交代变质作用(英语:Metasomatic process)是一种地质变质作用,由热液和其他流体对岩石的矿物改变。 它是用不同的矿物和化学成分来取代原来的岩石中的矿物, 这种热液变质是经过溶解原矿物,在它们的位置上同时沉积新矿物。此种溶解和沉积同时发生的化学反应,使岩石在变质作用中一直保持固态。交代变质的热液可来自两种来源,源自于岩浆活动或由变质过程所造成的液体。metasomatose 是交代变质的同义词。
在火成岩环境中,一个侵入岩体的接触变质环带中的角岩,常产生硅卡岩、和云英岩。在变质环境中,交代变质是一种质量传递(传质),通过热液充当溶剂,将高应力和高温度的岩石,变质到低应力和低温度的岩石。例如,当具有含水矿物的岩石进入地壳深部时,其含水矿物会分解脱水,溢出流体可溶解其它在场矿物,然后上到浅层地壳,改变附近岩石。
交代变质是一种开放系统的作用,与经典变质作用不同,经典变质作用只是改变岩石的矿物组成,而岩石的化学性质没有明显变化。因为变质作用通常需要水来促进变质反应,所以变质作用常见有交代变质。
此外,由于交代变质是一种传质过程,它不限于对岩石添加化学元素和矿物质或含水化合物。 因为在热液的来源処,一些其他岩石也被改变。 例如金矿床,造成金矿床的流体,是源自许多立方千米的地壳脱水而出,在剪切带和矿脉包中,浓缩成薄而高度交代变质的金矿床。相比之下,源区的化学影响程度不大,但两者都必须经历互补的交代变质。
交代变质作用在地幔中更为复杂,橄榄岩在高温下,可以通过碳酸盐和硅酸盐熔体的渗透以及富含二氧化碳和富含水的流体的渗透而改变其成分。 在俯冲带,水在下沉的海洋岩石圈中会被赶出。所以交代变质作用被认是改变岛弧下地幔橄榄岩的组成的重要因素。 在源区交代变质作用也能富集一些二氧化硅不饱和的岩浆。 碳酸岩熔体通常被认为是在地幔橄榄岩中,能富集不相容元素的原因。
交代变质作用极其多样。在普遍的轻度变质,其变质仅限于颜色白化、或云母矿物结晶度的变化。 在这种情况下,交代变质作用的鉴定需要对岩石的矿物组合进行显微镜调查,例如矿物的增长、原岩中矿物组成的变化等。 在某些情况下,交代变质可从地球化学来证实。这通常是分析可移动的可溶元素,例如分析钡、锶、铷、钙和一些稀土元素。然而有时必要将样本与未改变的样本进行比较。
当增加交代变质作用时,其指标矿物如下:
地幔橄榄岩中的交代变质作用分两种:隐性的交代变质,仅在矿物颗粒周边发生变化,而橄榄岩矿物本身看起来没有变化。在标准交代变质交代作用中,有新的矿物形成。 上升的熔体与周围的橄榄岩相互作用,导致熔体和橄榄岩的成分发生变化,也引起隐性的交代变质。在高温度地幔下,固态扩散作用也可以使在熔体管道附近数十厘米的岩石地改变。例如在辉石岩脉的附近,矿物成分具有梯度变化。
标准交代变质交代作用会导致闪石和金云母的形成,橄榄岩中的捕虏岩有这些矿物,就证明地幔中有交代变质。橄榄岩中不太常见的矿物,例如白云石、方解石、钛铁矿、金红石和阿莫尔钙石,也证明地幔中有交代变质作用。
根据热液对矿床中的岩石变质的影响,可归纳出交代变质的类型,代表不同交代变质的纹理和矿物的组合。
稀有类型的热液流体,例如高碳热液及二氧化硅-赤铁矿热液,前者能导致典型的钙硅酸盐母岩的高度碳化反应,后者能造成碧玉、曼托矿床以及在白云岩地层中普遍的硅化带。 在 Papoose Flat 石英二长岩中,正长石和石英的斑状变晶取代在花岗岩体的围岩中受应力的矿物。