沉积岩及变质岩

沉积岩及变质岩_土木工程地质

1.3　岩浆岩、沉积岩及变质岩

1.3.1　岩浆岩

岩石是矿物的集合体，是各种地质作用的产物。地质作用的性质和所处环境不同，不同岩石的矿物组合关系也不同，因此，岩石具有一定的结构和构造。

岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状及彼此间的组合方式。

岩石的构造是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其他组成部分之间的排列方式及充填方式。岩石的构造能反映出岩石的外貌特征。

岩浆岩又称火成岩，占地壳总质量的95%，在三大岩类中，岩浆岩占有重要的地位。

1）岩浆岩的产状

岩浆岩的产状是指岩浆岩体的形状、大小、深度以及与围岩的关系。由于岩浆岩形成条件和所处的环境不同，其产状是多种多样的。其主要产状有以下几种（见图1－3）。

①岩基：这是一种规模巨大的深成侵入岩浆岩体，其横截面面积超过100km²，常常可达数百至数千平方公里。构成岩基的岩浆岩主要是全晶质粗粒花岗岩。

②岩株：这是岩基边缘的分支，在深部与岩基相连。岩株切穿围岩，其横截面面积为几平方公里至几十平方公里，规模比岩基小得多。

③岩盘和岩盆：岩浆沿裂隙上升，侵入岩层中，形成一个上凸下平的似透镜状岩体称为岩盘，其与围岩呈平整的接触关系。岩盆与岩盘的不同点是其顶部平整，而中央向下凹，形似面盆，故称岩盆。

图1－3　岩浆岩的产状

1—火山锥；2—熔岩流；3—熔岩被；4—岩基；5—岩株；6—岩墙；7—岩床；8—岩盘；9—岩盆；10—捕虏体

④岩床是由流动性较大的岩浆，沿着岩层层面贯入而形成的板状岩体。其表面无明显凸凹，厚度为数米至数百米不等。

⑤岩墙是指岩浆沿岩层中的裂隙侵入而形成的板状侵入体，它切穿围岩。岩墙的规模大小不一，厚度从几厘米至数公里，延伸从几米到数十公里。形状不规则的岩墙或其分支，称为岩脉。

此外，还有喷出岩的产状，如熔岩流、熔岩被和火山锥等。

2）岩浆岩的物质组成

（1）岩浆岩的化学成分

地壳中存在的元素在岩浆中几乎都有，O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti等元素在岩浆岩中普遍存在。岩浆岩中的化学成分常用氧化物表示，根据SiO₂的含量（质量分数），可以把岩浆岩分为四类：超基性岩（二氧化硅的质量分数小于45%）、基性岩（二氧化硅的质量分数为45%～52%）、中性岩（二氧化硅的质量分数为52%～65%）、酸性岩（二氧化硅的质量分数大于65%）。

岩浆岩中各种氧化物有一定的变化规律，当SiO₂含量增高时，Na₂O和K₂O的含量增高，而MgO和CaO则相对减少，反之亦然。

（2）岩浆岩的矿物成分

组成岩浆岩的大多数矿物，根据其化学成分特征，分为硅铝矿物和硅镁矿物两大类。

①硅铝矿物：矿物中SiO₂、Al₂O₃含量高，不含Fe、Mg。如石英、正长石、斜长石、白云母等。矿物颜色较浅，又称浅色矿物。

②硅镁矿物：矿物中SiO₂、Al₂O₃含量较低，而氧化亚铁、氧化镁含量较高，包括橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等。矿物颜色较深，又称深色或暗色矿物。

因此，岩浆岩的化学成分不同，其矿物成分有较大的差别。酸性岩类的矿物成分以石英、正长石为主，并含有少量的黑云母和角闪石，岩石的颜色浅，密度较小；中性岩类的矿物成分以正长石、斜长石、角闪石为主，含有少量黑云母和辉石，岩石的颜色比较深，密度较大；基性岩类的矿物成分以斜长石、辉石为主，含有少量的角闪石及橄榄石，岩石的颜色深，密度大；超基性岩类的矿物成分以橄榄石、辉石为主，其次是角闪石、黑云母，一般不含硅铝矿物，岩石颜色很深，密度也很大。

3）岩浆岩的结构和构造

岩浆岩的结构构造是岩浆岩生成时，所处外界环境条件的反映，也是岩浆岩分类和命名的重要依据之一。

（1）岩浆岩的结构

岩浆岩的结构主要是指组成岩浆岩的矿物结晶程度和颗粒大小等。通常岩浆岩的结构可分为以下几种。

①全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物组成，通常是侵入岩特有的结构。其中按矿物的颗粒大小，又有显晶质结构和隐晶质结构之分。

②半晶质结构：岩石由结晶的矿物和非晶质矿物组成。这种结构主要为浅成岩所具有，有时在喷出岩中也能见到。

③非晶质结构：岩石全部由非结晶的矿物组成，又称玻璃质结构。这种结构是岩浆喷出地表迅速冷凝来不及结晶的情况下形成的，是喷出岩特有的结构。

另外，按岩石中矿物晶粒的相对大小，其结构又可分为以下几种。

①等粒结构：岩石中的矿物全部为显晶质，呈粒状，且主要矿物颗粒大小近似相等的结构。等粒结构是深成岩浆岩特有的结构。按矿物结晶颗粒，可细分为粗粒结构（晶粒直径大于5mm）、中粒结构（晶粒直径为1～5mm）、细粒结构（晶粒直径小于1mm）。

②不等粒结构：组成岩石的主要矿物结晶颗粒大小不等，相差悬殊。其中晶形完好，颗粒粗大的称斑晶；小的称基质。不等粒结构又可分为以下几种。

a.斑状结构。斑晶颗粒粗大，而基质为隐晶质或玻璃质，即斑晶和基质颗粒粗细反差很大，而形成明显的斑状结构。斑状结构是浅成岩或喷出岩的重要特征。

b.似斑状结构。似斑状结构的基质为显晶质，多见于深成侵入岩的边缘或浅成岩中。

（2）岩浆岩的构造

岩浆岩的构造指岩石外表的整体特征，它是由矿物集合体的排列和充填方式决定的。常见的构造如下。

①块状构造：组成岩石的各种矿物无一定的排列方向，而是均匀分布于岩石之中，岩石为均匀块状。块状构造是侵入岩浆岩所具有的构造。

②流纹状构造：不同颜色的矿物、拉长的气孔等沿熔岩流动方向作平行排列所显现出来的熔岩流动的构造。流纹状构造是流纹岩所具有的典型构造。

③气孔状构造：岩石中有很多大小不一、互不连通的气孔。这是岩浆喷出地表后，其中的气体来不及全部逸出而保留在已经冷凝的熔岩内而形成的气孔状构造。

④杏仁状构造：喷出岩中的气孔被外来矿物所充填形成的构造。其充填矿物多为方解石、沸石、玉髓等。这种构造最常见于玄武岩和安山岩中。

4）岩浆岩的分类及常见的岩浆岩

（1）岩浆岩的分类

自然界的岩浆岩种类繁多，它们彼此间存在着物质成分、结构构造、产状及成因等方面差异，同时又具有密切的联系和一定的过渡关系。一般根据岩浆岩的化学成分、矿物成分、结构、构造和产状等对岩浆岩进行分类（见表1－2）。

表1－2　岩浆岩分类简表

（2）常见的岩浆岩

①酸性岩类。

花岗岩为深成侵入岩。多呈灰白色、灰色、肉红色；矿物成分以石英和正长石为主，其次为黑云母、角闪石、白云母和其他矿物；全晶质等粒结构（也有不等粒的似斑状结构），块状构造。根据次要矿物含量不同，花岗岩可分为黑云母花岗岩、白云母花岗岩、二云母花岗岩等。花岗岩分布广泛，质地均匀、坚固，颜色美观，是良好的建筑装饰材料。

花岗斑岩为浅成侵入岩。具有斑状结构，斑晶为正长石和石英；基质由细小的长石、石英及其他矿物组成，其特征与花岗岩相似。

流纹岩为喷出岩。一般呈浅灰色、粉红色，也有呈灰黑色、绿色或紫色者；矿物成分与花岗岩相同；往往具有斑状结构，斑晶为石英和正长石；以流纹状构造为其特征，也有气孔状构造。

②中性岩类。

闪长岩为深成侵入岩。浅灰色、灰色及灰绿色；矿物成分以斜长石、角闪石为主，其次为辉石、黑云母，有时含有少量正长石和石英；全晶质等粒结构，块状构造。闪长岩致密块状，强度高，具有较高的韧性和抗风化能力，是良好的建筑材料。

闪长玢岩为浅成侵入岩。灰色、灰绿色；具有斑状结构，斑晶主要为斜长石，其次为角闪石；矿物成分与闪长岩相同，但常有绿泥石、高岭石和方解石等次生矿物。

安山岩为喷出岩。灰色、紫色、浅玫瑰色、浅黄色、红褐色；浅色矿物为斜长石，暗色矿物有辉石、角闪石、黑云母等；具有斑状结构，斑晶为斜长石；杏仁状构造特别明显，气孔中常为方解石所充填。

正长岩为深成侵入岩。浅灰色、灰色或肉红色；与闪长岩不同的是，正长岩中正长石大量出现，也含少量斜长石；次要矿物为角闪石和黑云母，一般石英含量极少；全晶质等粒结构，有时具有似斑状结构或块状构造。其物理力学性质与花岗岩相似，但不如花岗岩坚硬，抗风化能力差。

正长斑岩为浅成侵入岩。其特点与正长岩相似，区别在于具有明显的斑状结构，斑晶主要是正长石，基质较致密。一般呈棕灰色、浅红褐色。

粗面岩为喷出岩。浅灰、浅黄色或粉红色；矿物成分主要为正长石，次为黑云母，有少量的斜长石和角闪石；常具有粗面结构（长条状的正长石微晶近于平行的流纹状排列）及斑状结构，斑晶为正长石，基质为隐晶质。一般为块状构造，有时可见流纹构造及多孔状构造。

③基性岩类。

辉长岩为深成侵入岩。灰色、灰黑色及深绿色；主要矿物有辉石、斜长石，次要矿物有角闪石、橄榄石；全晶质等粒结构，块状构造。辉长岩强度高，抗风化能力较强。

辉绿岩为浅成侵入岩。灰绿色、黑绿色；矿物成分与辉长岩相似，区别在于辉绿岩具有特殊的辉绿结构（辉石呈他形晶充填在斜长石晶体的空隙中）。常含有方解石、绿泥石等次生矿物。

玄武岩为喷出岩。灰黑至黑色；矿物成分同辉长岩；呈隐晶质细粒或斑状结构，气孔或杏仁状构造；原生柱状节理特别发育。玄武岩因其岩浆黏度小，易于流动，通常以大面积的熔岩流产出。岩石致密坚硬，性脆，强度很高。

1.3.2　沉积岩

由沉积物经过压固、脱水、胶结及重结晶作用变成的坚硬岩石，称为沉积岩。沉积岩占地壳总量的5%，但就地表而言，分布面积占75%。因此，沉积岩在地壳表层呈层状广泛分布，是区别其他类型岩石的重要标志之一。

1）沉积岩的物质组成

沉积岩由两部分物质组成：沉积物颗粒和胶结物。而沉积物颗粒主要由单矿物和岩屑（先成的岩浆岩、沉积岩和变质岩经物理风化作用产生的岩石碎屑）组成。此外，还有其他方式生成的沉积物颗粒，如火山喷发产生的火山灰、火山角砾等火山碎屑以及由生物残骸或有机化学变化而成的物质（贝壳、泥炭、有机质）等。

（1）矿物成分

沉积岩中已发现的矿物约有160余种，其中最常见的只有20余种。按其成因可分为以下几种。

①碎屑矿物：这是指母岩中抵抗风化能力强而残留下来的矿物，如石英、长石、白云母等。

②黏土矿物：这主要是指由含铝硅酸盐类的母岩，经化学风化作用而新形成的不溶矿物，如高岭石、蒙脱石等。黏土矿物颗粒极细（粒径小于0.005mm），具有很强的亲水性、可塑性及膨胀性。

③化学沉积矿物：这是指由纯化学作用或生物化学作用从真溶液和胶体溶液中沉淀出来而形成的矿物，如方解石、石膏、蛋白石、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。

黏土矿物、方解石、石膏、蛋白石等是在岩浆岩中很少有的矿物，而在沉积岩中却占有显著的地位。

（2）胶结物

在沉积物颗粒之间，还有胶结物（就是把松散沉积物联结起来的物质）。胶结物对于沉积岩的颜色、坚硬程度有很大的影响。按其成分可以分为以下四种。

①泥质胶结物：胶结物为黏土，多呈黄褐色，其胶结的岩石硬度小，强度低，易碎，易湿软，断面呈土状。

②钙质胶结物：胶结成分为钙质，所胶结的岩石强度比泥质胶结岩石的强度大，具可溶性，呈灰白色。

③硅质胶结物：胶结成分为二氧化硅，所胶结的岩石强度高，呈灰色。

④铁质胶结物：胶结成分为氢氧化铁或三氧化二铁，所胶结的岩石强度仅次于硅质胶结，常呈黄褐色或砖红色。

胶结物在沉积岩中的质量分数一般为25%左右，若质量分数超过25%，即可参加岩石的命名。如钙质长石石英砂岩，即是长石石英砂岩中钙质胶结物的质量分数超过了25%。

2）沉积岩的结构和构造

（1）沉积岩的结构

沉积岩的结构是由其组成物质的形态、性质、颗粒大小来决定的。沉积岩的结构有下面几种。

①碎屑结构：它由碎屑物质被胶结而成，是沉积岩所特有的结构。按碎屑粒径的大小可划分为以下三种。

砾状结构。碎屑粒径大于2mm。碎屑形成后没有经过长距离搬运呈棱角状，称为角砾状结构；碎屑经过长距离搬运呈浑圆状，称为砾状结构。

砂质结构。碎屑粒径为0.05～2mm，其中，粒径0.5～2mm的为粗粒结构，如粗粒砂岩（粗砂岩）；粒径0.25～0.5mm的为中粒结构，如中粒砂岩；粒径0.05～0.25mm的为细粒结构，如细粒砂岩（细砂岩）。

粉砂质结构。碎屑粒径为0.005～0.05mm，如粉砂岩。

②泥质结构：由粒径小于0.005mm的黏土矿物颗粒组成，为泥岩、页岩等黏土岩所具有的结构。

③结晶结构：它是经化学作用溶液中沉淀结晶，或非晶质的重结晶作用所形成的结构。结晶结构为石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。

④生物结构：它是由生物遗体或碎片所组成的，如贝壳结构、珊瑚结构等，是生物化石所具有的结构。

（2）沉积岩的构造

沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。沉积岩最主要的构造是层理构造。沉积环境的变化，使先后沉积的物质组分的颗粒大小、形状、成分及颜色发生变化，显示出成层现象，称为层理构造。

根据层理的成因和形态，层理可分为：水平层理〔见图1－4（a）〕、波状层理〔见图1－4（b）〕、斜层理〔（见图1－4（c）〕、交错层理〔（见图1－4（d）〕。根据层理的形态可以推断沉积物的沉积环境和介质搬运特征。

图1－4　层理类型示意图

（a）水平层理；（b）波状层理；（c）斜层理；（d）交错层理

“层”是沉积岩中层状构造的基本单位，一个单层内其成分、结构、构造及颜色基本相同。这是因为同一层内岩石是在沉积物的来源和沉积环境比较稳定条件下连续沉积而成的。层与层之间有一个明显的接触面，叫做层面。层面上有时可看到波痕、雨痕及泥面干裂的痕迹。岩层上部的层面为顶面，下部的层面为底面，岩层顶面到底面的垂直距离为岩层的厚度。按岩层的单层厚度划分为巨厚层（＞1m）、厚层（0.5～1m）、中厚层（0.1～0.5m）、薄层（＜0.1m）。

沉积岩层，有时一端较厚而向另一端逐渐变薄，直至消失，这种现象叫岩层尖灭。若在不大的距离内两端的尖灭中部较厚，形如透镜状，则称为透镜体。

在沉积岩中常可见到许多动植物化石，它们是经过石化作用保存下来的动植物的遗骸或遗迹，如鱼类化石、三叶虫化石、水生动物化石等（见图1－5、图1－6）。化石常沿层面平行分布。化石是推断沉积物的古地理、古气候变化的主要依据之一，也是划分地层地质年代的重要方法之一。

图1－5　凌源潜龙

产于辽宁西部义县，属于陆相湖泊环境水生爬行动物，距今1.3亿年。藏于吉林大学地质博物馆，戴文亭摄影

图1－6　鱼类化石

3）沉积岩的分类及常见的沉积岩

（1）沉积岩的分类

根据沉积岩的成因、物质成分及结构构造等，可将沉积岩分为三类：碎屑岩类、黏土岩类、化学及生物化学岩类（见表1－3）。

表1－3　沉积岩分类简表

（2）常见的沉积岩

①碎屑岩类。

a.火山碎屑岩，是由火山喷发的碎屑物质，在地表经短距离搬运或就地沉积而成的。它是沉积岩和喷出岩之间的过渡产物。根据碎屑颗粒大小，火山碎屑岩又可分为以下三种。

火山集块岩，由粒径大于100mm的粗大火山碎屑物质组成，胶结物主要为火山灰或熔岩，有时为碳酸钙、二氧化硅或泥质物。

火山角砾岩，火山碎屑物质占90%以上，粒径一般为2～100mm。多数为熔岩角砾，呈棱角状，常为火山灰所胶结。颜色常呈暗灰色、蓝灰色、褐灰色、绿色及紫色。

凝灰岩，组成岩石的碎屑较细，粒径一般小于2mm。其成分多属火山玻璃、矿物晶屑和岩屑；外表颇似砂岩或粉砂岩，但其表面粗糙。胶结物为火山灰。颜色多呈灰色、灰白色。凝灰岩孔隙度高，容重小，易风化。

b.沉积碎屑岩，又称正常碎屑岩，它是先成岩风化剥蚀的碎屑物质，经搬运、沉积、固结而成的岩石。正常碎屑岩是沉积岩中最常见的岩石之一，分布极为广泛。常见的有以下几种。

砾岩和角砾岩，指粒径大于2mm的碎屑的质量分数超过50%，黏土的质量分数大于25%的碎屑岩，砾状结构。其中砾石为浑圆状的称砾岩，砾石为棱角状的称角砾岩。角砾岩的成分较单一；砾岩成分较复杂，常由多种岩石的碎屑和矿物颗粒组成。胶结物有硅质、泥质、钙质及铁质等。

砂岩，指粒径为0.05～2mm的碎屑颗粒的质量分数超过50%，黏土的质量分数小于25%的碎屑岩，具有砂质结构，层状构造，层理明显。按砂粒的矿物成分，可分为石英砂岩、长石砂岩和长石石英砂岩等；按砂粒粒径大小，可分为粗砂岩、中砂岩和细砂岩；根据胶结物的成分，可分为硅质砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩和泥质砂岩等。硅质砂岩的颜色浅，强度高，抵抗风化能力强；泥质砂岩一般为黄褐色，吸水性大，易软化，强度低；铁质砂岩常呈紫红色或棕红色，钙质砂岩呈白色或灰白色，二者的强度和抗风化能力介于硅质砂岩和泥质砂岩之间。

粉砂岩，是指粒径为0.005～0.05mm的粉粒的质量分数超过50%，黏土的质量分数小于25%的碎屑岩，具有粉砂质结构，薄层状构造。粉粒成分以石英为主，次为长石和白云母；胶结物以钙质、铁质为主。

②黏土岩类。

黏土岩类又称泥质岩，是沉积岩中最常见的一类岩石，约占沉积岩总体积的50%～60%，它是介于碎屑岩与化学岩之间的过渡类型，并具有独特的成分、结构、构造等。

a.黏土岩，一般呈较松散的土状岩石。主要矿物成分为高岭石、蒙脱石及水云母，并含有少量极细小的石英、长石、云母、碳酸盐矿物等。黏土颗粒占50%以上，具有典型的泥质结构，质地均一，有细腻感，可塑性和吸水性很强，岩石吸水后易膨胀。颜色多呈黑色、褐红色、绿色等，但也有呈浅灰色、灰白色和白色的。黏土岩中，由于黏土颗粒与砂粒含量的不同，可分为亚黏土（黏粒的质量分数为10%～30%）、亚砂土（黏粒的质量分数为3%～10%）、砂土（黏粒的质量分数小于3%）等过渡类型。根据主要矿物成分的含量不同，又可分为高岭石黏土岩、蒙脱石黏土岩和水云母黏土岩。

b.页岩，由松散黏土经硬结成岩作用而成，为黏土岩的一种构造变种。它具有能沿层理面分裂成薄片或页片的性质，常可见显微层理，称为页理，页岩因此得名。具有页理构造的黏土岩常含水云母等片状矿物，呈定向排列。页岩成分复杂，除各种黏土矿物外，尚有少量石英、绢云母、绿泥石、长石等混合物。岩石颜色多样，一般呈灰色、棕色、红色、淡黄色、绿色和黑色等。依混入物成分不同，又可分为钙质页岩、硅质页岩、铁质页岩、碳质页岩和油页岩等。除硅质页岩强度稍高外，其余均岩性软弱，强度低，易风化成碎片，与水作用易于软化。

c.泥岩，其成分和页岩相似，但层理不发育，呈厚层块状构造。以高岭石为主的泥岩，常呈灰白色或黄白色，吸水性强，遇水后易软化；以微晶高岭石为主的泥岩，常呈白色、玫瑰色或浅绿色，表面有滑感，吸水后易膨胀。

（3）化学及生物化学岩

①石灰岩，简称灰岩。由结晶细小的方解石组成，常有少量白云石、黏土、菱铁矿及石膏等混入物。纯石灰岩的颜色为灰色、浅灰色，当含有杂质时为浅黄色、浅红色、灰黑色及黑色等。以加冷稀盐酸后会强烈起泡为其显著特征。按成因、物质成分和结构构造，又可分为普通灰岩、生物灰岩、碎屑灰岩和燧石灰岩等。

石灰岩中所含黏土矿物的质量分数达25%～50%时，称为泥灰岩。泥灰岩通常为隐晶质或微粒结构；加冷稀盐酸后会起泡，且有黄色泥质沉淀物残留。

石灰岩分布相当广泛，岩性均一，易于开采加工，是用途很广泛的建筑石料，同时又是水泥工业的重要原料，冶金工业的主要溶剂材料。

②白云岩，主要由细小的白云石组成，结晶结构，尚含有少量方解石、石膏、菱镁矿及黏土等。白云岩的外表特征与石灰岩极为相似，但加稀盐酸后不起泡或起泡微弱，具有粗糙断面，且风化表面多出现格状溶沟。白云岩中随着方解石含量的增多，有逐渐向石灰岩过渡类型，如石灰质白云岩、白云质石灰岩等。纯白云岩为白色，随所含杂质不同而呈现不同的颜色。白云岩的强度比石灰岩高，是一种良好的建筑材料。

③硅质岩，主要由蛋白石、石髓和石英组成，SiO₂的质量分数在70%～90%之间，尚有少量的黏土、碳酸盐矿物等。硅质岩包括燧石岩、碧玉铁质岩和硅华等，其中以燧石岩最为常见。燧石岩致密坚硬，锤击之有火花，多呈结核状、透镜状产出，也有呈层状产于碳酸岩之中的。颜色多为深灰色、黑色，也有浅红色、黄色、灰白色等。常具隐晶质结构，带状构造。

1.3.3　变质岩

变质岩是地壳内部原有的岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于受到高温、高压以及化学成分加入的影响，在固体状态下，发生剧烈变化后而形成的新岩石。因此，变质岩不仅具有自身独特的性质，而且还常保留着原来岩石的某些特点。

1）变质岩的矿物组成

组成变质岩的矿物，可分为两部分：一部分是与岩浆岩和沉积岩共有的矿物，主要有石英、长石、云母、角闪石、辉石、方解石、白云石等；另一部分是变质岩所特有的变质矿物，主要有石榴子石、红柱石、蓝晶石、阳起石、硅灰石、透辉石、透闪石、矽线石、绿泥石、蛇纹石、绢云母、石墨、滑石等。变质矿物是鉴别变质岩的重要标志之一。

一定的原岩成分，经过变质作用会产生不同的矿物组合。例如，同样是含A1₂O₃较多的黏土岩类，在低温时产生绿泥石、绢云母与石英组合的变质岩；在中温条件下产生白云母、石英的矿物组合；在高温环境中则产生矽线石、长石的矿物组合。变质矿物的共生组合还取决于原岩成分，不同的原岩，变质条件相同，所产生的变质矿物也不相同。例如，石英砂岩受热力变质生成石英岩；而石灰岩在同样受热力变质的条件下则只能形成大理岩。

2）变质岩的结构和构造

（1）变质岩的结构

变质岩几乎都具有结晶结构，但由变质作用的程度不同又可分为以下几类。

①变余结构：是一种过渡型结构。由于变质作用进行不彻底，原岩的矿物成分和结构特征部分被保留下来，即构成变余结构。如泥质砂岩经变质后，泥质胶结物变成绢云母和绿泥石，而其中的碎屑物质（如石英）不发生变化，形成变余砂状结构。若原岩是岩浆岩，则可出现变余斑状结构、变余花岗岩结构等。

②变晶结构：是变质岩最重要的结构，由于这种结构是原岩中各种矿物同时再结晶所形成的，岩石均为全晶质，没有非晶质成分。变晶结构又可分为以下几类。

等粒变晶结构，岩石中所有矿物晶粒大小近似相等，如石英岩、大理岩具此种结构。

斑状变晶结构，岩石中矿物晶粒大小不等，组成变斑晶的矿物均为结晶能力强的矿物，如石榴子石、电气石等。片岩、片麻岩常具这种结构。

鳞片变晶结构，由一些鳞片状矿物沿一定方向平行排列而成，如云母片岩等。

③压碎结构：是原岩经受动力变质作用，使岩石发生破碎，甚至粉碎后，又被黏结在一起的结构，如碎裂岩、糜棱岩等都具有这种结构。

（2）变质岩的构造

变质岩的构造是识别各种变质岩的重要标志之一。

片理构造：片理构造不仅是识别各种变质岩，而且是区别于其他岩类的重要特征。片理构造的形成，是岩石中的片状、板状和柱状矿物（如云母、长石、角闪石等），在定向压力作用下重结晶，垂直压力方向呈平行排列而形成的。顺着平行排列的面，可把岩石劈成薄片状，叫做片理。根据形态不同，片理构造又可分为以下几种。

①片状构造：岩石含有大量片状、针状或柱状矿物，作平行排列，片理特别清楚，是片岩所具有的构造，如云母片岩。

②千枚状构造：片理清晰，片理面上有许多细小的绢云母鳞片有规律地排列，呈现丝绢光泽，即称千枚状构造，是千枚岩所具有的构造。

③片麻状构造：岩石中的深色矿物（黑云母、角闪石等）和浅色矿物（长石、石英）相间呈条带状分布，构成黑白相间的断续条带，称为片麻状构造。具这种构造的岩石沿片理面不易劈开，如片麻岩。

④板状构造：岩石中矿物颗粒细小，肉眼难以分辨。片理面平直，易沿片理面裂开成厚度均一的薄板。片理面偶有绢云母、绿泥石出现，光泽暗淡；有时片理面上有炭质斑点出现，是板岩所具有的构造。

⑤块状构造：矿物无定向排列，也不能定向裂开；矿物呈粒状晶质结构，如大理岩、石英岩等。

3）变质岩的分类和常见的变质岩

（1）变质岩的分类

根据变质作用的成因，即变质作用类型，变质岩可分为三大类：区域变质岩、接触变质岩和动力变质岩（见表1－4）。

表1－4　变质岩分类简表

（2）常见的变质岩

板岩：是一种结构均匀，致密且具有板状劈理的岩石。它是由泥质岩类经受轻微变质而成的。因而，其结晶程度很差，尚保留较多的泥质成分，具有变余泥质结构，板状构造。矿物颗粒很细，肉眼一般很难识别，只在板理面上可见有散布的绢云母或绿泥石鳞片。板岩与页岩的区别是质地坚硬，用锤击之能发出清脆的响声。因板岩可沿板理面裂开成平整的石板，故广泛用作建筑石料。

千枚岩：岩石的变质程度比板岩深，原泥质一般不保留，新生矿物颗粒较板岩粗大，有时部分绢云母有渐变为白云母的趋势。主要矿物除绢云母外，还有绿泥石、石英等。岩石中片状矿物形成细而薄的连续的片理，沿片理面呈定向排列，致使这类岩石具有明显的丝绢光泽和千枚状构造。岩石颜色多种，一般为绿色、黄绿色、黄色、灰色、红色和黑色等。这类岩石大多由黏土类岩石变质而成，少数可由隐晶质的酸性岩浆岩变质而成。

片岩：是以片状构造为其特征的岩石。组成这类岩石的矿物成分主要是一些片状矿物，如云母、绿泥石、滑石等，此外尚含有石榴子石、蓝晶石、十字石等变质矿物。片岩与千枚岩、片麻岩极为相似，但其变质程度较千枚岩深。而片岩与片麻岩的区别，除构造上不同外，最主要的是片岩中不含或很少含长石。根据片岩中片状矿物种类不同，又可分为云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、石墨片岩等。

片麻岩：以片麻状构造为其特征。片麻岩可由各种沉积岩、岩浆岩和原已形成的变质岩经变质作用而成。这类岩石变质程度较深，矿物大都重结晶，且结晶粒度较大，肉眼可以辨识。主要矿物为石英和长石，其次为云母、角闪石、辉石等。

片麻岩和片岩之间可以是逐渐过渡的，二者有时无清晰划分界线，但大多数片麻岩都含有相当数量的长石。因此，习惯上常根据是否含有粗粒长石来划分。

大理岩：较纯的石灰岩和白云岩在区域变质作用下，由于重结晶而变为大理岩，也有部分大理岩是在热力接触变质作用下产生的。这类岩石多具等粒变晶结构，块状构造。因主要矿物为方解石，故遇冷稀盐酸后会强烈起泡，以此可与其他浅色岩石相区别。大理岩颜色多异，有纯白色大理岩（又称汉白玉），也有浅红色、淡绿色、深灰色及其他各种颜色的大理岩，因其中含有杂质而呈现出美丽的花纹，故广泛用作建筑石料和雕刻原料。

石英岩：由较纯的石英砂岩经变质而成，变质以后石英颗粒和硅质胶结物合为一体。因此，石英岩的硬度和结晶程度均较砂岩高。主要矿物成分为石英，尚有少量长石、云母、绿泥石、角闪石等，深变质时还可出现辉石。质纯的石英岩颜色为白色，因含杂质常可呈灰色、黄色和红色等。这类岩石亦多具有等粒变晶结构，块状构造。石英岩有时易与大理岩相混，其区别在于大理岩加盐酸后会起泡，硬度比石英岩小。石英岩在区域变质作用和接触变质作用下均可形成，以前种方式更为主要。

角岩：由泥质岩石在热力接触变质作用下形成。是一种致密微晶质硅化岩石。其主要成分为石英和云母，其次为长石、角闪石，尚有少量石榴子石、红柱石、矽线石等标准变质矿物。北京西山菊花沟即产有红柱石角岩，红柱石晶体呈放射状排列，形似菊花，故又称菊花石。

矽线岩：是由石榴子石、透辉石以及一些其他钙铁硅酸盐矿物组成的岩石。它是在石灰岩或白云岩与酸性或中酸性岩浆岩的接触带或其附近形成的。岩石的颜色常为深褐色、褐色或褐绿色。且有粗、中粒状变晶结构，致密块状构造。

蛇纹岩：是以蛇纹石为主要矿物成分的岩石。成分较纯者和蛇纹石相似，一般呈黄绿色，也有呈暗绿色和黑绿色者。质软，略具有滑感，片理及碎裂构造常见。

蛇纹岩大多是在汽化热液作用下超基性岩（橄榄岩）中的橄榄石、辉石变成蛇纹石形成的，这种变化称为蛇纹石化，蛇纹石化作用多沿断裂破碎带发育，也可由区域变质作用和动力变质作用产生。

蛇纹岩呈片状者，称为蛇纹石片岩，有的蛇纹岩含有蛇纹石纤维状变种——石棉所组成的细脉。

混合岩：原来的变质岩（片岩、片麻岩、石英岩等），由相当于花岗岩的物质（来自上地幔）沿片理贯注或与原岩发生强烈的交代作用（称为混合岩化作用）而形成的一种特殊岩石叫作混合岩。是在深成褶皱区的超变质作用下形成的。混合岩的构造多样，常呈眼球状、条带状及片麻状等。

构造角砾岩：是高度角砾岩化的产物。碎块大小不一，形状各异，其成分决定于断层破碎带岩石的成分。破碎的角砾和碎块已离开原来的位置杂乱堆积，带棱角的碎块互不相连，被胶结物所隔开。胶结物以次生的铁质、硅质为主，亦见有泥质及一些被磨细的本身岩石的物质。

碎裂岩：在压应力作用下，岩石沿扭裂面破碎，方向不一的碎裂纹切割岩石，碎块间基本没有相对位移，这样的岩石称为碎裂岩。可根据破碎轻微部分的岩性特征确定其原岩名称。命名时可在原岩名称前冠以“碎裂”两字，如碎裂花岗岩。

糜棱岩：是粒度比较小的强烈压碎岩，岩性坚硬，具明显的带状、眼球纹理构造。它是在压碎过程中，由于矿物发生高度变形移动或定向排列而成的。此类岩石往往伴随有重结晶或少量新生矿物析出物，如绢云母、绿泥石及绿帘石等。