钙镁硅酸盐变质岩类是怎样的?

易金矿业网 2023-03-06 16:18 编辑:admin 168阅读

变质岩石学的著作和文献中的钙硅酸盐变质岩(calc-silicate metamorphic rock),在本手册中改称为钙镁硅酸盐变质岩(calc-magnesium-silicate metamorphic rock)。这一名称的改变是基于下列原因:①岩石的化学成分并不只是富含钙和硅而是富含钙、镁、硅和铝,还含有不定量的铁、钾和钠的组分;②属于钙硅酸盐的矿物仅有硅灰石,且只有在高温低压的变质条件才能形成,它在区域变质岩石中很少出现,并不具有代表性。而透闪石、透辉石等钙镁硅酸盐矿物在中低、中高变质的该类岩石中分布较广泛。据上所述,它是富含钙、镁、硅、铝组分的变质岩石,但为了不使该类岩石的名称过于冗长(如钙镁铝硅酸盐变质岩),也为了更全面地认识和鉴定这类岩石,而将其改称为钙镁硅酸盐变质岩。

(一)概述

钙镁硅酸盐变质岩类的化学成分富钙、镁、硅和铝,其次还含有铁、钾和钠等组分,有时还含有碳质。其原岩类型以富含碳酸盐矿物的泥灰岩、钙质泥岩为主,也有钙质砂岩,是碳酸盐岩与泥质岩和陆源碎屑岩之间过渡类型的岩石,泥灰岩往往在碳酸盐岩中呈夹层或互层产出。在变质岩石中,钙镁硅酸盐变质岩中的钙质板岩、钙质千枚岩、钙质片岩、钙镁硅酸盐岩是大理岩和泥质变质岩之间过渡类型的岩石,而石英方解透闪岩、透闪石英透辉岩等变质岩是大理岩和长英质变质岩之间过渡类型的岩石。随着岩石中碳酸盐矿物增加,钙镁硅酸盐变质岩向含有杂质的大理岩渐变过渡;随着石英含量增加,而向石英岩过渡;随着岩石中云母类矿物增加,向钙质绢云千枚岩和钙质云母片岩逐渐过渡。

钙镁硅酸盐变质岩的主要岩石类型为钙质板岩、钙质千枚岩、钙质片岩、钙镁硅酸盐片岩、钙镁硅酸盐片麻岩(钙质片麻岩)和钙镁硅酸盐岩(块状构造)。钙镁硅酸盐变质岩以方解石(或白云石)等碳酸盐矿物含量<50%而与大理岩相区别;以岩石中含有20%~50%的方解石(或白云石)的钙质千枚岩和钙质片岩,而与泥质变质岩中的钙质绢云千枚岩和钙质云母片岩相区别;以岩石中石英含量<50%,而与长英质变质岩中的石英岩和石英片岩相区别;以岩石中富含钙镁、钙铝的硅酸盐矿物(如透闪石、透辉石、帘石类、中基性斜长石、钙铝榴石等),而与其他变质岩石相区别。

1.矿物

由于钙镁硅酸盐变质岩石中化学成分的种类较多,其含量变化也较大,致使钙镁硅酸盐变质岩石中的矿物较复杂,其常见的矿物分述如下。

钙镁硅酸盐矿物:透闪石、透辉石及钙质角闪石(含有铁和铝);钙硅酸盐矿物:硅灰石;钙铝硅酸盐矿物:钙铝榴石、黝帘石(或斜黝帘石)、钙长石、珍珠云母、符山石和绿帘石(含有铁和镁);含有钾、钠、钙的铝硅酸盐矿物:云母(绢云母、白云母)、斜长石、钾长石、方柱石。

此外,钙镁硅酸盐变质岩石中还含有石英、方解石(或白云石)、绿泥石、黑云母、榍石、碳质和石墨等矿物。

当原岩中碳酸盐矿物含量大于其他组分时,在脱碳酸的变质反应中方解石、白云石中的钙、镁与原岩中的硅、铝、铁等组分相结合,形成钙镁、钙铝的硅酸盐矿物后还剩余有一定量方解石、白云石,但这些碳酸盐矿物在岩石中含量<50%。若原岩中碳酸盐矿物含量较少时,它们与岩石中其他组分在变质反应中被全部消耗掉,致使钙镁硅酸盐变质岩石主要由钙镁、钙铝等硅酸盐矿物和其他的矿物组成,在岩石中不含有方解石(白云石)。综上所述,在钙镁硅酸盐变质岩石中,碳酸盐矿物含量变化较大,在0~50%之间。致使有的岩石中碳酸盐矿物较多,但有的岩石中则很少,甚至没有。在低级变质的钙质板岩、钙质千枚岩及由云母、石英、方解石(白云石)少量绿泥石和长石等矿物组成的钙质片岩中,由于钙镁、钙铝等变质矿物较少,原岩中碳酸盐矿物的钙和镁组分很少被消耗,大都以方解石(白云石)矿物存在于岩石中,其含量变化在20%~50%之间。

钙镁硅酸盐变质岩石的矿物大多呈浅色,肉眼鉴别这些矿物较困难,其中透闪石和硅灰石大多呈白色和灰白色的长柱状矿物,具完全的柱面解理(它们之间的特征和区别可参阅大理岩中的有关描述内容)。透辉石多呈浅绿色,粒状,具辉石式两组近正交解理。钙铝榴石呈浅黄色、蜜黄色、浅黄绿色,粒状,无解理。显微镜下为正高突起,正交偏光镜下呈均质性。偶尔有光性异常的一级灰白或黄白干涉色,并具有环带和双晶。

绿帘石呈草绿色、黄绿色及深绿色,粒状或柱状,具两组完全解理。显微镜下呈颜色不均匀的浅黄绿色,正高突起,横切面的两组解理夹角在65°,比辉石的解理夹角小而比角闪石的稍大些。具有不均匀的鲜艳而又明亮的二级―三级彩色干涉色,柱状切面平行消光,其他切面斜消光,延性可正可负,二轴晶负光性。黝帘石等浅色矿物肉眼不易辨认,呈灰色、灰白和浅绿色的粒状或柱状晶体,具两组完全解理。显微镜下无色,正高突起,干涉色一级灰白或具有灰蓝、靛蓝的异常干涉色,平行消光,延性可正可负,二轴晶正光性。如为斜消光,则属斜黝帘石。上述特征可与辉石和绿帘石相区别。

2.结构构造

钙镁硅酸盐变质岩类中的矿物和组构,在不同变质岩石中具有不同的特征。在钙质板岩和钙质千枚岩中多为变余泥质结构和显微鳞片粒状变晶结构,具有板状、千枚状构造;由云母、石英、碳酸盐矿物所组成的钙质片岩中,多为细粒片状粒状或粒状片状变晶结构,片状构造;主要由钙镁、钙铝硅酸盐矿物组成的钙镁硅酸盐变质岩石,其结构大多为粒状柱状(或柱状粒状)和粒状变晶结构,岩石具有片状、片麻状、块状和条带状构造。岩石中原岩的层理残留时,可形成变余层理构造。

(二)主要岩石类型

钙镁硅酸盐变质岩类的主要岩石类型有钙质板岩类、钙质千枚岩类、钙质片岩类、钙镁硅酸盐片岩类、钙镁硅酸盐片麻岩类(钙质片麻岩)和钙镁硅酸盐岩类,应加以说明的是,前人所说的钙质片岩(广义的钙质片岩),包含了本手册的钙质片岩(狭义的钙质片岩)和钙镁硅酸盐片岩这两类具有片状构造的岩石,钙镁硅酸盐变质岩类的特征和命名分述如下。

1.钙质板岩类

钙质板岩(calcic slate)多呈灰黄色、土黄色、浅灰绿色,当含有碳质时则呈深灰色和黑色。其矿物是显微晶质和隐晶质的碳酸盐矿物。但由于其粒径十分细小,在显微镜下也经常不易区别,较简便的方法是,在标本上用稀盐酸观察其发生气泡程度测试其是方解石还是白云石,碳酸盐矿物的含量为20%~50%。其他还有隐晶质的粘土矿物。还含有少量新生变质矿物绢云母和绿泥石。在岩石中也含有一些石英(为主)和长石的粉砂粒。具有变余泥质结构和显微-隐晶质片状粒状变晶结构,板状构造,有原岩层理构造的残留,形成变余层理构造。层理与板理有时平行也有斜交。钙质板岩的命名原则是:

颜色+新生变质矿物(前少后多)+(碳酸盐矿物或钙质)+板岩如灰黄色绢云方解板岩。当碳酸盐矿物不能辨别其是方解石还是白云石时,可笼统称为“钙质”。在肉眼鉴别时,由于岩石中矿物颗粒十分细小,不能辨认,也可笼统命名为:

颜色+钙质+板岩如灰黄色钙质板岩。钙质板岩的特征和命名参阅表3-14。

注:具有块状构造细粒变晶结构的钙镁硅酸盐变质岩石,相当于以前的钙硅酸盐变粒岩。

钙质板岩与泥质变质岩中的钙质泥质板岩的区别是,钙质板岩中含有碳酸盐矿物(其含量为20%~50%),是岩石的主要矿物之一。而钙质泥质板岩中碳酸盐矿物含量5%~20%。

2.钙质千枚岩类

钙质千枚岩(calcic phyllite)多呈灰黄色、土黄色和灰绿色,当含有碳质时,多呈深灰色和灰黑色。钙质千枚岩与钙质板岩不同的是,前者的矿物已全部结晶,在显微镜下已能鉴别,但由于矿物粒径细小(<0.1 mm),肉眼仍不能辨认,具千枚状构造。而钙质板岩中矿物结晶程度低,部分为隐晶质的粘土和碳酸盐矿物,岩石具板状构造。

矿物主要是绢云母、绿泥石、碳酸盐矿物、石英和长石等。其中碳酸盐矿物主要是方解石或白云石,它们在岩石中的含量20%~50%,这也是钙质千枚岩的主要特征,有时方解石(或白云石)呈变斑晶产出,在钙质千枚岩的表面呈突出的小斑点或小凹坑。

岩石的结构有显微鳞片状粒状(或粒状鳞片状)变晶结构及方解石(或白云石)呈变斑晶时的斑状变晶结构。由绢云母和绿泥石等片状矿物连续定向排列形成千枚状构造,在岩石的表面,具有较弱丝绢光泽,这是由于岩石中含有较多的碳酸盐矿物,致使其表面的丝绢光泽较弱。肉眼看似为千枚状板岩或板状千枚岩,但在显微镜下观察,岩石中的矿物已全部重结晶,应属千枚岩类。在露头及标本上借助放大镜可见闪闪发亮的碳酸盐矿物的解理面,可通过简单测试方法(用稀盐酸),获知岩石中含有方解石(或白云石)。岩石常见变余层理构造。钙质千枚岩的命名原则是:

颜色+新生变质矿物(前少后多)+(碳酸盐矿物或钙质)+千枚岩如灰黄色绢云方解千枚岩(照片3-139)。但由于钙质千枚岩中矿物颗粒十分细小肉眼不能辨认,也可笼统命名为:

颜色+钙质+千枚岩

如灰黄色钙质千枚岩。钙质千枚岩的特征和命名参阅表3-14。

钙质千枚岩与泥质变质岩的钙质绢云千枚岩主要区别是前者含有20%~50%的碳酸盐矿物,其岩石的千枚状面理上的丝绢光泽较弱;而泥质变质岩的绢云千枚岩中碳酸盐矿物含量为5%~20%时,可定名为钙质绢云千枚岩,是钙质千枚岩与绢云千枚岩的过渡类型的岩石。

3.钙质片岩类

钙质片岩(calcic schist狭义的钙质片岩)多呈灰黄色、浅灰绿色,当含有碳质时,可呈灰黑色。钙质片岩与钙质千枚岩的区别是前者的矿物粒径>0.1 mm,借助放大镜肉眼已能辨认矿物,且具有片状构造。其矿物主要有白云母、黑云母、方解石(或白云石)、石英,有时有绿泥石、酸性 中性斜长石。也可含有少量绿帘石、斜黝帘石、阳起石(或透闪石等其他钙质角闪石)等钙镁、钙铝硅酸盐矿物。其中碳酸盐矿物在岩石中的含量20%~50%,在露头和标本上可观察到岩石中有很多闪闪发亮的粒状碳酸盐矿物的解理面。

岩石的结构是片状粒状(或粒状片状)变晶结构,云母、绿泥石等片状矿物连续定向排列构成片状构造,有时岩石中片状矿物或碳酸盐矿物相对集中构成条带状构造,也常见变余层理构造。钙质片岩的命名原则:

颜色+次要矿物(前少后多)+(碳酸盐矿物或钙质)+片岩

如灰色绿泥二云方解片岩,另外还有云母石英方解片岩等岩石(照片 3 140,141, 142)。如碳酸盐矿物不能确定时,其命名原则:

颜色+次要矿物(前少后多)+钙质片岩

如灰色绿泥二云钙质片岩。钙质片岩的特征和命名参阅表3-14。

当岩石中碳酸盐矿物含量为5%~20%,且以云母类矿物为主(>30%)时,则该岩石属于泥质变质岩的钙质云母片岩类,可命名为方解(白云石)云母片岩或钙质云母片岩,是钙质片岩与云母片岩之间过渡类型的岩石。在这里还需强调指出的是钙质片岩中云母的含量可能>30%,但由于岩石中含有20%~50%的方解石(或白云石),它应属于钙质片岩,本手册命名为云母方解片岩(或云母钙质片岩),而与泥质变质岩中的方解云母片岩(或钙质云母片岩)相区别。

4.钙镁硅酸盐片岩类、钙镁硅酸盐片麻岩类和钙镁硅酸盐岩类

钙镁硅酸盐片岩(calc-magnesium-silicate schist)、钙镁硅酸盐片麻岩(calcmagnesium-silicate gneiss)和钙镁硅酸盐岩(calc-magnesium-silicate rock)不仅矿物较复杂,且矿物的含量变化很大。主要由钙镁、钙铝硅酸盐矿物组成,它们是透闪石(或其他钙质角闪石)、透辉石、钙铝榴石、中 基性斜长石、黝帘石、斜黝帘石、绿帘石和方柱石,较少见的有硅灰石、珍珠云母、符山石等。岩石中常含有不定量的石英、白云母、黑云母和方解石(或白云石),尤其是方解石(或白云石)和石英在岩石中的含量变化在0~50%之间。在一些钙镁硅酸盐岩石中,方解石(或白云石)经常少于10%,甚至为零。在有些岩石中,还含有一定量的石墨,形成石墨钙镁硅酸盐片岩(片麻岩),或石墨钙镁硅酸盐岩。当上述岩石中石墨含量>3%,并有一定规模可成为具有经济价值的石墨矿床。

岩石的结构主要有柱状粒状(或粒状柱状)变晶结构,当有的矿物呈变斑晶产出时则形成斑状变晶结构。常见的是块状构造、片状构造和片麻状构造(岩石中片、柱状矿物连续和不连续定向分布)。岩石中某些矿物相对集中呈互层状产出,可形成条带状构造。在野外常见钙镁硅酸盐变质岩与大理岩呈细薄层互层产出,由于两种岩石抗风化程度的差异,大理岩薄层中碳酸盐矿物易风化而呈凹层,钙镁硅酸盐变质岩层中的钙镁、钙铝硅酸盐矿物抗风化较强而呈凸层,在露头上两者形成凸凹薄层相间,形如暖气片状的变余层理构造(或条带状构造)。

由于钙镁硅酸盐变质岩的矿物十分相似,进一步划分岩石类型主要是以构造特征作为岩石的基本名称。其主要的岩石类型有钙镁硅酸盐岩(块状构造)(照片3-143,144,145,146,147,148)、钙镁硅酸盐片岩(片状构造)(照片3-149,150)和钙镁硅酸盐片麻岩(片麻状构造),也称钙质片麻岩(照片3-151,152),上述岩石的特征和命名参阅表3-14。

钙镁硅酸盐片岩,前人也称为钙质片岩。其与上述钙质片岩(主要矿物是云母、石英、碳酸盐矿物(20%~50%)为主的具片状构造的岩石)的主要区别是:其主要矿物是由钙镁、钙铝等硅酸盐矿物组成,云母类矿物含量少,岩石中方解石(或白云石)的含量变化很大在0~50%之间。前人所说的钙质片岩(广义),实际上包含了钙镁硅酸盐片岩和岩石中方解石(或白云石)的含量为20%~50%,而其他矿物是由白云母、黑云母、绿泥石、石英、长石等组成的钙质片岩。考虑到这两种片岩的矿物有较大的差别,且两者的变质程度也不同,钙镁硅酸盐片岩以中级变质为主,有时可达高级,而钙质片岩以低级变质为主,有时可达中级。所以,本手册将前一类岩石命名为钙镁硅酸盐片岩,后一类岩石归属钙质片岩(狭义),以便将两类岩石区分开。

具有片麻状构造的钙镁硅酸盐片麻岩,也称为钙质片麻岩。其与长英质变质岩中的长石片麻岩和富铝片麻岩之间的区别是,岩石中主要由钙镁、钙铝等硅酸盐矿物组成,斜长石含量不定,有的钙镁硅酸盐片麻岩中甚至不含长石,其与后两类片麻岩在矿物上差别很大,较易区别。

具有块状构造的钙镁硅酸盐岩的矿物和组构特征,与接触变质作用形成的钙镁硅酸盐角岩和由气液变质作用形成的矽卡岩十分相似,从岩相学特征上要将上述不同成因的岩石区分开很困难。涂光炽,1977.在第一届全国成岩成矿实验及矿物包裹体学术交流会议上的报告。涂光炽(1977),赵斌(1989)曾将钙镁硅酸盐岩归属为由区域变质作用形成的矽卡岩。由于矽卡岩和钙镁硅酸盐岩的地质成因明显不同,本手册没有接受这一提议,并认为对上述岩石的命名,必须以野外地质产状为岩石的基本名称(如角岩、矽卡岩)的主要依据。

对区域变质作用或不能确定变质作用类型的钙镁硅酸盐变质岩石的命名原则是,当岩石具片状构造时:

颜色+次要矿物(前少后多)+主要矿物+片岩

如灰白色透闪方解透辉片岩。当岩石具片麻状构造时:

颜色+次要矿物(前少后多)+主要矿物+片麻岩

如灰白色石榴钙长透辉片麻岩。当岩石具块状构造时:

颜色+次要矿物(前少后多)+主要矿物+岩

如灰白色石榴钙长透辉岩(具有细粒变晶结构的这类岩石,程裕淇等(1963)命名为钙硅酸盐变粒岩)。

在上述岩石定名中的主要矿物是岩石中含量最多的矿物。应强调指出的是在钙镁硅酸盐变质岩石中即使是石英含量最多,也不能将其作为主要矿物参加命名,而应以含量次多的矿物作为主要矿物命名,以避免与长英质变质岩石中的石英岩(或石英片岩)相混淆。例如钙镁硅酸盐变质岩的矿物有透闪石(25%)、透辉石(35%)和石英(40%),如按岩石的命名原则应定名为透闪透辉石英岩(或石英片岩)。从这一岩石命名应属长英质变质岩中的石英岩类(或石英片岩),这类岩石中的石英含量应>50%,这一情况与实际情况不附。正确的岩石命名应是:透闪石英透辉岩(或片岩)。这一名称属钙镁硅酸盐变质岩类。

(三)钙镁硅酸盐变质岩类的递增变质作用

原岩为泥灰岩、钙质泥岩经低级变质作用形成板状、千枚状构造的钙质板岩和钙质千枚岩(照片3-139),矿物主要为方解石(或白云石),绢云母、绿泥石、石英和斜长石。随着变质作用的加强,形成具有片状构造的钙质片岩,其矿物中出现白云母、黑云母,绿泥石、方解石(或白云石)、石英和酸性斜长石,有的钙质片岩中还含有少量钙质角闪石(透闪石、阳起石)、绿帘石等矿物(照片3-140,141,142)。中级变质条件,绿泥石和绿帘石消失,斜长石以中 基性斜长石为主,出现透闪石(及其他钙质角闪石)、钙铝榴石、透辉石、黝帘石并含有不定量的方解石(或白云石)、石英和白云母、黑云母等矿物,中级变质的岩石是钙质片岩(照片3-142)和钙镁硅酸盐片岩(照片3-149,150)及其片麻岩(照片3-151,152)和钙镁硅酸盐岩(照片3-143,144)。高级变质条件,斜长石成分为钙长石含量较高的基性斜长石,常与钙铝榴石、透辉石、石英、方解石(或白云石)等矿物共生产出,其中基性斜长石常被方柱石置换(照片3-145,146,147,148),在低压条件下,有时可出现硅灰石,高级变质的岩石为钙镁硅酸盐片岩、片麻岩和钙镁硅酸盐岩。

钙镁硅酸盐变质岩类在低级、中级及高级变质条件下的矿物和典型岩石参阅表3-15。

表3-15 钙镁硅酸盐变质岩类在递增变质作用的矿物和典型岩石

中 高级变质的钙镁硅酸盐变质岩石中常含有石墨,形成含有石墨的钙镁硅酸盐变质岩石,往往与含石墨的大理岩、长石片麻岩和石墨石英片岩等岩石共生产出。我国黑龙江、内蒙古、山东、河南等地的石墨矿床,主要产于上述各类变质岩石中。

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