岩石学
岩鉱教授

担当：道林克禎

春学期
月曜日３時限13:00-14:30

第１１回
変成作用と変成岩の分類

岩石の分類：三分法による提案• 火成岩(Igneous Rock)• マグマが固結して形成された岩石
火成作用(Igneous Process)

1862年

B. von Cotta

岩石学で扱う岩石は
主に火成岩と変成岩• 堆積岩(Sedimentary Rock)• 既存の岩石が地表付近で破砕・分解(風化作用，Weathering)されて，水中または空気中で堆積(堆積作用, Sedimentation)して固化（続成作用，Diagenesis)した岩石（cf.未固化の状態を地層という）• 続成作用：凝固や弱い再結晶作用．地表付近の低い温度・圧力条件で安定な粘土鉱物や炭酸塩鉱物を含む• 変成岩(Metamorphic Rock)• 源岩（火成岩や堆積岩，場合によっては変成岩も含まれる）が地下深部でそれが形成された温度・圧力条件とは異なる条件下で鉱物や組織を変化させて形成された岩石（変成作用，Metamorphism）• cf. 変質作用(Alteration)：広義には岩石・鉱物の任意の鉱物学的変化のこと．狭義には局部的な熱水作用や地表付近の風化作用でおこる鉱物学的変化のことで化学的風化作用(Chemical weathering）ともいう．

火成岩と変成岩は似てなくて似てる
高温

火成作用

物質の状態：マグマ（完全な液相）マグマ
リキダス（液相線）

温結晶
作⽤

物質の状態：マグマ＋鉱物結晶（液相と固相の混合）
ソリダス（固相線）

度

変成作用
再結晶
作用

再結晶
作用

低温
火成岩

源岩 変成岩物質の状態：岩⽯（鉱物結晶からなる完全な固相）結晶化作用とは，マグマ（液相）から鉱物（ガラス）が結晶化（固相化）すること
再結晶作用とは，元の鉱物結晶（集合）から別の鉱物結晶（集合）に変化すること

火成岩と変成岩
火成作用と変成作用
結晶作用と再結晶作用Crystallization Re-crystallization

マグマから岩石と岩石から岩石岩石（火成岩・変成岩）は，ある温度・圧力条件下において，その岩石に含まれる全ての化学組成（全岩化学組成という）がその条件下で安定に存在できる化合物（鉱物集合体）として形成される．この岩石形成は，熱力学的な化学平衡論によって説明される．基本的にはギブスの自由エネルギーの小さい鉱物集合に変化する．（岩石学の講義内で解説）

変成作用と温度履歴との関係
原岩

変成岩
〜300℃

特に温度ピークにおける開放系の平衡反応

⾼温
変成鉱物

stagerade温昇昇温期変成作⽤Prograde metamorphism

期
ge
温ta
降esadgr期

昇温期変成作⽤： A → B + H2O + CO2（脱⽔・脱炭酸）

tro
Re酸
炭
脱 2・ CO水
脱 H 20昇温期変成作⽤

降温期変成作⽤の鉱物
⽣成は部分的な反応

温度ピーク
Thermal peakProg

低温変成岩（変成鉱物）は昇温期変成作⽤の産物

不可逆過程
降温期変成作⽤： A ← B + H2O + CO2（H2OやCO2の付加がないと起きない反応）

降温期変成作⽤
Retrograde metamorphism

時間変成作用の地質学的分類
要因：温度・圧力・応力・歪・化学反応・流体・メルト

地質学的過程（反応時間，反応範囲）
⻑い

広域変成作用 Regional Metamorphism

時間

接触変成作用 Contact Metamorphism

短い

衝撃変成作用 Impact Metamorphism広域変成作用
地球内部の広域的な温度構造を反映して進行している変成作用
広範囲→広域変成岩→広域変成帯（三波川帯，領家帯）（比較的長い間）
変形作用の影響が大きい→結晶片岩，片麻岩

三波川変成帯 三波川変成岩類





領家変成帯

https://gbank.gsj.jp/geowords/picture/illust/types_of_metamorphism.html

2022/09/14

接触変成作用
マグマ（深成岩体）が地下深部に貫入することによって，周囲の岩石がほぼ等圧的に加熱されて再結晶作用がおきる変成作用
局所的→接触変成岩→接触変成域（数km以内）比較的短時間（深成岩が周囲と同程度まで冷えるまで）変形作用の影響はほとんどない→ホルンフェルス，大理石（細粒・緻密）浜島書店編集部「ニューステージ新地学図表」浜島書店（2015）

衝撃変成作用
隕石の落下によって，地表が局所的短時間に超高圧超高温状態で再結晶作用が進行する変成作用
http://nh.kanagawamuseum.jp/kenkyu/epacs/museum/2a0
2.htm 2022/09/14

限定的・局所的・超短時間石英→コース石，石墨→ダイヤモンド
カンラン石→ブジッジマナイト
激しい変形作用→特徴的組織（シャッターコーンなど）
神奈川県⽴⽣命の星地球博物館
http://nh.kanagawa-museum.jp/kenkyu/
epacs/museum/2a02.htm 2022/09/14

岩石標本（鳳来寺山自然科学博物館）
班レイ岩(Gabbro)花崗岩(Granite)

松脂岩(Pitchstone)

溶結凝灰岩(Welded tuff)

玄武岩(Basalt)

蛇紋岩(Serpentinite)

結晶質石灰岩(Marble)石灰岩(Limestone)

安山岩(Andesite)

デイサイト(Dacite)

黒色片岩(Black Schist)

片麻岩
緑色片岩
(Green schist) (Gneiss)

レキ岩
砂岩(Conglomerate rock) (Sandstone)

泥岩(Mudstone)

流紋岩(Rhyolite)

凝灰岩(Tuff)

変成作用と再結晶作用
変成作用は，本質的に固体の岩石内でおこる化学反応
少量の流体(やメルト)を含む原岩(Protolith)
例）⽕成岩
堆積岩
元の変成岩

泥岩
石灰岩

変成岩(Metamorphic Rock)
再結晶作⽤（固体ー固体反応）

新しい鉱物（変成鉱物）の組み合わせ
新しい組織（構造）黒色片岩（鉱物も組織も変化）
結晶質石灰岩（大理石）（鉱物は変化しない，粗粒化）

変成岩：メタベイサイト
玄武岩・ハンレイ岩
塩基性(Basic)苦鉄質(Mafic)

変成作用Metabasite
塩基性変成岩（メタベイサイト）

メタべイサイトに含まれる岩石
緑色岩，緑色片岩，角閃岩，青色片岩，エクロジャイト
CaOが多い（原岩に斜長石や輝石を多く含む）
CaOを含む変成鉱物：角閃石，輝石，斜長石，緑簾石，十字石
CaOを含まない変成鉱物：緑泥石，藍閃石，ザクロ石
変成岩岩⽯学者はメタベイサイトが⼤好き

温度圧力条件によって鉱物組み合わせが多様に変化する
温度圧力の指標として有用な変成岩である．変成相の基本的定義．

変成条件におけるメタベイサイトの名称
４つの広域変成岩系
列と接触変成岩のおおよその変成（温度・圧力）条件を色分けして示す．

(エクロジャイト)(緑色片岩)(角閃岩)(緑色岩)(グラニュライト)

動力変成岩は変成岩の組織構造によって付けられる呼び方なので参考程度でよい．
（例）源岩を玄武岩として，それぞれの変成作用によって形成される変成岩の名前をカッコ内に記す．

（玄武岩）
https://gbank.gsj.jp/geowords/picture/illust/types_of_metamorphism.html

2022/09/14

変成岩：泥質変成岩

Metapelite

泥質堆積岩
泥岩，頁岩

泥質変成岩
変成作用

泥質変成岩に含まれる岩石
粘板岩，黒色片岩，片麻岩，グラニュライトなど
白雲母・黒雲母に富む（原岩に粘土鉱物を多く含む）
炭質物(C)の量は還元反応に影響する
Al2O3を含みK2O,Na2Oを含まない鉱物：
藍晶石，紅柱石，珪線石，十字石，クロリトイド，コーディエライト，ザクロ石，緑泥石
温度圧力条件によって鉱物組み合わせが多様に変化する
温度圧力の指標として有用な変成岩である．

代表的な粘土鉱物
カオリナイト（多量のAl2O3)スメクタイト（少量のK2O)
イライト (Na2O, CaOに乏しい）

変成岩岩⽯学者は
泥質変成岩も好き

変成岩：石灰質変成岩 Calc-metamorphic rock
石灰岩
サンゴ礁

変成作用

石灰質変成岩結晶質石灰岩（大理石）

泥質変成岩に含まれる主な鉱物
方解石CaCO3（変成作用の広い温度圧力条件で安定で変化しない）
その他の鉱物
ドロマイト，石英，粘土鉱物，炭質物
変成作用の温度圧力条件によってCO2が放出されて周囲の流体の化学組成に影響を与える． 変成岩岩⽯学者は⼤理⽯があると⽬を輝かせる

変成岩：石英長石質（珪長質）変成岩
チャート
石英に富む砂岩
珪長質な火成岩

石英長石を主とする変成岩
変成作用

変成作用を受けても化学組成が偏っているために鉱物組み合わせはほとんど変化しない
変成岩岩⽯学者はこの変成岩をほぼ無視する変成岩：超塩基性変成岩≒超苦鉄質変成岩
塩基性と苦鉄質はほぼ同義語だが，厳密には異なるカンラン岩
カンラン石
直方輝石
単斜輝石
斜長石
またはスピネルまたはザクロ石

蛇紋岩

変カンラン岩

変成作用

変成作用

吸⽔反応
降温期変成作⽤

脱⽔反応
昇温期変成作⽤

蛇紋石（クリソタイル，リザダイト，アンチゴライト）
緑泥石
滑石（タルク）
Ca角閃石
磁鉄鉱

変カンラン石（化学組成は元のカンラン岩のカンラン石とは異なる）

変成岩岩⽯学者はこの変成岩をほぼ無視するが，蛇紋岩研究は⽇進⽉歩で進む．⼤ブームな蛇紋岩