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# 變質岩 Metamorphic rock

## 變質作用 Metamorphism
### Produced by
* Heat
* pressure
* fluids
* 當岩石在不穩定的狀態下會重新再結晶(recrystallize)、排列(rearrangement)形成穩定狀態。
>固體狀態下才可討論變質作用，若熔融則進入火成岩範疇
>可指示變質時的溫度環境、壓力、應力大小等等

### 熱從哪裡來？
* 多數從地球內部的放射性同位素衰變產出的熱。
#### 地溫梯度
* 30ºC/km(near surface)，
* 越深，梯度越小(1~2ºC/km at deep earth)

#### 地壓梯度
* 上方岩石的重量所致。
>1atm=1bar=1000hPa(at surface) 10kbar=1Gpa
* 1kbar/3km (10kbar=1GPa=30km )
* 梯度差異與地底構造有關：
1. 造山運動
2. 被動邊緣
3. 平靜板塊

### Recrystallize
* 組成礦物改變
* 結晶結構改變
* 化學性質改變

### limitation
#### 下限
以某些礦物第一次出現之時定義為變質作用的下限。
* 溫度：>150~200ºC
* 壓力：>1.5kb(約5km深)

>泥岩中有白雲母出現
>火成岩中出現**綠泥石**等輕度變質礦物
#### 上限
* 溫度：以熔融溫度為上限，隨母岩種類而定(不可達到熔融狀態，否則就會被定義為火成岩)
* 泥岩(>650ºC)、玄武岩(>800ºC)、橄欖岩(>1100ºC)

### Metasomatism(交代變質/換質)
* 透過流體使岩石產生化學性質的改變，互相交換礦物與化學成分
> e.g. 熱液、天水、地下水經過較熱的地區進行離子交換、沉澱等
> 變質後礦物相較原岩增加或減少化學成分

## 影響變質作用的因素
1. 溫度 temperture
2. 壓力 pressure
3. 流體 fluid
4. 母岩 parent rock，調查其原始成分鐵鎂或矽酸
5. Time

### Temperture
* Below 150ºC, Mineral is stable.
* Above 150ºC, some mineral start metamorphism.
* Above 600ºC, mostly metamorphism.

### Pressure

#### 靜岩壓力
來自四面八方的壓力相等，使排列更緊密

#### 定向壓力
來自各方向的壓力不相等(可能會改變岩石結晶、排列的形狀)
>火成岩中礦物多自由排列，無特定方向
>受壓後礦物呈同樣的方向排列，整齊有序

#### 葉理
* 檢視變質岩受力方向(垂直最大應力的擠壓方向)
* 形成:
1. 有可能因為礦物單純重新排列，也有可能因溫度高，礦物結晶熔掉後重新長，甚至可能使結晶長度變長。
* Remobilization(依礦物別重新排列，結晶形狀不變)
* Rotation(旋轉排列)
* Recrystalization(結晶長度變長)
* Pressure sollution(外力作用壓扁)

#### 褶皺
1. 岩層厚度會影響褶皺的弧長。岩層越厚的話弧長越長()

> * 多重協調褶皺 : 岩層厚度是影響褶皺弧長的主因(或者是流動性也會影響)
> * 寄生褶皺 : 在大褶皺內，因為流動性不同，或者是厚度較薄的岩層所形成的小褶皺長在大褶皺附近，稱為寄生褶皺。
> * 抗流力(competence) :
>

2. 尖頂-圓弧褶皺
較強的岩石會呈現圓弧狀的褶皺，較弱的岩石會因為流動性比較高，所以會塞到強岩石褶皺形成的縫隙裡面，形成尖頂的樣子，

3. 夾皺劈理
大理岩在變質前的石灰岩層裡面如果有外來的礦物(黏土礦物)，在變質過後新生片狀礦物(雲母之類的)，在變質之後就會形成劈理


4. 褶皺伸向
褶皺中由長翼轉向短翼的方向。可以看出岩層受剪切的方向


5. 串腸構造
可以指示最大伸展方向(最大主應力的方向)，因為當岩層受力的時候，流動性強的岩層會往垂直最大應力方向的兩邊拉伸，形成像一串串的香腸(? 構造。


### 母岩 Parent rock
* 任何岩石都可當作變質岩的母岩

1. 超鐵鎂岩 Ultramafic rock, Mg Fe多， Si Al少
> 科瑪堤岩
2. 鐵鎂質岩 Mafic rock Ca Mg Fe多
> 玄武岩、輝長岩、灰色雜砂岩
3. 泥質岩 Pelitic rock, high Al K Si
>Shale/mudrocks
4. Carbonate 含Ca Mg CO~2~
>limestone, dolostone
5. 純石英岩(pure SiO~2~)
> 黑曜岩、玉隨等
6. Quartz-feldspathic high Si Na K Al
> 流紋岩、長石砂岩等

#### 命名
* 多依照礦物組成進行命名
>榴輝岩，多含有石榴子石

### 流體
1. pore fluids(水、CO~2~)
* 藉由離子的沉澱或搬運加速變質作用速率
2. Chemical fluids
* Carry ions from the melt

### 變質環境
* 壓力變化：板塊隱沒
* 溫度變化：岩漿上升
* 組成變化：流體與斷層，流體沿著斷層裂隙移動，流體會影響斷層的動力變質，如交代變質等現象，同時可藉由流體於斷層的狀態檢視各斷層間的相關

### 變質度 Metamorphic grade
討論兩個不同變質岩區變質程度上的差異，溫壓越高，變質度越大。

### 變質帶 metamorphic zone
討論一區域中連續變質相的變化
### 變質相 metamorphic facies
一個變質帶裡面的不同礦物群，一種礦物類型為一變質相

### 溫壓圖
* 判別變質度的圖，分為低中高變質與熔融
* 判斷變質相的圖，同化學性質不同溫壓會產生不同礦物(同質異形)

### 指準礦物 index mineral
* 在連串的變質岩中，用以判斷變質程度與礦物組成的礦物
1. chlorite 綠泥石(較低度變質礦物(含水的黏土礦物))
2. biotite 黑雲母
4. garnet 石榴子石
5. staurolite 十字石
5. kyanite 藍晶石(含鋁)，形成溫度較低
6. sillimanite 矽線石(含鋁)，形成溫度較高

### 變質岩相圖
>藍色片岩：隱沒帶，溫低壓高
>角岩：岩漿侵入，溫高壓低


* 相圖分區
1. 低溫低壓（沉積岩厚，深埋作用，下部有輕度變質）
2. 低溫高壓（隱沒帶，藍片岩相）
3. 高溫低壓（接觸變質，角頁岩相）
4. 溫壓同時升高（大部分，造山作用下形成，角閃岩相、粒變岩）

## 變質作用的型態
### 接觸變質(溫度作用為主)
* 岩漿侵入，高溫使周圍岩石變質局部烘烤 bake，深度較淺
* 隨岩石與岩漿的距離增加，溫度減少，變質相漸變
* 變質相依母岩性質不同而有不同

### 動力變質
* 板塊剪切帶錯動(低溫高壓)，依圍岩性質決定變質岩性質
* 脆性，深度<10-15km，形成breccia
* 韌性，深度>15km，形成糜凌岩
* mylonite 麋嶺岩，呈透鏡或眼球狀的變質岩

### 熱液變質
### 區域變質(最常見)
* 常見在聚合性板塊邊界
* 造山運動
* 有時候有流體喔
#### 深埋變質
* 變質程度低的區域變質
* 上方約五公里厚的沈積物給予的低溫壓造成

### 葉理構造 Foliation Structure
1. Remobilization 受壓力導致同類礦物聚集並同方向排列
2. rotation 礦物旋轉至同方向
3. recrystallization 再結晶後礦物成相同排列
4. pressure solution 壓扁

## 沉積岩的變質岩
### Argilite(硬頁岩)
* 沈積物在堆積時便逐漸形成頁理
* 受到輕度壓力擠壓後，順著頁理方向變質形成新的另一個方向的葉理
* 具有兩個脆弱面，順著脆弱面破裂後形成長條形鉛筆狀構造

### 有葉理的變質岩
* 板岩：葉理中無新的礦物重新排列(綠泥石、白雲母開始出現)，稱為cleavage 劈理
* 千枚岩：有黑雲母出現
* 片岩：各種礦物皆會出現在葉理中，並依礦物命名片岩
* 片麻岩：Remobilization or recrystallization 非單純葉理(片麻理)

### 沒葉理的變質岩
>依照變質方式分類
* 角岩：高溫低壓(壓力不夠不足以使其排列)
* 石英岩：區域變質或接觸變質，內含其他化學離子會變色
* 大理岩：石灰岩變質，Mg replace Ca:arrow_right:白雲石 ，但變質後仍稱為大理岩
* 藍片岩：低溫高壓隱沒系統，因藍片岩或是藍閃岩呈現藍色
* 綠片岩：溫壓較藍片岩高一些，出現綠泥石、綠連石、蛇紋石
* 角閃岩：角閃石呈現黑色，長石呈現白色
* 粒變岩：最高的變質溫壓，粒狀、片麻狀變晶
* 榴輝岩：石榴子石與綠色輝石，高溫極高壓
* 混合岩：變質與火成岩混合，因礦物熔點不同
* 麋嶺岩：透鏡眼球狀的動力變質岩
* 蛇紋岩：橄欖石或橄欖岩變質後蛇紋岩化，依成分再區分
* 矽卡岩：與碳酸鹽類發生metasomatism，離子取代與交換

#### 縫合
* 原先無特定排序且有空隙的岩石組成受變質作用後縫合(e.g.石英或生物殼體)，中間空隙消失長出新的結晶，外觀看起來像毛邊，但無葉理。
> 縫合水晶

> 八里灣層:島弧周圍盆地的沉積物(來自島弧本人，比較白)
> 到出現礫岩層的時候代表接近陸地，開始出現礫

> 隱沒帶後方在海洋地殼隱沒的時候會有分高傾角的隱沒或低傾角的隱沒。低傾角的隱沒的話在隱沒帶後方不太會有地函物質跑上來；高傾角的話會有岩漿跑上來，遇到二氧化矽含量較高的沉積物的話會產生一大堆的mixing，讓岩漿類型從基性轉變為偏中性的物質。那當板塊在隱沒久了之後，可能還會捲入一些大陸地殼的沉積物，會使島弧後方的大陸地殼增厚，並且將岩漿的性質轉為中酸性，因而形成偏向花岡岩性質的火山(福建)
>