前人對變質巖的分類做過很多工作,提出了不少變質巖的分類方案,既有圖解式也有表格式。Best(1982)、Raymond(1995,2002)提出變質巖的組構或構造(Texture)分類。Fritsch等(1967)、Winkler(1976)對變質巖的礦物含量進行詳細研究,提出變質巖定量礦物的分類圖解。Bard(1987)提出變質巖的化學成分分類圖解。Grubenmann(1904)、程裕淇等(1963)和賀同興等(1980,1988)以等化學系列和等物理系列相結合,提出變質巖和區域變質的分類表。王仁民(1973)提出常見區域變質巖的定量礦物分類命名的圖解。對動力變質巖的分類研究較深入的主要有 Higgins(1971)、Sibson(1977)、Wise(1984)等人,提出了斷層巖的分類表或圖解;王嘉蔭(1978)提出碎裂變質巖的成因分類表;甘盛飛等(1994)、鐘增球等(1991)、孫巖等(1979,1985)在前人分類的基礎上,進壹步完善,提出了內容和劃分更詳細的斷層巖分類表。
現將前人對變質巖分類簡要敘述如下。
1.變質巖的化學成分分類
由於變質巖的原巖類型復雜,化學成分的變化範圍很大。在等化學的封閉體系中,變質巖的化學成分與其原巖(火成巖、沈積巖)基本壹致。而變質巖的主要化學成分是形成變質巖礦物的物質基礎,也是變質巖分類的依據之壹。單純以化學成分編制的變質巖分類表和分類圖解的(Bard,1987)較少,也很少被應用。因為使用這類分類表和圖解,必須要有變質巖石化學分析的數據,但絕大多數變質巖石並不具有這些資料;而相同(似)化學成分的巖石,在不同的地質環境和變質條件下,可形成不同的變質巖,如果沒有相應的礦物、組構特征和變質巖石的地質產狀,僅有巖石的化學成分,要對變質巖正確命名是很困難的。
在大多數變質巖分類表中,按化學性質的相似性,將變質巖劃分為若幹大類(等化學系列)。如格魯賓曼(Grubenmann,1904)在他的變質巖分類表中,據變質巖的化學特征劃分為十二大類,程裕淇等(1963)區域變質巖分類表中,按變質巖的原巖類型和化學特征將變質巖劃分為九大類。特納(Turner,1958)提出壹個簡明的化學類型分類,將大多數變質巖原巖的化學成分歸納成如下的五個化學類型。
(1)泥質(Pelitic):泥質沈積物;(2)長英質(Quartz-feldspathic):包括砂巖、矽質凝灰巖和中酸性火成巖;(3)基性(Basic):基性火成巖、凝灰巖及含有數量較多的鈣、鐵、鎂的不純泥灰質沈積物;(4)鈣質(Calcareous):來自於石灰巖和白雲巖(可含石英、粘土礦物等雜質)等鈣質沈積物;(5)鎂質(Magnesian):來自超基性火成巖、綠泥石質及其他富鎂鐵質的沈積巖。
特納的變質巖化學類型分類,涵蓋了自然界中絕大多數常見的變質巖的化學成分,且簡明扼要,目前已為國內外地質學家所接受,在變質巖石學的著作中被廣泛引用,並作為變質巖的分類基礎。本手冊以特納的化學類型變質巖類作為編制“主要變質巖分類表”的基礎之壹。
2.變質巖的定量礦物分類
變質巖的礦物及其含量,既受原巖化學成分的控制,也受變質作用物化條件的制約。與火成巖和沈積巖壹樣,礦物是鑒別變質巖石的主要依據,是變質巖分類命名的基礎之壹。有些變質巖石的基本名稱,是以其礦物或礦物組合命名的。如石英巖、榴輝巖、雲英巖等。
Winkler(1976)提出的常見變質巖定量礦物分類圖解(圖2-1),圖解由兩個雙三角形組成,角頂的端員分子分別是石英、長石、碳酸鹽礦物和雲母等矽酸鹽礦物,圖解適用於由上述端員分子組成的變質巖石。圖2-1a適用於較低級的變質巖石;圖2-1b適用於中高級的變質巖石,其中片巖取代了千枚巖的位置,並在大理巖及鈣矽酸鹽巖石中出現了透輝石和鈣鋁榴石。圖解中片巖和片麻巖以長石最少為20%作為兩者的分界線,並用虛線表示,表明作者對這條界線的厘定較謹慎,僅為參考的標準。
利用變質巖定量礦物分類圖解確定變質巖石的名稱,首先通過變質巖中石英、長石和雲母等礦物或石英、碳酸鹽礦物和雲母等礦物之間的含量比例,投影在圖的相應區域,並根據變質巖石組構的特征,得到變質巖石名稱。因壹些重要的變質巖石如榴輝巖、藍閃片巖、矽卡巖在圖中沒有相應的位置,也由於使用圖解較繁雜,致使變質巖定量礦物分類的圖解未能被大多數地質學家應用。
3.變質巖的組構分類
變質巖的組構是其最直觀的重要特征之壹。在野外露頭及標本上,我們首先註意觀察變質巖的定向組構、高度變形的組構或不具定向的組構。由於變質巖組構特征與其變質作用的地質環境及變質作用物化條件密切相關,不同的變質作用類型所形成的變質巖的組構大多具有明顯的區別,如動力變質作用形成的碎裂組構和糜棱組構、接觸變質作用形成的角巖結構、區域變質作用形成的板狀、千枚狀、片狀和片麻狀構造等,大多是變質作用類型的具體反映。變質巖的組構也是其分類命名的主要基礎之壹。有許多變質巖石的名稱如板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、糜棱巖等就是以變質巖石中具有板狀、千枚狀、片狀、片麻狀、糜棱狀組構而命名的。長期以來,這些變質巖名稱已被世界上的地質學家所接受,並壹直沿用至今。
以變質巖的組構特征作為其分類的主要基礎,稱為變質巖的組構或構造分類。具有代表性的有 Spock(1962)、Huang(1962)、Best(1982)和Raymond(1995,2002)相繼提出變質巖構造分類表。Spock(1962)將變質巖劃分為兩種主要類型,即具有明顯定向構造和明顯無定向構造的巖石。Huang(1962)提出碎裂、無葉理和具有葉理的變質巖組構分類。Best(1982)提出按強葉理、弱葉理和無葉理和弱葉理變質巖的組構分類(表2-1)。
強葉理巖石弱葉理巖石無葉理 弱葉理巖石板巖千枚巖片巖片麻巖混合巖糜棱巖花崗變晶巖(Granofels)斜長角閃巖蛇紋巖綠巖雲英巖角巖石英巖大理巖泥質板巖(Argillite)矽卡巖(據Best,1982) 由於組構分類較好地體現了變質巖石表面特征的直觀性,分類表的簡明扼要及應用時的靈活性,較適用於具有相當地質專業知識的人員使用,近年來在變質巖石學著作中應用較廣。但由於分類表中只強調了組構特征,而作為組成巖石的礦物在分類表中沒有應有的位置,特別是壹些無葉理—弱葉理構造的變質巖石名稱,大多是以巖石中的主要礦物和礦物組合作為巖石的基本名稱,致使在利用變質巖組構的分類表時會感到較困難,特別是初入門的地質人員,難以掌握變質巖石的正確定名。而且,對於在成因、礦物和組構等都很復雜的種類繁多的變質巖石,上述的組構分類也顯得過於簡略。
4.變質巖的變質作用類型分類
變質作用類型不同,其所形成的變質巖石也有差別。變質作用類型及其相應的變質巖石主要是:
區域變質作用形成的區域變質巖,分布範圍廣,巖石種類繁多。主要有板巖類、千枚巖類、片巖類、片麻巖類、石英巖類、長英變粒巖類、斜長角閃巖類、麻粒巖類、榴輝巖類、大理巖類和鈣鎂矽酸鹽變質巖類等。
接觸變質作用形成的接觸變質巖,主要分布於侵入巖體附近。以角巖類為代表,還有斑點板巖、接觸石英巖類、接觸大理巖類、接觸千枚巖類、接觸片巖類和接觸片麻巖類等。
動力變質作用形成的動力變質巖,主要分布於構造斷層帶中。以構造角礫巖類、碎裂巖類、糜棱巖類為代表。
氣液變質作用形成的氣液變質巖,主要分布於熱液礦體周圍、斷層帶中及其附近、侵入巖體的頂部及其內外接觸帶等地段。主要巖石類型有矽卡巖類、雲英巖類、絹英巖類、青磐巖類,此外常見的氣液變質巖還有綠泥石化巖、矽化巖、碳酸鹽化巖、絹雲母化巖等。
混合巖化作用形成的混合巖,主要分布在中高級區域變質巖地區,具有混合巖組構的各種混合巖類。
盡管不同的變質作用類型形成各種不同的變質巖石,但也有壹些變質巖的礦物和組構特征雖相同,但它們卻分別形成於不同的變質作用類型。如區域變質作用和接觸變質作用均可形成大理巖、石英巖,在接觸變質巖石中也經常有片狀、片麻狀構造的巖石。區域變質巖的白雲母石英巖、綠巖和氣液變質巖的雲英巖、青磐巖、綠泥石化巖、綠簾石化巖等。所以對變質巖石的鑒定和命名,不能脫離野外實踐,只有在了解巖石的地質產狀,並結合室內的鑒定和研究,才能得到變質巖的正確命名。
在上述變質作用類型所形成的各類變質巖石中,前人對動力變質巖和區域變質巖分類的研究較深入,分類的方案也較多。有關內容將分別在第三章的區域變質巖分類和第六章的動力變質巖分類中詳細敘述。另外,在第四章和第五章中分別敘述混合巖和接觸變質巖的分類和命名。
國際地科聯推薦的由變質巖分類學分委員會(SCMR)組織編寫的《Metamorphic Rocks:A Classification and Glossary of Terms》(Fettes和Desmons,2007)壹書有關變質巖分類的章節中,強調涉及變質巖分類的參數太多,以致不能編制出包含變質巖分類要素為基礎的變質巖分類表。
綜上所述,前人所編制的變質巖分類表或圖解,只側重變質巖分類的壹個要素,如變質巖的化學分類、定量礦物分類和構造分類,或只有壹種變質作用類型的變質巖分類表,如區域變質巖分類表、動力變質巖分類表和接觸變質巖分類表或圖解。迄今尚未有以變質巖分類三要素為基礎,又能涵蓋主要變質作用類型所形成的大多數變質巖的分類表。