3.3變質級別

並非所有的變質作用都發生在相同的物理條件下。例如，在山脈下40km深度的岩石比在20km深度的岩石經歷更強烈的變質作用。地質學家非正式地使用變質等級一詞來表示變質的強度，意指變質變化的數量或程度。變質強度的更正式的表述是變質相。

由於溫度在決定再結晶程度和所發生的變質反應的性質方面起著決定性作用，因此，在一個地點發生的變質程度主要取決於該地點岩石在變質過程中所達到的溫度。

低階變質岩在250℃~400℃形成，中級變質岩在400℃~600℃形成，高階變質岩形成於600~850℃。地質學家認為板岩和千層巖為低階變質岩，大部分片岩和部分片麻岩為中級變質岩，部分片岩和大部分片麻岩為高階變質岩。

不同的變質程度產生不同的變質礦物組合。在地圖上，我們可以劃出一些區域，稱為變質帶，其中的岩石有一個給定的變質級別。通常，地質學家透過尋找特定的變質礦物，即所謂的指示礦物來確定變質帶。

在地圖上畫的一條線，表示包含指示礦物的岩石和不包含的較低階岩石之間的邊界，這條線被稱為變質等變線(metamorphic isograd：源自希臘語iso，意為相等)。理想情況下，等邊線上所有位置都具有相同的變質等級。

這張圖描繪了變質級別的近似溫度和壓力

3.4變質相

總的來說，變質岩並不是由在不同時間、不同地點形成的礦物堆疊組成的。相反，它們由獨特的礦物組合組成，這些礦物在一定的壓力和溫度下相互結合生長。

似乎這樣的礦物組合或多或少地代表了化學平衡的一個條件，即構成岩石的化學物質都有組織地進入礦物顆粒群中並保持穩定。地質學家還確定，岩石中存在的特定礦物組合取決於壓力和溫度條件以及原巖的組成。

這一發現使地質學家提出了變質相的概念。變質相是一套具有一定壓力和溫度範圍的變質礦物組合。相中的每一特定組合都反映了原巖的組成。根據這一定義，一個給定的變質相包括幾種不同的岩石，這些岩石在化學成分和礦物含量方面彼此不同。

但是同一相的所有岩石都是在大致相同的溫度和壓力條件下形成的。地質學家識別出了幾種相，包括沸石相、角巖相、綠片岩相、角閃巖相、藍片岩相、榴輝巖相和麻粒巖相。不同的相的名稱是根據在某些相的岩石中發現的獨特特徵或礦物而命名的。

我們可以用相圖表表示變質相形成的近似條件。橫軸表示溫度，縱軸表示壓力。圖上標有相名稱的區域表示具有該特定相礦物組合形成的溫度和壓力的大致範圍。

例如，岩石在A點的壓力和溫度(4.5kbar和400℃)作用下形成了綠色片岩相的礦物組合特徵。如圖所示，相邊界處的壓力和溫度無法精確確定，相之間的過渡是漸進的。

我們可以用同一幅圖來描繪不同地殼區域的地熱梯度(溫度隨深度的變化)。例如，在造山帶之下，地熱梯度穿過沸石相、綠片岩相、角閃巖相和麻粒巖相。相反，在俯衝過程中形成的增生稜柱中，溫度隨深度的增加而緩慢增加，因此形成了藍片岩相組合。

不同變質相

4.變質作用發生在哪裡？

到目前為止，我們已經介紹了，變質的營力(熱、壓、應力和熱液流體)，變質作用形成的岩石型別，變質級別的概念。有了這個背景，讓我們在板塊構造理論的背景下，研究一下地球上發生變質作用的地質環境。你會發現變質作用發生在各種各樣的條件下。這是因為地熱梯度，岩石在變質過程中承受壓縮或剪下的程度，以及岩石與熱液流體相互作用的程度都取決於地質環境。

4.1熱變質或接觸變質作用

想象一個地方，熾熱的岩漿侵入了較冷的巖壁。熱量從岩漿流向圍巖，因為熱量總是從較熱的物質流向較冷的物質。因此，當圍巖升溫時，岩漿冷卻並凝固。熱液流體可能在侵入岩和圍巖中迴圈。熱和熱液迴圈使圍巖發生變質作用。

最高階的變質岩在緊鄰侵入岩的地方形成，那裡的溫度最高，在更遠的地方逐漸形成級別較低的岩石。在火成岩侵入周圍形成的變質岩帶被稱為變質暈。“暈”一詞來自拉丁語“aureola”，意為王冠或光環。變質暈的寬度取決於侵入物釋放的熱量，而熱量釋放又取決於侵入物的大小和形狀，以及發生的熱液迴圈的數量。

例如，大的深成岩提供了更多的熱量，產生更寬的暈。類似地，侵入溼岩石可能比侵入幹岩石產生更寬的暈，因為熱液流體輸送熱量並引起交代作用。

大巖體的熱量可以產生變質暈，角巖在其中發育。變質程度在遠離巖體的地方逐漸減小

由火成岩熱傳導導致的區域性變質可以被稱為熱變質作用或接觸變質作用，沒有發生壓力和應力的變化，也沒有形成優選方位。變質暈包含角巖，一種非葉理變質岩。根據板塊構造理論，岩漿在匯聚邊界、裂谷和造山的某些階段侵入地殼，因此，在這些地方你可以找到接觸變質的例子。

4.2動力變質作用

地殼之間發生滑動或剪下時形成斷層，在地球表面(地殼上部10到15km處)，這種運動使岩石斷裂，將其撕成稜角分明的碎片，甚至粉碎成粉末。但是由於地熱的梯度，在更深的地方，岩石溫度很高，當沿著斷層發生剪下時，岩石就會發生塑性變形。

在變質條件下的剪下過程，岩石中的礦物重新結晶，從而形成新的結構。我們稱這個過程為動力變質作用，因為它是在變質條件下僅發生剪下(運動)的結果，不需要溫度或壓力的改變。動力變質岩石通常發育幾乎平行於斷層的葉理。

在變質條件下，岩石的剪下作用會使原始晶體分裂成微小的晶體，而不會破裂形成一種叫做糜稜巖的片岩

4.3熱動力或區域變質作用

沿著匯聚邊界或在大陸碰撞期間，大陸地殼沿著斷層向上移動並覆蓋地殼的其他部分。曾經沿著大陸邊緣靠近地球表面的原巖，最終會落到山脈下面很深的地方。在這種環境下，有三個過程會影響原巖：

原巖升溫，因為溫度隨深度增加，而且附近有火成岩活動；

覆巖自重隨深度增加，壓力增大；

承受壓縮和剪下。

結果，原巖在山帶下的深處變成了葉理變質岩。形成的岩石型別取決於變質程度：板岩形成於較淺的深度，而片岩和片麻岩形成於較深的深度。

由於我們剛才描述的變質作用不僅包括熱變質作用，而且還包括壓縮和剪下作用，地質學家稱之為熱動力熱變質作用。通常，這種變質作用會影響一個大的區域(通常是整個山脈帶覆蓋的區域)，也稱為區域變質作用。

熱動力變質作用發生在山帶發育過程中。這一過程也稱為區域變質作用

4.4俯衝帶變質作用

藍片岩是一種相對罕見的岩石，含有一種不常見的藍色礦物角閃石。實驗表明，這種礦物只在高壓和相對低溫的條件下形成。

這種條件不會在大陸地殼中存在，因為在產生藍色角閃石所需的高壓下，大陸地殼的溫度也很高。所以，要想知道藍片岩在哪裡形成，我們必須要問地球上哪裡可以在相對較低的溫度下形成高壓。

板塊構造理論為這個謎題提供了答案。研究人員發現藍片岩只出現在俯衝帶形成的增生稜柱中。這樣的稜柱可以長到20km厚，稜柱底部的岩石承受高壓。但是由於稜柱下俯衝的海洋地殼較冷，所以稜柱內的溫度相對較低。

藍片岩形成於匯聚邊界上的增生稜柱的底部