岩浆岩岩石学.pdf

岩浆岩岩石学岩浆岩岩石学 主讲教师 刘 嵘 联系方式 QQ群 415736379 gemma老师的岩石学 1第1讲 岩浆作用1讲 岩浆作用2 2 第2讲 火成岩的矿物成分和结构构造2讲 火成岩的矿物成分和结 构构造 2 3实习1 岩浆岩的结构构造1 岩浆岩的结构构造 2 4第3讲 火成岩的化学成分及其分类2 5第4讲 熔体 晶体平衡和相图4讲 熔体 晶体平衡和相图2 6第5讲 超镁铁岩类5讲 超镁铁岩类2 7第6讲 镁铁质岩类6讲 镁铁质岩类2 8实习2 3 超镁铁岩类与镁铁质岩类2 3 超镁铁岩类与镁铁质岩类 4 9第7讲 中性岩类7讲 中性岩类2 10实习4 中性岩类4 中性岩类 2 11第8讲 长英质岩类8讲 长英质岩类2 12实习5 6 长英质岩类5 6 长英质岩类 4 13第9讲 火山碎屑岩类9讲 火山碎屑岩类2 14实习7 火山碎屑岩类7 火山碎屑岩类 2 15第十讲 脉岩及其它2 16 实习8 脉岩及其它8 脉岩及其它 2 17实习9 岩浆岩标本复习9 岩浆岩标本复习 2 18 实习10 岩浆岩标本考试10 岩浆岩标本考试 2 课程安排 供预习参考用 Review of your previous related knowledges 岩石的定义 岩石的成因分类 岩石循环 不同成因类型的岩石在岩石圈不同层 次的分布特点 第二章第二章 岩浆作用与火成岩的野外观察岩浆作用与火成岩的野外观察 一 岩浆的概念及其性质一 岩浆的概念及其性质 二 岩浆的形成二 岩浆的形成 与运移 三 火成岩的地质产状和相 与运移 三 火成岩的地质产状和相 四 火成岩的野外调查 自学 四 火成岩的野外调查 自学 1 岩浆 岩浆 magma 及其组成 及其组成 在地幔或地壳深处形成的高温 粘稠 含挥发 分和晶体的硅酸盐熔融体 地幔或地壳深处形成的高温 粘稠 含挥发 分和晶体的硅酸盐熔融体 熔体 熔体 melt 硅酸盐成分为主 硅酸盐成分为主 T 800 1300 C P 103 10 1 MPa 粘度 粘度 102 1012 Pa s 5 C水的粘度为水的粘度为1 5188X10 3 Pa s 晶体晶体 crystal 捕虏晶或者熔体早期结晶物质 捕虏晶或者熔体早期结晶物质 大小大小10 7 10 1m 数量密度可达数量密度可达1017m 3 含量可达 含量可达95 单一般含量 单一般含量 25 的岩浆流动性质差 的岩浆流动性质差 气体气体 挥发份 挥发份 volatile 以 以H2O和和CO2 SO2为主 为主 其次为其次为H2 氯化物 甲烷 氨 氩等 氯化物 甲烷 氨 氩等 直接测定的现代火山岩浆的温度表明直接测定的现代火山岩浆的温度表明 基性玄武岩岩浆基性玄武岩岩浆 1100 1250 安山质岩浆安山质岩浆 900 1100 流纹质岩浆流纹质岩浆 700 900 1 从基性岩岩浆到酸性岩浆从基性岩岩浆到酸性岩浆 温度降低温度降低 2 不同的岩浆源区 要求的部分熔融温度有很 大的差异 不同的岩浆源区 要求的部分熔融温度有很 大的差异 3 岩浆的温度对岩浆的活动性有很大的影响 如同为酸性岩浆 起源较浅的低温者往往形成中 岩浆的温度对岩浆的活动性有很大的影响 如同为酸性岩浆 起源较浅的低温者往往形成中 深成花岗岩体 而来源较深的高温 过热 者则深成花岗岩体 而来源较深的高温 过热 者则 可喷出地表形成熔岩 可喷出地表形成熔岩 岩浆温度特点及其影响岩浆温度特点及其影响 Active ropy pahoehoe on the south southwest flank of Alae in Hawaii Volcanoes National Park Courtesy of USGS Hawaiian Volcano Observatory 岩浆 粘度受化学组成 温度 压力以及挥发份含量 晶体含量的制约 SiO2含量越低 粘度越低 why 温度越高 粘度越低 相同成分相同密度的酸性岩浆 有 些可以喷出地表形成流纹岩 有些则呈花岗岩侵入体 其原 因之一是前者温度高 因而导致粘度降低 流动性增大 挥发份H2O含量越多 粘度越低 why 晶体含量越高 粘度越大 岩浆的粘度 是指剪切应力 与应变速率de dt的比值 它决定流体流动的难易程度 岩浆的粘度会影响岩浆上升的速度以及火成岩的结构 构造 产状及一些岩浆作 用发生的强度 岩浆粘度特点及其影响岩浆粘度特点及其影响 气体气体 挥发份 挥发份 volatile 以 以H2O和和CO2 SO2为主 为主 其次为硫化氢 氯化物 甲烷 氨 氩等 其次为硫化氢 氯化物 甲烷 氨 氩等 岩浆挥发份及其影响岩浆挥发份及其影响 1 挥发组分影响岩浆的喷出方式 在挥发分聚集时由于在近地表处的强烈膨胀会引起岩浆 爆裂成火山灰 火山爆发也随之强烈 例如金伯利岩桶 2 挥发分影响岩浆结晶的温度 含量高则结晶温度下降 所以当挥发分迅速从岩浆中 1 挥发组分影响岩浆的喷出方式 在挥发分聚集时由于在近地表处的强烈膨胀会引起岩浆 爆裂成火山灰 火山爆发也随之强烈 例如金伯利岩桶 2 挥发分影响岩浆结晶的温度 含量高则结晶温度下降 所以当挥发分迅速从岩浆中 逸出后 岩浆则会快速结晶 其中的晶体数量也随之加多逸出后 岩浆则会快速结晶 其中的晶体数量也随之加多 地球物理资料可为我们提供岩浆形成的概略深度及部位 现代地震波速 测定表明 不少地区在上地幔100km左右的深度及中下地壳的深度存在有地 震波速下降的低速带 low velocity zone 简称LVZ 被解释为在固态的 岩石中存在有液态的物质 即软流圈 表明有熔融作用的发生 在现代火 山活动地区 如著名的夏威夷火山群 在喷发的间隙阶段 在上地幔的深度 约60km处 发生了深源地震 表明这一位置相当于岩浆的源区 当岩浆上 升运移时可能在该区有地震的发生 地球物理资料可为我们提供岩浆形成的概略深度及部位 现代地震波速 测定表明 不少地区在上地幔100km左右的深度及中下地壳的深度存在有地 震波速下降的低速带 low velocity zone 简称LVZ 被解释为在固态的 岩石中存在有液态的物质 即软流圈 表明有熔融作用的发生 在现代火 山活动地区 如著名的夏威夷火山群 在喷发的间隙阶段 在上地幔的深度 约60km处 发生了深源地震 表明这一位置相当于岩浆的源区 当岩浆上 升运移时可能在该区有地震的发生 Melting Crystallization Curve Melting Crystallization Curve with volatiles 部分熔融机制部分熔融机制 地幔楔 地幔柱 或其它加 热方式 伸展构造 总之 温度升高 压力下降和挥发份的注入都能引发部分熔融而导致 岩浆的形成 地球 内部 的热 源有 哪 些 全球大火成岩省的分布全球大火成岩省的分布 Coffin 岩浆混合作用 magma mixing 两岩浆热状态差异的大小 1 熔点相近的岩浆相遇 有可能产生大 规模的均匀混合 2 熔点相差较大的岩浆相遇 如玄武质 岩浆注入到酸性岩浆房 则往往表现为酸性 岩浆体中形成骤冷的枕状构造或淬碎的岩块 以不均匀的机械混合为主 二者的成分交 换仅仅依赖于扩散作用 而元素的扩散速度 缓幔 往往在高熔点岩浆固结前只能达到数 米的距离 决定混合方式 规模和均匀程度的主要因素 花岗岩中的玄武岩岩枕花岗岩中的玄武岩岩枕 Mingling and mixing Closepet granite 2 5 Ga South India 1 在酸性岩中见基性端元的岩石团块 微粒包体 2 酸性端元的熔岩中见明显流变特征的基性端元熔岩条带 3 酸性端元中见基性端元的岩墙及其边缘的机械混合带和成分过渡 带 4 矿物间明显的不平衡 如成分差别较大的斜长石共存 矿物间的 交代结构发育 钾长石巨晶和石英出现在基性包体中 辉石等出现 在花岗岩中 5 化学成分符合混合趋势 多种元素的共分母比值一比值图或元素 一元素图均为直线变异关系 岩浆混合作用识别标志 Closepet granite 2 5 Ga South India Closepet granite 2 5 Ga South India 相关概念 原始岩浆 primative magma 原生岩浆 Primary magma 由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形成的成分未 遭受变异的岩浆 它不强调源区的岩石是否已经遭受过熔融作用或成分的变异 但强调形成的岩浆一定未遭 受过成分的变化 原生岩浆类型较多 但主要有玄武岩浆 花岗质岩浆和安山岩浆 原生岩 浆直接冷却结晶成不同的火成岩 或者通过各种作用形成了派生岩浆后再冷却结晶最终形成了 地球表面多种多样的火成岩 母岩浆 Parent magma 通过各种作用 分异作用 同化作用 混合作用等 产生出 不同成分的岩浆岩浆称为母岩浆 派生岩浆 Derivative magma 由母岩浆通过各种作用产生的不同成分的岩浆称为派 生岩浆 或进化岩浆 例如玄武质岩浆可作为母岩浆 通过分异作用产生安山岩和英安岩等派生岩浆 原生岩浆可以成为母岩浆 但母岩浆不一定是原生岩浆 亏损地幔 barren depleted 或infertile mantle 是指相对于原始地幔亏损Si Al Ca Na K等易熔组分和 Rb Sr Ba La Ce等不相容原素的地幔 这些元素在熔融作用中容易进入 岩浆 相应的地幔则亏损了上述组分 富集地幔 fertile mantle 如果原始地幔中加入了上述元素 如地幔交代 则会富集上述组分 形成富集地幔 fertile mantle 这种作用通常是通过地幔交代作用 或地壳物质重新返回地幔的再循环作用实现的 三 火成岩的地质产状和相三 火成岩的地质产状和相 火成岩的地质产状火成岩的地质产状 火成岩体的大小 形态 与围岩的关系 火成岩的相 火成岩体的大小 形态 与围岩的关系 火成岩的相 火成岩形成时的地质环境 以及对应的岩石 火成岩形成时的地质环境 以及对应的岩石 和岩体特征的总和 和岩体特征的总和 岩基 岩株 岩盆 岩墙 岩盖 岩床 岩株等 熔岩流 火山锥 火山颈 次火山岩 火 山 沉积岩等 次火山岩 火山 沉积岩 火山碎屑岩 等 陆相火山岩 海相火山岩 地表喷出 地表以下深 处冷凝结晶 火山岩火山岩 喷出岩 侵入岩 喷出岩 侵入岩 与围岩 的接触关系 深成相 深成岩 侵位深度 15KM 中深成相 中深成岩 侵位深度5 15KM 浅成相 浅成岩 侵位深度 5KM 整合侵入体 不整合侵入体 侵位深度 侵入形态和规模 大小 岩浆喷出环境 火山形貌及其 火成岩的地质产状及其分类火成岩的地质产状及其分类 参见普通地质学 从略 参见普通地质学 从略 火山锥火山锥 volcanic cone 由熔岩和火山碎屑岩组成 中 心为火山口 volcanic vent 或破火山口 caldera 火山碎屑锥 cinder cone cinder cone 以爆发为主时 堆积物以火山碎 屑岩为主 这 类喷发作用以粘度大 挥发组分含量高的酸性岩 浆常见 熔岩锥 lava cone lava cone 主要由熔岩组成 火山碎屑物 10 原 始坡度2 10 呈盾形 又称盾形火山 shield cone 混合锥 mixed cone mixed cone 以爆发与宁静式相间喷发时 火山碎 屑物质约占 30 50 熔岩与碎屑在火口处混合堆积 熔岩锥 熔岩流 lava flow 岩浆以较平静的溢流方式喷出地表 喷发物多为粘度较小的超基性到中 性的岩浆 酸性者少见 溢流出的岩浆可形成面状的熔岩被 熔岩台地 线状的熔岩流 岩钟 岩针 岩穹岩钟 岩针 岩穹 多以侵出的方式喷 出 粘度较大 缺少挥发组分 失去流动 性的中酸性和碱性 熔岩火山活动的晚期形 成这类产状 次火山 次火山 次 潜 火山岩 sub volcanic rock 是与火山岩同源且为侵入产状的岩 体 它与喷出岩同时间但一般较晚 同空 间 但分布范围较大 同外貌但结晶程度 较