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泰山，五岳之首。古迹名胜，久闻天下。每当列车途经泰安，旅客们总是凭窗远眺，以倾慕崇敬的心情注视着一座座黝黑而雄伟的峰峦。中外旅游者认为有机会登泰山、上南天门，一览齐鲁壮观乃平生快事。 五台山，誉称北岳，为我国著名的佛教圣地之一，古刹名园，比比皆是；青峰翠峦，逶迤不绝。欲朝山进香的善男信女们固然希望到此顶礼膜拜以如愿，就是一般游客，又何尝不思慕此间的高峰绝境而登临寻幽呢！ 说来也巧，从地质学角度看，这“两岳”都是由变质岩系构成的山势。早在上世纪末至本世纪初，就吸引了一些外国地质学家，他们怀着猎奇的心情，在游山玩水中登跋泰山、五台山等地考察地质，他们在这些地质构造复杂、岩石性质多变的地层间发现了这“两岳”原是中国最古老的地层所在地，或者说，是我国大陆的核心部分，属于地球历史早期的大古代和元古代的产物。从此以后，要研究变质岩的岩石学家、要研究地质发展史的地层学家、要研究变质岩系中特殊地质构造的构造地质学家们，都纷纷登上泰山和五台山，发掘研究课题，开辟研究领域，提出地质上的许多新发现或新见解，丰富了地质学的内容。一直到今天，这“两岳”仍然是研究变质岩地质的理想之地，每年吸引不少自教授专家至青年学生们络绎不绝地来“朝觐”。其中也就包括了怀着不同目的的地质旅行者在内，可见在变质岩地区的地质考察也是地质旅行的重要内容之一。 既然变质岩是指沉积岩、火成岩或已变质过的岩石经过变质作用而来的岩石，那么，什么叫“变质作用”呢？这是由于地球内部的高温、高压，在新的物理和化学条件下会使岩石中的矿物成分和结构、构造等方面改造和转变。或者说，地球的内力使岩石改造并发生变化，称为变质作用。这种变质作用的具体特点，主要是通过岩石中所含矿物的变化，比如重新结晶、物质成分的迁移或重新组合，结构和构造的变化等等而表现出来。因此，凡经过变质作用而形成的岩石，就称为变质岩。至于另一种由于岩石暴露地表，发生风化作用，使岩石中的某些矿物发生变化（包括成分的改变），这类岩石不能称为变质岩。 正因为变质岩的主要原岩来自沉积岩和火成岩两大类，因此变质岩也就划分为两大类型，由沉积岩经变质作用而形成的变质岩称为副变质岩；而由火成岩经变质作用而形成的变质岩称为正变质岩。 怎样认识变质岩？ 首先要从岩石的矿物成分中认识有无变质矿物的存在，常见的变质矿物（若干则通过显微镜鉴定）有以下几种： ①富铝矿物：刚玉。 ②富含铝的硅酸盐矿物：红柱石、蓝晶石、硅线石、叶蜡石、十字石、硬绿泥石、硬玉。 ③碱质或钙质铝硅酸盐矿物：浊沸石、方柱石、钠云母、绢云母。 ④钙铝质硅酸盐矿物：帘石类、符山石、葡萄石、硬柱石等。 ⑤含铝的铁镁质硅酸盐和铁镁质铝硅酸盐矿物：铝石榴石、绿泥石、蓝闪石等。 ⑥铁镁质硅酸盐矿物：滑石、蛇纹石、硅镁石等。 ⑦钙镁质和钙质硅酸盐矿物：透闪石、阳起石、硅灰石等。 ⑧碳质矿物：石墨。 必须说明，上述各种矿物主要是存在于变质岩中，但沉积岩与火成岩中也可能存在，只是存在于变质岩中的这些矿物，有如下特点：①数量显著增加；②广泛地发育成纤维状、鳞片状、长柱状、针状等，并有规律地作定向排列；③变质岩中所含的石英和长石有些具有较为发育的裂纹，而沉积岩或火成岩中的石英和长石无此种现象。 其次，要从变质岩的结构和构造去认识，也就是观察变质岩组分的形状、大小和其相互关系，以及它们在空间排列和分布上所反映的岩石构成方式，着重于矿物个体在方向和分布上的特征。 变质岩的结构基本上有4种情况： ①破碎结构：当原岩在定向压力作用下，持续到超过弹性极限时，使矿物发生弯曲、变形。如压力再增加，超过其强度极限，则发生破裂。根据其破碎程度，从颗粒裂碎到粉末均有，不过太小的粉粒，肉眼是无法辨认了。 ②变晶结构：在高温、高压之下，矿物发生重新结晶，其表现的特点是：晶体不完整或严重变形。 ③残余结构：重结晶作用不完全时，可以保留部分原岩的结构。 ④交代结构：原岩中的矿物被新矿物取代。 不过，在以上四种变质结构中，前两种可以肉眼观察；后两种多在显微镜下观察，不宜野外运用。 至于变质岩的构造，就其重要意义来说，是野外识别变质岩的关键手段之一，或者说，是认识变质岩的重要标志，野外工作时，务必熟练掌握。其基本特征与类型有以下几种： ①变余构造：原岩虽经变质，但仍有一部分未受“变质”，保存原岩的构造特点。例如熔岩中的气孔构造、流纹构造；沉积岩中的层理构造、波痕构造等。 ②变质构造：岩石经过变质作用以后而生成的特殊构造。这是识别变质岩最重要、最常见的一种构造，有以下几类： A.斑点状构造：受变质的岩石中，由于某些成分的局部聚集，产生2毫米左右大小的斑点。这些成分有碳质、硅质、铁质或某些变质矿物（如红柱石、堇青石等）。如果变质程度增高，则此类斑点经重结晶而变成斑晶，若其形体增大时，可在岩石中形成瘤状构造。B.板状构造：岩石在经受变质时，由于应力作用，出现一组平行的裂开面，使整块岩石如木板覆叠。每个裂开面上，平整光滑，如板岩所见（图6.1）。C.千枚状构造：岩石内的矿物发生重结晶作用，一方面可见这些矿物具有定向排列，另一方面又使整块岩石呈现出薄片状构造，在片理面上，平整光滑并发出丝绢状的光泽。有时，在千枚状构造的岩石上可见小型的挠曲或褶皱现象。一般来说，千枚状构造比板状构造的变质程度要深一些，如千枚岩（图6.2）。D.片状构造：岩石内的矿物具有明显的变质晶体，形成鳞片状、柱状，并作定向排列和分布，沿片理面劈削成薄板状特征。其变质程度又较千枚岩深一步，如片岩（图6.3）。E.片麻状构造：岩石具有显晶质的变晶结构，以粒状变晶矿物为主，间以鳞片状、柱状的变晶矿物，作断断续续的定向排列和分布，故在块体的标本上可见片理特点，它往往是由侵入岩变质而来。最典型的就是片麻岩（图6.4）。F.条带状构造：岩石由不同矿物，不同结构，或其他不同部分的成分形成条带状分布，如暗色矿物形成的条带状大理岩（图6.5）、条带状的磁铁石英岩等。 在上述构造中，特别是板状、千枚状、片状、片麻状这几种外貌特征是变质岩中最多、野外也最容易识别的构造。总之，变质岩的构造是认识变质岩的最重要标志。 各种变质岩的存在条件，几乎跟它们的变质作用的类型有密切关系，换句话说，如果在野外工作时，能识别出变质作用的类型，那么也就大体上能估计出其中有哪些具体的变质岩的种类了。 何谓变质作用的类型？主要是根据地质成因和变质作用的因素来考虑变质作用的格局，实际上，也包括了变质作用的规模。其类型大体上划分为四种，都是野外常遇到的。 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。它的分布范围局部，附近一定有侵入体。 ②动力变质作用。这是由于地壳构造运动所引起的、使局部地带的岩石发生变质。特别是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因为在强大的、定向的压力之下而造成的，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。就岩石而言，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，于是在某些局部地段，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。 其实，对于野外地质旅行者来说，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。因此，熟悉变质岩的名称，也就围绕这些变质作用有关的变质岩就足够了，兹简述如下。 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。 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。 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。 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、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。 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。 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。 石英岩：几乎整个岩石均由石英组成，浅色、粒状。一般作块状构造，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。 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，给人们想像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逗人喜爱的景名——潇湘夜雨、千峰夕照、平沙落雁等等。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。而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。 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。 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两部分组成。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、眼球状混合岩等等。 在认识变质作用的基础上，掌握了能够鉴定变质岩名称的方法以后，当我们在旅行路线上遇到变质岩时，就可以进一步做些变质岩的初步调查或研究工作了。现就不同的变质区如何开展工作问题，简述如下： （1）热接触变质岩区的工作。 热接触变质岩区也就是侵入体与围岩相接的地带。 在这里，首先要穿越接触带的剖面，也就是决定一条从侵入体到未变质围岩之间的路线，观察侵入体的岩石名称及其岩性；观察围岩受侵入体的接触变质的影响——出现何类变质岩，其岩性特点，变质矿物，有否成矿的条件和可能，接触带上有无断裂之类的构造控制？未变质岩石的名称及其岩性，围岩属于哪个地质时代？侵入体属于哪个地质时代？等等。 把这许多必须了解的内容，作沿途记录，作剖面示意图，采集有代表性的标本以及摄影或素描。 如果交通、人力、物力、时间条件允许的话，可作再详细一些的观察，诸如追索接触带在面上分布的范围，观察蚀变晕圈的发育情况。 再进一步，还可根据变质矿物的组合关系，划分出蚀变的相带——即内带、中带、外带。同时还可研究热变质岩石与原岩性质的关系，甚至注意多期变质的叠加作用，不同变质带上所赋存的矿产关系。 （2）区域变质区的工作。 由于区域变质作用而产生的变质岩分布面积广阔，岩石情况亦特别复杂，而且其间的褶皱、断裂等构造又十分发育，因此，在这里工作的难度也较大。 首先，当我们根据地层走向选择剖面线以后，在旅途行进中，要像研究沉积岩层那样，注意各变质岩层的上下层序关系，即排除由于褶皱或断层的干扰，恢复其原来的正常层位。当然，这项工作往往不是穿越一条剖面就能“一次性”成功的，而要多几条剖面相互比较才能接近正确。 其次，在观察剖面过程中，要恢复原岩的性质——是沉积岩还是火成岩。如果确定为沉积岩，再进一步判断其原岩的名称，并运用研究沉积岩的办法，研究它们的沉积旋回、沉积建造的特征。注意地层间的不整合、假整合等有助于划分层序的接触关系。努力搜寻其中浅变质岩系（例如板岩）里的化石痕迹，一旦若有发现，并能确定其鉴定价值，便能牵动全局，整个变质岩系的时代及各套岩层的层序也许能迎刃而解。例如笔者等在本世纪60年代初期在江西南部“龙山群”（前泥盆纪的地层）变质岩系地区工作时，一个多月过去了，还没有搞清楚它们的层序关系。后来，有位学生在一处浅变质的板岩中找到一些笔石碎片，带队的教师很受启发，认为这是揭开此间变质岩系时代之谜的重要线索，于是专门组织队伍，就在出现笔石碎片的上下层地段，分段包干，着力搜寻。通过“顺藤摸瓜”的办法，终于在这里的几个岩层中找到了保存相当完整而精美的笔石（图6.7），经鉴定，属于早奥陶世的种类，从而结合岩性、层位的接触关系，大致确定了自寒武纪至奥陶纪的各个大的层位。后来，又接连在寒武系下部的板岩中发现了海绵骨针化石（图6.8），从而又划分出震旦系地层。这样，几十年来，一直把厚达几千米甚至上万米的前泥盆纪变质岩系“龙山群”地层，分解为震旦纪、寒武纪、奥陶纪三个系，进而在各系内再分出若干组。 在分层基础上，结合岩性、岩相及沉积旋回的研究，初步摸清了早古生代时期此间原为“地槽区”。进而又证实了此间的花岗岩分属于两个不同时期形成的：一是志留纪晚期的“加里东花岗岩”；一是中生代的“燕山花岗岩”，而且此间的大量金属矿产与“燕山花岗岩”的入侵活动有关。 在研究区域变质岩系的时候，还可注意各类变质岩系的空间分布规律及其相互关系，注意不同岩石和矿物组合的关系，总之，注意变质程度和变质作用问题，并联系找矿标志和成矿规律。 （3）混合岩化区的工作。 首先要注意混合岩的基体和脉岩的特点，形态特征，交代作用等。注意混合岩化的强度带及其与区域构造（断裂带和褶皱带）作用的关系，甚至可以了解混合岩化的期次问题。 一般而言，混合岩化区的观察工作并非单独进行的，它是在研究区域变质岩区内的附带工作，因此，诸如矿产之类的问题，也都跟研究区域变质岩同样地进行了。 变质岩中的矿产，主要见于接触变质和区域变质两大类型中。 就接触变质而言，矽卡岩型的矿产最多，这是因为以碳酸钙为主要成分的石灰岩跟侵入体（特别是中性岩浆侵入）接触时，最容易发生化学交代作用，形成矿产。最常见的是铜、铅、锌等硫化矿床（如黄铜矿、闪锌矿、方铅矿）及刚玉等。硫化矿中多数还含有银矿及其他稀有元素矿产。 作为矽卡岩型矿床的伴生副矿物，最常见的有石榴子石、透辉石、透闪石、绿帘石、阳起石、矽灰石等，亦可算是找寻此类矿产的标志矿物。大理石也是此种变质矿产类型的特色。 至于区域变质岩系中的矿产，多存在于太古代及元古代的变质岩系之中，其中有规模巨大的铁矿以及石墨、磷、硼等矿产，部分地区尚有刚玉、石棉、矽线石、大理石等。 这里，特别提一下铁矿。这是距今20多亿年前变质岩系中的最引人注目的矿产，凡美国、加拿大、苏联（即前苏联）、澳大利亚、印度、南非以及我国鞍山地区等蕴藏的数以亿吨计的铁矿床均属此类。据估计，此类铁矿床占全世界铁矿总储量的80％以上，可见其重要性了。 为什么有这么多的铁矿埋藏在这些古老的（图6.9）变质岩系地层中呢？原来，当时出现一种微生物——铁细菌，成为造铁的“功臣”，它是一种需要氧气，但不要很多氧气的菌类生物。据研究，距今32亿～34亿年前的大气中尚缺乏氧气，仅由二氧化碳、甲烷、氢气等组成，具有高度的还原性。到了距今32亿～27亿年前形成的地层中，我们发现了蓝绿藻，说明它们能够摄取还原性大气层里的二氧化碳，通过叶绿素进行光合作用，放出游离氧，使大气层中逐渐增加了氧气，于是产生了铁细菌。它能把溶解于水中的氢氧化亚铁氧化成不溶于水的三氧化二铁，沉积于水中。其过程可用化学反应式表示之： 铁细菌分泌出不溶性铁质、硅质，在体外构成一层比自身大几倍甚至几十倍的“铁质皮鞘”，后者脱落以后，就沉积成铁矿。 水中的可溶性铁质，来源于远古时代火成岩的风化产物，在湿热气候条件下，这些可溶性铁质往往呈胶体状态，从陆地带到浅海里，生活在那里的铁细菌也就在海洋里造铁了。 |
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