地质学基础(第四章岩浆岩与变质岩1)

第四章岩浆岩与变质岩 岩浆岩 一 岩浆与岩浆岩的概念 岩浆是在地下深处形成的炽热 粘稠 富含挥发组分的以硅酸盐为主要成分的熔融体 岩浆的温度目前尚难以直接测量 利用间接方法所测得的火山熔岩流的温度范围为700 12000 岩浆的粘度与岩浆的成分 温度 压力及挥发组分的含量有关 岩浆中SiO2含量越高 粘度越大 而温度 压力及挥发组分含量越高 粘度越小 岩浆的粘度影响其中的质点运动能力 粘度大的岩浆结晶能力弱 岩浆岩是在内力地质作用下 岩浆由地下深处向上运动逐渐冷却 凝固而形成的岩石 岩浆在向上运动中未达地表即已冷凝 固结形成的岩石称为侵入岩 侵入岩又可分为深成侵入岩和浅成侵入岩 前者多呈大岩体 岩基 产出 后者多为小岩体 岩株 岩浆沿构造裂隙向上运动喷出地表冷凝者 称为喷出岩 因岩浆喷出地表就是火山喷发 因此 又称火山岩 岩浆岩与沉积岩及变质岩的主要区别标志是 岩浆岩大多为块状的结晶岩石 部分因冷凝过快而呈玻璃质结构 具特有矿物及特有的结构构造 无层理构造 与围岩有明显界线 常包含有围岩碎块 称 捕虏体 接触处见热变质现象 缺乏任何生物遗迹 二 岩浆岩的物质成分 1 岩浆岩的化学成分地壳中的所有元素 几乎都能在岩浆岩中存在 但其含量不同 最多的是O Si Al Fe Mg Ca K Na等 它们的含量占岩浆岩总重量的98 以上 常称为造岩元素 其中氧的含量为46 以上 岩浆岩的化学成分常以其组成元素的氧化物形式来表示 SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O H2O TiO2十种氧化物占岩浆岩总重量的99 其中SiO2最多 占59 14 Al2O3次之 占15 34 SiO2是岩浆岩中最重要的氧化物 是影响岩浆岩矿物成分变化的主要因素 因此 可根据SiO2的含量将岩浆岩分为四类 超基性岩类 SiO265 岩浆岩中各氧化物之间关系密切 在各类岩浆岩中随SiO2含量的变化 其它氧化物也呈有规律性的变化 2 岩浆岩的矿物成分岩浆岩的矿物成分及其组合是岩浆岩分类和鉴别的依据 组成岩浆岩的主要矿物只有几种 最主要的有石英 钾长石 斜长石 黑云母 角闪石 辉石 矿物在不同种类的岩浆岩中的相对含量和组合都不相同 石英和橄榄石等具有反映岩浆岩中SiO2饱和程度的特殊意义 称为酸度指示矿物 石英是SiO2过饱和条件下的产物 在酸性岩中SiO2含量最高 过剩的SiO2结晶析出形成石英 橄榄石是SiO2不饱和条件下的产物 在超基性岩中SiO2含量低 结晶出的矿物是含SiO2少的橄榄石 根据岩浆岩中矿物的成分特点及颜色 可将它们分为 1 铁镁矿物 FeO与MgO含量高 SiO2含量低 如橄榄石 辉石 角闪石 黑云母等 因其颜色较深 故又称暗色矿物 2 硅铝矿物 SiO2与Al2O3含量高 不含铁镁或铁镁含量极低 如石英 长石等 因其颜色较浅 故又称浅色矿物 暗色矿物与浅色矿物在岩浆岩中的比例 是岩浆岩鉴定和分类的重要标志 暗色矿物在岩浆岩中的百分含量叫 色率 色率越高 越偏基性 一般说 从超基性岩到酸性岩 暗色矿物逐渐减少 浅色矿物逐渐增多 岩石颜色由深变浅 根据矿物在岩浆岩中含量多少及在岩浆岩分类 命名中所起的作用 可将矿物分为3类 1 主要矿物 在岩石中含量较多 通常 15 是划分岩浆岩大类的依据 如花岗岩中的正长石与石英是主要矿物 二者缺一不可 2 次要矿物 在岩石中含量较少 通常 15 对划分岩浆岩大类不起主要作用 只作确定种属的依据 如花岗岩含少量黑云母或角闪石 则可将花岗岩进一步命名为黑云母花岗岩或角闪石花岗岩 3 副矿物 在岩石中含量很少 通常 1 对岩浆岩分类 命名都不起作用 岩浆岩中矿物的成分 种类和含量各不相同 但在岩浆岩中SiO2总是与其它金属氧化物配合而形成各种硅酸盐矿物 这决定了岩浆岩中各矿物的共生关系 美国学者N L 鲍文 1922年 根据人工硅酸盐熔浆的实验发现 岩浆在冷却时 主要造岩矿物的结晶析出遵循一定的顺序 可划分为两个系列 即斜长石的连续反应系列和暗色矿物的不连续反应系列 被称为鲍文反应系列 三 岩浆岩的结构和构造 1 岩浆岩的结构岩浆岩的结构是指岩石中矿物的结晶程度 颗粒大小 形状及矿物颗粒间的相互关系所表现出来的岩石特征 根据结晶程度分为全晶质结构 半晶质结构 玻璃质结构 1 全晶质结构 岩石全部由结晶的矿物组成 是岩浆在地下温度缓慢下降的条件下 从容结晶形成的 多见于深成侵入岩 如花岗岩 2 半晶质结构 岩石由结晶质和玻璃质两部分组成 多见于喷出岩及浅成侵入岩的边缘 如安山岩 3 玻璃质结构 岩石全部由玻璃质组成 是岩浆在喷达地表温度骤然降低的条件下 来不及结晶形成的 多见于酸性喷出岩 如黑曜岩 玻璃质极不稳定 易产生脱玻化作用 逐渐转化为结晶物质 根据矿物颗粒大小 肉眼观察时可区分出显晶质结构和隐晶质结构两类 显晶质结构是肉眼或借助放大镜能分辨出矿物颗粒者 依矿物颗粒的绝对大小 可分为 粗粒结构 中粒结构 细粒结构和微粒结构 其矿物颗粒的平均直径依次为 5mm 2 5mm 0 2 2mm 10mm者 称巨晶 伟晶结构 细粒 粗粒 隐晶质结构是岩石中矿物颗粒细小 肉眼或放大镜也无法辨认晶体的矿物组成的结构 这种结构外貌呈致密状 常以断口粗糙 无玻璃光泽 脆性程度低与玻璃质相区别 依照矿物颗粒的相对大小 可分为等粒结构 不等粒结构及斑状 似斑状结构三类 等粒结构 指岩石中同种主要矿物颗粒大小大致相等 不等粒结构 指岩石中同种主要矿物颗粒大小不等 但变化是连续的 不等粒 等粒 斑状 似斑状结构 指组成岩石的矿物颗粒大小相差悬殊 可截然分成两群 大颗粒分布在小颗粒之中 粗大者称为斑晶 细小者称为基质 若基质为隐晶质 玻璃质者称为斑状结构 基质为显晶质者 称为似斑状结构 斑状结构中的斑晶结晶时间早于基质 两者成分往往也有差别 似斑状结构中的斑晶与基质几乎同时结晶 两者成分差别不大 根据矿物颗粒的形状 也即矿物晶体发育的完整程度 分为以下3种结构 自形结构 半自形结构和他形结构 在观察描述岩浆岩结构时 组成矿物的结晶程度 颗粒大小 形状特征都要涉及 2 岩浆岩的构造岩浆岩的构造是指岩石组成部分的空间排列及充填方式所表现出的岩石特征 岩浆岩常见的构造有以下几种 1 块状构造 又称均一构造 组成岩石的各矿物组分均匀分布 无定向排列 是岩浆岩中最常见的构造 2 斑杂构造 岩石中存在由矿物成分或结构差异所显示的边界不清晰 分布不均匀的斑块 是岩浆对围岩不均匀同化混染作用而形成的 3 带状构造 由颜色 成分或结构不同的条带交替 平行排列形成的构造 4 气孔 杏仁构造 岩浆喷溢地表 所含挥发组分形成气泡 部分逸散大气中 部分因岩浆冷凝而保留在岩石中 形成气孔构造 当气孔被岩浆期后矿物充填时 形成杏仁构造 充填物为方解石 石英 绿泥石等 气孔 杏仁构造是喷出岩特有的构造 气孔状构造 杏仁状构造 5 流纹构造 不同颜色的条纹和拉长的气孔所显示出来的一种流动构造 是岩浆喷出地表在流动过程中形成的 在酸性喷出岩中常见 流纹岩因而得名 6 原生节理 岩浆侵入地壳表层或喷出地表冷凝时 因体积收缩 岩石产生裂缝 形成原生节理 玄武岩中的柱状节理常见 柱状节理 7 枕状构造 在水下岩浆喷发流动形成的构造 熔浆进入水中表面冷疑成硬壳 内部熔浆沿裂缝冲出硬壳继续流动 又冷凝而形成枕状体 底面较平 顶向上凸 且常有沉积物充填 胶结 枕状构造常见于基性喷出岩 枕状构造 8 晶洞构造 由岩浆冷凝过程中体积收缩而成的原生空洞 晶洞壁上常有辐射状晶体 晶洞构造常见于花岗岩等侵入岩中 四 岩浆岩的产状 岩浆岩的产状是指岩浆岩体在空间上的形态 规模 与围岩的关系以及形成时所处的深度及地质构造环境等 岩浆岩是以一定形态的岩体出现的 1 侵入岩产状 1 岩床 2 岩盘 岩盖 及岩盆 3 岩墙与岩脉 4 岩株 5 岩基 2 喷出岩产状 1 熔透式喷发 岩浆上升时 因过热和具有很高的化学能 而将其上覆围岩熔透 使岩浆溢出地表 形成熔透式喷发 又称面式喷发 面积可达几十甚至几百平方公里 多为中酸性岩 2 裂隙式喷发 岩浆沿一定方向的大断裂升至地表喷发 火山口沿断裂呈线状分布 又称线状喷发 多为粘度小 易流动的基性熔浆 形成平缓大面积覆盖的熔岩被 3 中心式喷发 岩浆沿颈状管道喷出地表 平面上呈点状 又称点状喷发 现代大陆上的火山多为这种喷发形式 五 岩浆岩的分类 1 按产状分类 喷出岩 火山岩 侵入岩 深成和浅成侵入岩 2 按SiO2成分分类 超基性岩 SiO265 五 岩浆岩的分类 不同的化学成分岩石类型不同 且同种化学成分形成环境不同则岩石类型不同 五 岩浆岩的分类 岩浆岩分类是考虑了岩浆岩的化学成分 矿物成分 产状及结构构造所作的综合分类 简明扼要 便于应用 特别适用于手标本及野外肉眼鉴定的需要 六 岩浆岩的主要类型1 超基性岩类 橄榄岩 苦橄岩类 2 基性岩类 辉长岩 玄武岩类 辉长岩 玄武岩 3 中性岩类 闪长岩 安山岩类 闪长岩 安山岩 4 酸性岩类 花岗岩 流纹岩类 花岗岩 流纹岩类 5 偏碱性岩类 正长岩 粗面岩类 6 碱性岩类 霞石正长岩 响岩类 7 脉岩类 伟晶岩 细晶岩 煌斑岩 变质岩 一 变质作用与变质岩的概念在地球发展演化的历史进程中 原已形成的岩石 岩浆岩 沉积岩及先期形成的变质岩 在地壳运动 岩浆活动等内动力地质作用的影响下 其所处的地质环境发生变化 为了适应新的地质环境和物理 化学条件的变化 就会发生岩石结构 构造和矿物成分一系列的改变 以建立新的平衡 由内力地质作用促使岩石的矿物成分 结构 构造发生变化的作用称为变质作用 由变质作用形成的岩石称为变质岩 变质作用基本上是在岩石保持固态条件下进行的 但在高级变质过程中 岩石中某些低熔点的长石 石英类物质可被部分熔融 形成液相 与未被熔融的岩石混合形成一种新的岩石 称为混合岩 这种作用称为混合岩化作用 由于变质岩大多由原岩从固态转化而来 残留了原岩的结构 构造 并常保持着原岩的产状特点 同时 原岩遭受了变质作用也形成了某些变质矿物和特殊的结构 构造 变质作用主要表现为重结晶作用和交代作用等 根据原岩的不同种类 变质岩可分为 正变质岩 是由岩浆岩经变质作用形成 副变质岩 是由沉积岩经变质作用形成 二 变质作用的控制因素及变质作用的方式影响和控制变质作用发生的主要因素是温度 压力及化学活动性流体 地质环境的改变导致物理及化学条件的变化 促使岩石发生变质 在变质过程中这些因素不是孤立存在的 常常同时出现 相互配合而又相互制约 在不同情况下起主导作用的因素及作用程度不同 从而形以不同的变质作用特征 一般说来 温度是最重要的因素 变质作用方式是指使岩石发生变质的途径和形式 岩石在变质作用过程中 矿物成分和结构构造都会发生变化 而变化的方式和过理极为复杂 1 重结晶作用 是变质作用的一种主要形式 重结晶作用是指温度 压力升高时 组成岩石的矿物在固态条件下重新生长的过程 是同种矿物经局部溶解 组分迁移 然后又重新结晶的过程 经重结晶作用后晶粒由小变大 如石灰岩经变质作用变为大理岩 一般说来 原岩成分越简单 粒度越细 越容易发生重结晶作用 重结晶作用过程中 没有物质的带入和带出 因此 岩石总的化学成分不变 温度和压力的升高促进重结晶作用的进行 以H2O CO2为主的粒间流体的存在结晶作用的必要条件 2 变质结晶作用 在变质作用的温度 压力范围内 原岩在基本保持固态下 经化学反应使岩石内部的化学成分重新组合 结晶形成新矿物 原有矿物消失 这种作用又称为重组合作用 其间的化学反应 称为变质反应 特点是反应前后岩石的总化学成分不变 3 交代作用 是在变质作用过程中 化学活动性流体和固体岩石之间发生的物质置换作用 原有矿物被破坏和新矿物的形成是同时进行的 结果使岩石的总化学成分发生改变 但作用后岩石的总体积基本保持不变 交代作用在变质过程中普遍存在 可以在各种不同的地质环境中进行 4 变形与碎裂作用 是岩石在应力条件下产生的变质方式 当岩石受应力超过弹性极限时产生塑性形变 称为变形作用 当岩石受应力超过强度极限时产生断裂形变称为碎裂作用 伴随变形与碎裂作用 岩石产生弯曲变形 片状 柱状矿物定向排列形成片理 岩石中的矿物被部分或全部碎裂成角砾状或粉碎成隐晶质 5 变质分异作用 是在岩石不发生熔融和交代作用的情况下 原岩中的某些组分经扩散作用产生不均匀聚集 使成分均匀的原岩变成矿物成分不均的变质岩石 这种作用可在岩石中形成细脉 透镜体 变斑晶等 三 变质作用的类型变质作用极为复杂 根据变质作用发生的地质环境和变质过程中起主导作用的物理化学因素 可将变质作用分为以下类型 动力 碎裂 变质作用 接触变质作用 气液变质作用 区域变质作用 混合岩化作用 四 变质岩的基本特征 1 变质岩的物质成分变质岩的化学成分主要取决于原岩成分 也受变质作用的影响 若在变质过程中未经明显的交代作用 则岩石变质前后化学成分变化不大 若在变质过程中发生明显的交代作用 由于一些组分的带入和带出 则会导致化学成分的变化 变质岩的化学成分主要是SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO K2O Na2O H2O CO2及TiO2 P2O5等 与岩浆岩相似 对于不同的变质岩 化学成分的差别却很大 一般地说 正变质岩的化学成分变化范围较小 副变质岩的化学成分变化范围很大 变质岩中出现了许多变质矿物如硅灰石 红柱石 蓝晶石 硅线石 堇青石 蛇纹石 滑石 石墨等 还出现比重大 分子体积小的矿物如石榴石 变质作用形成多为纤维状 鳞片状 柱状 针状的矿物 如硅线石 绢云母等 通常可将原岩分为五个系列 1 粘土质沉积岩类或富铝系列 泥岩 页岩等 2 石英长石质岩类或长英质系列 碎屑岩 中酸性岩浆岩等 3 钙质岩类或碳酸岩盐系列 石灰岩 白云岩等 4 基性岩浆岩类或基性系列 基性岩浆岩及铁质 白云质泥灰岩等 5 镁质岩类或超基性系列 超基性岩浆岩和极富铁镁的沉积岩 2 变质岩的结构和构造 1 变质岩的结构 是指岩石中矿物组分的形状 大小和相互关系反映出的岩石特征和性质 变质岩的结构按其成因可分 变余结构 变晶结构 交代结构和碎裂结构 现分述于下 变余结构 残留结构 由于变质作用不彻底 变质后残留有原岩结构特点 低级变质岩中常见 描述时在原岩结构前加 变余 即可 如变余砂状结构 变余泥状结构等 变晶结构 是指岩石在固态条件下经重结晶和重组合形成的结构 由于重结晶作用基本上是在固态下进行的 在同一变质作用时各矿物同时结晶形成 变晶 一般来说 矿物自形程度不高 也不反映结晶顺序 只反映结晶能力 变晶结构依矿物颗粒形态可划分为 粒状变晶结构 花岗变晶结构 变晶矿物颗粒近等轴状 穰嵌紧密 不具方向性 鳞片变晶结构 多由云母 绿泥石等片状矿物组成 常具定向排列形成片理 也有不具定向排列的 纤维变晶结构 多由纤维状 针状 长柱状矿物组成 碎裂结构 岩石受到机械破坏而产生的结构 是动力变质的典型结构 可依碎裂程度进一步划分 碎裂结构 碎斑结构 糜棱结构等 交代结构 交代作用中 岩石原有矿物被溶解的同时被新生矿物所置换 即形成交代结构 有的原矿物被置换后 仍保持原矿物的晶形者 为交代假象结构 交代作用中还能形成斑晶者 为交代斑状结构等 交代结构的类型很多 大多需在显微镜下才能鉴别 2 变质岩的构造 是指岩石的组分在空间上的排列 分布方式 变余构造 是指岩石变质后 仍保留了原岩部分的构造特征 这些残留的构造称为变余构造 如变余气孔构造 变余层理构造等 变成构造 由变质作用形成的构造 其常见者有 板状构造 是页岩或泥岩在应力作用下产生的一组相互平行的破裂面 破裂面一般与层面斜交 平整光滑 岩石基本没有重结晶 肉眼分辨不出矿物颗粒 千枚状构造 是上述构造进一步变质 已有稍强的重结晶 片状矿物已初具平行排列 但矿物颗粒肉眼尚难分辨 岩石片理面上呈现丝绢光泽 是绢云母 绿泥石的小鳞片定向排列所致 有时尚可见许多小褶皱 片状构造 是岩石中大量片状 柱状 粒状矿物呈定向排列而成 矿物颗粒肉眼即可分辨 矿物平行排列的面 称为片理面 片状构造是变质岩最常见 最典型的构造 片麻状构造 是岩石以粒状矿物为主 含一定量的片柱状矿物 两者相间作定向排列 因片柱状矿物数量不多 被粒状矿物隔开而呈断续分布 板状 千枚状 片状 片麻状构造中的片状 粒状 柱状矿物的定向排列 可统称为 片理 是变质岩的重要特征 块状构造 是岩石中的矿物成分和颗粒大小在空间上均匀分布 不具定向排列者 混合构造 是混合岩特有的构造 混合岩是指由高级或中高级变质岩和不同数量的长英质熔融物质混合组成的岩石 前者称为基体 后者称为脉体 依其形态特点可分为网脉状构造 角砾状构造 眼球状构造 肠状构造 阴影状构造等 这些都是在混合岩化中 长英质重熔 再分配形成的特殊构造 2 变质岩的分类变质岩可根据变质作用类型分为以下五类 动力变质岩类 接触变质岩类 交代变质岩类 区域变质岩类 混合岩类 三 变质岩的主要岩石类型 一 动力变质岩 动力变质岩是动力变质作用形成的岩石 在动力变作用中 以岩石的机械破碎和变形为主要特征 故又称碎裂变质岩 1 破碎角砾岩 构造角砾岩 在断裂带中由于应力作用原岩破碎成角砾状 并被碎裂的细屑及部分外来的溶解物质胶结的岩石 2 碎裂岩 是指具碎裂结构或碎斑结构的岩石 原岩在较强应力下 挤压破碎而成 3 糜棱岩 是指具糜棱结构的岩石 由于强烈的压扭应力使原岩发生错动 研磨 粉碎而成 颗粒 0 5mm 致密坚硬 二 接触变质岩 接触变质作用的影响范围称为接触变质带 在平面上呈绕侵入体的环带状分布 称为变质圈 离侵入体愈近 变质程度越高 热接触变质岩可根据原岩性质及化学成分划分为四类 粘土岩或泥质岩类 碳酸盐 钙质的和镁质的 岩类 砂岩和长英质岩类及岩浆岩类 常见的热接触变质岩的岩石类型介绍如下 1 粘土岩的低级热接触变质岩 基本保留了原岩的特征 常见碳质及铁质斑点 形成斑点状构造 如石墨斑点板岩 2 粘土岩的中级热接触变质岩 原岩特征消失 各组分已重新组合 岩石呈暗色 致密 常具斑状变晶结构 变斑晶为红柱石 堇青石等 基质为角岩结构 如红柱石角岩 3 粘土岩的高级热接触变质岩 主要是片麻岩 如硅线石片麻岩 堇青石片麻岩 4 碳酸盐岩的热接触变质岩 主要是各种大理