第八章 岩浆的形成与演化

1、第第八八章章 岩浆的岩浆的形成形成与演化与演化n岩浆岩浆形成的过程形成的过程n岩浆的岩浆的岩浆的形成条件岩浆的形成条件n岩浆的岩浆的演化过程演化过程 岩浆产生的部位岩浆产生的部位 岩浆的产生岩浆的产生 第一节第一节、 岩浆的岩浆的形成形成一一、部分熔融作用、部分熔融作用 （1）部分熔融作用：）部分熔融作用：地壳和上地幔地壳和上地幔物质，当岩石的温度增高至固相线温度时，物质，当岩石的温度增高至固相线温度时，相对低熔点的物质，在共结点或同结线的相对低熔点的物质，在共结点或同结线的位置首先熔融，产生近共结或低熔点的岩位置首先熔融，产生近共结或低熔点的岩浆。浆。岩浆的岩浆的形成形成x成分为成分为的源岩

2、，平衡熔融时，首先在共结点的源岩，平衡熔融时，首先在共结点E1开始熔融，随着开始熔融，随着熔融作用不断进行，熔体数量不断增加，固体熔融作用不断进行，熔体数量不断增加，固体C全部熔融，温度继全部熔融，温度继续升高，沿着固相线续升高，沿着固相线E1-E2发生熔融，成分变为发生熔融，成分变为Y时，时，B全部熔融，全部熔融，温度不再升高固相温度不再升高固相A全部熔融全部熔融 概念：概念：是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集中的作用粒间分离集中的作用 控制因素：控制因素： 熔体分数（即部分熔融程度）熔体分数（即部分熔融程度） 源区的渗透性源区的渗透性 熔体的密度与残留固

3、体的密度差熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力产生的浮力 残留固体与熔体的粘度残留固体与熔体的粘度（2）岩浆的分凝聚集）岩浆的分凝聚集部分熔融作部分熔融作用用 示示 意意 图图x二二、岩浆形成的基本条件、岩浆形成的基本条件 1、源区的岩石、源区的岩石2、热能的积累、热能的积累 水的加入水的加入 压力降低压力降低压力和温度随深度的变化压力和温度随深度的变化l P = r rgh； r-r-密度，密度，g-重力加重力加速度，速度，h-埋深埋深.l 从地表到地幔几乎呈线性关系：从地表到地幔几乎呈线性关系： 0.1GPa/3.3km l 地壳底部地壳底部 1 Gpal 地核（地核（Core）: r

4、r快速增大快速增大l 压力梯度：压力梯度：地幔岩石是如何熔融的地幔岩石是如何熔融的B. 温度升高温度升高C. 压力降低压力降低地幔底辟上升地幔底辟上升减压熔融：可达减压熔融：可达 30%绝热线绝热线D. 挥发组分的加入挥发组分的加入地温线地温线水饱和水饱和岩石中加入岩石中加入水之后湿的水之后湿的岩石固相线岩石固相线就与正常地就与正常地热增温曲线热增温曲线相交，岩石相交，岩石熔融温度大熔融温度大大降低大降低一一、原生岩浆和派生岩浆、原生岩浆和派生岩浆（1）原生岩浆：）原生岩浆： 已经存在的地壳或地幔物质经过熔融或部已经存在的地壳或地幔物质经过熔融或部分熔融作用产生的、未经过任何演化的岩浆。分熔融

5、作用产生的、未经过任何演化的岩浆。岩浆形成后成分未发生变化的岩浆玄武岩浆、岩浆形成后成分未发生变化的岩浆玄武岩浆、 花岗质岩浆、安山岩浆等花岗质岩浆、安山岩浆等（2）派生岩浆）派生岩浆: 或次生岩浆，原生岩浆经过多种演化作用或次生岩浆，原生岩浆经过多种演化作用派生出来的岩浆。派生出来的岩浆。 第二节第二节、 岩浆的岩浆的演化演化二、岩浆的演化岩浆的演化 岩浆从源区分离之后，温度、压力等条件发生了改变，岩浆从源区分离之后，温度、压力等条件发生了改变，随即开始了岩浆演化历程，从原生岩浆演化出派生岩浆，生随即开始了岩浆演化历程，从原生岩浆演化出派生岩浆，生成了多种岩石。成了多种岩石。在岩浆转变为岩石

6、的过程中都发生了什么作在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢？用呢？岩浆岩浆演化演化机制机制封闭体系封闭体系开放体系开放体系晶体晶体-熔体分离作用熔体分离作用熔体熔体-熔体分离作用熔体分离作用熔体熔体-流体分离作用流体分离作用 同化混染作用同化混染作用 岩浆混合作用岩浆混合作用（一）晶体（一）晶体-熔体分离作用熔体分离作用分离结晶作用分离结晶作用u分离结晶作用分离结晶作用（也称结晶分异作用）也称结晶分异作用）：发生在岩浆：发生在岩浆结晶作用阶段，指早结晶的高熔点矿物与熔体分离结晶作用阶段，指早结晶的高熔点矿物与熔体分离聚集，或者被略晚生成的矿物将其与熔体隔开，使聚集，或者被略晚生成的矿物将

7、其与熔体隔开，使之不能与熔体充分反映，由此导致剩余岩浆成分发之不能与熔体充分反映，由此导致剩余岩浆成分发生连续变化。生连续变化。u结果：可以形成不同成分的堆晶岩结果：可以形成不同成分的堆晶岩 使剩余岩浆的成分不断向富使剩余岩浆的成分不断向富SiO2、K2O、Na2O和和TFeO/MgO 分异程度越大，残余岩浆的酸度越高分异程度越大，残余岩浆的酸度越高二、岩浆的演化岩浆的演化Norman L. Bowen (1887-1956)- “Father of Modern Igneous Petrology”根据自然界一些硅酸盐矿物根据自然界一些硅酸盐矿物间的反应关系和实验资料，间的反应关系和实验资料

8、，提出了著名的鲍文反应原理提出了著名的鲍文反应原理“结晶分异作用可以以下几结晶分异作用可以以下几种方式发生：种方式发生：(1) (1) 早期结晶阶段形成的高早期结晶阶段形成的高密度矿物的晶体沉降；密度矿物的晶体沉降； (2) (2) 固溶体矿物环带固溶体矿物环带; ;(3)(3)结晶作用结束阶段岩浆透结晶作用结束阶段岩浆透过结晶网格萃取。过结晶网格萃取。 “缓慢冷却促进晶体生长和沉降；缓慢冷却促进晶体生长和沉降； 太慢的冷却可以导致平衡结晶作用，并太慢的冷却可以导致平衡结晶作用，并因此减小形成环带结构的可能性因此减小形成环带结构的可能性; ; 太快的冷却将导致玻璃的形成。太快的冷却将导致玻璃的

9、形成。” “结晶形成的岩石结晶形成的岩石, ,特别是特别是像像斜长岩、纯斜长岩、纯橄榄岩和辉石岩这样的单矿物岩是岩浆橄榄岩和辉石岩这样的单矿物岩是岩浆房中晶体发生重力堆积的产物。房中晶体发生重力堆积的产物。”l 矿物分离结晶的顺序鲍文（矿物分离结晶的顺序鲍文（Bowen,1928）反应系列）反应系列橄榄石橄榄石 基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云母黑云母（尖晶石）（尖晶石）温度温度降低降低钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石 基中性斜长石基中性斜长石 中性斜长石中性斜长石不存在反应不存在反应l鲍文反应系列的岩石学意义鲍文反应系列的岩石学意义

10、橄榄石橄榄石基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云黑云母母（尖晶石）（尖晶石）温度升高方向温度升高方向钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石基中性斜长石基中性斜长石中性斜长石中性斜长石1）解释）解释岩浆中矿物结晶顺序岩浆中矿物结晶顺序2）解释）解释岩浆中矿物共生规律，两个系列结晶温度相岩浆中矿物共生规律，两个系列结晶温度相当的当的矿物可以共生矿物可以共生3）解释暗色矿物间的反应解释暗色矿物间的反应边边结构和斜长石正环带结构结构和斜长石正环带结构4）玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆）玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆玄武岩浆分离玄

11、武岩浆分离结晶作用形成结晶作用形成的层状侵入体的层状侵入体分分离离结结晶晶形形成成的的堆堆积积结结构构 重力分异作用：早结晶的矿物，可因其与岩浆重力分异作用：早结晶的矿物，可因其与岩浆密度差下沉到岩浆房底部，或上浮到岩浆房顶密度差下沉到岩浆房底部，或上浮到岩浆房顶部部 形成原因：晶体与熔体间的密度差形成原因：晶体与熔体间的密度差 岩浆的粘度岩浆的粘度 屈服度屈服度 晶体大小晶体大小二、岩浆的演化岩浆的演化分离结晶作用的方式：分离结晶作用的方式： 重力分离结晶作用重力分离结晶作用 早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。沉到岩

12、浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。l 影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素：影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素： 晶体与岩浆的密度差晶体与岩浆的密度差 晶体直径（晶体直径（B）的大小）的大小 岩浆的粘度岩浆的粘度 流动分异作用：悬浮于岩浆之中的矿物流动分异作用：悬浮于岩浆之中的矿物质点移向高流速带，如向岩浆通道的中质点移向高流速带，如向岩浆通道的中央聚集，从而导致先晶出的矿物与熔体央聚集，从而导致先晶出的矿物与熔体分离。分离。二、岩浆的演化岩浆的演化分离结晶作用的方式：分离结晶作用的方式： 流动分异作用流动分异作用特点特点：主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，：主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，

13、如岩墙和岩脉中如岩墙和岩脉中原因原因：岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用使流速从通道中心向边缘降低，导致矿物晶用使流速从通道中心向边缘降低，导致矿物晶体向流速高的中心带集中，使结晶的矿物与熔体向流速高的中心带集中，使结晶的矿物与熔体分离。体分离。规模规模：影响有限，影响有限，只在宽度小于只在宽度小于100m的岩体中有的岩体中有效，且效，且仅限于岩体与围岩的接触带仅限于岩体与围岩的接触带流动分异作用的特点：流动分异作用的特点：流动方向相对位移相对位移颗粒分散压力颗粒分散压力围岩围岩 扩散对流分异作用：由于岩浆内部与边部扩散对流分异作用：由于岩浆内部与边部存

14、在着温度差，岩浆边部高熔点矿物先结存在着温度差，岩浆边部高熔点矿物先结晶，高熔点组分（晶，高熔点组分（Mg、Fe、Ca）不断从）不断从内部向边部迁移扩散，形成暗色矿物含量内部向边部迁移扩散，形成暗色矿物含量高的冷凝边；岩浆房内部结晶晚，高的冷凝边；岩浆房内部结晶晚， 低熔点低熔点组分（组分（Si、K、Na） 不断向内部扩散，中不断向内部扩散，中心的岩浆成分逐渐变酸性，导致分异作用。心的岩浆成分逐渐变酸性，导致分异作用。 岩浆中物质扩散的驱动力：岩浆中物质扩散的驱动力： 温度梯度、温度梯度、密度密度梯度梯度 二、岩浆的演化岩浆的演化分离结晶作用的方式：分离结晶作用的方式：实例：实例： 岩体的边部

15、岩体的边部暗色组分的富集暗色组分的富集对流岩浆房对流岩浆房中的侧壁结晶分中的侧壁结晶分异作用异作用 熔离作用熔离作用 是指原来是指原来成分均匀的岩浆体因物理或化学条成分均匀的岩浆体因物理或化学条件的改变而分离为两种不混溶或混溶程度很低的件的改变而分离为两种不混溶或混溶程度很低的熔体的过程，也称液体不相容作用或称液态分异熔体的过程，也称液体不相容作用或称液态分异作用。作用。（二）熔体与熔体的分离作用（二）熔体与熔体的分离作用熔离作用熔离作用二、岩浆的演化岩浆的演化气体搬运气体搬运作用作用 岩浆可以携带部分易熔物质和密度小的岩浆可以携带部分易熔物质和密度小的组分向上迁移，在岩浆体顶部富集，完成组分

16、向上迁移，在岩浆体顶部富集，完成气体搬运的过程，并最终在此沉淀出所携气体搬运的过程，并最终在此沉淀出所携带的组分而导致岩浆的成分分异。带的组分而导致岩浆的成分分异。（三）熔体与流体的分离作用（三）熔体与流体的分离作用气体搬运作用气体搬运作用二、岩浆的演化岩浆的演化（四）、岩浆混合作用岩浆混合作用（1）概念：）概念：由两种或两种以上的不同成分的岩浆以由两种或两种以上的不同成分的岩浆以不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。（2）识别标志：）识别标志： 1）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间的过渡岩

17、石同时出现；在岩体中可见到一些基性端的过渡岩石同时出现；在岩体中可见到一些基性端元的岩石团块、微粒包体等元的岩石团块、微粒包体等 2） 矿物间出现明显的不平衡现象：两种成分差矿物间出现明显的不平衡现象：两种成分差别较大的斜长石的共存等别较大的斜长石的共存等（五）（五）同化混染作用同化混染作用 岩浆熔化或溶解岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎围岩或捕虏的围岩碎块，将改变岩浆的成块，将改变岩浆的成分，当熔化或溶解较分，当熔化或溶解较彻底时，称彻底时，称同化作用同化作用；不彻底时可有未熔物不彻底时可有未熔物质的残留，称为质的残留，称为混染混染作用作用。同化混染的可能方式：同化混染的可能方式： 1）岩浆

18、熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分发生改变。体的总成分发生改变。 2）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子交换反应，改变围岩及捕虏体成分，能通过离子交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。使之达到平衡。 3）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄武岩中的地幔橄榄岩包体。稳定，如玄武岩中的地幔橄榄岩包体。同化混染作用的鉴别标志：同化混染作用的鉴别标志： 1）主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩之）主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩之间常形成渐变过渡带；间常形成渐变过渡带； 2）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现不平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中晶，出现不平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石；出现硅辉石； 3）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。 三、三、 火成岩多样性的原因火成岩多样性的原因： （1）原生岩浆类型多样原生岩浆