11岩浆与变质作用.ppt

第六章内力地质作用 第三节岩浆作用第四节变质作用 第三节岩浆作用 一 概述一 喷出作用二 侵入作用三 岩浆岩四 岩浆的演化 一 概述岩浆 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 粘稠并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 岩浆的成分又不断发生变化 最后冷凝成为岩石 这一复杂过程称为岩浆作用 所形成的岩石称为岩浆岩 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 即酸性岩浆 SiO2 65 中性岩浆 52 65 基性岩浆 45 52 和超基性岩浆 45 岩浆岩的颜色 岩浆岩的颜色可分为浅色和深色两种 颜色的深浅与其所含的矿物成分有关 浅色矿物 主要指硅 铝矿物 颜色浅 如石英 长石 似长石 架状硅酸盐等 深色矿物 主要指铁镁矿物 颜色深 如橄榄石 辉石 角闪石 黑云母等 二 喷出作用岩浆的喷出作用又称为火山作用 火山喷发类型按火山通道的形状 可分为 裂隙式喷发 岩浆沿一个方向的大断裂或断裂群上升 喷溢出地表 往往以流动性强的基性熔浆为主 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 中心式喷发常伴随有强烈的爆炸现象 喷出物包括有气体 碎屑物和熔浆 中心式喷发可分为猛烈式 宁静式和递变式 猛烈式又称培雷式 具有突发性的特点 其岩性多为中酸性岩浆为主 含气量多 粘性大 流动漫 冷凝快 常在火山喉管中凝固 堵塞火山通道 宁静式又称夏威夷式 岩浆以溢流的方式宁静的在地表流动 其岩性以基性为主 岩浆含气体少 粘度小 流动快 递变式的特点介于上述二者之间 火山喷出物气态 液态和固态三种 1 气态喷出物以水蒸气为主 70 90 此外有CO2 SO2 N2 H2S以及少量CO H2 HCl NH3 NH4Cl HF等 当温度超过500 时 气体喷出物成分主要为氯化物 NaCl KCl FCl2等 称干喷气 无水蒸气 火山喷出的气体并不是全部逸散 其中的相当部分可直接凝华而堆积在火山口附近 常见的有氯化钾 氯化氨 硫磺等 较富集时可形成矿床 根据气态喷出物的数量和温度 可判断火山活动的强弱 2 液态喷出物火山的液态喷出物称熔浆 与岩浆相比 熔浆的挥发成分少 常见的为酸性 中性 基性熔浆 而超基性熔浆较少 熔浆冷却后形成的岩石称熔岩 基性的熔浆SiO2含量低 挥发份少 铁镁质矿物含量高 具有温度高 1000 1200 冷却慢 粘性小 流动快的特点 冷却后形成的岩石颜色深 称为玄武岩 酸性的熔浆SiO2含量高 挥发份多 铁镁质矿物含量低 具有温度低 800 1000 冷却快 粘性大 流动慢的特点 冷却后形成的岩石颜色浅 称为流纹岩 中性的熔浆SiO2 挥发份以及铁镁质矿物含量介于上述二者之间 这种中性的熔浆冷却后形成的岩石称为安山岩 熔岩流 lavaflow 熔浆喷出地面后沿地面流动形成的流体 枕状熔岩 是水下喷出的基性熔岩 常呈椭圆形似枕头而得名 如果熔浆在平坦的地面冷凝 则按照一定的等距离中心收缩 从而形成垂直于冷凝面的裂隙 把岩石分割成多边形的柱状体 称为柱状节理 常见的为玄武岩的六边形柱状节理 结壳熔岩 波状熔岩 基性熔岩表面先冷却形成薄壳 而下面未冷却的岩浆继续流动并拖拽上面的薄壳而形成波状或绳状结壳 3 固态喷出物 由于气体的膨胀力及其所派生的冲击作用 使火山喉管及火山口附近的岩石被炸碎并抛射出来 未冷凝的熔浆呈团块 细滴喷射出来并在空中或落地后凝结为固体 它们均属于固态喷出物 统称为火山碎屑物 按直径的大小可分为以下几种 火山弹 火山集块 64mm 火山角砾 火山砾 火山砂 2 64mm 火山灰 2mm 0 05 火山尘 0 05mm 原来为固体的岩石 被炸碎后往往成带棱角的岩石碎屑 而原来为液态的熔浆 喷射到空中后落地固结 往往成渣状 个体较大者称为火山弹 火山碎屑物堆积后 经过压实 胶结或熔结形成的岩石称为火山碎屑岩 根据碎屑颗粒的大小和火山碎屑物含量的多少 将其分为熔结或正常的集块岩 角砾岩和凝灰岩 火山活动对人类的影响火山活动给人类带来了极大的灾难 但也给人类带来好处 1 火山排出的大量水蒸气是地球上水的主要来源之一 2 火山灰散布到地表可形成肥沃的土壤 3 形成天然矿泉与温泉 4 火山喷出物中的硫 氯化钠 氯化钾可形成有用矿产 如金刚石主要形成于火山通道中 三 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 深成侵人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 围岩受岩浆高温影响 变质现象较强 范围较广 常见的有岩基 岩株两种 岩基 是侵入体中规模最大的一类 面积大于1O0km2 最大可达数万平方公里 岩基一般为中酸性岩浆冷凝而成 多花岗岩或花岗闪长岩 岩株 与围岩接触面较陡 规模较大 出露面积小于1O0km2 有的岩株独立产出 有的向下与岩基相连 为岩基的顶部突起部分 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 可见底部边界 按照侵入体产状与围岩的关系分为协调和不协调两类 前者常见的有岩床 岩盆 岩盖等 后者常见的为岩墙 四 岩浆岩结构与构造岩浆侵入到地壳内部或喷出地表冷凝而成的岩石 岩浆岩 岩浆岩的结构1 岩浆岩的结构 是指岩石中矿物的结晶程度 矿物颗粒大小以及矿物颗粒的相互关系 按结晶程度分为全晶质 半晶质和玻璃质三种类型 按矿物颗粒的相对大小可分为等粒 不等粒和斑状结构 按矿物颗粒的绝对大小分为伟晶 粗粒 中粒 细粒 隐晶质和玻璃质等结构类型 按矿物颗粒相互关系可分为文象和条纹结构 等粒结构 不等粒结构 斑状结构 文象结构 花岗岩 闪长岩 辉长岩 2 岩浆岩的构造 组成岩石各部分之间的空间分布和排列特征 块状构造 矿物颗粒分布均匀 无定向排列且致密 流纹构造 由不同颜色的条纹或拉长的气孔定向排列而成的构造 常见于酸性喷出岩中 气孔构造和杏仁构造 常见于喷出岩中 由于熔岩冷却时 尚未逸出的气体残留在岩石中而形成的大小不等的空洞称为气孔构造 当气孔被后期物质充填后形成形似杏仁称之为杏仁构造 枕状构造 指岩石由一些大小不等的枕状体构成 是水底喷发岩特有的构造 常见于熔岩的顶面 五 岩浆的演化 岩浆的分异作用岩浆的分异作用是指成分均一的岩浆 在没有外来物质加人的条件下 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 可以发生在岩浆尚未上升之前 也可以发生在上升的过程中 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三种 熔离分异作用 这种分异作用是在岩浆结晶之前的液态状况下发生的 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 结晶分异作用 在岩浆冷凝结晶过程中 各种成分按一定顺序结晶而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 这种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 同化混染作用岩浆熔化围岩 使围岩中某些化学成分通过化学反应或直接熔融而加人到岩浆中去 使岩浆成分发生改变的作用称为同化混染作用 原始岩浆的种类虽然有限 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 这是岩浆岩岩石类型多样性的重要原因 第二节变质作用 一 变质作用的因素二 变质作用的方式三 变质作用的基本类型四 变质岩的结构构造 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称为变质作用 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 变质作用的因素引起变质作用的主要因素是温度 压力及化学活动性流体 温度 温度往往是引起岩石变质的主导因素 它提供变质作用所需要的能量 增强矿物原子 离子或分子活动性 增加矿物的溶解度 流动性 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150 200 直到70O 9OO 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 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 化学活动性流体 指变质作用过程中存在于岩石空隙中的一种具有很强挥发性和活动性的流体 以H2O及CO2为主 以及其它易挥发物质和溶解的矿物成分 化学活动性流体可以作为固体与固体之间发生化学反应的媒介 促使矿物组分的溶解和迁移 引起原岩物质成分的变化 加快变质的进程 流体的存在会大幅度降低岩石的重熔温度 使变质作用的高温界限降低 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 如隐晶质的石灰岩转变为大理岩 2 重组合作用 原岩总体化学成分基本保持不变的情况下 原有矿物或矿物组合转变为新的矿物或矿物组合的作用 重组合作用的主要特点是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 可分为同质多相转变和脱水 及水化 反应 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 低温低压 低温高压 高温高压 红柱石蓝晶石夕线石 Al2SiO5 之间的转变 它们的成分相同 但在不同温压下表现为三种不同的矿物 主要是矿物内部质点排列方式 结构发生变化 脱水反应 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 高岭石 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 结果形成新矿物 岩石的总体化学成分发生改变 交代作用是在开放系统中进行的 反应前后岩石的总体化学成分发生改变 既有物质的带入与带出 又有新矿物的形成 Na KAlSiO3O8 NaAlSi3O8 K 带入 钾长石 钠长石 带出 钠长石 钾长石 三 变质作用的基本类型 根据变质作用发生的背景和物理化学条件可分为四种类型 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及挥发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 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 接触交代变质作用 引起变质的因素除温度以外 挥发性物质所产生的交代作用具有重要意义 在这一过程中 原岩有物质成分的带入和带出 因而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 蛇纹石 千枚岩 2 动力变质作用 在定向压力作用下 岩石发生破碎 变形以及重结晶等作用 这种变质作用主要发生在相邻两个岩石块体之间 即构造的接触带上 所以动力变质作用又被称为断裂变质作用 碎边 碎斑结构 碎斑 糜棱结构 动力变质作用的主要特征 呈线状或带状分布 主要发生在断裂带附近 变质带宽度可从几cm到几十km 长度几km到几百km 大型的动力变质作用多见于高大的褶皱山系 3 区域变质作用 大范围内发生的并由温度 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 区域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 常常和大的构造运动有关 区域变质作用按照所处的压力与温度环境可分为 低压区域变质作用深度一般小于15km 压力一般为200 4O0MPa 温度通常高达600 以上 中压区域变质作用发生的深度一般大于10km 压力一般为300 80OMPa 温度随深度不同而不同 一般为300 600 高压区域变质作用发生的深度一般大于1Okm 压力一般在300 10OOMPa 常伴有强的构造动压力作用 温度一般只有2OO 400 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 主要特征 原岩局部或部分重熔的物质与尚未重熔的固态物质发生互相交插与混合 通常是区域变质作用在地热流作用下进一步发展的结果 混合岩化作用发生的深度较大 其温度通常很高 一般达60O 以上 其中地热增温和热液增温是温度升高的重要原因 条带状混合岩 角砾状混合岩 肠状混合岩 四 变质岩的结构构造1 变质岩的结构是指变质岩中矿物颗粒的大小 形状及其相互关系 常见结构有变余结构 变晶结构 变形结构 交代结构四大类 变余结构 变质浅 原岩的结构基本被保留下来的结构 变晶结构 一般为重结晶作用或变质结晶作用形成的结构 其特征是 原岩结构被彻底改造 矿物多呈定向排列 变形结构 是指动力变质作用过程中 岩石受应力挤压而使矿物颗粒破裂 错动 塑性流变等变形而形成的结构 常见的有 角砾状结构 碎裂和碎斑结构 糜棱结构等 交代结构 是交代作用形成的一种变质岩结构 常见于气 液变质岩中 特征是 新矿物的产生伴随旧矿物被交代 溶解 各矿物颗粒边界常不规则或呈港湾状 2 变质岩的构造 是指变质岩中各矿物集合体的空间分布特点和排列状况 常见的有 变余构造 变成构造 混合岩构造 变余构造 变质作用后仍能保留下来的原岩构造 如变余层理构造 变余气孔构造和变余流纹构造等 变成构造 指在变质作用过程中所形成的特征性构造 与原岩构造