地质学基础讲讲岩浆作用和岩浆岩

1、Magmatism & Igneous rock第四章 岩浆作用和岩浆岩1意大利维苏威火山意大利庞培镇火山灰中的庞培镇2安山岩3花岗岩4伟晶岩5 无论是在中国还是在西方，均认为火山是山在燃烧。 古希腊哲学家亚里士多德（公元前384322年）认为，火山爆发是一种风在地下活动，引起了那里的硫磺等易燃物燃烧的结果。 著名的德国地质学家，“水成说”倡导者魏尔纳（A. G. Verner,17491817）还认为所有岩石都是浑浊水在地球表面依次沉积而成，火山是煤层在地下燃烧的结果。由于该学说符合洪水说，受到教会支持，在当时占统治地位。正因为如此，尽管对火山的正确认识早就产生，却长期未得到重视。 古希腊哲

2、学家、著名的医生恩培多克勒（Enpedokles,约公元前490430年）在对西西里岛埃特纳（Etna）火山考察后提出，火山喷发是地下高温熔融物质（岩浆）喷出地表的结果。据说他后来就是在继续考察这个火山时不幸掉进火山口而死。 十八世纪末，著名的英国地质学家赫顿（J. Hutton,17261797）提出“火成说”，认为玄武岩和花岗岩是由熔融物质（岩浆）的凝固作用形成。火成说当时被教会视为异端，直到1820年魏尔纳死后不久，火成论者才获得了胜利。 十九世纪中叶，著名的英国地质学家莱伊尔（C. Lyell,1797-1875）在地质学原理（1833）中总结了水火之争，高度评价了火成说，把岩石分成水

3、成岩、火山岩、深成岩、变质岩四类，肯定了岩浆的存在。6 一、基本概念 1岩浆(Magma)：是上地幔和地壳深处形成的，以硅酸盐为主要成分的 炽热、粘稠、含有挥发分的熔融体（熔体），岩浆之中还可以含少量 固体物质（矿物晶体和岩石）。 岩浆岩（igneous rock）是由岩浆冷却固结形成的岩石。 岩石圈深处形成的富含挥发份的粘稠的硅酸盐熔融体。 2特 征： A、主要成分是K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Fe2+,Fe3+,Al3+阳离子和硅酸根络阴离 子，含少量（0.23）的气体（挥发分），主要是水蒸气和CO2 （占气体总量的98以上)。以岩浆中SiO2含量， 可划分为： 酸性岩浆 SiO2

4、66% 中性岩浆 SiO2：6653 基性岩浆 SiO2：5345 超基性岩浆 SiO2 ：45 78B 温度：一般是指喷出地表的岩浆的温度，由于岩浆中挥发份已逃逸， 其温度不能代表地下深处岩浆的温度。C 粘度： 与温度，压力和SiO2，Al2O3，挥发份的含量有关。 温度越高，粘度越小；压力增大，粘度增大； SiO2，Al2O3含量越大，粘度越大； 挥发份越多，粘度越小 D 岩浆作用（magmatism）是岩浆的形成、演化及侵入、喷出和冷凝结 晶最终形成火成岩的复杂过程,包括侵入作用和喷出作用（火山作用） 在上地幔和地壳深处形成的岩浆不是都能喷出地表的 侵入作用：岩浆从源区向岩石圈浅处运动并

5、冷凝成岩石的过程； 喷出作用：岩浆喷出地表冷凝成岩石的过程。 9二、火山作用及其现象 火山（volcano）是火山喷发形成的，由熔岩和火山碎屑组成的地貌景观。 活火山（近百年有喷发记录）、休眠火山（有喷发记录，近百年没有 喷发记录）、死火山（史前曾喷发过，近五千年来没有喷发记录） 1.火山构造 火山锥、火山口、火山喉管、火山颈 2.火山喷发方式 裂隙式喷发：岩浆沿大裂缝溢出地面； 中心式喷发：岩浆沿一定的管状通道喷出 3. 火山喷发产物 气态、液态、固态 4世界活火山带分布 环太平洋带 阿尔卑斯喜马拉雅火山带 洋脊带10 圣.海伦斯火山（St. Helens）位于美国华盛顿州，北纬49.20度

6、,西经122.18度，海拔2,549米，圣.海伦斯火山是一座相对年轻的火山，大约在4万年前形成。现代的火山机构是最近2千多年形成的。 在1980年喷发前，圣.海伦斯火山因形状匀称，山顶布满积雪，故被称为“美国的富士山”，吸引了众多旅游者。1980年的喷发标志着这座火山从1857年沉睡123年后再次苏醒。从此后发生了意想不到的变化。 1980年5月18日早晨8:23，一个5.1级地震震撼了圣.海伦斯。火山的喷发掀掉了400m的山峰，并伴随浮石和火山灰的喷发。62km2的山谷被碎屑崩塌所填充，650km2的度假村、木材场和私人住地被横向冲击波所破坏。估计有1.5亿立方米的物质被火山泥流冲入河道。5

7、7人死亡或失踪。 美国火山学家根据树轮年代学和长达几十年的全面考证和研究，确认历史上圣.海伦斯火山最后一次大规模喷发是在1802年，且较小规模的喷发一直延续到1857年。 2004年10月11日，圣海伦斯火山在平静了18年以后再度爆发。111980年喷发前的圣.海伦斯火山1980年5月18日喷发1980年5月19日的圣.海伦斯火山2004年10月11日喷发12火山机构简图1.火山锥；2.火山口； 3.火山喉管；长白山天池天池水面海拔2198.7m，蓄水2109m3,是我国最高最大的高原淡水湖1火山构造：包括火山锥，火山口， 火山喉管和火山颈 (停积在火山喉管中 的冷凝的柱状岩体)。13世界活火

8、山带分布 环太平洋带 阿尔卑斯喜马拉雅火山带 洋脊带142.火山喷发物 气态喷发物：水蒸气和CO2 。液态喷发物：主要是硅酸盐熔浆,熔浆冷凝后形成熔岩。固态喷发物：被炸碎的围岩和喷射到空中的熔浆冷凝后落到地上的碎屑物质。 火山集块：大于64mm；火山角砾：264mm火山灰：小于2mm15 1、岩基；2、岩株；3、岩墙；4、岩床；5、岩盖；6、被剥蚀露出的岩盖； 7、火山颈；8、复式火山；9、岩流；10、火山灰流；11、小型破火山口； 12、大型破火山口；13、火山碎屑流；14、小火山16火山喷发既是世界上最宏伟壮观的自然现象，也给人类带来巨大灾难和损失。“国际减灾十年”（IDNDR，19902

9、000）组织列出的地震、滑坡、海啸、暴风、洪水、火山、大火、干旱等8项重大自然灾害。火山喷发不是罕见的事件，地球上每年约有50座火山喷发。其中，安山质流纹质岩浆产生的爆炸性喷发威力巨大，且常伴随地震、滑坡、海啸、洪水、大火等自然灾害，对地球环境和人类社会造成巨大威胁。火山灾害主要有下列五类：1高速运动的炽热火山碎屑流和横向冲击波可夺去人类生命。1980年圣海伦斯火山喷发和1902年培利火山喷发惨剧就是实例；2炽热的火山碎屑和有毒气体可直接使人们埋没或窒息而死。 3火山碎屑在火山喷发结束很久以后仍然有危险性。1985年哥伦比亚鲁伊斯火山一个没有危险的一次小喷发之后，山顶冰川融化，引起巨大的火山泥

10、流奔腾而下，冲毁了几十km外的阿尔梅罗城，使23,000余人因此丧生。4水下喷发可以引起被称为海啸的巨大海浪。例如1883年8月印度尼西亚克拉卡托火山喷发引发海啸，40m高的巨浪到达爪哇海滨，造成36,000人死亡。5火山碎屑流和熔岩泛流都可破坏庄稼、农田、杀死牲畜，使人们因饥荒而死。1783年冰岛拉基火山喷发，熔岩泛流破坏了房屋和食品供应、杀死了牲畜、淹没了农田，造成的饥荒饿死了9,336人。17挖掘出的庞培城，背景为著名的维苏威火山；B. 公元79年维苏威火山喷发灾难中窒息而死的庞培城居民铸模维苏威（Visuvius）火山位于意大利南部突然喷发，喷出的炽热有毒气体使罗马附近庞培城约2,00

11、0居民窒息死亡，火山碎屑把庞培城埋在地下58m深处，直到1784年才被挖掘发现18三、侵入体的特点 1侵入体的产状 侵入体产出的形态，大小和围岩的接触关系 A 不整合侵入体：侵入体与为围岩的接触面切穿围岩的层理或片理 岩基：出露面积大于100km2，在平面上多呈长圆形或条带状； 岩株：出露面积小于100km2，平面上多近圆形或不规则； 岩墙：产状陡立且厚度稳定的板状侵入体； 岩脉：厚度不大且很不规则的小型侵入体； B 整合侵入体：侵入体与围岩接触面基本与围岩的层理或片理平行 岩盆：中央微向下凹的大型侵入体； 岩床：厚度稳定的板状侵入体； 岩鞍：侵入于褶皱转折端虚脱空间内侵入体，呈新月形或鞍 状

12、；19 1、岩基；2、岩株；3、岩墙；4、岩床；5、岩鞍；6、被剥蚀露出的岩鞍； 7、火山颈；8、复式火山；9、熔岩流；10、火山灰流；11、小型破火山 口；12、大型破火山口；13、火山碎屑流；14、小火山20 燕塞湖采石场的一条正长斑岩岩墙（深灰色）侵入于斑状石英正长岩（浅色）之中；沙锅店东山梁侵入于早奥陶世亮甲山组灰岩之中的花岗斑岩岩墙（浅色），岩墙产状陡立。厚度较大（约10m），由于与灰岩围岩相比抗风化能力明显较强，象城墙一样突出于地面。王家生摄于2003实例 秦皇岛燕塞湖采石场与沙锅店 21实例分析 秦皇岛燕塞湖采石场 A正长斑岩（2）侵入于先存的斑状石英正长岩（1）之中，在正长斑岩

13、岩体 边部出现冷凝带（CZ），而在接触面附近斑状石英正长岩中出现退色显示出的烘烤带（BZ）；B.片麻状花岗岩（2）中包有先存的角闪岩捕虏体（1），晚期伟晶岩（3）侵入切割了二者的定向构造，秦皇岛金山咀。 王家生2003年摄22实例分析 北京周口店房山岩体 23房山岩体中央相主要组成矿物242侵入岩的相： 生成环境不同而产生不同侵入岩和岩体的总的外貌和特征。 四、侵入体和喷出体的原生构造 1侵入体的原生构造 包括原生流动构造和原生破裂构造。 流动构造 流面：片状，板状矿物平行排列形成的构造。 流线：线状矿物平行排列形成的构造。 2喷出体的原生构造 似层状构造，枕状构造，绳状构造，流纹构造，柱状节

14、理。浅成相：0-3km，岩石多细晶，隐晶质或斑状结构，流动或角砾状构 造，一般是小型侵入体；中深成相：3-10km，岩石中粗粒或似斑状结构，块状构造，多为岩株 或岩基；深成相：大于10km，岩石中粗粒结构，块状构造，多以大型岩基产出；25花岗岩和流纹岩的手标本和镜下薄片26判别原生流动构造（房山岩体中央相流线、包体）27第二节 岩浆岩的基本特征与分类 一、岩浆岩的物质成分 1化学成分 造岩元素：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg 其中SiO2的含量可将岩浆岩划分为4类。 里特曼指数：(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)， 全碱指数：(K2O+Na2O) 钙碱性岩 3.3 碱性岩

15、：3.39 2矿物成分 主要造岩矿物：含量较多，是确定岩石名称不可缺少的矿物。 次要造岩矿物：含量较少，对划分岩石大类不起作用，但可作为确定 岩石种属名称的矿物。 副矿物：含量低于1，对岩浆岩的分类命名不起作用。 色 率：铁鎂矿物在岩浆岩中的百分含量。2829303岩浆岩中矿物共生组合规律 矿物共生组合：某种矿物常与一些矿物共同出现，并且是同一成因的矿物组合。主要取决于两方面：化学成分和温压条件。 鲍文反应序列：玄武岩浆在冷凝过程中矿物先后晶出的关系。橄榄石Mg辉石Mg-Ca辉石角闪石黑云母钾长石 白云母 石英Ca质斜长石Ca-碱质斜长石碱-Ca质斜长石碱质斜长石当SiO2含量很多时，SiO2

16、除形成各种硅酸盐矿物外，剩余SiO2结晶形成石英，石英是SiO2过饱和产物，它不与SiO2不饱和矿物共生，如橄榄石，似长石等。31二、岩浆岩的结构构造 1岩浆岩的结构 组成物质的结晶程度，颗粒大小，自形程度及其相互关系。决定于岩 石形成时的温度，压力，粘度，冷却速度等条件。 主要类型： 结晶程度 全晶质结构：岩石全部由结晶矿物组成。 半晶质结构：岩石由结晶矿物和玻璃质组成。 玻璃质结构：岩石全部是玻璃质组成。 矿物颗粒大小 A 显晶质结构：肉眼基本可分辨矿物颗粒。 伟晶结构：颗粒直径10mm 粗粒结构：颗粒直径10-5mm 中粒结构：颗粒直径5-2mm 细粒结构：颗粒直径2-0.1mm 32花

17、岗岩33B 隐晶质结构：颗粒很细，肉眼无法分辨矿物颗粒。C 颗粒相对大小： 等粒结构：同种矿物颗粒大致相等。 不等粒结构：同种主要矿物颗粒大小不等，但相差不大。 斑状结构，似斑状结构：矿物颗粒大小悬殊，大的是斑晶， 小的为基质; 基质是隐晶质或玻璃质的结构是斑状结构。 基质是显晶质的称似斑状结构。D 矿物颗粒的相互关系 文象结构：伟晶岩中石英呈楔形镶嵌于钾长石巨晶中。 条纹结构：钾长石与斜长石呈有规律的交生。34伟晶岩35斑状结构36 似斑状结构372岩浆岩的构造： 岩石中不同矿物集合体之间的排列方式和充填方式 主要类型： 块状构造：矿物分布均匀，排列无次序，无方向。 斑杂构造：不同部位矿物组合和颜色有很大差异，杂乱无章。 条带构造：不同结构，矿物成分的条带相间排列。 流纹构造：不同颜色的条纹，拉长的气孔平行排列。 气孔和杏仁构造：喷出岩中，挥发份逃逸留下的空洞称气孔构 造。当气孔被充填后形成杏仁构造。 枕状构造：海底基性熔岩中常见。38安山岩39斑杂构造40条带构造41 柱状节理多见于玄武岩之中。节理呈规则的多边形柱状，以六边形柱状最为典型。柱状节理由熔岩冷凝收缩形成，柱体与冷却面垂直。 加利福尼亚Davils Postpile 柱状节理 俯视图与侧视图42第三节 岩浆岩的主要类型43A.花岗岩；B.闪长岩；C.辉长岩；D.流纹岩；E.安山岩