变质作用形成的岩石类型(变质作用的岩石)
3.3变质级别
并非所有变质作用都发生在相同的物理条件下。例如，山脉下方40公里深处的岩石比20公里深处的岩石经历更强烈的变质作用。地质学家非正式地使用变质等级一词来指代变质作用的强度，即变质变化的数量或程度。变质强度的更正式表达是变质阶段。
由于温度在确定再结晶程度和所发生的变质反应的性质方面起着决定性作用，因此某个地点发生的变质作用程度主要取决于该地点的岩石在变质过程中达到的温度。250~400形成低品位变质岩，400~600形成中度变质岩，600~850形成高级变质岩。地质学家认为板岩和千层岩为低品位变质岩，大部分片岩和部分片麻岩为中品位变质岩，部分片岩和大部分片麻岩为高级变质岩。
不同程度的变质作用产生不同的变质矿物组合。在地图上，我们可以标出称为变质带的区域，其中岩石具有给定的变质程度。通常，地质学家通过寻找特定的变质矿物（所谓的指示矿物）来识别变质带。在地图上绘制的一条线，表示含有指示矿物的岩石和不含指示矿物的低品位岩石之间的边界。这条线称为变质等梯度（来自希腊语iso，意思是相等）。）。理想情况下，等值线上的所有位置都具有相同的变质程度。
该图描绘了变质程度的大致温度和压力。“湿”是指岩石中含有水。湿岩石的熔化温度比干岩石（不含水）低；在造山过程中，页岩和砂岩由低变质到高变质。右边的线显示了某些变质矿物的生长范围；美国东北部新英格兰地区的近似变质带和等变质线，列出的矿物均为指示矿物
3.4变质相
一般来说，变质岩并不是由不同时间和地点形成的矿物堆积而成。相反，它们由独特的矿物质组合组成，这些矿物质在一定的压力和温度下结合生长。看来这样的矿物组合或多或少代表了化学平衡的条件，即组成岩石的化学物质被组织成矿物颗粒组并保持稳定。地质学家还确定，岩石中存在的矿物质的具体组合取决于压力和温度条件以及原始岩石的成分。
这一发现促使地质学家提出了变质阶段的概念。变质相是一组具有一定压力和温度的变质矿物组合。每个特定的相组合都反映了原始岩石的成分。根据这个定义，给定的变质阶段包括几种不同的岩石，这些岩石的化学成分和矿物含量彼此不同。但同一相的所有岩石都是在大致相同的温度和压力条件下形成的。地质学家已经确定了几个阶段，包括沸石、角岩、绿片岩、角闪岩、蓝片岩、榴辉岩和麻粒岩。不同的相是根据某些相的岩石中发现的独特特征或矿物来命名的。
我们可以用相图来表示变质相形成的大致条件。横轴表示温度，纵轴表示压力。图中标有相名称的区域代表了与该特定相形成矿物组合的大致温度和压力范围。例如，岩石在A点压力和温度（4.5kbar和400）的作用下，形成了绿片岩相的矿物组合特征。如图所示，相界处的压力和温度不能被确定。精确确定并且阶段之间的过渡是渐进的。
我们可以使用同一张图片来描绘地壳不同区域的地温梯度（温度随深度的变化）。例如，在造山带下方，地温梯度穿过沸石、绿片岩、角闪岩和麻粒岩相。相反，在俯冲过程中形成的增生棱柱中，温度随着深度缓慢增加，从而形成蓝片岩相组合。
因为这两个相的区别在于宽带。一些角闪岩相岩石和所有麻粒岩相岩石是在含水花岗岩熔化的压力和温度下形成的。因此，这种变质岩只有在原岩干燥的情况下才能发育。图中所示的相之一在文中未提及：P-P（葡萄石-绿泥石）相，以两种变质矿物命名。数字代表不同的地温梯度
4.变质作用发生在哪里？
到目前为止，我们已经介绍了变质作用的力（热、压力、应力和热液）、变质作用形成的岩石类型以及变质程度的概念。在此背景下，让我们在板块构造理论的背景下研究一下地球上发生变质作用的地质环境。您会发现变质作用发生在多种条件下。这是因为地温梯度、岩石在变质过程中受到压缩或剪切的程度以及岩石与热液相互作用的程度都取决于地质环境。
4.1热变质或接触变质作用
想象一个地方，热岩浆侵入了较冷的岩壁。热量从岩浆流向周围的岩石，因为热量总是从较热的材料流向较冷的材料。因此，当周围的岩石升温时，岩浆就会冷却并凝固。热液可能在侵入岩和围岩中循环。热量和热液循环引起周围岩石的变质作用。最高品位的变质岩紧邻温度最高的侵入岩形成，而较低品位的岩石则在更远的地方逐渐形成。围绕火成岩侵入体形成的变质岩带称为变质晕。“光环”一词源自拉丁语“aureola”，意思是王冠或光环。变质晕的宽度取决于侵入体释放的热量，而热量又取决于侵入体的大小和形状以及发生的热液循环的数量。例如，较大的岩体提供更多的热量，形成更宽的光环。类似地，侵入潮湿岩石可能比侵入干燥岩石产生更广泛的晕，因为热液传输热量并引起交代作用。
大型岩体的热量会产生变质晕，角岩在其中发育。远离岩体，变质程度逐渐减弱。火成岩中因热传导而引起的局部变质作用可称为热变质作用或接触变质作用。压力和应力不会发生变化，也不会形成择优取向。变质晕含有角岩，一种无叶理的变质岩。根据板块构造理论，岩浆在汇聚边界、裂谷和造山的某些阶段侵入地壳，因此在这些地方可以找到接触变质作用的例子。
4.2动力变质作用
当地壳之间发生滑动或剪切时就会形成断层。在地球表面（地壳上部10至15公里），这种运动使岩石破裂，将它们撕成锋利的碎片，甚至粉碎成粉末。但由于地温梯度的原因，在较深的位置，岩石温度非常高，当沿断层发生剪切时，岩石会发生塑性变形。在变质条件下的剪切过程中，岩石中的矿物质重新结晶，形成新的结构。我们将此过程称为动态变质作用，因为它是变质条件下仅发生剪切（运动）的结果，不需要温度或压力的变化。动态变质岩通常会形成几乎与断层平行的叶理。
在变质条件下，岩石的剪切导致原始晶体分裂成微小的晶体，而不破裂形成一种称为糜棱岩的片岩
4.3热动力或区域变质作用
沿着会聚边界或在大陆碰撞期间，大陆地壳沿着断层向上移动并覆盖其他地壳的一部分。曾经沿着大陆边缘靠近地球表面的原岩最终落入山脉深处。在这种环境中，三个过程影响原始岩石：
原始岩石会升温，因为温度随着深度的增加而增加，并且附近有火成岩活动；
上覆岩石自重随深度增加而增大，压力增大；
承受压缩和剪切
结果，原始岩石变成了山带深处的叶状变质岩。形成的岩石类型取决于变质作用的程度：板岩在较浅的深度形成，而片岩和片麻岩在较深的深度形成。
由于我们刚才描述的变质作用不仅涉及热变质作用，还涉及压缩和剪切作用，因此地质学家将其称为热力学热变质作用。通常，这种类型的变质作用影响很大的区域（通常是整个山脉覆盖的区域），也称为区域变质作用。
热力学变质作用发生在山地带的发育过程中。这一过程也称为区域变质作用
4.4俯冲带变质作用
蓝片岩是一种相对罕见的岩石，含有一种不寻常的蓝色矿物——角闪石。实验表明，这种矿物仅在高压和相对较低的温度条件下形成。这种条件在大陆地壳中不会存在，大陆地壳在产生蓝色角闪石所需的高压下也非常热。因此，要知道蓝片岩是在哪里形成的，我们必须问地球上哪里可以在相对较低的温度下形成高压。
板块构造理论为这个难题提供了答案。研究人员发现，蓝片岩仅出现在俯冲带形成的增生棱柱中。这种棱柱体的厚度可达20公里，并且棱柱体底部的岩石承受着高压。但由于棱柱下方的俯冲洋壳温度较低，因此棱柱内部的温度相对较低。
蓝片岩形成于会聚边界上的增生棱柱底部
4.5我们在哪里找到变质岩？
当您站在变质岩的露头上时，您就站在曾经埋藏在地球表面以下数公里处的物质上。这些岩石是如何回到地球表面的？地质学家将深埋岩石最终返回地表的整个过程称为“掘出”。为了了解折返的工作原理，让我们看看将高品位变质岩从碰撞山脉下面带回地表的过程。首先，当两块大陆相互挤压时，边缘的岩石会向上挤压，就像虎钳夹住的面团一样。沿断层的剪切和岩石内的塑性变形导致岩石向上移动。其次，随着山脉的生长，其下方的地壳会变暖并变得更软、更脆弱。最终，山脉开始在自身重量作用下塌陷，上地壳向侧面扩展，这一过程涉及断层和塑性变形。上地壳的水平拉伸导致其垂直变薄，随着上地壳变薄，更深的地壳最终会更接近地表。当地表发生侵蚀时，就会发生侵蚀：山体滑坡、河流、冰川流和风像巨大的锉刀一样共同作用，将地表的岩石移走，并暴露出曾经位于其下方的岩石。
变质岩暴露的过程：注意红点（代表在山脚形成的变质岩）如何随着时间的推移靠近地表。当大陆挤压在一起时，岩石就会像虎钳里的面团一样被向上推。当深处的岩石变暖并软化时，山脉就像烈日下的奶酪一样崩溃；侵蚀就像一把巨大的手。锉磨、研磨并去除岩石。记住形成变质岩并引发折返的过程，让我们问一个问题：目前暴露的变质岩在哪里？徒步进入山区，您可以找到变质岩露头。正如我们所见，造山过程会产生变质岩，因此山脉内高耸的悬崖通常由片岩、片麻岩、石英岩和大理石组成。如果您走过地盾，您会发现更多的变质岩，这是一大片前寒武纪大陆地壳，其中包括十亿多年前造山过程中最后变质的岩石。实际上，地盾是大陆上一个古老且相对稳定的部分，其沉积覆盖层已从基底上剥离。
地盾图，揭示了包括前寒武纪变质岩在内的广阔的前寒武纪地壳
5.岩石循环
虽然岩石看起来很耐用，但它不会在地球历史上永远存在。由于各种地质过程，构成一种岩石矿物的原子最终可能会重新排列成其他矿物，或移动到其他地方。因此，来自一种岩石类型的材料可能最终进入另一种岩石类型的相同甚至不同位置。相同的原子可能会再次重新排列或移动，形成第三种岩石类型。地质学家将导致原子在地质时间内穿过不同岩石类型的渐进转变称为岩石循环。对岩石循环的讨论说明了本章描述的岩石类型与前两章之间的关系。
岩石的循环中有许多替代路径。三块岩石的示例
5.1岩石循环的路径
通过上图，您可以看到岩石循环中的许多路径。例如，岩浆侵入地壳并形成新的火成岩。火成岩经过风化、侵蚀，变成沉积物，最终经过搬运、沉积、埋藏和石化作用，产生新的沉积岩。如果沉积岩埋藏较深，就会变成变质岩。在较高温度下，岩石可能部分熔化并产生岩浆，岩浆上升并最终凝固形成新的火成岩。
我们刚才描述的路径（火成岩沉积变质火成岩）并不是岩石循环的唯一路径。有捷径。例如，变质岩可能上升，被侵蚀形成新的沉积物，然后被掩埋和岩化形成新的沉积岩。同样，火成岩可以直接变质，而无需首先风化成沉积物。
5.2板块构造背景下的岩石循环
板块构造理论使我们能够了解岩石循环各阶段发生的环境。让我们看一个例子。
据推测，大陆热点火山下方形成的岩浆到达地表并喷发形成玄武岩。在风、雨和植被的作用下，玄武岩逐渐风化，物理分解成更小的碎片，然后化学形成粘土，随水流进入大海。海水流速减慢，粘土沉淀出来。
让我们想象一下，粘土沿着X大陆的海岸堆积起来。随着时间的推移，粘土层被掩埋，形成了新的沉积岩，页岩。页岩位于大陆架以下6公里的被动边缘盆地内。在Y大陆与X大陆碰撞之前，页岩将存在数百万年。Y大陆边缘挤压X大陆边缘的页岩，页岩被埋藏很深，受到压缩和剪切。随着山脉的生长，曾经位于地表以下6公里的页岩可能会深达25公里。随着埋藏深度的增加，页岩变质为板岩、千枚岩和片岩。
一旦造山活动停止，挖掘工作就会将一些片岩带回地表。一些片岩被侵蚀形成沉积物，然后被河流带到沉积盆地，在那里进行沉积和埋藏，最终通过岩化形成新的沉积岩。一些片岩残留在地表之下。最终，该区域发生裂谷，导致下地幔减压熔融。上升的岩浆将热量带入地壳。岩浆侵入地壳浅层，引起邻近围岩中片岩的接触变质作用。在地壳底部附近，来自地幔的岩浆可能会引起片岩的热传导熔融，这一过程会产生新的长英质岩浆，这些岩浆喷发并凝结形成流纹岩，从而形成新的火成岩。就岩石循环而言，我们已经经历了一个完整的循环，因为曾经属于一种火成岩（玄武岩）的原子现在融入了另一种火成岩（流纹岩）中。请注意，虽然岩石循环主要使地壳内的岩石再循环，但当地幔内的熔化产生上升到地壳的岩浆时，某些物质可以进入地壳岩石循环，而当俯冲作用将某些物质带回地壳时，某些物质可以进入地壳岩石循环。地幔。离开摇滚循环。
并非所有原子都以相同的速度在岩石中循环，因此我们在地球表面发现了许多不同年龄的岩石。有些岩石以一种形式存在了不到几百万年，而另一些岩石在地球历史的大部分时间里都保持不变。例如，阿巴拉契亚山脉的岩石在过去十亿年里多次经历了岩石循环的各个阶段，而北美东部边缘也经历了盆地形成、造山运动和裂谷的多次循环。相比之下，在加拿大中部地盾中发现的3Ga古老火成岩尚未经历岩石循环的第一阶段。
最初，原子通过地幔柱上升到地球表面，粘土被掩埋形成页岩；当大陆碰撞时，页岩最终被埋在山脉之下，并在那里变质为片岩；最终，山脉被侵蚀，挖掘过程将片岩变成了接近地球表面的岩石；当裂谷分离大陆时，一些片岩熔化，其原子再次融入岩浆中。
5.3是什么能量驱动着岩石循环？
岩石循环的发生是因为地球是一个动态的、不断变化的行星，有许多岩石形成环境。外部能量（太阳辐射）、内部能量（地球内部热量）和重力能量都通过保持地幔、地壳、大气和海洋的运动来驱动岩石循环。具体来说，地球的内部热量和引力场共同驱动板块运动和地幔羽流。板块的相互作用导致山脉隆起，这一过程导致风化、侵蚀和沉积物的产生，以及变质和火成活动。大气环流由太阳辐射和重力共同驱动，产生雨、雪和风。雨水滋养溪流，雪积聚形成冰川，风和风驱动的波浪充当侵蚀剂，形成沉积物。在地球系统中，生命也发挥着关键作用，促进风化和矿物沉淀。