造山变质岩的一般特点

变质岩区构造的基本特征~

变质岩是三大岩类之一，在自然界有着广泛的分布，特别是前寒武纪区域变质岩，其出露面积几乎占大陆的17%。其中蕴藏着十分丰富的矿产资源，铁、铜、金、铀、磷等矿产储量的2/3以上都赋存在区域变质岩中，而且多为大型-特大型矿床。地球科学中的许多重大问题，例如，岩石圈的结构分层和流变性质、深层岩石的构造变动、大陆莫霍面的性质、造山带的结构-活动过程与动力学、早期地壳的构成和演化等当代地球科学的前沿课题以及岩石学、地球化学和地层学的许多新概念、新内容都同变质岩区研究有着十分密切的关系。
变质岩区的构造，不但其形态、方位极其多样，而且往往是多期变形的产物，它的形成和演化比沉积岩区和岩浆岩区的构造复杂得多，主要是它的形成和演化经历了长（多）期的地质历史进程和各种构造-热事件，在每一次构造-热事件过程中都产生了一系列新生的与变质作用有关的构造。
变质岩中许多面理是经变质变形而形成的成层构造，如板劈理、千枚理、片理、片麻理等，它们是通过构造置换新产生的。构造的置换过程，实质上就是新生构造使岩层“均一化”的过程，一次重大的全面构造置换，意味着地壳经历了一次重大的构造-热事件。
在变质岩发育区，由于“残余”和“新生”两种成层构造并存，在建立地层系统上，与沉积岩区地层学的概念有着本质的不同。应根据构造置换的程度，把地层系统明确地区分为沉积地层系统和褶皱变质地层系统两个不同的范畴。
沉积地层系统是浅变质岩区构造置换不太强烈地区的地层系统。一般原生层状构造保留较好，新生面状构造已经产生并局部地置换原生层理，但原生成层岩层仍保持其连续性。在这种地区，一般要求建立沉积地层系统，并划分与未变质沉积岩区相同的地层单位（元），也就是以S0作为研究的起点，以层理为界面，在此基础上研究其他构造。
褶皱变质地层系统适用于变质程度深或混合岩化变质岩系，由于构造的彻底置换和岩石的变质重建，原生层理已经被全部破坏。因此，只能按新生成层构造所分割的不同构造-岩性单元来组建地层。在新生褶皱变质地层系统中的各构造-岩石单元，虽然也沿用了地层学中的群、组、段等地层单位，但实际上是指一定的构造岩石组合的岩层在经历构造-热事件之后重新建造的地质实体。它并不具有地层学的生成先后关系，只有片理、片麻理褶皱中的上下关系。

1.变质岩的特征
变质岩的最大特征是继承性与新生性共存。变质岩的化学成分与原岩的化学成分有密切关系，同时与变质作用的特点有关；在基本没有发生交代作用的情况下，变质岩的矿物成分，决定于原岩成分和变质条件；变质岩的结构与构造取决于岩石的变质程度；变质岩具有成分的复杂多样性和产出位态的多样性，因而地层单位系统也具有多重性；变质改造有多期性和多阶段性，变质岩的产出具有多层次叠加性。
变质岩的产出特点，取决于原岩建造的性质和改造作用的程度，特别是岩石的变质程度、变形强度、变质作用类型和变质构造的改造等多个方面。从野外地质填图角度出发，并考虑变质岩的产出特点，可以分为成层有序（图版Ⅴ—b，地质锤示层理，另一组为劈理）、层状无序（图版Ⅴ—c）和块状无序（图版Ⅴ—d）3种类型。成层有序变质岩基本保留和（或）部分保留岩石的成层性和有序性；层状无序变质岩总体呈假层状产出（图5-1），面状构造发育，但总体无序或序次关系混乱；块状无序变质岩变质程度高，一般达麻粒岩相，有时伴有强烈的混合岩化作用，多呈无序块状产出。
2.变质岩区地质图图面结构特点
变质岩的特征，尤其是继承性与新生性共存决定了其地层单位划分的多重性。变质岩的原岩建造性质、改造作用程度，岩石变质程度和变形强度，变质作用类型多样，变质构造复杂多变决定了其地质图面固有的特点，以山西五台山岩头地区1∶5万地质图（房立民等，1991）为例，一幅以中深变质岩为主的地质图，图面总体特征可用“乱”和“假”两个概括，是变质岩的“多变”结果。
“乱”主要表现为层序乱，许多中深变质地层无序，总体呈乱序堆叠状（但各岩片或岩块内部趋定向）。产状类型复杂多样，叠加、改造、置换强烈。

图5-1 “假夹层假互层”和“假韵律”的形成

（据杨振升，1988）
a—早期顺层剪切变形的变质地层遭受后期强烈地褶皱和纵向构造置换改造的结果，早期地层的层序由新到老依次为：①大理岩；②透辉变粒岩；③石墨片麻岩；④石榴黑云片麻岩；⑤麻粒岩b—假单斜岩层剖面可能出现的“假夹层”“假互层”和“假韵律”层序：I—由麻粒岩夹石墨片麻岩组成的“假夹层”组合；Ⅱ—由石榴黑云片麻岩和石墨片麻岩组成的“假互层”组合，其中的透辉变粒岩薄层可能被忽视；Ⅲ—由麻粒岩与石榴黑云片麻岩组成的“假互层”组合；Ⅳ—由石榴黑云片麻岩、石墨片麻岩、透辉变粒岩、大理岩组成的“假韵律”组合；Ⅴ—由透辉变粒岩、石墨片麻岩、石榴黑云片麻岩组成的“假韵律”组合
“假”主要表现为以各种后期构造形成的面理为主，而几乎没有原始沉积岩中残存的层理构造，所以整体呈假层状。
多数地质体呈现线、块并存，地质体多数扭曲、流变特征明显，交切（穿插）关系复杂、“动”态感极强、地质体边界显示较多的火焰状、撕裂状和斜列式排列。多数地质体极不对称、不协调。
面状构造发育，边界压剪斜列，岩片折叠交织，柔流形变强烈，变质变形多期、变质程度多相，共生伴生岩脉多（岩脉表现为岩类多、成因多、方向多、期次多、数量多）。

（1）广泛分布在前寒武纪结晶基底和显生宙造山带，面积往往达数百乃至数千平方千米，变质区外形可分为面状和带状两类：在太古宙结晶基底，变质区以面状为主，如加拿大地盾；在元古宙、显生宙造山带的核部，变质区呈单向延长的带状。如我国东秦岭从东到西延长达700km以上。北美至北欧的加里东褶皱带，在大西洋形成前是联在一起的，是一条北东走向的巨型造山带，仅苏格兰北爱尔兰一段东西长达600km以上（图26－1）。

图26－1 全球造山带分布简图（据Маракушев и Бобров，2005修改补充）

（2）是区域性热异常和构造应力场联合作用的产物，变质因素十分复杂。温度、压力、偏应力和流体都起十分重要的作用，且变质条件变化大。热峰温度变化范围自200～800℃以上，热峰压力为0.2～2.0GPa，甚至大于3.0GPa，P/T比自5～80℃/km，包括高P/T比、中P/T比和低P/T比三种主要类型。变质条件受许多地质因素控制，如构造背景、地壳的厚度和成分、放射性元素的含量和分布、由地幔至地壳的热流和分布、岩石的热导率、岩浆侵入体的存在和多少、水热流体运动、其他地质体的热效应和侵蚀速率等。

（3）由于偏应力起重要作用，造山变质岩通常都遭受构造变形，而发育明显的面、线理，典型岩石为板岩、千枚岩、片岩和片麻岩等面理化变质岩（图26－2）。变形强烈时，可完全消除对原生结构、构造、接触关系和所经历的地质事件的 “记忆”，造成原岩恢复和地质事件分析的困难（见图20－8）。此时，为了有效地进行原岩恢复和建立地质事件序列，详细研究弱应变域是很有必要的，因为这些地段保留了较多原生信息以帮助恢复 “记忆”。

图26－2 典型的面理化造山变质岩

（4）由于P/T比变化大，造山变质岩分布区变质相系列和递增变质带演化十分复杂多样，可划分为下列三个基本类型和一系列过渡类型（图26－3，图26－4，图23－11，图23－12，图22－13）。

◎ 低P/T型（红柱石－矽线石型）：变质相系列为GS→A→G，泥质变质岩中典型递增变质带为：(1)Bi带；(2)Crd带；(3)And带；(4)Sil－Ms带（Sil带）；(5)Kf－Sil带；(6)Crd－Gt－Kf带。其中(1)为绿片岩相，(2)为绿片岩相－角闪岩相过渡；(3)(4)为角闪岩相；(5)(6)为麻粒岩相。苏格兰高地巴肯式变质带（图26－3）包括(1)～(4)。

◎ 中P/T型（蓝晶石－矽线石型）：相系列为GS→EA→A→G，泥质变质岩中典型递增变质带为：(1)Chl带；(2)Bi带；(3)Gt带；(4)St带；(5)Ky带；(6)Sil带；(7)Kf－Sil带；(8)Crd－Gt －Kf带。其中(1)、(2)为绿片岩相，(3)为绿帘角闪岩相（绿片岩相－角闪岩相过渡）(4)、(5)、(6)为角闪岩相，(7)、(8)为麻粒岩相。苏格兰高地巴罗式指示矿物带（图26－3，图22－13）包括(1)～(6)。

图26－3 苏格兰高地加里东变质区（画阴影线部分）变质图（据Miyashiro，1994）

◎ 高P/T型（蓝闪石型）：在典型地区加利福尼亚州Franciscan变质相带为沸石相带→葡萄石－绿纤石相带→蓝片岩相＋绿片岩相带→榴辉岩＋钠长－角闪岩岩块。榴辉岩和钠长－角闪岩作为构造侵位的岩块产于其他岩石之中（图26－4）。

（5）一个在同一构造背景下的大面积造山变质岩分布区内部通常显示热峰压力（深度）的很大变化，这导致变质区（带）内部P/T比的变化，而分为不同类型相系列的两个区域（Miyashiro，1994）。一个典型实例是苏格兰高地加里东变质区。如图26－3和图22－13所示，该变质区划分为巴罗式和巴肯式区，分别以中P/T和低P/T变质条件为特征。在巴罗式区泥质变质岩中出现上述从Chl带至Sil带的Ky－Sil型递增变质带。而在巴肯式区泥质变质岩中，则出现上述从Bi带至Sil带组成的And－Sil型递增变质带。两区之间建造和构造是连续的，P－T条件变化也是连续的，说明是在同一构造背景下受同一变质作用支配，但P/T比不同。

（6）造山变质的构造背景多样，主要包括弧－沟带、大陆碰撞带和大陆拉张带三类。除这三类外，其他构造背景亦可能存在，特别是早前寒武纪（Miyashiro，1994）。不同构造背景变质作用特点不同。

◎弧－沟带：弧－沟带变质作用以发育双变质带（paired metamorphic belts）为特征。双变质带由大体同时代的一个高P/T变质带和一个较低P/T比变质带组成。它们相互平行沿大陆边缘延伸，其间通常有一个巨大断裂将二者分隔开。高P/T变质带位于大洋一侧，代表了一个古海沟带，由冷的洋壳和海沟沉降物俯冲至地下深处形成。较低P/T比变质带为低P/T型或中P/T型或二者的混合，代表了一个古岛弧带。岛弧带与俯冲有关的大量岩浆活动是P/T比较低的主要原因（Miyashiro，1961，1973，1994）。双变质带广泛作为地质历史中弧－沟系统的证据。

双变质带广泛分布于环太平洋地区。图26－4所示的加利福尼亚中生代变质区是环太平洋地区双变带的典型实例之一。以北西向海岸山脉逆断层为界，该区分为南西侧高P/TFranciscan变质杂岩带和北东侧中－低P/TSierra Nevada花岗质－变质带，构成双变质带。双变质带也见于环太平洋之外的一些地区。在苏格兰高地加里东中－低P/T变质区南东侧可能广泛发生过高P/T变质而形成双变质带。不过除Girvan地区有一个蓝片岩小岩块外，其他高P/T变质岩均掩盖在地下（图26－3）。

◎ 大陆碰撞带：大陆碰撞带变质作用以十分复杂的多期区域变质，可出现各种P/T比类型及其叠加为特征。这是由碰撞带复杂的构造演化历史决定的。详细解释这个复杂的构造史十分困难，因而颇见分歧，特别是对古生代和更老的碰撞带尤为如此。

图26－4 加利福尼亚海岸山脉Franciscan杂岩与Sierra Nevada和Klamath山脉花岗质－变质带（Miyashiro，1994）

在大陆碰撞前，有一个两大陆之间的洋盆俯冲阶段，形成上述由一个高P/T变质带和一个中－低P/T变质带（往往伴随花岗岩侵入体）组成的双变质带。此后，在洋盆完全消减之后的大陆碰撞阶段，陆壳因褶皱、逆冲等机械过程而大幅度增厚。增厚地壳中放射性元素聚集、花岗岩体的侵入，导致中－低P/T变质带形成（Miyashiro，1994）。特别值得注意的是，在洋盆完全消失之后，与洋盆连接的大陆块体可以俯冲到另一大陆之下，这将导致在俯冲陆块及其上覆沉积岩堆中的高P/T变质作用。由于俯冲陆块的浮力，在一个很短的时间内俯冲即停止，并可能开始隆升。西阿尔卑斯、哈萨克斯坦和我国大别山等碰撞带中发现含柯石英、金刚石等超高压矿物组合，显示比环太平洋地区大洋板块俯冲带高得多的压力（3.0GPa以上）特征。这可能说明陆壳可深俯冲至100km以上的地幔深度发生变质，俯冲陆块的较大浮力可能使形成的变质岩从较大深度抬升。

从现有资料看，不同碰撞带变质特征亦不同。北阿巴拉契亚泥盆纪Acadian碰撞带，是一个伴有大量花岗岩类侵入体的中－低P/T变质带。尚未发现有高P/T变质。阿尔卑斯白垩纪－新近纪碰撞带中发育高P/T和中P/T变质带，缺乏花岗岩类侵入体，在西阿尔卑斯发现有含柯石英的超高压变质岩。似乎当缺乏花岗岩类侵入体时，碰撞带增厚地壳通常遭受中P/T区域变质，而当有花岗岩类侵入体时，浅层地壳可遭受低P/T变质（Miyashiro，1994）。

分布在我国中部的大别碰撞造山带（图26－5）则更为复杂，既有大量花岗岩类侵入体，又发育有含柯石英、金刚石的超高压变质岩。该区在新城－圻春断裂南侧，发育有一个由新元古代蓝片岩相、绿片岩相岩石组成的木兰山高P/T变质带，其成因显然与板块俯冲有关。在新城－圻春断裂以北，发育一个主要由前寒武纪绿帘角闪岩相、角闪岩相和麻粒岩相岩石组成的桐柏大别中－低P/T变质带，伴随有大量、多期（从新元古代至白垩纪）花岗岩侵入。中－低P/T变质带的形成可能与早期的岛弧阶段和晚期碰撞及碰撞后隆升有关。在中－低P/T带内部分布有大量透镜状－似层状高P/T变质岩（包括超高压变质岩），通常认为它们是陆壳俯冲的产物。

图26－5 桐柏－大别山变质地质图（据游振东等，1999）

◎ 大陆拉张带：大陆拉张带变质作用以低P/T型高温变质伴随大量岩浆活动为特征。在大陆拉张区，地壳或岩石圈减薄使来自地幔或软流圈的上升热流增加，导致玄武质和花岗岩类岩浆形成和上侵及低P/T型高温变质，形成麻粒岩相变质杂岩。例如西欧比利牛斯海西造山带中有大量麻粒岩相变质杂岩，通常认为它代表了早元古代大陆内部拉张带（Miyashiro，1994）。

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