变形作用及花岗质岩浆作用紧密伴生，所成变质岩系普遍发育结晶片理，在浅部常过渡为变质结晶不明显，但变形作用十分强烈的区域动力变质作用。在深部有时温度超过变质作用高限，岩石中出现部分熔融，并可发育花岗质岩浆，有些研究者称之为超变质作用。
2.埋藏变质作用(Burial Metamorphism)
埋藏变质作用(Coombs，1961)有时出现于造山带和洋底变质地区的最低级部位，亦见于较稳定陆块内部强烈坳陷盆地中巨厚火山－沉积物的底部层位。它们是一种较大面积的极低温变质作用，以基性火山－沉积岩中出现浊沸石、绿纤石和葡萄石等矿物为特征。这些矿物通常只出现于碎屑岩原岩的胶结物中，常环绕碎屑颗粒而生长，原岩的矿物成分和结构构造基本保持不变。变质强度可具有分带性，递进的变质带完全受深度控制，与地层层序一致，在最浅部则过渡为沉积岩的后生成岩作用。这些现象说明它们是正常地温梯度环境中沉积埋藏作用的产物。其次，这些岩石中不存在片理，说明其形成与构造变形作用无关，温度是最重要的变质因素。由于它们只在少数地区造山变质地带的低级变质部位出现，有些研究者认为这与原岩物质组成和流体相性质有关，当原岩中含火山玻璃和对温度变化极敏感的矿物，且流体富H2O、贫CO2时，前述各种新矿物才能发育。在造山变质地带，埋藏变质作用与一般区域低级变质作用可呈连续过渡关系，如在新西兰南部Otago地区(Cooperetal.，1970;Coombs，1961)，这说明两者同属区域变质作用范畴。但两者并非一定形成于相同地质环境，Winter(2001)认为埋藏变质出现于被动大陆边缘，与岩浆作用和构造变形均无关。但随着俯冲或大陆碰撞的开始，同一地区转变为活动陆缘，然后出现造山变质作用，它们叠加于埋藏变质岩石之上，在大部分地区埋藏变质现象已被消灭，只在前陆地区它们得以部分保存。
3.洋底变质作用(Ocean-floor Metamorphism)
洋底变质(Miyashiro，1971)是在大洋中脊附近，洋壳经上升热流加热后的海水的交代作用所引起的较大规模变质作用。温度和与海水有关的流体是变质作用的主要因素。由玄武质岩石组成的洋壳中有大量各种规模的裂隙，由于处在背离板块附近，地温也较高，海水通过这些裂隙系统向下渗透时被加热，同时对周围热的玄武质岩石进行淋滤作用，使岩石中Mg和Na增高，而Ca和Si则明显降低。接着这种热水又因对流作用而回返上升，此过程中再与围岩进行物质交换。这些过程的实质是异化学的热液交代作用，使玄武岩的矿物成分和化学成分都发生变化。这种变化一般在低压和较低温度下进行，开始表现为斜长石的钠长石化，长石和铁镁矿物转变成绿泥石、绿帘石、方解石、葡萄石、沸石及其他低温含水矿物，细碧岩是其典型代表，原岩组构常大部保留。原岩变化很强烈时则成为特征的绿岩和绿泥石石英岩等岩石。总之，温度和热液中各种活动组分的浓度是变质作用的主要控制因素。虽然岩石被改造的范围遍及全部洋壳，且强度各处变化不定，但很强烈的变化只局限于洋中脊附近，所以又可称之为洋中脊变质作用(Spear，1993)。
三、其他局部变质作用
1.断裂带变质作用(Fault-zone Metamorphism)
断裂带变质(Winter，2001)出现于地壳中相对高速应变的局部地带，亦即各种断裂带和韧性变形带。偏应力是引起这类变质作用的最主要因素，与温度有关的变质结晶作用占次要地位。断错变质(Dislocation Metamorphism)和剪切带变质(Shear-zoneMetamorphism)可视为本类变质作用的同义语。就变质作用因素来看，它和造山变质作用过程各种区域性变形作用一样都属于动力变质作用。当岩石处于地壳浅部，静压力小、温度低、应变速率高时，主要表现为各种碎裂作用和断层的形成;在地壳深部，温压较高、应变速率低时，则以塑性变形和形成各种韧性变形带为特征。
2.冲击变质作用(Impact Metamorphism)
冲击变质作用是指陨石冲击地球岩石圈表部时，由冲击波所引起的局部发生的、瞬间的极高温和超高压变质作用。它们围绕陨石冲击坑分布，以变形伴随岩石少量熔融为主要成因机制。陨击角砾岩(Suevite)是其典型产物，以石英具变形纹、变形带和出现超高压矿物柯石英、斯石英等为特征，并可含玻璃质熔体。从变质作因素来看，它也属于动力变质或高应力变质范围。
3.水热变质作用(Hydrothermal Metamorphism)
水热变质作用(Coombs，1961)通常出现于侵入体接触带附近或火山喷气活动区。岩浆演化过程中析出含各种组分的气成－热水溶液，它们以渗透或扩散方式在岩石中运移，通过交代结晶作用改变了原岩的矿物成分和化学成分及结构构造，形成各种交代岩。有时也具分带性，其特征决定于原岩成分和组构、热液的物化性质和所含各种组分的浓度、热液的运移方式、交代过程的温度、压力条件及其时空变化规律等复杂因素。典型的交代岩为矽卡岩、云英岩、黄铁绢英岩和次生石英岩等。它们与金属矿床的成矿关系密切，常为矿体的围岩，所以又称为围岩蚀变。这类变质作用与其他类型相比较，成因上差别很大。
此外，由于变质事件的温压条件及相应的平衡共生矿物组合常随时空而变化，所以文献中还使用了一系列术语。如岩石中随增温而发生的变质作用过程称为进变质，其特征是稳定的高温矿物组合代替相对低温的矿物组合;高温变质岩中由于温压降低而出现的矿物变化则称为退变质，其特征是较低温压的矿物组合取代较高温压的矿物组合。早期变质事件形成的变质岩系，后来又经历一次或多次不同地质背景和温压条件的变质事件的叠加时则称为复变质、叠加变质或多期变质。
Miyashiro(1994)对这些常用术语的含义作了进一步明确。认为进变质(ProgradeMetamorphism)是指岩石在热高峰期前不断增温过程中发生的变质结晶作用;退变质(Retrograde Metamorphism)是指岩石在热高峰期后随温度降低过程发生的变质重结晶作用;而退化变质(Retrogressive Metamorphism)则既可看做是上述退变质的同义语，也可用以泛指相对低温的变质事件叠加于已经遭受(另一构造旋回的)较高温变质事件的地质体之上，即为复变质的一种个例。
思考题
1.如何全面理解变质作用特征及其与变质事件、构造－热事件及大地构造环境之间的关系?
2.温度、静压力、偏应力和流体在变质作用过程中分别起什么作用?如何互相制约?它们的来源?为什么说温度是最主要变质作用因素?
3.比较变质重结晶、变质重组合结晶、变质分异和交代作用的不同成因机制。
4.说明应力、偏应力、应变、脆性变形、塑性变形、晶内滑移和动态重结晶等概念的含义及相互关系。
5.对比变质作用的地质分类和其他分类的关系，各类变质作用的地质产状和构造环境，变质作用因素和机制及所成变质岩的特征。
