岩浆与变质作用.ppt

第十三章 岩浆作用与变质作用 第一节岩浆作用 岩浆 是在地壳深处或上地幔形成的 以硅酸盐为主要成分的 炽热 粘稠 富含挥发分的熔融体岩浆的主要成分为SiO2 其次为金属硫化物 非金属氧化物和挥发组分 H2O CO2 CO H2S NH4 岩浆作用 岩浆形成后 沿着构造软弱带上升到地壳上部或喷溢出地表 在上升 运移过程中 由于物理化学条件的改变 岩浆的成分也不断发生变化 最后冷凝成为岩石 这一复杂过程称为岩浆作用岩浆岩 岩浆作用所形成的岩石 根据岩浆是侵入地壳之中或是喷出地表 岩浆作用可分为侵入作用和喷出作用相应地 所形成的岩石分别称为侵入岩和喷出岩 或火山岩 根据SiO2含量 岩浆可分为四种基本类型 酸性岩浆 SiO2 63 中性岩浆 52 63 基性岩浆 45 52 超基性岩浆 45 化学成分 矿物成分 颜色 SiO2降低 Fe Mg增高 浅色矿物降低 暗色矿物增高 由浅变深 粘度 密粘度度增减大小 一 喷出作用 一 火山喷发类型喷出作用又称为火山作用按火山活动时间分 死火山 休眠火山 活火山按火山通道的形状 可分为 裂隙式喷发岩浆沿一个方向的大断裂或断裂带上升 喷溢出地表 分布于大洋中脊 大陆裂谷 中心式喷发喷发物沿火山喉管喷出地面 平面上成点状喷发 按照暴炸强度分为猛烈式 宁静式 和递变式 裂隙式 中心式 猛烈式又称培雷式 宁静式又称夏威夷式 二 喷出作用的产物 1 火山喷出物 气态 液态 固态三种 1 气态喷出物气体中以水蒸气为主 含量常达7O 以上 此外有CO2 SO2 N2 H2S以及少量CO H2 HCl NH3 NH4Cl HF等 2 液态喷出物称为熔浆 熔浆与岩浆的差别在于熔浆挥发分较少 熔浆泠凝后形成的岩石称为熔岩 熔浆分为三类 基性熔浆 SiO2含量低 挥发组分少 温度高 泠却慢 粘性小 流动快 泠凝后形成颜色较深的玄武岩 基性熔浆水下喷发凝固形成的岩石称枕状熔岩 酸性熔浆 富含SiO2和挥发组分 K Na比Fe Mg含量高 温度较低 泠却快 粘性大 流动慢 泠凝后形成颜色较浅的流纹岩 中性熔浆介于上述两者之间 泠凝后形成安山岩 枕状熔岩 枕状熔岩地面露头 绳状熔岩 冰岛海边玄武岩的多边形柱状节理 福建漳州玄武岩柱状节理 3 固态喷出物由于气体的膨胀力及其所产生的冲击作用 使火山喉管及火山口附近的岩石被炸碎并抛射出来 未冷凝的岩浆呈团块 细滴喷射出来并在空中或落地后凝结为固体 称为火山碎屑物 可分为 火山弹 块 100mm 火山砂 砾 2 100mm 火山灰0 05 2mm 火山尘 0 05mm四种类型 火山碎屑岩 火山碎屑物经堆积 压实 胶结或熔结而形成的岩石 集块岩 由火山弹 块 胶结形成的岩石 火山角砾岩 由火山砂 火山砾胶结形成的岩石 凝灰岩 由火山灰 火山尘胶结形成的岩石 火山弹 火山角砾岩 2 火山锥的类型中心式喷发形成的地形呈锥状 称火山锥 熔岩锥 由熔岩组成的火山锥 火山碎屑岩锥 由火山碎屑岩组成的火山锥 复合锥 由熔岩和火山碎屑岩互层组成的火山锥 火山锥顶部的圆形低洼部位 称火山口 与火山口相连的岩浆通道 称火山颈或火山喉管 二 侵入作用 岩浆侵入地壳中但未喷出地表时称为侵入作用侵入的岩浆冷凝后形成的各种各样的岩浆岩体称为侵入体侵入体周围的岩石叫围岩根据岩浆侵入深度的不同 可分为深成侵入作用 深度 3km 和浅成侵入作用 3km 相应地 侵入体也分为深成侵入体和浅成侵入体 一 深成侵入体 深成侵入体是地下深处高温高压环境下形成的岩浆岩体 由于形成时的温度和压力均较高 因而岩浆冷凝缓慢 岩石多为全晶质中粗粒结构 岩体规模较大 常见的类型有两种 岩基 岩株 岩基是侵入体中规模最大的一类 面积大于100km2 最大可达数万平方公里 平面上一般呈长圆形 长数十公里 甚至几千公里 宽可达100km以上 岩基一般为中酸性岩浆冷凝而成 多由粒度较粗成分稳定的花岗岩或花岗闪长岩等组成 岩株是深处的岩浆侵入地壳薄弱地带形成的一种侵入岩体 平面上近圆形或不规则状 接触面较陡 规模较大 面积小于100km2 可独立产出 或与岩基相连 为岩基的顶部突起部分 二 浅成侵人体 是在地下较浅部位 通常为3km以内 形成的侵入岩体 浅成侵入活动接近地表 岩浆冷凝较快 矿物结晶颗粒细小 岩石常为中细粒结构或斑状结构浅成侵入体的规模一般较小 常见的有岩床 岩盖 岩墙 岩盆 岩床又称岩席 是厚度较小而面积较大的层状侵入体 与其顶 底板围岩平行 接触面平坦 中部稍厚 向边部逐渐变薄以至尖灭岩盖 岩盘 是上凸下平的穹窿状侵入体 由岩盖中部到边部 其厚度迅速变小而尖灭 岩盖规模一般不大 底部直径约3 6km 最厚处通常小于1km 地表出露形态常为圆形 椭圆形 岩墙厚度比较稳定且近于直立的板状侵入体 厚度一般几十厘米至几十米 长几十米甚至几千米 在一个较大区域内 岩墙很少单一产出 常常是几十条 几百条有规律地分布 形成岩墙群 岩墙又可称岩脉 岩盆中央部分厚度大 边缘厚度小 中间微向下凹的盆状侵入体 岩盆是岩浆侵入到岩层之间 其底部因受岩浆的重力而下沉 故中央下凹 或岩浆侵入到构造盆地中形成的 岩墙 三 岩浆的演化 原始岩浆是由上地幔以及地壳物质局部熔融而产生的最初岩浆 原始岩浆从地壳深处上升 通过各种演化可以派生出种类较多的次生岩浆原始岩浆的种类总是比较少的 但地壳上分布的岩浆岩却很多 目前 地表见到的岩浆岩不下百余种 这主要是由于岩浆演化过程中发生的岩浆分异作用和同化混染作用的结果 一 岩浆的分异作用 岩浆的分异作用 是指成分均一的岩浆 在没有外来物质加入的条件下 由于物理化学条件的改变 分化为若干成分不同的岩浆的过程 分异方式主要有 熔离分异作用 结晶分异作用和气态分异作用 熔离分异作用是指原来均匀的岩浆在冷却过程中 主要受重力及温度的影响 分成两种或多种成分不同的互不混合的岩浆的过程 这种分异作用是在岩浆结晶之前的液态状况下发生的 所以又可叫液态分异作用 结晶分异作用在岩浆的缓慢冷却过程中 各种组分因熔点温度不一 按照一定顺序先后结晶 在先结晶的矿物中比重大的下沉 轻的上浮 和未结晶的残余岩浆分开 在岩浆冷凝结晶过程中 各种成分按一定顺序结晶从岩浆中逐渐分离出来的过程称结晶分异作用 气态分异作用分异作用到了最后阶段 分化出来的残余岩浆中含有很多挥发性物质成分 它们的特点是熔点低 挥发分高 化学活泼性强 可以和岩浆中各种金属元素 特别是稀有元素结合成挥发性化合物 当温度和压力减低时 它们便从岩浆中分离出来 集中在岩浆的上部或扩散到围岩的裂隙和空隙中去在岩浆分异作用的后期 大量挥发性成分从岩浆中分离出来的过程称气态分异作用 二 同化混染作用 当岩浆侵入到围岩中时 岩浆熔化围岩 使围岩中某些化学成分通过化学反应或直接熔融而加入到岩浆中去 使岩浆成分发生改变的作用称为同化混染作用 原始岩浆的种类虽是有限的 但通过岩浆的分异作用和同化混染作用会使其发生复杂变化 它是岩浆岩岩石类型多样性的重要原因 第二节变质作用 概念 在地下特定的地质环境中 由于物理 化学条件的改变 使原有岩石基本上在固体状态下发生物质成分与结构 构造变化而形成新岩石的地质作用由变质作用所形成的新岩石称为变质岩变质作用的原岩可以是沉积岩 岩浆岩及变质岩 一 变质作用的因素 1 温度 是引起岩石变质的主导因素它可以提供变质作用所需要的能量 使岩石中矿物的原子 离子或分子具有较强的活动性 促使一系列的化学反应和结晶作用的进行温度增高还可使矿物的溶解度加大 使更多的矿物成分进入岩石空隙中的流体内 增强了流体的渗透性 扩散性及化学活动性 促进了变质作用的过程变质作用的温度范围可由150 200oC直到700 900 2 压力 压力也是变质作用的重要因素 根据压力的性质可分为静压力和动压力 静压力又称围压 是由上覆岩石的重量引起的压力 它具有均向性 并且随着深度增加而增大 静压力导致矿物中原子 分子或离子间的距离缩小 促使矿物内部结构改变 形成密度大 体积小的新矿物 动压力 是由构造运动所产生的定向压力 由于动压力只存在于一定的方向上 因而使得岩石在不同方向上产生了压力差 它可以引起矿物的压溶作用 导致原岩发生矿物的重新分异与聚集 造成矿物定向排列 也可以使原岩破碎或产生变形 从而改造了原岩的结构与构造 3 化学活动性流体是指在变质作用过程中存在于岩石空隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的流体 这种流体的组分以H2O及CO2为主 并包含有多种其它易挥发物质及溶解的矿物成分可以促使矿物组分的溶解和迁移 引起原岩物质成分的变化 可作为固体与固体之间发生化学反应的媒介 加快固体与固体之间的物质组分的交换 二 变质作用的方式 1 重结晶作用 岩石在固态下 同种矿物经过有限 局部 的颗粒溶解 组分迁移 然后又重新结晶成粗大颗粒的作用 在这一过程中并未形成新矿物 重结晶作用对原岩的改造主要是使其粒度加大 颗粒相对大小均一化 颗粒外形变得较规则 重结晶作用一般无物质的带入与带出 亦无新矿物的产生 如 隐晶质的石灰岩经重结晶作用后变成颗粒粗大的大理岩 主要矿物成分均为方解石 2 重组合作用 在变质作用的温度 压力范围内 在原岩总体化学成分基本保持不变的情况下 挥发分除外 原有矿物或矿物组合转变为新的矿物或矿物组合的作用 重组合作用的特点 除水和二氧化碳参与外 一般无物质的带入带出 有新矿物的形成和原矿物的消失 1 同质多相转变 不包含H2O和CO2的释放或吸收的固相之间的变质反应 红柱石 蓝晶石 夕线石 Al2SiO5 之间的转变 低温低压 低温高压 高温高压 它们的成分相同 但在不同温压下表现为三种不同的矿物 质点排列方式 结构发生变化 2 脱水 及水化 反应 原有矿物或矿物组合随温度升高 释放出水而形成另一种矿物的过程 Al4 Si4O10 OH 18 4SiO2 2Al2 Si4O10 OH 2 2H2O高岭石石英叶腊石Al Si4O10 OH 2 Al2SiO5 3SiO2 H2O叶腊石红柱石石英 3 脱碳反应 是指钙质沉积岩随温度升高释放出CO2而形成新的矿物的过程 CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2方解石石英硅灰石 3 交代作用 变质过程中 化学活动性流体与固体岩石之间发生的物质置换或交换作用 其结果不仅形成新矿物 而且岩石的总体化学成分发生改变 如 含Na 的流体与钾长石发生交代作用而置换出K 形成新矿物钠长石 斜长石的一种 有物质的带入和带出 Na KAlSiO3O8 NaAlSi3O8 K 带入 钾长石 钠长石 带出 三 变质作用的基本类型 1 接触变质作用 在岩浆侵入体与围岩的接触带上 主要由岩浆活动所带来的热量 温度 及挥发性流体 化学活动性流体 所引起的一种变质作用 接触变质作用的主要变质因素是温度及化学活动性流体 压力居比较次要的地位 接触变质作用是发生在高温 低压的变质环境之中 按引起接触变质的主导因素及变质作用方式的不同 接触变质作用可分为 接触热变质作用引起接触变质的主导因素是岩浆侵入造成的温度升高 变质作用的方式主要为重结晶作用和重组合作用 变质作用前后岩石的总体化学成分无显著改变 如石灰岩变成大理岩 石英砂岩变成石英岩 接触交代变质作用引起变质的因素除温度以外 从岩浆中分泌的挥发性物质所产生的交代作用 在这一过程中有物质成分的带入和带出 变质前后原岩总体化学成分有显著变化 同时伴有大量新矿物产生 如 石灰岩与中 酸性岩浆岩相接触时形成矽卡岩 钙铝或铁铝硅酸盐 2 动力变质作用 在构造运动所产生的定向压力作用下 岩石发生的破碎 变形以及伴随的重结晶等的作用 这种变质作用主要发生在两个岩石块体之间发生相对运动时的接触带 断裂带或断层带 上 所以 动力变质作用又被称为断裂 或断层 变质作用动力变质岩称断层岩 如碎裂岩 糜棱岩 3 区域变质作用 区域变质作用是在广大范围内发生并由温度 压力及化学活动性流体等多种因素共同引起的一种变质作用 影响的范围可达数千至数万平方公里以上 影响深度可达30km以上 温度约200 800 受静压力和较强的定向压力作用 区域变质作用按照所处的压力 围压 与温度环境分为 低压 中压 高压区域变质作用 低压区域变质作用深度较浅 一般小于10km 压力较小 一般为200 400MPa 温度通常较高 可达600 C以上 局部或暂时性的地温梯度很高 约25 6O C km 通常属于高热流或地热异常区 中压区域变质作用深度较大 一般大于10km 压力较大 一般300 80OMPa 区域地温梯度中等 一般16 25 C km 平均20 C km 温度随深度不同而不同 一般为300 600 C 高压区域变质作用深度大 一般大于2Okm 压力大 一般300 10OOMPa 甚至更高 并且伴有强的构造运动压力作用 温度较低 一般只有2OO 400 局部或暂时性的地温梯度很低 一般7 16 km 平均只有1O km左右 4 混合岩化作用由变质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用 原岩局部或部分重熔的熔