重結晶作用

2023年12月27日發(作者：好好活著)

重結晶作用

重結晶作用是變質作用的一種主要方式，但對其含義有不同理解，有些人把變質作用過程中原巖基本保持固態條件下的礦物結晶作用叫重結晶作用，并通過以此和巖漿和溶液中的礦物晶出作用項區別，根據這種概念，重結晶作用即包括原巖中某些礦物個體形態、大小和空間位置的變化，也包括原有礦物通過化學反應轉變成新礦物的作用，這兩類作用方式雖然在變質巖形成過程中經常伴生，但其控制因素所涉及的物理化學原理頗不相同，多數學者引用冶金學概念，重結晶作用主要是同種礦物的溶解，組分遷移和再次沉淀結晶，而不形成新的礦物。如石灰巖中隱晶質方解石在變質作用過程中隨溫度升高可轉變成較粗大的方解石晶體，使原巖成為大理巖，這種作用主要和礦物顆粒表面能有密切的關系。同種礦物粒度愈小者所具有的表面能愈高，所以在相同的溫度壓力條件下，較小的顆粒穩定性較差，溶解度較大，易于被溶解。相應組分經遷移后自行聚聚成同種礦物較大的晶體。或在原來較大的顆粒表面繼續生長使它變的越來越粗，通過這一過程原來粒度很細或粗細不均勻的巖石就會變成粒度相對較粗較均勻的巖石。另一方面當原巖為具有碎屑結構的巖石（砂巖、粉砂巖等）時，在外形不規則的礦物顆粒表面，棱角最鮮明的部位所具有的表面能較高，最易被溶解，如有凹面存在時則此處表面能最低，最有利別出溶解的組分在此處沉積和生長，所以隨著重結晶作用的進行，同種礦物顆粒的外形漸趨相似，如在石英巖和變粒巖中，石英和長石都近似渾圓它形粒狀。原來的碎屑結構被改造而消失，所以重結晶作用總的特點是同種礦物中，通過組分的溶解和重新沉淀使其顆粒不斷加大，相對大小逐漸均勻化，顆粒外形也變的較規則。原巖中礦物重結晶的強度和速度受許多因素控制，首先是和原巖本身的礦物成分及組構有關，如碳酸鹽類沉積巖和硅質巖常比砂質和粉砂質易于重結晶；其次組分較簡單的巖石比組分復雜的巖石易于重結晶，單礦物的變質巖由時粒度較粗；此外如原巖含極細的碳質、鐵質等粉末狀雜質時。長輝阻礙主要造巖礦物的重結晶作用。所以在大理巖和片巖類巖層中，常發現碳質較高的夾層粒度較細，就是與此有關。

原巖的結構構造對重結晶作用的進程有時也有很明顯的影響，特別是在中低溫變質環境中常常發現成分相同的沉積巖中，粒度較細者重結晶作用明顯。石英等礦物的碎屑結構大部分被改造，而粒度相對較粗的原巖中，則變余碎屑結構或礫狀結構等可不同程度的被保存。影響重結晶作用的外部因素主要是具化學活動性的流體相，溫度和壓力等等。

H2O和CO2為主的流體相對重結晶作用關系極大，因在此過程中首先是組分從礦物顆粒表面轉入間隙溶液中，再通過擴散作用遷移到正在生長著的礦物顆粒表面，在這過程中流體溶液起到了重要的溶劑作用。地質實驗證明原始物質中不含任何流體溶液，組分的遷移十分緩慢，以致實際上不能發生明顯的重結晶現象，雖然自然界巖石中完全不含流體溶液的情況極少，但不同巖層中H2O和CO2的含量不同對重結晶強度有很大影響，碳酸鹽巖石易于眾結晶可能于CO2含量較高有關，它們可以來源于變質反應過程中某些碳酸鹽分解。溫度的增高會大大增加重結晶作用的速度，因為一切作用都需要消耗能量，熱能的增加可加速硅酸巖在間隙溶液中的溶解，還可增加這這組分在溶液中擴散的速度和距離，所以有利于重結晶作用的進行，并形成較粗顆粒，實際上在沉積巖的后生成巖過程中，重結晶作用即已開始，表現為膠體脫水及碳酸鹽開始重結晶等現象，但硅酸鹽礦物的全面重結晶現象則是真正發生變質作用的標志。兩者之間存在這種差異的主要原因，就在于變質作用是在較高溫度下進行的，所以出現礦物全面重結晶現象。

1

應力也能促進重結晶作用，首先原巖中礦物如遭受碎裂成較細顆粒時，它們的表面能增大，所以較易于重結晶雖然最終礦物粒度不一定比原來粗，但原巖結構則完全改變，其次由于應力引起的變形過程中，礦物內部出現許多裂紋及晶格構造錯位現象，這些地方有利于新晶核的生長，有時候經錯位后的幾部分之間可鑲合而成一個新晶體的胚胎，接著生長成較大晶體，這種脫應力的重結晶作用可大大降低形成新晶核所需的能量。從而促使巖石中普遍出現重結晶作用，此外重結晶作用過程中應力的存在還會的新形成礦物的形態、內部構造及相鄰礦物之間的界面特點等都有重大影響。

在變質巖中變晶結構的粒度可以作為判斷變質溫度相對高地的標志，其它條件向同時，溫度愈高，保持時間越長，則重結晶所形成的礦物顆粒應愈粗，但野2

外實際情況決定重結晶強度的情況很復雜，在同一地區，要把變晶粒度和溫度相聯系必需查明有關因素，如常發現相鄰大理巖層中有些粒度很粗，有些則較致密。有如高溫麻粒巖地區，有些麻粒巖和黑云母變粒巖粒度很細，這些情況說明把變晶粒度作為判斷變質溫度的重要標志是不合適的。重結晶及變質結晶所形成礦物顆粒的形態及其與相鄰礦物之間的界面特征主要受它們表面張力相對大小所控制。在具有等向習性的同種礦物顆粒之間，由于表面彼此張力相同，當同時生長干涉的結果，界面應為平面，在薄片中接觸界線應為直線，在大理巖等接近單礦物的巖石中，常常三個礦物顆粒的邊界線交于一點，彼此交角120°，見圖典型的平衡變晶結構，在飛均向的同種礦物顆粒之間，或不同礦物顆粒之間，由于表面張力相對大小不同，所以接觸面是曲面，表面張力較大的礦物界面凸出，表面張力較小的相鄰礦物界面內凹，表面張力差別愈大時，界面的曲度也大。這一情況進一步發展，可導致基本同時重結晶或變質結晶的兩種礦物呈包裹關系，即表面張力小的礦物可將表面張力相對大的多的礦物包裹。如以石英為主同時含少量輝石的巖石在其形成過程中，由于輝石和石英之間相對表面張力大于石英本身顆粒之間的表面張力，所以石英成較大顆粒彼此直接接觸，而輝石則成較小顆粒分散在幾個石英顆粒之間。

3