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岩石学教案（火成岩部分）第一章 岩浆（magma）和岩浆作用（magmatism）1、岩浆的概念：利用火山喷发图象资料使学生建立感观认识，再介绍岩浆的概念和性质，加深学生对岩浆的理解。 岩浆是天然形成于地壳深部和上地幔的、以硅酸盐为主要成分的、富含挥发份的、高温粘稠的熔融体。岩浆的概念指出了岩浆形成的天然属性、化学属性和物理属性。2、硅酸盐岩浆的化学成分：（1）、常量元素：O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Mn、Ti、P、H、C等，其中O最多。在岩浆结晶过程中这些元素相互结合，组成各种矿物。 岩浆的主要化学成分通常以氧化物形式来表示：如SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、 FeO 、MgO、CaO、Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5、H2O、CO2 等。但实际上在岩浆中这些元素并非以氧化物形式存在，而多是呈离子、原子或离子团的形式存在，如： Mg2、 Na +、SiO44-。 硅酸盐岩浆化学成分以SiO2含量最多，举例说明岩浆中SiO2的含量与其它氧化物之间存在一定的消长关系。 根据SiO2含量将硅酸盐岩浆分成4种类型： 酸性岩浆 SiO2 63（wt%） 中性岩浆 SiO2 5263（wt%） 基性岩浆 SiO2 4552（wt%） 超基性岩浆 SiO2 45（wt%）（2）微量元素和稀土元素：微量元素：Li、V、Cr、Co、Ni、Cu、Pb、Th、U、Zn、Rb、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Au、Ag、Pt、W、Sb、Bi、Sn 稀土元素：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y微量元素和稀土元素虽然在岩浆中的含量很少，但对其研究具有重要的理论意义和实际意义。在一定条件下可以富集形成许多重要金属矿产（举例）；稀土元素和一些重要的微量元素比值对研究岩浆起源、演化具有重要意义（举例）。（3）挥发分：主要是H2O和CO2 ，其次是 SO2、 SO3 、 CO 、 N2、HCl、Cl2、F、H2S 、CH4 ，其总量一般3 km)喷出岩(extrusive rocks)（1）火山岩的特点：. 结晶程度差或呈玻璃; b. 含水矿物少或无（2）广义火山岩包括： a. 火山熔岩：由火山管道或裂隙溢流出地表的岩浆冷凝形成的岩石（狭义火山岩）。 b. 次火山岩 ：与火山活动有关的超浅成侵入岩。 c. 火山碎屑岩：由火山爆发所产生的各种火山碎屑物堆积、胶结而成的岩石。学生课外学习引导1、如何理解岩浆的含义。2、岩浆的粘度受哪些因素的控制。3、岩浆中的挥发分对火山作用具有怎样的影响。4、简述岩浆作用的主要类型及其产物。第二章 火成岩的基本特征与分类一、火成岩的物质成分火成岩物质成分研究的意义：(1) 火成岩物质成分是火成岩分类命名的基本依据；（2）为研究岩浆起源、演化和岩浆物理性质提供重要依据 ；（3）为岩浆岩浆形成时的大地构造背景和岩石圈层的演化提高重要信息。（一）火成岩的化学成分1. 主要元素（Major elements） ： O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Ti, P, H, Mn, C等，其中氧的含量最高。 常用氧化物的形式表示火成岩的成分，即：SiO2、TiO2 、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、K2O、Na2O、 P2O5 、H2O和CO2等13 种，每种氧化物含量一般0.1%，占火成岩平均化学成分的98%左右。几种主要造岩氧化物（1）SiO2 ：是最重要的成分，含量高，是岩石酸性程度（基性程度）的标志。随着SiO2含量的变化，其它氧化物呈现规律性的增加或减少。 超基性岩 SiO263%（2）Al2O3 ：在火成岩中含量仅次于SiO2，SiO2 、Al2O3 与 CaO、Na2O、 K2O一起组成长石和副长石类矿物；与FeO*、MgO、CaO等结合形成辉石、角闪石、黑云母等矿物。（3） Na2O 和K2O ：是碱性长石的主要组成部分，当其含量较高时还可形成碱性暗色矿物和副长石。a. Al2O3 Na2O +K2O+CaO（分子数比）：铝过饱和岩石c. Na2O +K2O Al2O3 Na2O +K2O+CaO ：钙碱性岩（4） FeO*、MgO、MnO与SiO2 结合形成橄榄石、辉石等矿物。 （5） TiO2与FeO 组成钛铁矿，与CaO结合生成榍石，与P2O5、CaO结合则形成磷灰石。2. 痕量元素(Trace elements): 含量甚微，usually 90% 浅色岩：习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占优势的岩石称为浅色岩。其色率在030之间。 暗色岩：色率在60100，以暗色矿物占优势的岩石称为暗色岩。如橄榄岩 、辉长岩等。（3）、 据矿物在岩石中的含量 主要矿物： 在岩石中含量多，对火成岩大类的划分和定名起决定作用的矿物。 如石英、长石是花岗岩的主要矿物。 次要矿物： 在岩石中含量次于主要矿物，不影响火成岩大类的划分和定名， 但对确定岩石种属的进一步划分可起作用矿物。 如闪长岩中的石英，含量约2，没有石英也叫闪长岩；当石英5时，则叫石英闪长岩。 副矿物： 含量很少，常小于1，通常不参与岩石分类和命名。 但它们对于了解一个岩体的形成条件，确定岩体时代有重要意义。常见的有磁铁矿、磷灰石、锆石、独居石、榍石、褐帘石等。(4)、据矿物的成因类型 原生矿物： 岩浆冷凝过程中形成的矿物。 高温矿物； 低温矿物 次生矿物：在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后，由于受残余挥发份和岩浆期后流体作用（蚀变、交代、充填）而生成的矿物，常交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。其中原生矿物常发生以水化或碳酸盐化为主的蚀变作用，生成蚀变矿物 。 它生矿物：它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的。这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。 如有些富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。2、火成岩中的矿物共生组合规律- 6 种典型的岩浆岩矿物共生组合 （1）橄榄石辉石组合: 相当于超基性岩，钙、铁、镁多而硅少，且贫碱，出现大量镁铁矿物（橄榄石辉石等），不出现石英和长石。（2）基性斜长石辉石组合：相当于基性岩，铝和钙较多，铁、镁和硅均较充分，主要形成基性斜长石和辉石，二者近于1:1，不出现石英。（3）中性斜长石角闪石组合：相当于中性岩，钠、钾略有增加，铝、硅、钙、铁、镁均较充分，主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母，可能出现少量石英和钾长石。浅色矿物：暗色矿物2:1。（4）石英钾长石酸性斜长石黑云母组合：相当于酸性岩，钠、钾、硅含量高，铁、镁、钙低，石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物为主。（5）钾长石黑云母角闪石组合：其SiO2 相当于中性岩，钠、钾高而铁、镁低， 大量出现钾长石。（6）霞石白榴石钾长石碱性暗色矿物组合： 其SiO2 接近于基性岩（平均53.36），钠、钾含量很高，出现霞石、白榴石等矿物，因钠过多，故常出现碱性暗色矿物。（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系1. SiO2 饱和度对矿物共生组合的影响 （1）岩浆中SiO2 过饱和：石英游离的SiO2 结晶产物，属硅酸过饱和矿物。 （2）岩浆中SiO2不饱和：镁橄榄石、副长石类及黑榴石、黄长石和刚玉等，它们不能与石英平衡共生，属硅酸不饱和矿物 Mg2SiO4（镁橄榄石 ）+ SiO2（液相） MgSiO3（顽火辉石）(1557) NaAlSiO4（霞石）+2SiO2（液 相）NaAlSi3O8（钠长石） KAlSiO4（白榴石）+2SiO2（液相） KAlSi3O8（正长石） （3）岩浆中SiO2 饱和：除上述以外的一些矿物，如铁橄榄石、大多数辉石、角闪石类、云母类和长石类矿物都属于硅酸饱和矿物，都可以与石英平衡共生。2、Al2O3和K2O+Na2O的含量对矿物成分的影响 不同的碱和Al2O3含量火成岩，其矿物组合有很大差别。具体可简单总结如下：（1）过饱和岩石（过铝质岩石）： Al2O3 (CaO+ K2O+ Na2O) ，特征是常出现富铝的矿物，如白云母、黄玉、电气石、锰铝铁铝榴石、刚玉、红柱石和矽线石，斜长石、钾长石和石英是常见矿物。（2） 钙碱性岩石（偏铝质岩石）: (K2O+Na2O)Al2O3(CaO+K2O+Na2O) ， 出现的矿物是黑云母、普通角闪石、普通辉石、透辉石、斜长石、碱性长石和石英。不见碱度高的暗色矿物。（3） 碱过饱和岩石（过碱质岩石）: Al2O395%。 熔岩锥: 以溢流产物为主，火山碎屑物质常10%。 混合锥: 火山碎屑物与熔岩互层组成的火山锥，为喷发和溢流交替出现的火山活动产物。火山锥；熔岩流； 熔岩被； 熔岩瀑布； 岩钟； 岩针； 熔岩丘； 熔岩高原； 熔岩台地；次火山岩； 火山颈；火山沉积岩 （3）破火山口: 是指经过破坏的火山口及其周围的洼陷 a. 侵蚀破火山口: 是火山口被流水侵蚀加大的结果。b. 爆发破火山口: 是火山强烈爆发、崩毁了火山口上部大量岩石和火山口周围的火山锥，形成比原来火山口大的凹坑，大 者称爆发洼地。 c. 崩塌破火山口: 是由于岩浆物质大量喷发后，岩浆房空虚，而火山口附近上覆物质增多，因支撑不住而崩塌沉陷形成的火山构造。2、 火山岩的相相是不同地质条件下生成的岩石或岩体总的特征。以中心式喷发为例，大致可分为以下几个相：溢流相：成分从超基性到酸性皆有，以基性最发育，可形成于火山喷发的各个时期，但以强烈爆发之后出现为主。 爆发相：成分不定，但以含挥发份多、粘度大的岩浆常见，尤以中酸性、碱性更有利于爆发，可形成于各个时期，但以早期和高潮期最发育。 侵出相：多见于火山作用末期，在岩浆分异晚期，粘度大、温度低，而挥发份少到不能爆发的情况下，堵塞通道粘度很大的熔浆被推挤出地表，堆积于火山颈之上部，形成直径小 厚度大、产状陡的穹丘。 火山颈相：是火山锥被剥蚀后，残存的具充填物的火山通道，又称岩颈、岩筒、岩管等。 次火山相：是与火山岩同源的、呈侵入产状的岩体。它与火山岩有四同： 同时间但一般较晚；同空间但分布范围较宽；同外貌但结晶程度较好；同成分但变化范围及碱度较大。 侵入深度一般10km)：岩体规模较大；结晶粗大，多为块状规则；多为低温矿物。四、火成岩的分类火成岩的分类依据主要有地质产状（成因）、化学成分、矿物成分、结构构造、特殊地名等，分类因素之多使得火成岩的分类原则尚不统一，因此经常出现错解的现象，对此，国际地科联岩石学委员会火成岩分委会提出了一个统一的分类方案，这是本章重点教授的内容。（一）常用的火成岩分类方案1、火成岩的成因分类：深成岩、浅成岩、火山（熔）岩、 火山碎屑岩。2、火成岩的矿物分类（1）火成岩中常见矿物：石英、钾长石、斜长石、似长石（白榴石、霞石）、橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、白云母（2）有关矿物的常用术语：硅铝矿物（浅色矿物）-铁镁矿物（暗色矿物）、主要矿物-次要矿物-副矿物、原生矿物-次生矿物（3）火成岩的矿物（色率M）分类： 超镁铁岩：M 90% 角闪石 镁铁质岩：M = 1090%, 辉长岩 中性岩： M = 1090%；Q 5% 闪长岩 长英质岩：M 5%色率：暗色矿物在火成岩中的含量（体积分数）， 花岗岩3、火成岩的化学成分分类：根据岩石中的SiO2含量分为 酸性岩: 66w.t% 流纹岩/ 花岗岩 中性岩： 53-66w.t% 安山岩/ 闪长岩 基性岩： 45- 53w.t% 玄武岩/ 辉长岩 超基性岩： 10%，碱性长石长石总量的90，此外有碱性暗色矿物，如：霓石、霓辉石、钠铁闪石、铁黑云母等。 B. 浅成岩 (1)霞石正长斑岩：斑状结构，矿物成分同霞石正长岩。 C. 火山熔岩 (1) 霞石响岩：斑状结构，斑晶为透长石和霞石，次要矿物为碱性暗色矿 物；基质为粗面结构获隐晶质结构。 (2)白榴石响岩：斑状结构，斑晶主要为透长石和白榴石，次要矿物为碱性暗色矿物；基质为粗面结构获隐晶质结构。白榴石很不稳定，常转变成正长石和钾霞石的混合体而成假晶存在，称为假白榴石响岩。1、闪长岩、正长岩、二长岩和霞石正长岩的主要矿物组合及相互间的区别。2、安山岩、粗面岩和响岩的主要区别何在？3、分别对比闪长岩、闪长玢岩、安山岩及正长岩、正长斑岩、粗面岩之间的异同。4、何为暗化边结构，辉石可以发生暗化的说法正确吗?5、交织结构和粗面结构为何意？实验三、基性岩类: 辉长岩玄武岩类一、辉长岩类1、化学成分特征： 贫硅（SiO2=4552%）、 贫碱，较富钙铁镁。2、矿物成分特征： 出现大量基性斜长石（An50）和辉石， 辉石有紫苏辉石和单斜辉石。 暗色矿物除辉石外，还有橄榄石、角闪石、黑云母等，暗色矿物含量一般较高（4070%）。有时出现少量的石英和碱性长石；常见的副矿物有磷灰石、磁铁矿等。3、 结构与构造特征：细粒粗粒半自形结构，辉绿结构，反应边结构，嵌晶含长结构。块状构造、条带状构造，还有流动构造。4、辉长岩的分类5、 辉长岩类主要岩石类型A. 深成侵入岩 辉 长 岩 基性斜长石+辉石+/-橄榄石根据暗色矿物种类进一步可分为：(1)橄长岩（基性斜长石+ 橄榄石）(2)辉长岩（基性斜长石 + 单斜辉石）(3)苏长岩（基性斜长石 + 斜方辉石）(4)斜长岩（基性斜长石90%）B.浅成侵入岩 辉 绿 岩： 矿物成分与辉长岩完全相同，但其具有特征的辉绿结构 ，多呈脉状产出。二、玄武岩类1、化学成分：硅酸饱和-弱饱和，SiO2=45-52%，铁镁钙含量高，碱含量低。2、 矿物成分：基性斜长石+单斜辉石+斜方辉石橄榄石;其次为碱性长石、石英、黑母、角闪石等。3、结构：斑状结构，基质为微粒结构、隐晶质结构、玻璃质结构，或间粒结构、间隐结构。4、构造：块状构造、气孔-杏仁构造、绳状构造、柱状节理构造5、主要岩石类型： 橄榄玄武岩； 辉石玄武岩； 气孔-杏仁玄武岩；6、蚀变： 辉石绿泥石化、绿帘石化；橄榄石伊丁石化,皂石化,蛇纹石化；斜长石绢云母化等。实验四、超镁铁质岩类、煌斑岩类一、 超镁铁质侵入岩类1、化学成分特征 贫硅（SiO2主要45%）、贫碱， 富铁镁（FeO*=914%, MgO一般 20%）。2、矿物成分特征 出现大量的暗色矿物，其含量90% ，主要有橄榄石、辉石和角闪石，其次为基性斜长石（小于10%）和黑云母，辉石有斜方辉石和单斜辉石。常见的副矿物有铬铁矿、磁铁矿、尖晶石等。3、 结构与构造特征 常见的构造为块状构造、条带状构造；常见的结构为细粒-粗粒自形-半自形结构、包橄结构、海绵陨铁结构、网状结构等。4、 主要岩石类型A. 橄榄岩类（橄榄石40%） （1）纯橄榄岩： 橄榄石90% （2）橄 榄 岩： 橄榄石=4090%B. 辉石岩类 （1）辉石岩（辉石90%） （2）橄榄辉石岩（辉石6090%，橄榄石=10 40% ） （3）角闪辉石岩C. 角闪石岩类：(1) 角闪石岩（角闪石90%） (2) 橄榄角闪石岩（角闪石=6090%，橄榄石=10 40% ） (3) 辉石角闪石岩二、煌斑岩类1. 化学成分：SiO2含量低而变化大（2752%），铁镁钙含量较高FeO*=813%、MgO=10%、CaO=1015%），富碱和钛，挥发份含量高（CO2+H2O=36%）。2. 矿物成分：煌斑岩中的铁镁矿物多，在35%以上, 主要为角闪石和黑云母，其次为辉石，它们均呈自形晶。硅铝矿物以长石为主，偶尔出现少量副长石。 3. 结构： 岩石主要为煌斑结构特点是岩石为斑状结构，斑晶为自形的黑云母和角闪石等暗色矿物，基质为自形的暗色矿物和自形半自形的长石等组成。基质也可以是隐晶质。 有的煌斑岩不具有斑状结构，而是呈全自形等粒结构。4. 构造：以块状构造为主，还可为气孔、杏仁构造。5. 主要岩石类型：云斜煌岩；云煌岩；闪斜煌斑岩；闪正煌岩 1、超镁铁质岩类的主要岩石类型有哪些，其特点如何？2、煌斑岩的主要特征是什么，何为煌斑结构？3、综述橄榄岩和辉长岩的岩石学特征。实验五、火山碎屑岩类一、火山碎屑岩的含义火山碎屑岩是由火山作用产生的各种火山碎屑物，经堆积固结而成的岩石。它是火山熔岩与正常沉积岩之间的过渡岩石类型。火山碎屑岩在物质组成、结构构造和成岩方式等方面都具有双重性。二、火山碎屑岩的物质组成火山碎屑岩由各种火山碎屑组成。按粒度和物质组成分为不同的类型：1.按粒度火山碎屑可分为：（1）火山集块： 64 mm（2）火山角砾： 2 - 64mm（3）火山灰： 1/16 - 2mm（4）火山尘： 外生碎屑。2、常见构造假流纹构造： 是岩石中的塑性玻屑和塑性岩屑经压扁拉长 而定向排列，类似于流纹构造。但它不是岩浆流动所致，而是塑性火山碎屑变形所致。韵律层理构造：火山碎屑物的组成和粒度，在纵向上按一定顺序有规律地相互交替、递变的一种构造。四、火山碎屑岩的分类1.火山碎屑岩的定量粒级分类：1-凝灰岩；2-角砾凝灰岩；3-集块凝灰岩；4-火山角砾岩；5-集块角砾岩；6-角砾集块岩；7-集块岩2.基于火山物质类型的火山凝灰岩分类：（1）、玻屑凝灰岩（2）、岩屑凝灰岩（3）、晶屑凝灰岩3火山碎屑岩的综合分类：普通火山碎屑岩亚类：熔结火山碎屑岩亚类：1、火山碎屑物有哪些类型？2、列表说明火山碎屑岩的分类及主要岩石类型。3、火山碎屑岩和火山熔岩如何区分？实验六、未知火成岩综合鉴定一 、手标本描述和命名1）.岩石的颜色（新鲜面和风化面）2）.结构、构造3）.主要矿物成分及含量4）矿物的特征（颜色、晶形、粒度（以mm记）、解理、光泽、硬度等）5） 定名：侵入岩： 颜色+粒度+次要矿物种类（少前多后）+岩石基本名称火山岩： 颜色+斑晶矿物+岩石基本名称 / 构造+岩石基本名称二、岩石薄片描述和命名1）主要矿物成分及其含量、次要矿物成分及其含量、副矿物成分及含量2）每一个造岩矿物的基本特征 包括：矿物的颜色、形状、大小（以mm计）、自形程度、 解理及解理夹角、突起；消光类型及消光角、多色性、干涉色；轴性及光性；矿物的蚀变特征3）岩石的结构和构造4）岩石定名： 侵入岩： 粒度+次要矿物种类（少前多后）+ 岩石基本名称 火山岩： 斑晶矿物+岩石基本名称/ 构造+岩石基本名称2学时第三章 岩石化学授课学时一、CIPW标准矿物计算法这种方法是将岩石的氧化物质量百分数换算为氧化物分子数，然后按照一定的顺序再将其分子数依据一定的规律组合成若干种理想成分的标准矿物分子，即“标准矿物”，最后将标准矿物分子数换算为标准矿物质量百分数。 二、火成岩类型的划分TAS图解；SiO2K2O图解；ACNKANK图解三、火成岩碱度的确定及岩石系列的划分Na2O 、K2O：总含量也称全碱。一般随SiO2含量增加而增加，但在SiO2含量相同时，含量的差别会对矿物组合产生影响。（1）组合指数（里特曼指数）：d=（Na2OK2O ）2/ （SiO2 -43）dd3.3为碱性火成岩，出现似长石、黑榴石及碱性暗色矿物；d9 过碱性火成岩。（2）赖特（Wright，1969）法 （碱度率指数法）ARwAl2O3+CaO+(K2O+Na2O)/ wAl2O3+CaO- (K2O+Na2O)（3）碱性和亚碱性系列的划分（3个主要系列：碱性系列、钙碱性系列和拉斑玄武岩系列） SiO2（Na2O+K2O）变异图：适用于侵入岩和火山岩，其中的亚碱性系列进一步用AFM图解划分钙碱性和拉斑玄武岩系列，需要注意两个图解使用的先后顺序。四、岩石成因方面的应用（1）岩浆的演化 双变图解（哈克图解）（2）火成岩岩浆来源深度的确定 花岗岩岩浆来源深度；玄武岩岩浆来源深度（3）火成岩形成构造环境的判别玄武岩构造环境判别方法；花岗岩构造环境判别方法1、CIPW标准矿物是岩石中实际出现的矿物吗？2、化学分析结果在火成岩研究中有哪些一、岩石的粒度与过冷却程度 岩浆在冷却到所含矿物的结晶温度时并不结晶，而是在过冷却的条件下，即是在低于其结晶温度的条件下结晶的。过冷却温度：T =TA - TB TA 液相转变为固相的理论温度； TB晶体析出时岩浆所处的实际温度。 岩石粒度的粗细，主要与岩浆的过冷却程度、晶体生长速率、成核速率及岩浆的成分、粘度有关。如果冷却缓慢，过冷度小，有充分的时间结晶，则结晶好；反之，则结晶不好，或形成玻璃。 二、相体系及其对火成岩结构成因的解释1、热动力学基本术语1）体系：指研究的空间的那一部分。为了研究目的而从整体中孤立出来的任何一部分如岩浆房。体系可进一步分成封闭体系和开放体系。2）相：体系内在物理上或化学上与其他部分不同并可机械地同其他部分分离的任何部分。如一个岩浆体系中的固相、液相和气相属于不同的相，不同的固体矿物也都是一个独立的相。3）平衡：是体系与外部条件相一致的最低能量状态。它没有自发地发生变化的趋势。一个自然体系总是趋于能量最低状态。2、相律：相律是表示物理化学系统中各相之间平衡关系的基本定律，它指出了平衡体系中自由度（f）、相数（P）和独立组分数（c）之间的关系。 f = C + 2 - p f：指体系中的可变因素，如温度、压力或浓度的数目，这些因素在一定范围内任意改变，不引起相的改变p：包括液相和固相（矿物）的总相数C：指能足以构成平衡体系中各相所需要的最少组分的数目。“2”：指影响体系平衡的外界因素，通常为环境的温度和压