不等粒变晶结构则是指矿物粒度大小不等的岩石结构,又可分为连续不等粒变晶结构和斑状变晶结构。
连续不等粒变晶结构是指矿物粒度在几个粒级内的分布量无一占优势。
这种结构通常见于多期变质岩和大部分交代变质岩石中。
如夕卡岩大部分是在早期接触热变质基础上叠加接触交代作用而成。
由于交代过程的多阶段性,流体又极为丰富,故某些矿物可以发育得较为粗大,但有的中等,有的则很细小,遂形成连续不等粒变晶结构。
斑状变晶结构是指组成岩石的矿物颗粒分属两个较为悬殊的粒度范围,通常较粗粒的矿物含量略低一些。
其中,较大的矿物叫变斑晶,小的叫变基质,简称基质。
变质矿物粒度的影响因素非常复杂,概括起来可有变质作用方式、岩石成分、成核速率、反应速率、生长速率、生长时间、温
压条件、流体状况等,这些因素又彼此互相制约。
杂质既可以促进颗粒生长,也可以阻碍晶粒界面迁移而抑制变晶生长(图4-2)。
流体的存在可以增进扩散而利于矿物生长。
2.变晶的晶习与形状
许多变质矿物有比较固定的结晶习性,称晶习。
矿物的晶习体现了矿物的外在三维空间的基本形状,如粒状、柱状、针状、纤状和板片状。
据组成岩石的矿物形状,可分为鳞片变晶结构、柱状变晶结构、纤状变晶结构和粒状变晶(又称花岗变晶)结构等。
不过,自然界中的岩石大多由多种形状的矿物共同组成,因而
复合性结构更为普遍。
如鳞片粒状变晶结构,即指主要由粒状矿物、其次由片状矿物组成的岩石结构。
对于粒度中等的岩石,可再考虑粒度要素,故称之为中粒鳞片粒状变晶结构,即把粒度要素加在形态要素之前。
有些特殊的结构名称仅适用于特定的岩石,如角岩结构,即专指接触热变质岩中与显微粒状变晶结构相当的岩石结构。
角闪石和黑云母等柱、片状矿物为岩浆岩和变质岩共有。
然而,在变质岩中,其延展率比岩浆岩中的高出2—3倍而长成柱状、纤维状、宽片状等,这是应力因素参与作用的结果。
在区域变质作用过程中,应力是一个非常活跃的因素。
应力的作用可使矿物柱面或层面上的组分溶解,溶解的组分迁移到柱体两端或叶片两侧的低压域内沉淀、生长,结果使柱体加长或叶片加宽。
生长速率大大高于成核速率可导致针状变晶和这一特殊的集合体形式,如束状、蝴蝶结状。
粒状矿物边界是针状体成核和生长的有利场所。
针状体进一步分散可形成蝴蝶结。
在斑点板岩、钙质片岩和变质火山岩中,角闪石常呈蒿束状。
矿物反应一停止,颗粒边界和形状将调整,以降低颗粒边界能。
矿物为了变得更稳定,便通过发育规则的界面来降低总表面积。
在单矿物岩中常出现的多边形变晶结构和交叉结构即是典型的调整结构。
交叉结构是指云母和角闪石等片、柱状矿物以不同方位相互交叉生长,反映了无应力状况下的生长,常是区域变质作用的构造后变晶,也见于接触热变质岩石中。
交叉结构是不同晶核向外生长导致晶面相互妨碍所致。
多边形变晶结构又称镶嵌变晶结构,其矿物颗粒间的接触界面平整,任何三矿物界面均以近等角度相交,每个矿物切面轮廓形似多边形。
在单矿物岩中,切面垂直所有晶界时任何三颗粒结合点的二面角多为120°,这也是相干生长的结果。
多边形结构的意义是;
①矿物边
界调整期间无应力作用;
②界面两侧矿物的表面能大体一致;
③相干生长的矿物已达力学平衡,但并不一定意味着达到了化学平衡。
复矿物岩和矿物各向异性很强的单矿物岩,任何三矿物的界面不以等角度汇聚,晶界也不一定平直,这乃是不同晶界的表面能差不同而产生的张力差异所致(图4—3)。
当一些片状或柱状矿物定向排列时,粒状矿物(尤其是石英和长石)间界面以近90°与片
柱状矿物相交或相适(图4—4),也就是说,这些片柱状矿物的晶面,不受长石或石英的碰撞而调整。
一些强韧性剪切而成的糜棱岩中退火石英条带重结晶为一系列矩形石英,即是受两侧定向排列的云母片限制生长的结果。
3.自形矿物的形成与意义
每种矿物都是由一套固有的晶面包围起来的,但天然矿物中并不是所有的晶面都全部发育。
当得以出现的晶面都发育完好时,称自形晶;若只有个别晶面发育完好,称半自形晶;无一完整晶面发育者,称它形晶;全自形变晶结构、半自形变晶结构和它形变晶结构即指分别主要由自形晶、半自形晶和它形晶矿物组成的岩石结构。
变质岩矿物基本是在固态下生长的,每个生长中的颗粒都受到外界阻力和晶体本身成面能的限制。
同一岩石中,成面能相对大的矿物,其晶面愈易发育成自形。
因之,变质矿物的自形程度只反映矿物在固态下的结晶能力或结晶势,而不反映矿物的结晶早晚,这是与岩浆岩矿物的不同之处。
实践观察对比可以建立不同岩石类型矿物的结晶势序列,称变晶系列。
结晶片岩的变晶系列是榍石、金红石、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、石榴石、电气石、十字石、蓝晶石、夕线石、硬绿泥石、钠长石、白云母、黑云母、绿泥石、石英、堇青石、正长石、微斜长石。
在该序列中,越靠后的矿物结晶势越低。
粗大矿物的自形程度在手标本上就可以确定,细小的晶体则需在偏光显微镜下综合多个切面的观察分析才能判断。
千万注意,切不可将具平直边界(如多边形结构)的矿物断言为自形晶。
如图4—5所示,石榴石晶界平直,各切面的多边形内角大体相同,因其属等轴晶系,故为自形晶;黑云母(001)面晶界平直,但{110}面参差不齐,为半自形晶;堇青石和石英的晶界虽平直,但不是矿物的实际晶
面,应为它形晶。
已建立的变晶系列告诉我们,变质成因的长石和石英毫无例外属它形晶,故变质岩中的半自形一自形长石和石英多半为残余斑晶,其原岩应为岩浆岩。
在自由空间和流体介质中生长的角闪石、云母和帘石等矿物,可以成为自形晶。
4.矿物颗粒间的相互关系
矿物颗粒间的相互关系要素包括包裹、交生和附生,故相应分别有包裹变晶结构、交生结构和附生结构。
这三种结构属局部结构性质,仅当描述变斑晶特点时才涉及。
附生结构和交生结构多是变质反应产物,将在下一节中介绍,这里仅涉及包裹变晶结构的类型和成因。
包
裹变晶结构形式可分两类;
①包裹物不定向分布的有包含变晶结构和筛状变晶结构;
②包裹物定向分布的有十字交叉结构、星状结构、砂钟结构和残缕结构。
包含变晶结构是指在较大的颗粒内包含不定向分布的细小矿物,前者称主晶,后者称客晶。
主晶矿物多为变斑晶,主要成分常为石榴石、红柱石、蓝晶石、十字
石和堇青石,角闪石和黑云母偶见。
客晶矿物视原岩成分而定,但常见石英、碳质和石墨等,也偶见长石及镁铁质矿物。
包裹物少而主晶边缘封闭完整是包含变晶结构的主要特征。
筛状变晶结构特点是包裹物太多,致使主晶矿物边缘不完整形如筛孔状。
包含变晶结构和筛状变晶结构统称为变嵌晶结构。
残缕结构是指主晶内包裹物呈连续或断续定向排列,并往往与基质中同类矿物相连通,也可不连通,据定向包裹物的排列特点,又可以分出多种结构名称,即直线状残缕结构、弯曲状残缕结构、“S”型旋转结构、微褶结构、雪球变晶结构—包括单线螺旋结构和双线螺旋结构,这些结构样式统见图4-6。
双线螺旋结构中的包裹物多半为石英或石墨,它们来自石榴石压力影内,随压力影旋转生长被石榴石包裹。
变斑晶转的速率比值越高,包裹物迹线就越复杂,但总体上以双边缘螺旋盘绕为特征。
随变斑晶继续生长和旋转,螺线继续盘绕加密,而压力影可以保持侧向发展。
这种机制可以解释石榴石旋转大于800°,而基质并没有发生同程度片内旋转的结构现象。
十字结构、星状结构和砂钟结构是与主晶矿物晶体构造有关的包裹物的规则排列而形成的结构。
十字结构常见于红柱石的变种空晶石,也常见于十字石和堇青石;星状结构多见于石榴石,砂钟结构最常见于硬绿泥石。
(四)反应结构
变质反应是一个极其重要的变质作用方式。
不彻底的变质反应使反应物与产物以特别的结构形式保留在岩石中,即便在反应彻底进行后,也会有具某些特征矿物曾发生过反应关系的结构。
这种记录隐含了变质反应过程的结构现象,称为变质反应结构,简称反应结构。
变质反应在封闭体系和开放体系中均可发生,特别地,把开放体系中发生的变质反应称交代反应,这种反应过程涉及了体系内外物质的带入和带出。
同一种变质反应可以有不同的结构现象,同一种结构现象又可以由不同的变质反应所形成,故从结构形式判断变质反应性质和形式时应当慎之又慎。
1、反应边、冠状体、后成合晶和次变边结构
除次变边结构为变质岩所固有的反应结构外,反应边结构、冠状体结构和后成合晶结构均取自岩浆岩的结构名称。
反应边结构指寄主矿物与周围岩浆反应的产物在其边缘上呈带状分布的结构特点,最早将其称为放射晕。
冠状体结构指在岩浆岩中(指辉长岩中),在一个橄榄石或一个紫苏辉石晶体四周封闭环状分布着辉石、角闪石和石榴石等反应产物的结构。
后成合晶结构指两个次生矿物的交生体,且其中一个矿物常具蠕虫状习性。
次变边结构的结构特点与冠状体相似。
次变边中若有多种矿物,则其中一种矿物一般与核部反应矿物的边缘垂直生长,次变边也不一定要像冠状体那样呈封闭状包绕核部的反应矿物。
从成因来说,反应边、冠状体、后成合晶和次变边都是反应的产物。
冠状体和次变边均属反应边,只不过冠状体呈封闭状环绕核部的一种矿物,是一种特殊的反应边。
变质岩中矿物的生长与岩浆矿物不同,它们是在固态下成核生长起来的。
矿物生长需要物质组分源源不断的补充。
在封闭体系中,组分的运输是通过扩散作用实现的。
组分在固体中扩散的困难性决定了反应产物必然分布在反应物的附近或周缘。
递进变质和退变质的产物都可以形成反应边、冠状体和后成合晶结构,均属次生成因。
后成合晶结构中的矿物至少有两种,它们紧密地交生在一起,其中的一种矿物呈蠕虫状、指状或杆状等特殊的形状产出,并因矿物间的密切交生而得名交生结构。
冠状体和后合成晶尤其常见于麻粒岩相和高角闪岩相等高温变质岩和榴辉岩中,且大多与退变质有关。
2、残余结构和假象结构
残余结构和假象结构是表征反应矿物相特点的反应结构。
残余结构有反应残余和屏蔽残余两种。
反应残余是指不彻底的反应所致的反应矿物相的残留现象,残留矿物边部通常呈港湾状或溶蚀状,四周为冠状体、次变边或附生等包绕,屏蔽残余则是指由于被某个矿物包裹,
无法与其他矿物反应而有幸存留下来的矿物,故称为屏蔽残余包裹物。
假象结构是指一个矿物或一个矿物集合体取代先存的某个矿物后具有该矿物的特征外形和某些内部构造特征。
假象矿物既可纯为先存矿物近等化学转变而成,也可以是交代反应的结果。
4.条纹结构
条纹结构又叫条纹构造,是指在一个矿物晶体内部嵌有其他矿物相的交生现象。
这些矿物的形态各异,但多为条纹状、绳状、杆状、补丁状、火焰状、条带状或网状。
条纹矿物称客晶,包容条纹的矿物称主晶。
客晶矿物以具相同的光性方位与包裹物相区别,以不具熔蚀状或港湾状边缘与变质反应和交代残余矿物相区别。
变质岩中的条纹有出溶和交代两种成因机制。
交代条纹多见于长石中,与混合岩化过程有关。
出溶条纹又称出溶叶片,是指高温混溶的矿物相在低温条件下分解出两种以上的固溶体端员,量少的客晶呈条纹等各种形状分布在主晶内。
在矿物成分一定时,冷却过程愈慢,作用时间越长,出溶的条纹数量就越多。
出溶条纹明显受主晶晶格结构方位控制,出溶前后主晶的大小和形状仍保持不变。
钾长石出溶钠长石条纹(正条纹长石)和中—奥长石出溶钾长石条纹(反条纹长石)为最常见的条纹结构。
在麻粒岩相岩石中,还可见主、客晶数量几乎一致的条纹长石,称中条纹长石。
极高温变质岩中的辉石不仅与岩浆岩一样发育单斜辉石斜方辉石条纹,而且还常见到石榴石和尖晶石(同时可有帘石等)的出溶纹。
高温变质的黑云母和角闪石混溶了较多的Ti,冷却过程中,Ti将呈金红石或钛铁矿出溶。
高温变质方解石常富含镁,在冷却过程中镁将出溶,形成白云石条纹分布在方解石内。
4.环带结构
环带结构又可称环带构造,是指矿物在不改变晶体结构的情况下成分或光性从核部到边缘有规律的变化现象。
成分的环带状变化称成分环带,光性的环带状变化叫光性环带。
光性环带与成分环带可以一致,也可以不一致。
光性环带包括子矿物内的包裹物、生长纹、颜色或多色性的规律变化和正交偏光镜下干涉色的规律变化。
角闪石、帘石和黑云母及斜长石等矿物的颜色或干涉色的规律变化实质是成分变化的反映。
变质岩中斜长石的环带数目一般较少,属简单环带。
(五)、变形结构
变形结构主要见于动力变质岩,应力是造就变形结构的主要因素。
因矿物的强度不一,岩石局域受应力作用程度不一,变形后颗粒的大小也不一。
较大的颗粒称碎斑,较小的颗粒称碎基。
强应变期后的退火可形成细粒的重结晶颗粒。
重结晶颗粒和碎基统称基质。
变形结构就是指动力变质岩的碎斑,碎基和重结晶颗粒的大小和数量特征及相关系;脆性变形形成碎裂结构,塑性变形产生糜棱结构,它们是动力变质岩的总体结构。
若从显微尺度观察,动力变质岩中的颗粒内部和一些颗粒周缘有着某些特殊的配置关系,类似于构造概念中的空间排列和充填,所以称“显微构造”。
l、碎裂结构
碎裂结构的典型特征是组构凌乱,无定向性,颗粒边缘呈参差状,基质一般缺少重结晶颗粒。
碎裂颗粒按其粒径可分为构造角砾或构造砾(>2mm)、碎斑(0.5—2mm)、碎粒(0.1—0.5mm)、碎粉(<0.1mm)。
构造角砾或构造砾一般为岩石质,碎斑颗粒多为矿物质,两者界线一般变化在2—5mm之间,但切勿硬套。
碎斑和碎基是碎裂类结构的主要组成要素。
根据某种粒径的碎裂颗粒在岩石中的含量百分比可分:
①压碎角砾结构,角砾>90%,碎基<10%,且主要由碎斑颗粒和碎粒颗粒组成;②碎斑结构,碎基10%—50%,碎斑50%——90%,后者由碎斑颗粒和角砾组成;⑧碎粒结构,碎基占50%一90%,碎斑大部分由碎斑颗粒组成,少见角砾;④碎粉结构又称超碎裂结构,碎基占90%以上,粒度<0.1mm。
两种典型的碎裂类结构如图4-7所示。
碎裂结构表明,岩石发生动力变质时处于地壳浅部,温度低,应变速率高,应力加载快。
极高的加载速率可使局部发生熔融、产生熔浆,加载终止后,因与环境温差甚大,熔浆快速冷却成玻璃,形成玻化岩或假玄武玻璃,玻化岩在断裂带多呈不规则的细脉状。
2.糜棱结构
糜棱结构的基本特征是发育流动面理,碎斑边缘圆化而成透镜体状,碎斑和重结晶颗粒是糜棱结构的基本要素,但其中也或多或少含有碎基物质;重结晶作用在动态过程中进行时称动态重结晶。
动态重结晶物质在单偏光镜下呈带状集合体,正交偏光镜下呈一系列压扁拉长、边缘呈锯齿状的颗粒,拉长方向与剪切方向斜交,转动载物台显醒目的丝带状消光,故又称拔丝结构。
据碎斑与基质以及基质中动态重结晶颗粒的量比,划出:
①初糜棱结构,基质占10%一50%,碎斑>50%,基质中动态重结晶颗粒占一半以上;②糜棱结构,基质占50%一90%,基质中的动态重结晶颗粒亦占90%以上;③超糜棱结构,基质>90%,且几乎全为动态重结晶颗粒组成。
同种岩石从初糜棱结构经糜棱结构到超糜棱结构,主要颗粒变小(图4-8)。
不同岩石在同一变形条件下结构的粒度界限不一,不宜硬性规定,基质含量及其动态重结晶颗粒在其中的含量才是细分结构的可靠标志。
应力停止作用后的退火过程将导致静态重结晶,与动态重结晶不同,静态重结