岩浆岩石学-第五章安山岩流纹岩与花岗岩类岩浆的成因ppt课件

1、第五章第五章 安山岩、流纹岩和花岗岩安山岩、流纹岩和花岗岩类岩浆的成因类岩浆的成因1. 安山岩的成因安山岩的成因2. 英安岩英安岩-流纹岩的成因流纹岩的成因3. 花岗岩类岩浆的成因及其类型花岗岩类岩浆的成因及其类型中酸性侵入岩的类型及特征中酸性侵入岩的类型及特征化学成分化学成分岩石系列岩石系列 矿物成分矿物成分结构结构常见种类常见种类中中性性岩岩类类闪长闪长岩岩SiO2：53-66%， 66% Na2O、K2O高高FeO、MgO低低钙碱性系列钙碱性系列碱性系列碱性系列石英、碱性石英、碱性长石、酸性长石、酸性斜长石斜长石黑云母黑云母半自形粒半自形粒状结构状结构正长花岗岩、正长花岗岩、二长花岗岩、

2、二长花岗岩、碱性花岗岩碱性花岗岩玄武岩类、安山岩类和流纹岩类对比表玄武岩类、安山岩类和流纹岩类对比表硅酸过饱硅酸过饱和，和，SiO263%硅酸过饱硅酸过饱和和-弱饱弱饱和，和，SiO2=52-63%硅酸饱硅酸饱和和-弱饱弱饱和，和，SiO2=45-52%化学成分化学成分石英石英透长石透长石酸性斜长石酸性斜长石中性斜长中性斜长石石角闪石角闪石单斜辉石单斜辉石单斜辉石单斜辉石基性斜长基性斜长石石橄榄石橄榄石斜方辉石斜方辉石斑晶矿物斑晶矿物花岗岩花岗岩花岗闪长花岗闪长岩岩闪长岩闪长岩辉长闪长岩辉长闪长岩辉长岩辉长岩对应的侵对应的侵入岩入岩流纹岩流纹岩英英安岩安岩安山岩安山岩玄武安山玄武安山岩岩玄武岩

3、玄武岩酸碱度酸碱度侵入岩侵入岩火山岩熔岩火山岩熔岩闪长岩闪长岩角闪安山岩角闪安山岩中性中性辉石闪长岩辉石闪长岩辉石安山岩辉石安山岩钙碱性钙碱性石英闪长岩石英闪长岩石英安山岩石英安山岩中性中性正长岩正长岩粗面岩粗面岩钙碱性钙碱性-碱性正长岩碱性正长岩碱性粗面岩碱性粗面岩碱性碱性二长岩二长岩粗安岩粗安岩/角斑岩海相角斑岩海相花岗岩花岗岩流纹岩流纹岩酸性酸性黑曜岩黑曜岩H2O小于小于2%钙碱性钙碱性珍珠岩珍珠岩H2O=2-6%松脂岩松脂岩H2O大于大于6%花岗闪长岩花岗闪长岩英安岩英安岩/石英角斑岩海相石英角斑岩海相斜长花岗岩斜长花岗岩斜长流纹岩斜长流纹岩与花岗岩类侵入岩对应的火山岩与花岗岩类侵入岩

4、对应的火山岩1. 安山岩的成因安山岩的成因 安山岩成因复杂性的缘由安山岩成因复杂性的缘由 安山岩成因研讨中所要思索的要素安山岩成因研讨中所要思索的要素 安山岩成因的主要观念安山岩成因的主要观念 岛弧钙碱性安山岩构成的方式岛弧钙碱性安山岩构成的方式安山岩成因复杂性的缘由安山岩成因复杂性的缘由 普通以为安山岩是多成因的：普通以为安山岩是多成因的： 1与玄武岩一样，安山岩也可以出如今不同与玄武岩一样，安山岩也可以出如今不同的构造环境，除爬升带环境外，还产于大洋中的构造环境，除爬升带环境外，还产于大洋中脊和板内裂谷等非造山环境；脊和板内裂谷等非造山环境； 2安山岩的化学成分具较大的变化范围。如安山岩的

5、化学成分具较大的变化范围。如低低MgO和高和高MgO安山岩；安山岩；AFM图上表现为拉图上表现为拉斑系列和钙碱性系列；斑系列和钙碱性系列；SiO2-K2O变异图上具有变异图上具有低钾、中钾、高钾类型。目前普通将其与岛弧低钾、中钾、高钾类型。目前普通将其与岛弧开展的不同阶段相联络开展的不同阶段相联络. 3安山岩的同位素组成也有较大的变化范围，安山岩的同位素组成也有较大的变化范围，阐明安山岩的源区物质来源有幔源、壳源或壳阐明安山岩的源区物质来源有幔源、壳源或壳幔混合源之分。幔混合源之分。岛弧火山岩的岩石化学特征岛弧火山岩的岩石化学特征岛弧地域安山岩的岛弧地域安山岩的REE和和Sr-Nd同位素特征同

6、位素特征变化大，阐明岩浆源区变化大，阐明岩浆源区和岩石成因的复杂性和岩石成因的复杂性Figure 16-15. Cross section of a subduction zone showing isotherms (red-after Furukawa, 1993, J. Geophys. Res., 98, 8309-8319) and mantle flow lines (yellow- after Tatsumi and Eggins, 2019, Subduction Zone Magmatism. Blackwell. Oxford). The principal source

7、components IA magmas1. The crustal portion of the subducted slab1a Altered oceanic crust (hydrated by circulating seawater, and metamorphosed in large part to greenschist facies)1b Subducted oceanic and forearc sediments1c Seawater trapped in pore spaces2. The mantle wedge between the slab and the a

8、rc crust3. The arc crust4. The lithospheric mantle of the subducting plate5. The asthenosphere beneath the slabThe principal source components IA magmasFigure 16-15. Cross section of a subduction zone showing isotherms (red-after Furukawa, 1993, J. Geophys. Res., 98, 8309-8319) and mantle flow lines

9、 (yellow- after Tatsumi and Eggins, 2019, Subduction Zone Magmatism. Blackwell. Oxford). Left with the subducted crust and mantle wedge The trace element and isotopic data suggest that both contribute to arc magmatism. How, and to what extent? Dry peridotite solidus too high for melting of anhydrous

10、 mantle to occur anywhere in the thermal regime shown LIL/HFS ratios of arc magmas water plays a significant role in arc magmatism安山岩成因研讨中所要思索的要素安山岩成因研讨中所要思索的要素 安山岩产出的构造环境：如分布于洋脊与裂谷安山岩产出的构造环境：如分布于洋脊与裂谷环境的安山岩和岛弧与陆缘环境的安山岩在岩环境的安山岩和岛弧与陆缘环境的安山岩在岩石系列、组合及化学成分上存在明显差别石系列、组合及化学成分上存在明显差别 洋脊与裂谷环境：拉斑系列、拉斑玄武岩和玄洋脊

11、与裂谷环境：拉斑系列、拉斑玄武岩和玄武安山岩为主，化学成分变化与结晶分异演化武安山岩为主，化学成分变化与结晶分异演化趋势一致，同位素组成上具有幔源岩浆的特点趋势一致，同位素组成上具有幔源岩浆的特点 岛弧环境：以钙碱性系列为主，也见有拉斑系岛弧环境：以钙碱性系列为主，也见有拉斑系列的安山岩。岩石组合为：钙碱性玄武岩、安列的安山岩。岩石组合为：钙碱性玄武岩、安山岩。不同成分岩石的构成与简单的幔源岩浆山岩。不同成分岩石的构成与简单的幔源岩浆分异趋势不吻合分异趋势不吻合 高温高压熔融实验研讨结果：地幔橄榄岩和下高温高压熔融实验研讨结果：地幔橄榄岩和下地壳玄武岩部分熔融均不能够构成上述岩浆地壳玄武岩部分

12、熔融均不能够构成上述岩浆高高MgO安山岩除外安山岩除外安山岩成因的主要观念安山岩成因的主要观念 高高MgO安山岩是由幔源原生岩浆构成的安山岩是由幔源原生岩浆构成的 拉斑系列的安山岩是由幔源拉斑玄武质原生岩拉斑系列的安山岩是由幔源拉斑玄武质原生岩 浆经分别结晶作用构成的浆经分别结晶作用构成的 岛弧钙碱性安山岩的构成那么不能用简单的源岛弧钙碱性安山岩的构成那么不能用简单的源区区 物质的部分熔融或简单的分别结晶方式来物质的部分熔融或简单的分别结晶方式来 解释，而应与岛弧环境的特殊地质背景有解释，而应与岛弧环境的特殊地质背景有关关Structure of an Island ArcFigure 16-

13、2. Schematic cross section through a typical island arc after Gill (1981), Orogenic Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag. HFU= heat flow unit (4.2 x 10-6 joules/cm2/sec)Structure of an Island Arc岛弧钙碱性安山岩构成的方式岛弧钙碱性安山岩构成的方式 (Raymond,2019)Island Arc Petrogenesis1.爬升洋壳脱水，上爬升洋壳脱水，上升交代上覆地升交代上覆地幔

14、楔；幔楔；2.爬升洋壳到爬升洋壳到30Km以下，发生相以下，发生相变：玄武岩、变：玄武岩、辉长岩转变成辉长岩转变成榴辉岩。榴辉岩。3.地幔楔橄榄岩被交地幔楔橄榄岩被交代构成辉石岩代构成辉石岩4.蜕变的洋壳和地幔蜕变的洋壳和地幔楔物质部分熔楔物质部分熔融构成安山岩融构成安山岩岩浆。岩浆。角闪石脱水角闪石脱水金云母脱水金云母脱水 Slab-mantle interactionsDehydration in the rutile stability fieldPartial melting outside the rutile stability fieldModified after Ringwo

15、od (1990)Slab-mantle interactionsDehydration in the rutile stability fieldPartial melting outside the rutile stability fieldRevised after Ringwood (1990)2. 英安岩英安岩-流纹岩的成因流纹岩的成因 英安岩英安岩-流纹岩成因的主要观念流纹岩成因的主要观念 流纹质岩浆流纹质岩浆地壳岩石深熔的证据地壳岩石深熔的证据 流纹质岩浆的成因方式流纹质岩浆的成因方式英安岩英安岩-流纹岩成因的主要观念流纹岩成因的主要观念1玄武质岩浆或其他岩浆分别结晶作用构成玄

16、武质岩浆或其他岩浆分别结晶作用构成 从分布角度来看，该成因的流纹岩是有限的从分布角度来看，该成因的流纹岩是有限的2地壳岩石的深熔作用所构成地壳岩石的深熔作用所构成流纹岩构成流纹岩构成的主要成因类型的主要成因类型3岩浆混合和分别结晶的共同作用构成岩浆混合和分别结晶的共同作用构成基基性岩浆与酸性岩浆混合或同化长英质围岩，然性岩浆与酸性岩浆混合或同化长英质围岩，然后再阅历分别结晶作用，可构成流纹质岩浆，后再阅历分别结晶作用，可构成流纹质岩浆，但为数不多但为数不多4岩浆房内的热重力分散分异作用构成岩浆房内的热重力分散分异作用构成包包括热作用和岩浆对流驱动的化学作用，在岩浆括热作用和岩浆对流驱动的化学作

17、用，在岩浆房的顶部构成高房的顶部构成高SiO2的流纹质岩浆的流纹质岩浆流纹质岩浆流纹质岩浆地壳岩石深熔的证据地壳岩石深熔的证据化学成分和化学成分和Sr-Nd同位素特征与地壳基底岩同位素特征与地壳基底岩石具有亲缘关系石具有亲缘关系 B. 双峰式组合玄武岩双峰式组合玄武岩-流纹岩的存在，流纹岩的存在，阐明二者之间不存在分异演化关系阐明二者之间不存在分异演化关系 C. 地壳岩石的熔融实验和化学成分、矿物地壳岩石的熔融实验和化学成分、矿物成分的模拟计算阐明，由地壳岩石的深熔作成分的模拟计算阐明，由地壳岩石的深熔作用可构成流纹质岩浆用可构成流纹质岩浆 流纹质岩浆的成因方式流纹质岩浆的成因方式岩浆产生的热

18、源：幔源玄武质岩浆的底侵作用岩浆产生的热源：幔源玄武质岩浆的底侵作用3. 花岗岩类岩浆的成因及其类型花岗岩类岩浆的成因及其类型 岩浆成因与交代成因岩浆成因与交代成因 岩浆花岗岩构成的主要观念岩浆花岗岩构成的主要观念 花岗岩的成因类型及特征花岗岩的成因类型及特征 不同构造背景的花岗岩质岩石组合不同构造背景的花岗岩质岩石组合岩浆成因与交代成因岩浆成因与交代成因 岩浆成因的花岗岩类：由岩浆侵位冷凝岩浆成因的花岗岩类：由岩浆侵位冷凝构成，阅历了从岩浆源区分凝、上升迁构成，阅历了从岩浆源区分凝、上升迁移到异地就位的过程移到异地就位的过程异地花岗岩异地花岗岩 问题：大花岗岩基的空间问题？问题：大花岗岩基的

19、空间问题？ 交代成因的花岗岩：是指先存在的岩石交代成因的花岗岩：是指先存在的岩石根本上在固态的情况下由交代作用转变根本上在固态的情况下由交代作用转变而成而成原地花岗岩；构成机制更接近原地花岗岩；构成机制更接近蜕变作用，也称花岗岩化作用蜕变作用，也称花岗岩化作用-流体分散流体分散和固体条件下的分散和固体条件下的分散 问题：流体分散和固体条件下分散的问题：流体分散和固体条件下分散的范围与程度范围与程度岩浆花岗岩构成的主要观念岩浆花岗岩构成的主要观念 结晶分异作用结晶分异作用Bowen，1948：存在，：存在， 但规模小。层状和环状岩体晚但规模小。层状和环状岩体晚期分异物期分异物 混合化作用混合化作

20、用Daly，1914，1933：经：经过同化作过同化作 用或混协作用构成的混杂岩浆用或混协作用构成的混杂岩浆的过程。只能形的过程。只能形 成偏中性的花岗岩类岩浆，而成偏中性的花岗岩类岩浆，而不能够构成大型不能够构成大型 岩基岩基 深熔作用或部分熔融作用：以为花岗质深熔作用或部分熔融作用：以为花岗质岩浆主要岩浆主要 是由中、下地壳的岩石部分熔是由中、下地壳的岩石部分熔融构成的。融构成的。 证据：证据： 证据：证据： 1分布：大陆区和消减带大陆一侧分布：大陆区和消减带大陆一侧 2高级蜕变区：花岗质脉体的构成高级蜕变区：花岗质脉体的构成 3Q-Ab-Or体系实验：体系实验： 4花岗质岩石的元素花岗质

21、岩石的元素 和同位素组成：主要和同位素组成：主要 来自于地壳，而不是来自于地壳，而不是 上地幔上地幔花岗岩的野外特征花岗岩的野外特征成因意义成因意义 花岗岩的矿物粒度花岗岩的矿物粒度反映侵位深度反映侵位深度 花岗岩的野外穿切关系花岗岩的野外穿切关系反映岩浆演化反映岩浆演化 花岗岩中的包体花岗岩中的包体反映岩浆源区与演反映岩浆源区与演 化或成因化或成因 花岗岩的矿物组合花岗岩的矿物组合反映花岗岩成因反映花岗岩成因 花岗岩的岩石组合花岗岩的岩石组合反映构成环境反映构成环境花岗岩的成因类型及特征花岗岩的成因类型及特征 花岗岩成因复杂的要素花岗岩成因复杂的要素 1物质来源的多样性：物质来源的多样性：

22、地壳内部的不同构造层地壳内部的不同构造层 消减带的消减洋壳和地幔楔形区消减带的消减洋壳和地幔楔形区 2产出构造背景的多样性：产出构造背景的多样性： 岛弧造山带岛弧造山带 活动大陆边缘活动大陆边缘 大陆碰撞带大陆碰撞带 陆内造山带陆内造山带 大陆裂谷带大陆裂谷带 大洋中脊大洋中脊 花岗岩成因类型划分的根据及类型花岗岩成因类型划分的根据及类型 1物质来源物质来源 (Dudier,1969) M型型- 地幔与地壳混合型地幔与地壳混合型 C型型- CI：物源为火成岩：物源为火成岩 CS：物源为堆积岩：物源为堆积岩 Chappell and White，1974 I型型-为未经风化的火成岩熔融构成的为未

23、经风化的火成岩熔融构成的岩浆岩浆Mt系列系列 S型型- 为经过风化的堆积岩熔融构成的为经过风化的堆积岩熔融构成的岩浆岩浆Il系列系列 Loiselle等等1979 造山花岗岩造山花岗岩O 非造山花岗岩非造山花岗岩A型型-Anorogenic、Anhydrous、Alkaline Collins1982以为以为A型花岗岩为地幔型花岗岩为地幔玄武岩浆演化、或玄武岩浆上升后，受地壳玄武岩浆演化、或玄武岩浆上升后，受地壳不同程度混染或亏损地壳熔融的产物不同程度混染或亏损地壳熔融的产物 2构造背景：造山花岗岩、过渡型花岗岩、构造背景：造山花岗岩、过渡型花岗岩、非造山花岗岩非造山花岗岩花岗岩的成因类型花岗

24、岩的成因类型Chappell and White，1974，1979： M型：直接幔源的型：直接幔源的如斜长花岗岩如斜长花岗岩 I型：型： S型：型： A型型for anorogenic：2构造背景：构造背景： 造山花岗岩造山花岗岩 过渡型花岗岩过渡型花岗岩 非造山花岗岩非造山花岗岩Table 18-3. The S-I-A-M Classification of GranitoidsTypeSiO2K2O/Na2OCa, SrA/(C+N+K)*Fe3+/Fe2+Cr, Ni 18O87Sr/86SrMiscPetrogenesisM46-70%lowhighlowlowlow 9 0.705Low Rb, Th, USubduction zoneLow LIL and HFS or ocean-intraplateMantle-derivedI53-76%lowhigh inlow: metal-moderatelow 9 9 0.707variable LIL/HFSSubduction zonehigh Rb, Th, Umetaluminousbiotite, cordieriteSupracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary