《岩浆岩石学》岩浆的演化.pdf

第十四章第十四章 岩浆的演化机理岩浆的演化机理 第一节第一节 鲍文反应原理 第二节 鲍文反应原理 第二节 原生岩浆问题 第三节 原生岩浆问题 第三节 岩浆的演化岩浆的演化 第一节第一节 鲍文反应原理鲍文反应原理 鲍文反应原理 是根据鲍文所作的 玄武岩浆冷却结晶过程的人工实验提 鲍文反应原理 是根据鲍文所作的 玄武岩浆冷却结晶过程的人工实验提 出的 它大体能反映硅酸盐岩浆结晶 分异的总趋势 井能解释岩浆岩中矿 物共生的一般规律与某些结构特征 出的 它大体能反映硅酸盐岩浆结晶 分异的总趋势 井能解释岩浆岩中矿 物共生的一般规律与某些结构特征 鲍文反应原理由两个系列组成 鲍文反应原理由两个系列组成 一为连续系列一为连续系列 斜长石固溶体系斜长石固溶体系 矿物的结晶格架不发生 大的改变 早形成的矿物与新矿物在成分上呈连续的渐变关 系 一为不连续系列 相邻铁镁矿物之间存在不连续的反应 反应不完全时还可保存残余核心 形成反应边结构 它们之 间成分上结 矿物的结晶格架不发生 大的改变 早形成的矿物与新矿物在成分上呈连续的渐变关 系 一为不连续系列 相邻铁镁矿物之间存在不连续的反应 反应不完全时还可保存残余核心 形成反应边结构 它们之 间成分上结 构上都呈渐突关系 构上都呈渐突关系 这两个系列之间 呈共结关系 从而形 成岩浆岩中矿物有规 律的共生 这两个系列之间 呈共结关系 从而形 成岩浆岩中矿物有规 律的共生 鲍文反应原理能解释以下岩石学现象 鲍文反应原理能解释以下岩石学现象 1 玄武岩浆经过分离结晶作用可形成较酸性 的变种 玄武岩浆经过分离结晶作用可形成较酸性 的变种 2 能解释岩浆中一般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 位于 能解释岩浆中一般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 位于 反应系列下部的矿物晚结晶 此外两个系列中 温度相当的矿物如辉石与基性斜长石可以共生 角闪石与中酸性斜长石共生等 反应系列下部的矿物晚结晶 此外两个系列中 温度相当的矿物如辉石与基性斜长石可以共生 角闪石与中酸性斜长石共生等 3 解释了斜长石的正环带结构及暗色矿物的 反应边结构 解释了斜长石的正环带结构及暗色矿物的 反应边结构 岩石学家对原生岩浆的种类提出了不同的看法 岩石学家对原生岩浆的种类提出了不同的看法 鲍文提出自然界仅有一种玄武岩浆 所有的岩浆 岩都是由玄武岩浆通过结晶分异作用派生的 鲍文提出自然界仅有一种玄武岩浆 所有的岩浆 岩都是由玄武岩浆通过结晶分异作用派生的 这就是所谓的一元论观点 鲍文根据鲍文反应原理这就是所谓的一元论观点 鲍文根据鲍文反应原理 解释了由一种玄武岩浆在结晶过程中可以形成多种 岩石的机理 但一元论的观点难于解释大规模花岗 岩的成因 但鲍文在实验工作中所提出的反应原理 解释了由一种玄武岩浆在结晶过程中可以形成多种 岩石的机理 但一元论的观点难于解释大规模花岗 岩的成因 但鲍文在实验工作中所提出的反应原理 及其假说 对基性 超基性层状侵入体形成的机理 及其假说 对基性 超基性层状侵入体形成的机理 却至今仍具有很重要的意义 却至今仍具有很重要的意义 第二节第二节 原生岩浆问题原生岩浆问题 以列文生以列文生 列信格为代表的岩石学家 提 出了二元论的观点 列信格为代表的岩石学家 提 出了二元论的观点 他们认为有两种原生岩浆 一为玄武岩 浆 一为花岗岩浆 他们的根据是在自然 他们认为有两种原生岩浆 一为玄武岩 浆 一为花岗岩浆 他们的根据是在自然 界玄武岩与花岗岩分布最为广泛 莫霍面 以上的地壳可以分为花岗岩层与玄武岩层 因此在整个地质时代中 存在着熔融产生 界玄武岩与花岗岩分布最为广泛 莫霍面 以上的地壳可以分为花岗岩层与玄武岩层 因此在整个地质时代中 存在着熔融产生 的花岗岩浆与玄武岩浆 的花岗岩浆与玄武岩浆 近年来 通过全球构造学 岩理学 高温高压实验岩 石学 地球化学及地球物理的研究 认为岩浆的多种成因 即所谓多元论 近年来 通过全球构造学 岩理学 高温高压实验岩 石学 地球化学及地球物理的研究 认为岩浆的多种成因 即所谓多元论 多元论的理论基础 是原生岩浆的组成取决于源区岩石 的物质组成 岩浆的熔融程度以及岩浆发生地区的构造条 件 多元论的理论基础 是原生岩浆的组成取决于源区岩石 的物质组成 岩浆的熔融程度以及岩浆发生地区的构造条 件 目前多数人认为 基性的拉斑玄武岩浆 碱性橄榄玄武 岩浆 超基性的金伯利岩浆 科马提岩浆 碳酸岩浆 中 性的安山岩浆 酸性的花岗岩浆 花岗闪长岩浆等 都可 能是原生岩浆 因此多元论本身就可解释部分岩浆岩多样 性的原因 目前多数人认为 基性的拉斑玄武岩浆 碱性橄榄玄武 岩浆 超基性的金伯利岩浆 科马提岩浆 碳酸岩浆 中 性的安山岩浆 酸性的花岗岩浆 花岗闪长岩浆等 都可 能是原生岩浆 因此多元论本身就可解释部分岩浆岩多样 性的原因 原生岩浆通过演化可形成各种派生岩浆 它们在不同的原生岩浆通过演化可形成各种派生岩浆 它们在不同的 条件下可结晶形成种类繁多 成分不同的岩浆岩 条件下可结晶形成种类繁多 成分不同的岩浆岩 在一定的构造条件下 在一个岩浆区中 一定阶 段只有一种起着母体作用的岩浆称为母岩浆 母岩 浆经分异作用可形成各种派生岩浆 因此母岩浆也 可以是原生岩浆 在一定的构造条件下 在一个岩浆区中 一定阶 段只有一种起着母体作用的岩浆称为母岩浆 母岩 浆经分异作用可形成各种派生岩浆 因此母岩浆也 可以是原生岩浆 原生岩浆由于构造 密度 热状态的影响而向上 移动 它可以在岩浆源区发生演化后 再侵入地壳 或喷出地表 也可以在上升途中形成次生的岩浆房 经演化后 再发生侵位或喷发 原生岩浆从发生到 原生岩浆由于构造 密度 热状态的影响而向上 移动 它可以在岩浆源区发生演化后 再侵入地壳 或喷出地表 也可以在上升途中形成次生的岩浆房 经演化后 再发生侵位或喷发 原生岩浆从发生到 形成岩石 其成分多少会发生变化 这种由均一成 分的岩浆演化成多种成分的岩浆及岩石 主要是由 形成岩石 其成分多少会发生变化 这种由均一成 分的岩浆演化成多种成分的岩浆及岩石 主要是由 于分异作用 同化作用和混合作用所致 于分异作用 同化作用和混合作用所致 第三节第三节 岩浆的演化岩浆的演化 分异作用是指原来成分均匀的岩浆 在没有 外来物质的加入下依靠本身的演化 最终产生 不同组分的岩浆岩的全部作用 分异作用是指原来成分均匀的岩浆 在没有 外来物质的加入下依靠本身的演化 最终产生 不同组分的岩浆岩的全部作用 导致岩浆成分发生分异的作用 有些只是在 岩浆本身进行 并未发生其它相的分离 有些 则发生了结晶相和流体相的分离 属于前者的 导致岩浆成分发生分异的作用 有些只是在 岩浆本身进行 并未发生其它相的分离 有些 则发生了结晶相和流体相的分离 属于前者的 有扩散作用 熔离作用 属于后者的有分离结 晶作用和气体搬运作用 有扩散作用 熔离作用 属于后者的有分离结 晶作用和气体搬运作用 一 分异作用一 分异作用一 分异作用一 分异作用 反应边结构反应边结构反应边结构反应边结构 斜长石的环带结构斜长石的环带结构斜长石的环带结构斜长石的环带结构 角闪石环带结构角闪石环带结构角闪石环带结构角闪石环带结构 分异作用分异作用分异作用分异作用 1 扩散作用 扩散作用 岩浆中的组分可以由于某种原因发生扩散 单 位时间内质点扩散的范围称为扩散系数 岩浆中的组分可以由于某种原因发生扩散 单 位时间内质点扩散的范围称为扩散系数 D 其 大小与温度成正相关 与岩浆的粘度成反相关 其 大小与温度成正相关 与岩浆的粘度成反相关 由于熔体中温度不同 高熔点组分向低温的区 域扩散 最后形成在低温区高熔点组分集中的现 象 如某些岩体边部高熔点物质 由于熔体中温度不同 高熔点组分向低温的区 域扩散 最后形成在低温区高熔点组分集中的现 象 如某些岩体边部高熔点物质 暗色矿物暗色矿物 集中 岩石成分较岩体中心基性 集中 岩石成分较岩体中心基性 岩体边缘部分暗色矿物集中 成分偏基性有可岩体边缘部分暗色矿物集中 成分偏基性有可 能是扩散作用所造成的 能是扩散作用所造成的 一种混溶的液体 由于温度 压力的变化 或加入了第三种成分 使它分为不混溶或混 溶程度有限的两种液体 称为溶离作用 如 一种混溶的液体 由于温度 压力的变化 或加入了第三种成分 使它分为不混溶或混 溶程度有限的两种液体 称为溶离作用 如 在炼铁炉中熔炼铁矿石时 在在炼铁炉中熔炼铁矿石时 在CaCO3和和CaF2 等熔剂的作用下 使铁水和炉渣分为互不混 溶的液层 又由于重力场的作用使比重大的 等熔剂的作用下 使铁水和炉渣分为互不混 溶的液层 又由于重力场的作用使比重大的 铁水下沉 熔渣上浮 这种类似的现象在岩 浆演化过程中也有表现 铁水下沉 熔渣上浮 这种类似的现象在岩 浆演化过程中也有表现 2 2 熔离作用熔离作用熔离作用熔离作用 碱性正长岩中的不混溶碱性正长岩中的不混溶碱性正长岩中的不混溶碱性正长岩中的不混溶球粒球粒球粒球粒 不混溶球粒在岩浆流动过程中聚集不混溶球粒在岩浆流动过程中聚集不混溶球粒在岩浆流动过程中聚集不混溶球粒在岩浆流动过程中聚集 矿体空间展矿体空间展布布 分离结晶作用受物理化 学规律控制 其总趋势 为 分离结晶作用受物理化 学规律控制 其总趋势 为 愈到晚期 岩浆愈 向富硅 富碱和铁代替 镁的方向演化 愈到晚期 岩浆愈 向富硅 富碱和铁代替 镁的方向演化 3 3 分离结晶作用分离结晶作用分离结晶作用分离结晶作用 是指岩浆在结晶作用开始后进行的分异作用 是指岩浆在结晶作用开始后进行的分异作用 分离结晶作用是早期晶体晶出后 就与体系分离 不再与液相 发生反应 结晶相分离后 可形成与原始岩浆成分不同的岩石 分离结晶作用是早期晶体晶出后 就与体系分离 不再与液相 发生反应 结晶相分离后 可形成与原始岩浆成分不同的岩石 4 流体搬运作用流体搬运作用 流体包括气相及热水溶液相 岩浆中水的溶解度 随压力的增加而增大 在临界状态以上这两个相不 能分离 流体包括气相及热水溶液相 岩浆中水的溶解度 随压力的增加而增大 在临界状态以上这两个相不 能分离 流体相自岩浆中分离 可以发生在岩浆尚未发生流体相自岩浆中分离 可以发生在岩浆尚未发生 结晶作用时 也可以发生在岩浆结晶作用的同时 结晶作用时 也可以发生在岩浆结晶作用的同时 熔浆中含水愈多 则分离的部位愈向浅处移动 因此蒸气相与岩浆分离很大程度上取决于压力 熔浆中含水愈多 则分离的部位愈向浅处移动 因此蒸气相与岩浆分离很大程度上取决于压力 流体相可以携带部分易熔物质和比重小的组分向 上迁移 有入认为稀有元素矿床的形成与岩浆中流 流体相可以携带部分易熔物质和比重小的组分向 上迁移 有入认为稀有元素矿床的形成与岩浆中流 体相的作用有关 体相的作用有关 岩浆熔化了围岩及捕虏体 或与其发生反应 称同化作用 由此而使岩浆成分发生变化 称为 岩浆受了混染 这种岩浆可称为混染岩浆 同化 作用的规模及强度主要决定于岩浆的热状态 岩浆熔化了围岩及捕虏体 或与其发生反应 称同化作用 由此而使岩浆成分发生变化 称为 岩浆受了混染 这种岩浆可称为混染岩浆 同化 作用的规模及强度主要决定于岩浆的热状态 1 岩浆可以熔化比自己熔点低的矿物集合体 使熔体总成分发生改变 岩浆可以熔化比自己熔点低的矿物集合体 使熔体总成分发生改变 2 岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩 但可 岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩 但可 以与其发生反应 通过离子交换 改变结晶相的 成分 以与其发生反应 通过离子交换 改变结晶相的 成分 3 与岩浆相适应的围岩可以保存于岩浆中 与岩浆相适应的围岩可以保存于岩浆中 二 同化混染作用二 同化混染作用二 同化混染作用二 同化混染作用 混合作用是由两种不同成分的岩浆以不同的比例混合 产生一系列 过渡类型岩浆的作用 与同化混染作用相比 混合作用除受到两种岩浆热状态的影响外 还受两种岩浆的相遇机制 密度差等的制约 目前认为产生岩浆混 合作用的两种岩浆相遇的机制有三种 一是新生岩浆周期性地从岩浆房底部注入 与原驻留的岩浆产生混 合 第二种情况是层状岩浆房中 相邻熔体层之间因对流作用而产生混 合 第三种可能的混合方式发生于火山通道内 当岩浆喷发时 受岩浆 上升惯力和岩浆粘滞力的共同作用可使相邻岩浆层同时进入火山通 道产生混合 此外 深部形成的岩浆进入不同成分的浅部岩浆房 也可以发生混 合 三 混合作用三 混合作用 a a 暗色微粒包体的形态暗色微粒包体的形态暗色微粒包体的形态暗色微粒包体的形态 不管花岗岩类岩体中包体种类如何繁杂 像这样不管花岗岩类岩体中包体种类如何繁杂 像这样不管花岗岩类岩体中包体种类如何繁杂 像这样不管花岗岩类岩体中包体种类如何繁杂 像这样 具有塑性形态的暗色微粒包体只能有一种解具有塑性形态的暗色微粒包体只能有一种解具有塑性形态的暗色微粒包体只能有一种解具有塑性形态的暗色微粒包体只能有一种解 释 包体是在寄主岩体尚处于液态时进入的 释 包体是在寄主岩体尚处于液态时进入的 释 包体是在寄主岩体尚处于液态时进入的 释 包体是在寄主岩体尚处于液态时进入的 其本身当时也是液态的其本身当时也是液态的其本身当时也是液态的其本身当时也是液态的 b b 两个单元的接触关系两个单元的接触关系两个单元的接触关系两个单元的接触关系 暗色微粒包体在边界附近成群分布暗色微粒包体在边界附近成群分布暗色微粒包体在边界附近成群分布暗色微粒包体在边界附近成群分布 c c 寄主岩没有变形时包体的外寄主岩没有变形时包体的外寄主岩没有变形时包体的外寄主岩没有变形时包体的外 形也可以呈压扁拉长形也可以呈压扁拉长形也可以呈压扁拉长形也可以呈压扁拉长 g g 岩体中央包体的展布特征岩体中央包体的展布特征岩体中央包体的展布特征岩体中央包体的展布特征 h h 具有冷凝边的暗色微粒包具有冷凝边的暗色微粒包具有冷凝边的暗色微粒包具有冷凝边的暗色微粒包 体体体体 i i 不规则状及阴影状不规则状及阴影状不规则状及阴影状不规则状及阴影状 决不决不决不决不 是同化混染作用是同化混染作用是同化混染作用是同化混染作用 岩浆混合作用的类型岩浆混合作用的类型岩浆混合作用的类型岩浆混合作用的类型 mixing mixing minglingmingling injection injection 尽管目前越来越多的学者倾向于承认岩浆混尽管目前越来越多的学者倾向于承认岩浆混尽管目前越来越多的学者倾向于承认岩浆混尽管目前越来越多的学者倾向于承认岩浆混 合作用的存在与意义 它却仍然还是个科合作用的存在与意义 它却仍然还是个科合作用的存在与意义 它却仍然还是个科合作用的存在与意义 它却仍然还是个科 学前缘课题 学前缘课题 学前缘课题 学前缘课题 外国学者已经提出了三个不同的名词来描述外国学者已经提出了三个不同的名词来描述外国学者已经提出了三个不同的名词来描述外国学者已经提出了三个不同的名词来描述 岩浆混合作用的类型岩浆混合作用的类型岩浆混合作用的类型岩浆混合作用的类型 其涵义仍然不太清其涵义仍然不太清其涵义仍然不太清其涵义仍然不太清 晰或称为不太统一 晰或称为不太统一 晰或称为不太统一 晰或称为不太统一 MixingMixing 混合作用混合作用混合作用混合作用 参与混合的端元岩浆完全地混合在一起 参与混合的端元岩浆完全地混合在一起 参与混合的端元岩浆