《普通岩石学》课件

第二篇 岩浆岩,任课教师：孙 洋联系方式：565765032,普通岩石学,长江大学地球科学学院2013年11月,教 材 岩浆岩与变质岩简明教程，李捷主编，石油工业出版社，2008参考书岩石学，桑隆康、马昌前主编，北京：地质出版社，2010火成岩岩石学，徐夕生、邱检生主编，北京：科学出版社，2010岩浆岩岩石学，邱家骧主编，武汉：中国地质大学出版社，1985,第一章 岩浆岩的基本特征,第一节 岩浆与岩浆岩的概念第二节 岩浆岩的物质成分 第三节 岩浆岩的结构和构造 第四节 岩浆岩的分类,1.1 岩浆的概念,岩浆：在上地幔和地壳深处形成的，以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、富含挥发物质的熔融体 岩浆的温度高达1300C以上，压力可达数千个大气压。,1.2 岩浆的特征岩浆的成分,岩浆的成分主要由氧、硅、铝、铁、镁、钙、钾、钠、锰、钛、磷等造岩元素组成。挥发分： （H2O , CO2 , CO , SO2 , HCl , H2S , N2），含量少， 但在岩浆过程中意义很大。在地下溶于岩浆，喷出地表，会急速逸出，形成火山喷气。,1.2 岩浆的特征岩浆的温度,岩浆的温度可以直接从现代火山熔岩流测出，也可间接通过多种岩浆岩或矿物的熔融实验和热力学计算等方法求出。其范围约为7001200C，不同岩浆有所不同。一般SiO2含量越高，温度越低。,1.2 岩浆的特征岩浆的粘度,岩浆的粘度：液体或半流体流动的难易程度。（单位：Pa.S 帕斯卡.秒）（相当于20度时水的粘度的1000倍）。,1.2 岩浆的特征影响粘度的因素,化学成分：SiO2、 Al2O3、Cr2O3 的存在使粘度增加，尤其SiO2 。温度：温度升高，粘度降低。挥发分（主要是H2O） ：含量高，粘度低。晶体含量：含量高，粘度高。压力：对于不含水的干岩浆，压力升高，粘度增加。对于富水岩浆，较为复杂。,1.3 岩浆岩的概念,岩浆岩：由岩浆冷凝固结而成的岩石。在岩浆冷凝和结晶过程中失去了大量挥发分，因此岩浆岩的成分与岩浆的成分不完全相同。根据活动方式（冷凝固结环境），将岩浆岩分为： 侵入岩： 深成岩：形成地表3 km以下，结晶粗大。 浅成岩：形成深度小于3 km，结晶中细。 喷出岩： 熔岩：火山喷发溢流出的熔浆冷凝成，非晶质，结晶细。 火山碎屑岩：火山爆发出的各种碎屑物质从大气中降落下来而成的岩石。,侵入岩矿物颗粒较粗，肉眼可以分辨。,喷出岩斑状结构或颗粒细(至隐晶质)，除斑晶外，一般无法用肉眼可辨,斜长花岗岩,玄武岩,侵入岩 缓慢冷却结晶,喷出岩 快速冷却结晶,1.3 岩浆岩的概念,第一章 岩浆岩的基本特征,第一节 岩浆与岩浆岩的概念第二节 岩浆岩的物质成分 第三节 岩浆岩的结构和构造 第四节 岩浆岩的分类,2.1 岩浆岩的化学成分主量元素,主量元素：O、Si、Al、Ti、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、H、P等，占岩浆岩元素总量的 99.25%。岩浆岩的化学成分常用氧化物的质量分数来表示。,占地球质量97的 7 种元素及其相对含量,2.1 岩浆岩的化学成分主量元素,最主要的氧化物：SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O等，占岩浆岩平均氧化物含量的98%。,2.1 岩浆岩的化学成分主量元素,通常所说岩石的酸性程度及基性程度指岩浆岩的SiO2含量。 SiO2含量高者，称为酸性程度高、基性程度低； SiO2含量低者，酸性程度低、基性程度高。岩浆岩主要由硅酸盐组成， SiO2是最主要的成分，按SiO2的质量分数，可将岩浆岩划分为四类。,2.1 岩浆岩的化学成分主量元素,随着SiO2含量的增加，岩浆岩酸性程度增高，基性程度降低。MgO、FeO含量随SiO2含量增加而减少；Na2O、K2O含量随SiO2含量增加而增加；Al2O3在超基性岩中极少，基性岩中大量增加，中性岩和酸性岩中保持相对稳定。CaO在基性岩中大量增加，中性岩至酸性岩中逐渐减少。,岩浆岩中SiO2含量与其他氧化物含量之间的变化关系,2.1 岩浆岩的化学成分微量元素,微量元素：指在岩石中含量很低、一般不能形成独立造岩矿物、多以类质同象形式存在或形成副矿物的元素。含量一般在1以下，常以ppm（10-6）或ppb（10-9）表示，但分布较广，成分众多。研究微量元素的含量以及微量元素之间或与主量元素的比值，可以探讨岩浆岩的成因和演化。,2.1 岩浆岩的化学成分稀土元素,稀土元素：原子序数为5771的镧系15个元素（通常还包括Y）。在岩浆岩中常紧密共生，不易次生变化，稳定性较高，能反映岩浆岩的成因。,2.1 岩浆岩的化学成分同位素,同位素：原子序数相同、质量数不同的元素。岩浆岩中某些元素的同位素丰度值及比值很有规律，并能解决一些岩浆起源、演化及岩浆岩形成时代问题。常用的有硫、铅、锶、氧等同位素：如S34/S32、 Pb206/Pb204 、 Sr87/Sr86 及O18/O16等。,2.2 岩浆岩的矿物成分常见矿物,常见矿物：岩浆岩中的造岩矿物大约有二十多种，但最常见的岩浆岩矿物有八、九种。主要长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石和似长石等硅酸盐矿物。,2.2 岩浆岩的矿物成分 分类（化学成分和颜色）,硅铝矿物：SiO2和Al2O3含量较高，包括石英、长石类及似长石类矿物，很少或不含FeO、MgO。共同特征是颜色较浅。铁镁矿物：富含FeO和MgO，包括橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母等， SiO2含量较低。共同特征是颜色较深。色率：岩浆岩中暗色矿物的含量（体积百分数）。一般超基性岩色率为60%100%，基性岩色率为40%60%，中性岩色率为20%40%， 酸性岩色率为020%。,2.2 岩浆岩的矿物成分 分类（矿物的含量）,主要矿物：在岩浆中含量较多，对岩浆岩大类的划分和定名起决定性作用。次要矿物：在岩浆岩中的含量少于主要矿物，存在与否不影响岩浆岩大类的定名，而对岩浆岩种属的定名起一定的作用，含量一般小于15%。副矿物：含量少，一般小于1%，在岩浆岩分类命名中一般不起作用。如岩浆岩中，磁铁矿、磷灰石、榍石、锆石、独居石等都是副矿物。,2.2 岩浆岩的矿物成分 分类（矿物成因）,原生矿物：在岩浆冷凝过程中结晶形成的矿物。按形成特点可分为正常矿物、反应矿物和残余矿物。成岩矿物：在岩浆完全结晶后，由于外界物理化学条件的改变，使原生矿物发生转变而新形成的矿物。岩浆期后矿物：在岩浆基本凝固后，由于受到后期气体挥发分或热液的影响，使原生矿物、成岩矿物遭受蚀变和交代而形成的新矿物。他生矿物：由于岩浆同化了围岩和捕虏体形成的一些新矿物。外生矿物：岩浆岩在地表风化过程中新形成的矿物。,2.3 岩浆岩中矿物成分与化学成分的关系,SiO2对岩浆岩矿物组合的影响,硅酸过饱和岩： SiO2过剩，形成石英（硅酸过饱和矿物），如花岗岩、石英闪长岩。硅酸饱和岩： SiO2与其他元素结合形成硅酸盐矿物，没有剩余，一般不会形成石英，而出现长石、角闪石、黑云母、辉石等SiO2饱和的矿物。大部分基性岩属于饱和岩。硅酸不饱和岩： SiO2含量低，不出现石英，出现硅酸不饱和矿物（霞石、白榴石、镁橄榄石等），如纯橄岩、碱性岩等。,2Mg2SiO4(镁橄榄石)+2SiO2 = 2Mg2Si2O6(顽火辉石) 2NaAlSiO4(霞石)+4SiO2 = 2NaAlSi3O8(钠长石),2.3 岩浆岩中矿物成分与化学成分的关系,岩浆岩的碱性程度常用里特曼组合指数()来表示。 = w (Na2O+K2O)2/w (SiO2)-43 , 9 过碱性岩。碱度不同的岩石，矿物组合也不同。,碱质含量对岩浆岩矿物组合的影响,2.3 岩浆岩中矿物成分与化学成分的关系,过铝质岩石：Al2O3CaO+Na2O+K2O，出现白云母、黄玉、电气石等富铝矿物。偏侣质岩石：Na2O+K2OAl2O3CaO+Na2O+K2O，出现黑云母、角闪石、黄长石等铝硅酸盐矿物。亚铝质岩石：Al2O3Na2O+K2O，主要的含铝矿物是长石和似长石。贫铝质（强碱质）岩石：Al2O3 1cm的矿物，可称为巨晶，大于3 cm称伟晶,3.1.2 按晶体大小划分结构,粗粒结构,5mm,1mm,0.1mm,3.1.2 按晶体大小划分结构,（2）据矿物颗粒的相对大小，可分为以下四种结构：等粒(equigranular)结构：同种主要矿物颗粒大小大致相等。不等粒(inequigranular)结构:同种主要矿物颗粒大小不等。斑状(porphyritic)结构：基质由隐晶质和玻璃组成。似斑状(porphyaceous)结构：基质为显晶质，与斑晶为同一世代的产物。,等粒结构,不等粒结构,斑状结构,似斑状结构,等粒结构,不等粒结构,斑状结构和似斑状结构观察,斑状结构,似斑状结构,似斑状结构,斑状结构和似斑状结构区别,（注：目前欧美国家将 二者视为同义词）,斑状结构和似斑状结构区别,斑状结构与似斑状结构的本质差别主要是岩浆定位深度不同，具似斑状结构岩石的定位深度一般较斑状结构的岩石相对要大。,安山岩：斑状结构,花岗岩：似斑状结构,结构,结晶程度,晶体大小,晶体形态,相互关系,全晶质结构/玻璃质结构/半晶质结构,自形粒状结构/半自形粒结构/它形粒状结构,文象结构/蠕虫结构/反应边结构/包含结构/环斑结构,绝对大小,相对大小,等粒结构/不等粒结构斑状结构/似斑状结构,细粒结构/中粒结构/粗粒结构,1mm 5mm,3.1 火成岩的结构,3.1.3 按晶体形态划分结构,自形程度指组成岩石的矿物的形态特点。据矿物自形程度可以分为三种结构：,自形晶结构：岩石基本全部由自形晶矿物组成。矿物晶粒具有完整的晶面。,半自形晶结构：组成岩石的矿物既有自形，也有他形，但多数呈半自形。,它形晶结构：岩石全由晶形不规则的他形晶矿物颗粒组成。,结构,结晶程度,晶体大小,晶体形态,相互关系,全晶质结构/玻璃质结构/半晶质结构,自形粒状结构/半自形粒结构/它形粒状结构,文象结构/蠕虫结构/反应边结构/包含结构/环斑结构,绝对大小,相对大小,等粒结构/不等粒结构斑状结构/似斑状结构,细粒结构/中粒结构/粗粒结构,1mm 5mm,3.1 火成岩的结构,3.1.4 按相互关系划分结构,火成岩根据矿物颗粒之间或矿物与玻璃质之间的相互关系，可区分出一系列结构，现按侵入岩和喷出岩中常出现的结构分述：,侵入岩中常见的结构,(1)文象(graphic)结构(2)蠕虫(myrmekitic)结构(3)反应边(reaction rim)结构(4)包含(poikilitic)结构(5)环斑(rapakivi)结构,(1)文象(graphic)结构,石英呈一定的外形（如象形文字）有规律地镶嵌在钾长石中，这些石英在正交偏光下同时消光。肉眼可见的叫文象结构，镜下才能见到的叫显微文象结构。,伟晶岩文象结构,显微文象结构,(2)蠕虫(myrmekitic)结构,许多细小的形似蠕虫状或指状的石英穿插生长在长石中，其中石英的消光位一致成因：固溶体分解；钾长石被斜长石交代。,(3)反应边(reaction rim)结构,早生成的矿物或捕掳晶由于结晶条件的改变，与周围尚未凝固的岩浆发生反应，在其外围形成新的矿物。,橄榄石的辉石反应边,辉石的角闪石反应边,Ol,Py,(4)包含(poikilitic)结构,较大矿物颗粒包含有较小矿物颗粒。此结构一般反映被包矿物早于包含它的矿物结晶。,(5)环斑(rapakivi)结构,斑晶为钾长石，多呈卵球状，外面包有更长石-中长石薄壳。,喷出岩中常见的结构,(1)间粒(intergranular)结构(2)间隐(intersertal)结构(3)交织(pilotaxitic)结构(4)玻基交织(hyalopilitic)结构,喷出岩中常见的结构,间粒结构：较自形的板条状斜长石微晶之间充填着细小的辉石、橄榄石、磁铁矿等矿物颗粒。间隐结构：板条状斜长石微晶间的充填物为玻璃质或隐晶质。间粒间隐结构。,间粒结构,间隐结构,喷出岩中常见的结构,交织(pilotaxitic)结构：指板条状斜长石微晶呈交织状或近于平行排列，不含或含少量玻璃质。玻基交织(hyalopilitic)结构：板条状斜长石微晶呈交织状分布在玻璃基质中。,玻基交织结构,交织结构,思考结构？,1. 矿物颗粒的相对自形程度 自形程度高的一般析出较早，自形程度低的析出较晚。但矿物本身的结晶能力必须充分注意。 2. 矿物间的互相包裹关系 通常认为被包裹的矿物一般早于包裹它的矿物。但需谨慎。 3. 矿物晶体大小 在常见的斑状结构中，较大的斑晶形成较早，而细粒的基质形成较晚。4. 矿物之间的反应关系 在反应边结构中，被反应的矿物结晶总是早于其外围经反应而成的矿物。,思考岩浆岩矿物晶出顺序的确定？,3.2 火成岩结构的成因,3.2.1 岩浆的温度与岩石结构3.2.2 鲍文反应序列,3.2.1 岩浆的温度与岩石结构,岩浆的液相线温度与岩浆中晶体析出的实际温度的差值称为过冷度 。据泰曼研究，岩浆的结晶作用只有在过冷却（温度低于矿物结晶温度）时才能发生。冷却缓慢，过冷度小，有充分时间结晶。反之结晶不好或形成玻璃。,过冷度直接影响着岩浆中晶体的成核密度和生长速度。,在不同过冷度下斜长石晶体形态的变化,（据Lofgreen，1980修改）,A. 冷却缓慢的情况下，过冷却温度不大，晶体生长速度大于结晶中心生成速度。晶体生长快，形成粗粒结构。B. 冷却速度较快的情况下，过冷却温度较大，结晶中心生成速度大于晶体生长速度，总的结晶能力最强，只能形成细小的晶体呈细粒结构。,岩浆的温度与火成岩结构的关系,C. 冷却速度更快的情况下，结晶中心生长速度与晶体生长速度显著降低，结晶能力很弱。多形成隐晶质结构。D. 冷却极快，过冷却温度极大，结晶中心产生及晶体生长速度迅速下降，结晶能力趋于零，形成玻璃质结构。,岩浆的温度与火成岩结构的关系,3.2.2 鲍文反应序列,Bowens Reaction Series,N.L. Bowen (1887-1956)O.Frank Tuttle (1916-1983),1922 年鲍文模拟了玄武质岩浆的结晶作用，结合岩石观察，总结出玄武岩浆演化过程中矿物结晶顺序的一般规律鲍文反应原理。,主要内容：在岩浆结晶过程中，先析出的矿物因物理化学条件的改变与剩余岩浆发生反应，使成分发生变化并产生新的矿物；随着温度的降低，反应继续进行，有规律地产生一系列矿物。,鲍文反应序列,by N. L. Bowen, 1928,熟记,1200oC,1000o,鲍文反应序列与岩浆类型,侵入岩 喷出岩辉长岩 玄武岩闪长岩 安山岩花岗岩 流纹岩,Low Silica Magma,High Silica Magma,Frame- Double Single Isolated work Sheet Chain Chain,结晶温度,750o,两系列之间位于同一水平位置的矿物可构成共结关系。,鲍文反应原理的应用,鲍文反应原理可以解释以下岩石学现象：玄武岩浆经过分离结晶作用可形成较酸性的变种。岩浆中造岩矿物的结晶顺序及共生规律：位于反应系列上部的矿物早结晶，结晶温度高。两个系列中温度相当的矿物可以共生。同化混染作用：较基性岩浆能熔化较酸性的捕虏体 。斜长石的正环带结构及暗色矿物的反应边结构。,鲍文反应原理的局限,鲍文反应原理是基于一元论的观点从实验中总结出来的规律，即认为所有岩浆均是由玄武质岩浆结晶分异形成。花岗岩主要是大陆地壳经部分熔融形成，用鲍文反应原理解释与基性岩共生的小型花岗岩体的成因或许可能，但大型花岗岩岩基和岩株不可能通过玄武质岩浆结晶分异形成。 自然界中影响岩浆结晶分异演化的因素要比鲍文反应原理考虑的因素复杂得多，因此，我们不能机械地套用这一原理，运用物理化学原理来解释会更趋合理和正确。,3.3 火成岩的构造,火成岩的常见构造,侵入岩的构造,块状(massive)构造带状(striped)构造斑杂(taxtic)构造面理/线理(foliation)构造球状(orbicvlar)构造晶洞(druse)构造流动(fluxion)构造原生片麻状(primary gneissic)构造,喷出岩的构造,气孔(fumarolic)构造杏仁(amygdaloidal)构造枕状(pillow)构造流纹(rhyolitic)构造柱状节理(columnar joint)构造,3.3.1 侵入岩构造（1）,块状构造：岩石各部分矿物与结构分布均匀。带状构造：表现为不同颜色、粒度的矿物相间排列，成带出现。斑杂构造：指岩石的不同部位，其成分、颜色、结构差别很大，整个岩石显得杂乱无章。,祁连山带状辉长岩手标本素描带状构造,手标本素描斑杂构造,二辉橄榄岩块状构造,3.3.1 侵入岩构造（2）,晶洞构造： 侵入岩中有小型孔洞的构造。流动构造：岩浆流动过程中形成的，包括流面和流线构造。流面构造：片状、板状矿物及扁平状捕掳体定向排列而成。流线构造：单向延长的柱、针状矿物与长条状捕掳体定向排列形成。,花岗岩晶洞构造,流线和流面构造,3.3.2 喷出岩构造（1）,气孔构造：岩浆中的成分在喷溢过程中逐渐向大气逸散而在喷出岩中产生大小不同的空洞。气孔的拉长方向一般指示熔岩流的流动方向。杏仁构造：气孔被后期矿物(方解石、绿泥石等)充填。,杏仁构造,气孔构造,3.3.2 喷出岩构造（2）,枕状构造：水下熔岩喷发时，变成椭球状、袋状、面包状的枕状体，代表了海底及水下喷发。流纹构造：由不同颜色、成分的条带、条纹定向排列及拉长气孔表现出来的一种流动构造，常见于酸性喷出岩。,枕状构造,流纹构造,3.3.2 喷出岩构造（3）,柱状节理构造：熔岩由规则的多边形柱体组成，是由于熔浆均匀而缓慢地冷却收缩条件下形成。,伊通新生代玄武岩的柱状节理,韩国济州岛新生代玄武岩的柱状节理,侵入岩相、结构、构造及产状之间的关系,第一章 岩浆岩的基本特征,第一节 岩浆与岩浆岩的概念第二节 岩浆岩的物质成分 第三节 岩浆岩的结构和构造 第四节 岩浆岩的分类和命名,深成岩： 10 km侵入岩 中深成岩：310 km 浅成岩： 3 km 次火山岩：具超浅成侵入岩的产状、火山岩的外貌 和结构构造，形成于火山活动晚期与火喷出岩 山岩同源。 熔岩 火山碎屑岩,4.1 岩浆岩的分类产状分类,4.1 岩浆岩的分类化学成分分类,根据SiO2含量对岩浆岩大类的划分,注：SiO2是指岩石化学成分中的氧化物重量百分比，非实际矿物石英,在上述大类划分基础上，再根据碱度即值进一步分为三种岩石类型和两大系列：,第二节 岩浆岩的分类,碱性暗色矿物(M)：霓石、霓辉石、碱性角闪石。似长石(F)：霞石、白榴石、方钠石、钙霞石、黝方石、蓝方石等。,4.1 岩浆岩的分类化学成分分类,根据碱度对岩浆岩系列和岩石类型的划分,化学成分分类法对火山岩更显重要。因为大部分火山岩呈微晶、隐晶及玻璃质结构，标本薄片中难以测定其全部矿物组成，准确的分类定名需根据化学成分分析进行，化学分类方法也较多，目前常用是IUGS推荐的TAS分类。,4.1 岩浆岩的分类化学成分分类,对于粒度略粗的中、深成岩浆岩，根据肉眼或利用显微镜可以很容易地确定矿物成分及含量