3.2 岩性

岩性通常包括两种类型：一种是岩石，另一种是土。

岩石是天然产出的，由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固态集合体。它是组成地壳及地幔的固态部分。岩石根据成因可分为沉积岩、岩浆岩、变质岩，见表3.2。

土是尚未固结成岩的松、软堆积物，主要为第四纪时的产物。土与岩石的根本区别是土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等。土主要由各类岩石经风化作用而成。土位于地壳的表层，是人类工程经济活动的主要地质环境。

从岩石学的角度看，土属于沉积岩，是未固结的沉积物。从工程地质学的角度看，土与岩石物理力学性质相差悬殊，对工程影响差异很大，是必须加以区分的。本节主要介绍岩石。

3.2.1 沉积岩

3.2.1.1 概念

沉积岩，又称水成岩，是在地壳表层常温条件下，由风化产物、有机物质和某些火山作用产生的物质，经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。

3.2.1.2 沉积岩的分布

沉积岩广泛分布于地表，占岩石圈表层陆地面积的70%。在我国，沉积岩占陆地面积的77.3%。沉积岩是构成地壳表层的主要岩石，但沉积岩占地壳总体积的比例很少，仅占7.9%。

3.2.1.3 沉积岩的分类及常见岩类

沉积岩一般分类如图3.1所示，其分类依据是岩石的成因、成分、结构、构造等。由于它的多样性，一般是以沉积物的来源作为基本类型的划分准则，而以沉积作用方式、成分、结构、成岩作用强度等作为进一步划分的依据。各类沉积岩都有各自的成因特征，成分上差别也较大。所以，沉积岩的分类着重于各大类岩石的划分，如砂岩的分类、碳酸盐岩的分类等。

图3.1 沉积岩的分类

根据国家标准《岩石分类和命名方案——沉积岩岩石分类和命名方案》（GB/T 17412.2—1998），沉积岩分类见表3.3。

沉积岩根据沉积的自然地理环境的不同，还可分为海相、陆相及过渡相等。

工程中常见的沉积岩主要包括黏土岩（泥岩、页岩、黏土）、砂岩、碳酸盐岩（灰岩、白云岩等），这三类约占沉积岩总量的95%以上。

3.2.1.4 沉积岩的形成

沉积岩的形成是一个长期而复杂的地质作用过程，沉积岩的形成一般要经历三个阶段：沉积岩原始物质的形成阶段、沉积物的搬运与沉积作用阶段、沉积后作用阶段。

沉积岩原始物质或沉积物的来源有：陆源物质（母岩的风化产物）、生物源物质（生物残骸及有机质）、深源物质（火山碎屑物质和深部卤水等）、宇宙源物质（陨石、尘埃等）。其中，母岩的风化产物（陆源物质）是其最主要的来源。

搬运风化产物的主要营力是流水、风、冰川、重力以及生物等，其中最重要的是流水的搬运作用。物质搬运的方式决定于风化产物的性质。碎屑物质、黏土物质通常是以机械方式搬运，而溶解物质则以胶体溶液和真溶液方式进行搬运。

沉积作用是指被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后，由于条件发生改变而发生沉淀、堆积的过程和作用。按沉积环境，它可分为大陆沉积与海洋沉积两类；按沉积作用方式，又可分为机械沉积、化学沉积和生物沉积三类。

沉积后作用是从沉积物到沉积岩，以及在沉积岩形成以后再到它遭受风化作用或变质作用即到其被破坏或发生质的变化以前，发生的一系列的变化或作用，是沉积岩的形成和演化的重要阶段，也称为广义的成岩作用。它包括狭义的成岩作用及后生作用两阶段。

狭义的成岩作用指沉积物转变为沉积岩所发生的一系列变化。

后生作用指沉积岩形成后在没有造山压力或岩浆热力的影响下，所遭受的全部的物理的及化学的变化（不包括变质作用与风化作用）。如由于温度的升高、上覆岩层压力的加大及地下水的活动，使岩石进行重结晶、产生新矿物和形成结核等。

后生作用阶段因温度、压力高，作用时间长，因之所形成的新生矿物晶体粗大；由于外来物质的加入，新生的自生矿物性质常与本层物质无关，其分布不受原生构造——层理的控制。它既可穿过层理，也可穿过层面。最常见的是交代、重结晶、次生加大等。所形成的自生矿物反映了后生期介质的pH值、特点，而且是比重大、分子体积较小的变种。

例如黏土在后生作用的过程中会发生以下的变化：黏土→固结黏土→泥岩→页岩。

广义的成岩作用方式有以下几种。

（1）压实：上覆沉积物不断加厚，负荷压力增加，松散沉积物变得致密，体积减小，水含量减小。化学压实伴有颗粒间、颗粒与水的反应、新生矿物形成。

（2）水化：矿物与水结合为含水矿物，如硬石膏（CaSO₄）转化为石膏（CaSO₄·2H₂O）。沉积盆地的沉积大都在水介质中进行，最初一般发生水化，随着埋藏深度加大，沉积物固结增强，逐渐发生脱水。

（3）水解：矿物在水作用下发生分解。水起着盐基的作用，提供氢氧离子。大多数硅酸盐矿物可发生水解，这与水介质的pH值有关，矿物水解中可有金属阳离子的游离。

（4）氧化、还原：大陆、海环境的沉积物表层常发生氧化，停滞的闭流盆地沉积物常发生还原。同生阶段，沉积常处于氧化、弱氧化环境（海解、陆解阶段），在成岩、后生期变为还原、弱还原环境。

（5）离子交换、吸附：水中呈离解状态的H⁺、OH^-与遭受变化的矿物中的离子发生交换。水电离产生的H⁺，能置换矿物中的碱金属离子。在成岩、后生阶段，黏土矿物、沸石类矿物等，可进行离子交换、吸附。容易被吸附的是H⁺、OH^-，然后是Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Na⁺、S²-、Cl^-、。当H⁺、OH^-离子被吸附后，吸附剂带有自由电荷。如黏土矿物常与盐基离子结合带负电荷，因此能从海水、溶液中吸附许多稀有金属。某些矿物吸附一些离子、进行离子交换后，转变为另一矿物。

（6）胶体陈化：胶体脱水，过渡为偏胶体，最后形成稳定的自生矿物，如蛋白石—玉髓—石英的变化。重结晶是后生中常见现象，压力增大（或伴有温度升高）下，体积缩小、矿物变为分子体积较小的变种。

（7）交代：发生在已固化的沉积岩内，对已有矿物的一种化学替代，在化学上它是保持晶形不变情况下的沉淀转化作用，主要发生在后生期、表生成岩期。经交代后常造成某些矿物的假象。

（8）结核：是在矿物岩石特征（成分、结构等）上与周围沉积物（岩）不同的、规模不大的包体，它可以产生在成岩的各个阶段，通常是化学、生物化学的产物。

（9）自生矿物形成：成岩、后生期，形成与各期介质条件平衡的自生矿物。如成岩期的莓状黄铁矿、菱铁矿、白云石、鳞绿泥石；后生期的赤铁矿、板钛矿、次生沸石、次生碳酸盐、云母类、自生长石。

（10）胶结：个别颗粒彼此联结，可通过粒间矿物质的沉淀、碎屑颗粒的溶解、沉淀、反应等方式完成。常用于表述颗粒岩石（如砂岩）。

（11）固结、石化：松散的沉积物转变为坚硬岩石，黏土岩、各种生物化学岩。各种未固结的沉积物，转变为坚硬岩石。

3.2.1.5 沉积岩的结构、构造

沉积岩的结构表示碎屑和填隙物之间的关系。根据沉积岩的形成方式可将沉积岩的结构划分为5个主要类型，具体见表3.4。

沉积岩的构造是指沉积岩各组分在空间的分布、排列和充填方式。一般包括层理、层面构造和层内构造。根据沉积岩类型进行构造分类。

陆源碎屑岩的构造包括：①流动成因构造——层理构造，分为水平层理、平行层理、交错层理、波状层理、块状层理、韵律层理等；②同沉积构造，分为包卷构造、滑塌构造、砂球构造、碟状构造、帐篷构造等；③层面构造，分为顶面（波痕雨痕泥裂剥离线理等）、地面（槽模沟模等）。

火山-沉积碎屑岩的构造包括：①层理构造；②斑杂构造；③平行构造；④假流纹构造。

内源碎屑岩构造：有层理构造，还有一些特殊构造，如缝合线构造等。

3.2.2 岩浆岩

3.2.2.1 概念

岩浆岩又称火成岩，是指岩浆在内力地质作用下，由地下深处向上运动逐渐冷却、凝固而形成的岩石。岩浆则是在地下深处形成的炽热、黏稠、富含挥发组分的以硅酸盐为主要成分的熔融体。岩浆上升过程中也会融化地壳内的现存岩石。

3.2.2.2 岩浆岩的分布

一般来说，岩浆岩易出现于板块交界地带的火山区。岩浆岩约占地壳总体积的64.7%，约占岩石圈表层大陆面积的20%，是组成地壳的主要岩类。在我国的侵入岩出露面积99.7万km²，占陆地面积的10.4%。中国岩浆活动可划分为前吕梁、吕梁、四堡、晋宁、震旦、加里东、华力西、印支、燕山、喜马拉雅等10个期。前吕梁、吕梁、加里东和华力西期在中国北部（昆仑—秦岭以北）最为强烈；四堡、晋宁期在中国南部较为强烈；印支和燕山期在中国东部最为发育；喜马拉雅期在滇藏地区尤为重要。

3.2.2.3 岩浆岩的分类及常见岩类

自然界中的岩浆岩种类繁多，现有的岩石名称有1000种左右。虽然各种岩浆岩之间存在着化学成分、矿物成分、结构、产状和成因等方面的差异，但是它们彼此之间又有着一定的过渡关系。

划分岩浆岩的类型主要考虑岩石的化学成分和产状两大因素。岩浆岩分类见表3.5。

岩石化学成分中，主要考虑酸度和碱度。岩石的酸度是指岩石中含有SiO₂的重量百分数，通常SiO₂含量高时，酸度也高，SiO₂含量低时，酸度也低。岩石酸度低时，说明它的基性程度比较高。

岩石的碱度即指岩石中碱的饱和程度。岩石的碱度与碱含量多少有一定关系，通常把Na₂O+K₂O的重量百分比，称为全碱含量。Na₂O+K₂O含量越高，岩石的碱度越大。

根据岩石的化学成分，岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩、碱性岩。

根据产状，也就是根据岩石侵入到地下还是喷出到地表的情况，岩浆岩又可以分为侵入岩和喷出岩。侵入岩根据形成深度的不同，又细分为深成岩和浅成岩。每个大类的侵入岩和喷出岩在化学成分上是一致的，也就是说岩浆成分是相似的，但是由于形成环境不同，造成它们的结构和构造有明显的差别。深成岩位于地下深处，岩浆冷凝速度慢，岩石多为全晶质、矿物结晶颗粒也比较大，常常形成大的斑晶；浅成岩靠近地表，常具细粒结构和斑状结构；而喷出岩由于冷凝速度快，矿物来不及结晶，常形成隐晶质和玻璃质的岩石。

此外，矿物成分也是岩浆岩分类的依据之一。在岩浆岩中常见的一些矿物，它们的成分和含量随岩石类型不同而发生有规律的变化。如石英、长石呈白色或肉色，被称为浅色矿物；橄榄石、辉石、角闪石和云母呈暗绿色、暗褐色，被称为暗色矿物。通常超基性岩中没有石英，长石也很少，主要由暗色矿物组成；而酸性岩中暗色矿物很少，主要由浅色矿物组成；基性岩和中性岩的矿物组成位于两者之间，浅色矿物和暗色矿物各占有一定的比例。

据国家标准《岩石分类和命名方案——火成岩岩石分类和命名方案》（GB/T 17412.1—1998），岩浆岩分为12大类，即黄长岩类（mehlitites）、碳酸岩类（carbonatites）、煌斑岩类（lamprophyeres）、金伯利岩类（kimberlites）、辉绿岩类（diabases）、细晶岩类（aplites）、伟晶岩类（pegmatites）、紫苏花岗岩类（charnockites）、深成岩类（plutonic rocks）、火山熔岩类（lava）、潜火山岩类（subvolcanic rocks）、火山碎屑岩类（pyroclastic rocks）。

现已经发现的岩浆岩（igneous rock），大部分是在地壳里的岩石。常见的岩浆岩有花岗岩、安山岩、玄武岩、苦橄岩等。

3.2.2.4 岩浆岩的形成

岩浆从开始产生直到固结为岩石，始终处在不断地变化过程中。对于岩浆岩成因具有直接意义的是岩浆侵入地壳，特别是侵入地壳浅部以后到凝固为岩石这一期间内岩浆在物质成分上发生的演化。该期间内岩浆演化的基本过程是通过分异作用和同化作用，由少数几种岩浆形成多种多样的岩浆岩，并在适宜条件下形成一定的矿床。

1.岩浆分异作用

岩浆分异作用是指原来成分均一的母岩浆受温度、压力﹑氧逸度等物理化学条件的影响，形成不同成分的派生岩浆及岩浆岩的作用，是岩浆内部发生的一种演化，包括熔离作用和结晶分异作用。

（1）熔离作用：原来均一的岩浆，随着温度和压力的降低或者由于外来组分的加入，使其分为互不混溶的两种岩浆，即称为岩浆的熔离作用。有人把玄武岩熔化后做试验，在玄武岩熔体中加入CaF₂，结果熔体也分为两个液层，上部为相当于流纹岩岩浆的酸性熔体层，下部为相当于橄榄岩的超基性熔体层。

（2）结晶分异作用：矿物的结晶温度有高有低，因此，矿物从岩浆中结晶析出的次序也有先有后。在岩浆冷凝过程中矿物按其结晶温度的高低先后，同岩浆发生分离的现象叫结晶分异作用。

结晶分异作用在玄武岩浆中研究较深，玄武岩浆的结晶分异作用模式一般称为鲍文反应原理，即随着岩浆温度的降低，橄榄石首先结晶，并由于其比重大而沉落于岩浆体底部形成橄榄岩；继而辉石-基性斜长石同时结晶并沉落于橄榄岩“层”之上形成辉长岩；角闪石-中性斜长石同时析出构成闪长岩；而岩浆中越来越富SiO₂、K₂O、Na₂O及挥发性组分，并慢慢地被已结晶出的矿物“层”挤到岩浆体的顶部，最后结晶出石英-钾长石-酸性斜长石组合，即花岗岩。因为在这一分异过程中，在矿物结晶出现后，因其比重不同受重力作用而分别沉落、堆积，故又称“重力结晶分异作用”。这种结晶分异观点，对于层状超基性-基性岩的成因解释基本上得到了承认，但用玄武岩浆的分异作用解释多数或全部岩浆岩的成因，尚有值得进一步研究的地方。

2.同化混染作用

由于岩浆温度很高，并且有很强的化学活动能力，因此它可以熔化或溶解与之相接触的围岩或所捕虏的围岩块，从而改变原来岩浆的成分。若岩浆把围岩彻底熔化或溶解，使之同岩浆完全均一，则称同化作用；若熔化或溶解不彻底，不同程度的保留有围岩的痕迹（如斑杂构造等），则称混染作用。因同化和混染往往并存，故又统称同化混染作用。

一般同化混染作用中，岩浆成分变化的规律是基性岩浆同化酸性的围岩时，岩浆向酸性变化（酸度增加）；反之，酸性岩浆同化基性围岩时，岩浆向基性方向变化（酸度降低）。

在岩浆演化过程中，分异作用和同化混染作用可能同时进行，也可能以某种作用为主导。

3.2.2.5 岩浆岩的结构构造

1.岩浆岩的结构

根据岩石的结晶程度、矿物颗粒的粒度和肉眼可辨别的程度、矿物体彼此间的相互关系划分的岩浆岩结构见表3.6。

2.岩浆岩的构造

岩浆岩的主要构造及特点见表3.7。

3.2.3 变质岩

3.2.3.1 概念

变质岩是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种岩石自然变质成的另一种岩石。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。

变质岩是在地球内力作用下，引起的岩石构造的变化和改造产生的新型岩石。这些力量包括温度、压力、应力的变化、化学成分。固态的岩石在地球内部的压力和温度作用下，发生物质成分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如普通石灰石由于重结晶变成大理石。

3.2.3.2 变质岩的分布

变质岩在地壳内分布很广，大陆和洋底都有，在时间上从古代至现代均有产出，占岩石圈表层大陆面积的10%，占地壳总体积的27.4%。

在各种成因类型的变质岩中，区域变质岩分布最广，其他成因类型的变质岩分布有限。区域变质岩主要出露于各大陆的地盾和地块以及各时代的变质活动带（通常与造山带紧密伴生）。区域变质岩在地盾和地块上的出露面积很大，变质岩常为几万至几十万平方公里，有时可达百万平方公里以上。

前寒武纪地盾和地块通常组成各大陆的稳定核心，而古生代及以后的变质活动带，常常围绕前寒武纪地盾或地块，呈线型分布，如加拿大地盾东面的阿巴拉契亚造山带、波罗的地盾西北面的加里东造山带、俄罗斯地块南面的华力西造山带和阿尔卑斯造山带等。有些年轻的变质活动带往往沿大陆边缘或岛弧分布，这在太平洋东岸和日本岛屿表现明显，它们的分布表明大陆是通过变质活动带的向外推移而不断增长的。在另一些情况下，变质活动带也可斜切古老结晶基底而分布，它们代表大陆经解体而形成的陆内地槽，并将发展成新的台槽体系。

20世纪60年代以来，还发现在大洋底部的沉积物和玄武质岩石之下，有变质的岩石广泛分布，它们是由洋底变质作用形成的。由此形成的各种接触变质岩石，仅局限于侵入体和火山岩体周围，分布面积有限，但分布的地区却十分广泛，在不同地质时期和构造单元内均有产出。

由碎裂变质作用形成的各种碎裂变质岩，分布更有限，它们严格受各种断裂构造的控制。

变质岩在中国的分布也很广。华北地块和塔里木地块主要由早前寒武纪的区域变质岩组成，并构成了中国大陆的古老核心。以后的变质活动带则围绕或斜切地块呈线型分布。

3.2.3.3 变质岩的分类及常见岩类

1.变质岩的分类

根据变质岩的来源，变质岩分为两大类：一类是变质作用于岩浆岩形成的变质岩，称为正变质岩；另一类是作用于沉积岩形成的变质岩，称为副变质岩。

根据变质作用类型，可分为动力变质岩、接触变质岩、交代变质岩、区域变质岩、混合变质岩，具体见表3.8。

根据变质程度（变质等级），可分为低级变质岩、中级变质岩、高级变质岩。变质程度指变质过程中，原岩受到变质的程度。温度、压力愈大，原岩变质愈深。如沉积岩黏土质岩石在低级作用下形成板岩，在中级变质时形成云母片岩，在高级变质作用下形成片麻岩（图3.2）。

图3.2 中高级变质作用下的云母片岩与片麻岩

据国家标准《岩石分类和命名方案——变质岩岩石的分类和命名方案》（GB/T 17412.3—1998），变质岩分为20大类，即轻微变质岩类（slightlym etamorphic rocks）、板岩类（slates）、千枚岩类（phyllites）、片岩类（schists）、片麻岩类（gneisses）、变粒岩类（leptynites）、石英岩类（quartzites）、角闪岩类（amphibolites）、麻粒岩类（granulites）、榴辉岩类（eclogites）、铁英岩类（magnetiteq uarzite）、磷灰石岩类（aPatitolites）、大理岩类（marbles）、钙硅酸盐岩类（calc-silicate rocks）、碎裂岩类（ataclastic rocks）、糜棱岩类（mylonites）、角岩类（hornfels）、矽卡岩类（skarns）、气-液蚀变岩类（pneumato-hydrothermala lteredr ocks）、混合岩类（migmatites）。

2.常见的变质岩

（1）板岩。具板状构造的变质岩，由黏土岩类、黏土质粉砂岩和中酸性凝灰岩变质而来，属于区域变质作用中的轻度变质的岩石。

（2）千枚岩。具有千枚状构造的变质岩，原岩类型与板岩相似，在其片理面上闪耀着强烈的丝绢光泽，并往往有变质斑晶出现。

（3）片岩。片理构造十分发育，原岩已全部重新结晶，由片状、柱状、粒状矿物组成，具鳞片、纤维、斑状变晶结构，常见的矿物有云母、绿泥石、滑石、角闪石、阳起石等。粒状矿物以石英为主，长石次之。片岩是区域变质岩系中最多的一类变质岩。片岩的种类颇多，其命名则根据所含的变质矿物和片状矿物的显著分量而定，例如云母片岩、滑石片岩、角闪石片岩等。另外，常用绿色片岩之名，系由中性和基性的火山岩、火山碎屑岩等变质而来。

（4）片麻岩。具片麻状或条带状构造的变质岩。原岩不一定全是岩浆岩类，有黏土岩、粉砂岩、砂岩和酸性或中性的岩浆岩；具粗粒的鳞片状变晶结构。其矿物成分主要由长石、石英和黑云母、角闪石组成；次要的矿物成分则视原岩的化学成分而定，如红柱石、蓝晶石、阳起石、堇青石等。片麻岩的进一步命名，根据矿物成分，如花岗片麻岩、黑云母片麻岩。片麻岩是区域变质作用中颇为常见的变质岩。

（5）角闪岩。主要由斜长石和角闪石组成的变质岩。其原岩是基性火成岩和富铁白云质泥岩；具粒状变晶结构，块状微显片理构造。

（6）麻粒岩。是一种颗粒较粗、变质程度较深的岩石，基本上由浅色的石英、斜长石、铁铝榴石、辉石等矿物组成，无云母、角闪石；具粒状变晶结构，块状或条带状构造。

（7）大理岩。碳酸盐岩石经重结晶作用变质而成，具粒状变晶结构。块状或条带状构造，由于它的原岩石灰岩含有少量的铁、镁、铝、硅等杂质，因而在不同条件下，形成不同特征的变质矿物，出现蛇纹石、绿帘石、符山石、橄榄石等，于是在洁白的质地上，衬托出幽雅柔和的色彩，构成天然的图案花纹，使人们想象出一幅又一幅诗情画意的图卷，文人墨客在它们的加工石面上取出许多富含韵味的景名，如潇湘夜雨、千峰夕照、平沙落雁等，因而大理石就成为高级的建筑石材，或成为高级家具的装饰性镶嵌材料。洁白的细粒状的大理石，俗称汉白玉，也是工艺雕刻或富丽堂皇的建筑材料。大理岩见于区域变质的岩系中，也有不少见于侵入体与石灰岩的接触变质带中。

（8）角岩。这是一类由泥质岩（以黏土矿物为主的页岩之类）在侵入体附近，由接触变质作用而产生的变质岩。颜色呈深暗或灰色，硬度比原岩显著增加，故多有将角岩制成砚或其他工艺品，如在苏州灵岩山、寒山寺等旅游区出售的砚石，即利用产于灵岩山花岗岩体附近的角岩所制。

（9）石英岩。几乎整个岩石均由石英组成，浅色、粒状；一般为块状构造，粒状变晶结构。它是由较纯的砂岩或硅质岩类经区域变质作用，重新结晶而形成。有时，有人将沉积岩中由较纯净的石英颗粒组成的岩石也称石英岩，与变质岩类的石英岩混淆不清，虽然就化学成分或矿物成分来看，两者很难分开，但变质岩类的结构要致密些，称石英岩；而沉积成因者，颗粒清晰，致密程度稍差，故为了区别起见，称之为石英砂岩。

（10）混合岩。由混合岩化作用形成的变质岩，其基本组成物质是由基体和脉体。所谓基体，是指混合岩形成过程中残留的变质岩，如片麻岩、片岩等，具变晶结构、块状构造，颜色较深；所谓脉体，是指混合岩形成过程中新生的脉状矿物（或脉岩），贯穿其中，通常由花岗质、细晶岩或石英脉等构成，颜色比较浅淡。混合岩具明显的条带状构造，并普遍可见交代现象，以此与区域变质作用形成的变质岩区别开来，但它是在区域变质的基础上发展起来的。混合岩由于混合岩化的程度不同，形成不同构造特点的混合岩，如网状混合岩、条带状混合岩、眼球状混合岩等。

3.2.3.4 变质岩的形成

变质岩是在变质作用过程中形成的，引起变质作用的因素主要为温度、压力及具化学活动性的流体等。变质过程也是一种重要的成矿过程，如中国鞍山的铁矿、锰钴铀共生矿、金铀共生矿、云母矿、石墨矿、石棉矿等都是变质作用形成的。

1.引起变质作用的因素

（1）温度。温度往往是引起岩石变质的主导因素。它可以提供变质作用所需要的能量，使岩石中矿物的原子、离子或分子具有较强的活动性，促使一系列的化学反应和结晶作用得以进行；同时温度增高还可使矿物的溶解度加大，使更多的矿物成分进入岩石空隙中的流体内，增强了流体的渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程。变质作用的温度范围可由150～200℃直到700～900℃。

（2）压力。压力也是变质作用的重要因素，根据压力的性质可分为静压力和动压力。

静压力又称围压，是由上覆岩石的重量引起的压力。它具有均向性，并且随着深度增加而增大。其作用结果使岩石中矿物形成密度大、体积小的新矿物。如红柱石在压力增大时，转变为化学成分相同但分子体积较小的蓝晶石。

动压力是作用于地壳岩石的侧向挤压力，具有方向性，主要是构造力的作用造成。作用结果使岩石中片、柱状矿物定向排列。

（3）化学活动性流体。化学活动性流体是指在变质作用过程中，存在于岩石空隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的流体。这种流体的组分以H₂O及CO₂为主，并包含有多种其他易挥发物质及其溶解的矿物成分。在地下温度、压力较高的条件下，这种流体常呈不稳定的气-液混合状态存在，因而具有较强的物理化学活动性，在变质过程中起着十分重要的作用。

化学活动性流体具有多种来源。包括岩石粒间孔隙及裂隙中以水为主的液体、结构水（含有矿物H₂O、CO₂）、岩浆中逃逸的热气与热液、地壳深处的热液代入的各种元素。

需要指出的是，在变质作用过程中，温度、压力和化学活动性流体等各种因素是相互配合的，而在不同的地质条件下，主导因素不同，显出不同的变质特征。

2.变质作用类型

常见的变质作用有接触变质作用、动力变质作用、区域变质作用、混合岩化作用，此外，还有高热变质作用、冲击变质作用、气液变质作用、燃烧变质作用、高温变质作用、热流变质作用、埋藏变质作用、洋底变质作用等。

（1）接触变质作用。这是由岩浆沿地壳的裂缝上升，停留在某个部位上，侵入到围岩之中，因为高温，发生热力变质作用，使围岩在化学成分基本不变的情况下，出现重结晶作用和化学交代作用。例如中性岩浆入侵到石灰岩地层中，使原来石灰岩中的碳酸钙熔融，发生重结晶作用，晶体变粗，颜色变白（或因其他矿物成分出现斑条），而形成大理岩。从石灰岩变为大理岩，化学成分没有变，而方解石的晶形发生变化，这就是接触变质作用最普通的例子，又如页岩变成角岩，也是接触变质造成的。它的分布范围具局部性，其附近一定有侵入体。

（2）动力变质作用。是指在地壳构造运动作用下，局部地带的岩石发生变质，在断层带上经常可见此种变质作用。此类受变质的岩石主要是在强大的、定向的压力之下而形成的，所以产生的变质岩石也就破碎不堪，以破碎的程度而言，就有破碎角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等。好在这些岩石的原岩容易识别，故在岩石命名时就按原岩名称而定，如称为花岗破裂岩、破碎斑岩等。

（3）区域变质作用。分布面积很大，变质的因素多而且复杂，几乎所有的变质因素——温度、压力、化学活动性的流体等都参加了。凡寒武纪以前的古老地层出露的大面积变质岩及寒武纪以后“造山带”内所见到的变质岩分布区，均可归于区域变质作用类型。例如本章开头提到的泰山及五台山所见的变质岩，均为区域变质作用所产生。就岩性而言，包括板岩、千枚岩、片岩、大理岩与片麻岩等。

（4）混合岩化作用。这是在区域变质的基础上，地壳内部的热流继续升高，于是在局部地段，熔融浆发生渗透、交代或贯入于变质岩系之中，形成一种深度变质的混合岩，是为混合岩化作用。也就是说，在区域变质作用所产生的千枚岩、片岩等，由于熔融浆的渗透贯入而成混合岩。此外，尚有不大常见的气体化水热变质作用，复变质作用。最常见的变质作用还是接触变质和区域变质两大类，其次是混合岩化作用。

变质岩是组成地壳的主要岩石类型之一。在变质作用中，由于温度、压力和具有化学活动性流体的影响，在基本保持固态条件下，原岩的化学成分和结构构造发生不同程度的变化。变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、定向构造（如片理、片麻理等）和由变质作用形成的特征变质矿物如蓝晶石、红柱石、矽线石、石榴石、硬绿泥石、绿帘石、蓝闪石等。

在自然界中，我们可以见到积雪在自身重压作用下，它的底层会转化成冰的现象。松软的雪和坚固的冰在成分上是一样的，但结构却是不同的。变质岩的形成过程和雪转化成冰的过程是相似的。具体说来就是地壳中已经形成的岩石因受温度、压力及化学活动性流体的影响，其原岩组分、矿物组合、结构、构造等发生转化即形成多种不同类型的变质岩，这种转变基本是在固态下完成的，这种变化就称之为变质作用。变质岩就是由变质作用所形成。

3.2.3.5 变质岩的化学特征及结构构造

1.变质岩的化学特征

变质岩的化学特征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。在变质岩的形成过程中，如无交代作用，除H₂O和CO₂外，变质岩的化学成分基本取决于原岩的化学成分；如有交代作用，则既决定于原岩的化学成分，也决定于交代作用的类型和强度。变质岩的化学成分主要由SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、H₂O、CO₂及TiO₂、P₂O₅等氧化物组成。由于形成变质岩的原岩不同、变质作用中各种性状的具化学活动性流体的影响不同，变质岩的化学成分变化范围往往较大。例如，在岩浆岩（超基性岩—酸性岩）形成的变质岩中，SiO₂含量多为35%～78%；在（石英砂岩、硅质岩）形成的变质岩中，SiO₂含量可大于80%；而原岩为纯石灰岩时，则可降低至零。在变质作用中，绝对的等化学反应是没有的。在变质反应过程中，总是有某些组分的带出和带入，原岩组分总是要发生某些变化，有时则非常显著。在通常的变质反应中，经常发生矿物的脱水和吸水作用、碳酸盐化和脱碳酸盐化作用。这些过程，除与温度、压力有关外，还和变质作用过程中H₂O和CO₂的性状有关，其他化学组分，在不同的温度、压力以及外界组分的影响下，常表现出不同程度的活动性。例如，在接触交代变质作用过程中，在侵入体和围岩之间，通过双交代作用可形成。在区域变质作用过程中，岩石化学组分的稳定程度，有时可用化合物（硅酸盐、氧化物、硫化物等）的生成热来表示。一般说，生成热越高，这一化合物也越稳定。硫化物的生成热是较低的，氧化物和硅酸盐的生成热比硫化物高。因此，在区域变质作用过程中，当温度升高时，亲石元素（包括主要造岩元素K、Na、Fe、Mg、Al、Si）保持其稳定；而亲铜元素则根据它们本身的特性，呈现出不同的活动性。这一情况也部分地解释了在区域变质作用过程中，岩石的主要造岩元素可以保持不变或稍有变化的原因。

2.变质岩的结构特征

（1）变余结构。是由于变质结晶和重结晶作用不彻底而保留下来的原岩结构的残余。用前缀“变余”命名，如变余砂状结构、变余辉绿结构、变余岩屑结构等，根据变余结构，可查明原岩的成因类型。

（2）变晶结构。是岩石在变质结晶和重结晶作用过程中形成的结构，常用后缀“变晶”命名，如粒状变晶结构、鳞片变晶结构等。按矿物粒度的大小、相对大小，可分为粗粒（>3mm）、中粒（1～3mm）、细粒（<1mm）变晶结构和等粒、不等粒、斑状变晶结构等；按变质岩中矿物的结晶习性和形态，可分为粒状、鳞片状、纤状变晶结构等；按矿物的交生关系，可分为包含、筛状、穿插变晶结构等。少数以单一矿物成分为主的变质岩，常以某一结构为其特征（如以粒状矿物为主的岩石为粒状变晶结构、以片状矿物为主的岩石为鳞片变晶结构），在多数变质岩的矿物组成中，既有粒状矿物，又有片、柱状矿物。因此，变质岩的结构常采用复合描述和命名，如具斑状变晶的中粒鳞片状变晶结构等。变晶结构是变质岩的主要特征，是成因和分类研究的基础。

（3）交代结构。交代结构是由交代作用形成的结构，用前缀“交代”命名，如交代假象结构，表示原有矿物被化学成分不同的另一新矿物所置换，但仍保持原来矿物的晶形甚至解理等内部特点；交代残留结构，表示原有矿物被分割成零星孤立的残留体，包在新生矿物之中，呈岛屿状；交代条纹结构，表示钾长石受钠质交代，沿解理呈现不规则状钠长石小条等。交代结构对判别交代作用特征具有重要意义。

（4）碎裂结构。碎裂结构是岩石在定向应力作用下，发生碎裂、变形而形成的结构，如碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构等。原岩的性质、应力的强度、作用的方式和持续的时间等因素，决定着碎裂结构的特点。

3.变质岩的构造特征

变质岩构造按成因分为变余构造和变成构造。

（1）变余构造。指变质岩中保留的原岩构造，如变余层理构造、变余气孔构造等。

（2）变成构造。指变质结晶和重结晶作用形成的构造，如板状、千枚状、片状、片麻状、条带状、块状构造等。