《岩石学-岩浆岩》课件第二章岩浆与岩浆作用

1、第二章 岩浆与火成岩一、岩浆的概念 二、岩浆的性质三、岩浆的形成与运移 四、岩浆分异、混合、同化作用的基本概念五、现代火山活动 一、岩浆的概念 定义：岩浆是上地幔或地壳部分熔融的产物，成分以硅酸盐为主，含有挥发分，也可以含有少量固体物质，是高温粘稠的熔融体。在地质辞典中，岩浆被定义为“地壳深部或上地幔物质部分熔融而产生的炽热熔融体，其成分以硅酸盐为主，并溶解有挥发分。岩浆具有一定的粘度，它在构造运动或其他内力作用下侵入地壳或喷出地表，经冷却固结后形成各种火成岩”。基本含义由此可知，在岩浆的定义中，其状态是炽热的，温度很高；其形成是天然的，不是人工制造的；由于其形成需要很高的温度，因此它发生在地

2、下深处（地壳或地幔）；其组成主要为硅酸盐液体，含有少量固体和气体。需要说明的是，也有碳酸盐岩浆和矿浆（ore magma）。1、原生岩浆(Primary magma)与进化岩浆（Evolved magma）原生岩浆：由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形成的成分未遭受变异的岩浆。进化岩浆：原生岩浆经过分异、结晶分离、混合等过程导致成分发生改变后的岩浆。部分熔融“麻点”原生岩浆的判别准则举例a、熔浆-矿物平衡热力学例如：对于地幔橄榄岩之Ni在橄榄石与熔浆之间的分配、玄武质源区Sr、Y在熔浆与残留矿物之间的分配，等等。例如：地幔橄榄岩熔融形成的玄武岩岩浆的Mg#（w(Mg)/w(Mg+Fe)）变化

3、于0.67-0.73之间，可初步判定为原生岩浆。b、岩浆流体动力学2、母岩浆（Parent magma）和派生岩浆（Derivative magma） 能够通过各种作用（分异作用、同化作用、混合作用等）产生派生岩浆的独立的液态岩浆称为母岩浆。因此原生岩浆可以成为母岩浆，但母岩浆不一定是原生岩浆。 在概念上母岩浆与原生岩浆无相互排斥或相反的含义。母岩浆与派生岩浆具有成因联系，它们是母体与子体的关系，在成分上可形成相互联系的系列。一、岩浆的概念 二、岩浆的性质三、岩浆的形成与运移 四、岩浆分异、混合、同化作用的基本概念五、现代火山活动 二、岩浆的性质 1.岩浆的密度( r )（density）2.

4、岩浆的粘度（）（vescosity）3.岩浆的温度( t )4. 岩浆中的挥发分(CO2, CH4, NH3, H2, HCl, HF, H2S, SO2, P2O5 和H2O等)1.岩浆的密度( r )（density）熔体的密度不仅与其成分有关（基性岩浆密度高于酸性岩浆），也随温度、压力的变化而改变，原因是压力增大时熔体内分子间距减小，体积压缩密度变大；温度增高时，分子间距增大，体积膨胀密度变小。这种变化也反映了熔体具有压缩性及膨胀性。2.岩浆的粘度（）（vescosity）岩浆的粘度与多种因素相关，如岩浆的成分、结构、温度、压力及所含的挥发分等都对粘度的大小有影响。岩浆中SiO2、Al2

5、O3、Cr2O3含量高，可使粘度增大，最明显的影响是SiO2，超基性岩低于基性岩约3个数量级。岩浆的粘度会影响岩浆上升的速度和火成岩的结构、构造、产状及一些岩浆作用发生的强度。3.岩浆的温度( t )在此表中，基性玄武岩岩浆温度最高，其次为安山质岩浆，流纹质岩浆温度最低。4. 岩浆中的挥发分(CO2, CH4, NH3, H2, HCl, HF, H2S, SO2, P2O5 和H2O等)现代火山喷发时有大量气体逸出，已固结的火山岩标本有些含相当数量的气孔都充分说明了岩浆中含有挥发组分。了解它们的类型及含量可以通过两种途径：一是直接从现代火山喷发的气体中取得，另一种是通过岩石中的流体包裹体获得

6、。火山喷发产物挥发份一、岩浆的概念 二、岩浆的性质三、岩浆的形成与运移 四、岩浆分异、混合、同化作用的基本概念五、现代火山活动 三、岩浆的形成(Formation)与运移(Movement)大量的资料已经证实，在地球内部当物理和化学条件具备时，地幔及地壳的某些部位可以发生熔融。起始熔融时液相熔体仅在固相颗粒的隙间产生，比例也很少，随着熔融作用的继续熔体的比例增加并逐渐集中形成岩浆。岩浆上升至地表或近地表处的过程称为岩浆的运移。1、岩浆的形成(Formation)温度、压力、挥发分、源区物质组成（1）源区的岩石（source rocks）从何处得知这些信息地球物理方法测得地球的圈层结构以及各圈层

7、物质的物理性质利用直接来自深部的物质地球化学反演高温高压实验a.鉴定上地幔物质组成的物理准则根据地震波测量，上地幔的P波速度平均为8.2km/s左右，这个值与新鲜橄榄岩和榴辉岩的分布范围8.0-8.5km/s相近。因此，上地幔的组成可能是橄榄岩，也可能是榴辉岩。b.利用直接来自深部的物质幔源橄榄岩包体，分布在基性、超基性火山岩中。c.地球化学反演反演的基础是：如果岩浆形成于某源区，那么岩浆和由它结晶形成的火成岩的化学成分必定反映了源区岩石的某些化学成分特征，包括主要元素、微量元素及同位素方面的特征。例如地幔橄榄岩MgO高，它们的Mg/(Mg+Fe2+)值（或称Mg值*）变化于0.87-0.92

8、之间，据实验及热力学计算，由地幔熔融导源的原生玄武岩岩浆，Mg值变化于0.67-0.73。如果自然界出露的某地区的玄武岩，它的Mg值在这一范围之内，那么可以初步确定它是幔源的原生岩浆。高温高压实验岩石圈剖面(2)、热能的来源1、岩浆的形成(Formation)活火山、板块构造与“火圈”地核中放射性元素的分布(3).挥发分的来源 深部与再循环。1、岩浆的形成(Formation)(4).减压作用：底辟上升的一般模型1、岩浆的形成(Formation)2、岩浆的分凝岩浆是由源区(source)岩石经部分熔融作用产生并聚集而成的。每一种岩石相应压力条件下都具有一定的液相线温度和固相线温度(通常有一定

9、的间隔(interval)，当源区受热达到其固相线温度时，源区岩石开始发生部分熔融形成熔浆(melt)。三、岩浆的形成(Formation)与运移(Movement)（1）、部分熔融的实例a. 颗粒边界处发生的部分熔融b. 颗粒内部的部分熔融在矿物颗粒内部，可以形成麻点状构造（2）、熔浆的聚集与分离随着部分熔融程度的增加，熔浆数量达到一定比例时，就可以从源区岩石中分离出来时形成岩浆。熔浆的聚集熔浆的分离3岩浆的上升和侵位（magma ascent and emplacement）岩浆分凝后, 如果其密度低于源区的岩石，将产生重力不稳定性及浮力，导致岩浆上升，当岩浆上升至上部岩石的密度与其相当时

10、，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一位置可称为平衡浮力高度（the level of neutral buoyancy）。然而当岩浆形成于高压条件下，在减压时它也可以上升至高于这一位置，直至喷出地表。岩浆怎样克服上覆围岩阻力上升、以何种方式在地壳中占据空间的问题，就是侵位机制要研究的问题，岩浆上升侵位的机制有以下几类：三、岩浆的形成(Formation)与运移(Movement)(1)底辟作用（Diapirism）底辟上升和底辟侵位是连续的过程。岩浆加热顶部围岩使其粘度降低，自身则因浮力上升，迫使围岩向下流动，并占据其腾出的空间。底辟侵位的主要驱动力是岩浆的浮力和热动力，底辟侵位一般可分早期穹隆阶

11、段、中期底辟上升阶段和晚期侧向挤断三个阶段。 底辟作用的关键是岩浆底辟体的热量。由于底辟侵位要求有较大的浮力和热能来克服围岩的阻力，因而以底辟方式侵位的岩体一般较大。底辟侵位时岩浆和围岩均处于同一应力场，形成的岩体产状及内部组构往往与围岩的片理产状一致，往往是无根的整合侵入体。 (2)顶蚀作用（Stoping）热的岩浆上升，引起顶部岩石被挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂块体下沉的同时，岩浆侵入到裂隙中，如此反复，岩浆体可实现向上迁移、侵位（图2-3）。靠顶蚀作用侵位的岩体与围岩层理面的产状相切，形成不整合侵入体。岩体边缘带可见不规则状、棱角状的围岩捕掳体。另外，如果岩浆的温度及围岩的成分适当，还会发

12、生岩浆同化捕掳体、混染围岩的作用，在侵入体中形成外来矿物的条带、或斑点。由于需要大量的岩浆来填充下沉岩块间的空隙，这种侵位机制不可能使岩浆产生较大的上升距离（Marsh,1984）。(3)岩墙扩展作用 (Dike Propagation)岩浆在压力的驱驶下注入围岩裂隙，使其成为狭窄的岩浆通道（岩墙），并沿该通道上升。上述机制主要发生在张性断裂带，如洋壳中的辉绿岩岩墙群和玄武岩，就是在洋中脊伸展构造环境下沿张性断裂上升、侵位的。这一侵位机制主要受到岩浆通道中热损失的制约，由于岩墙中岩浆与围岩的接触面积比球形岩浆体（如底辟体）与围岩的接触面积大得多，通过围岩扩散的热损失速度也快得多，因此，等体积、

13、同样温度的岩浆要上升到地表，通过岩墙通道上升的速度必须比球形岩浆体上升的速度快104倍。研究表明，在相对较冷的上地壳中，岩浆沿岩墙通道以1m/s的速度上升，在几小时后就会失去活动性，上升距离也只有几公里。(4)火山口沉陷作用（Cauldron subsidence）火口沉陷作用是代表环形杂岩体特征的一种侵位机制。在近地表地区，如果已就位的岩浆房因岩浆喷发作用而变得空虚，上部的岩层就会断裂成块体发生沉陷，围岩中形成环状裂隙，岩浆将趁虚而入形成环状杂岩体。 岩浆上升对其自身的影响是什么？四、岩浆分异、混合、熔离、同化作用的基本概念1、岩浆分异作用（differentiation） 分异作用：是指原

14、来成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下，依靠本身的演化，最终产生不同组分的火成岩的作用。1、岩浆分异作用（differentiation） 岩浆分异作用有些只是在岩浆本身进行的，并未发生相的分离，而有些则发生了结晶相和流体相的分离。属于前者的有扩散作用和熔离作用，属于后者的有分离结晶作用和气体搬运作用。由扩散产生的分异，主要出现在岩浆体内温度不同的时候，高熔点组分会由高温区向低温区扩散，最后形成低温区高熔点组分集中的现象。如某些岩体边部，可因扩散作用导致高熔点物质（暗色矿物）集中，岩石成分较岩体中心基性。鲍文反应系列2、岩浆混合作用（magma mixing ）混合作用是由两种不同成分的

15、岩浆以不同的比例混合，产生一系列过渡类型岩浆的作用。与同化混染作用相比，混合作用除受到两种岩浆热状态的影响外，还受两种岩浆的相遇机制，密度差等的制约。a、暗色微粒包体的形态不管花岗岩类岩体中包体种类如何繁杂，像这样具有塑性形态的暗色微粒包体只能有一种解释：包体是在寄主岩体尚处于液态时进入的，其本身当时也是液态的。b、寄主岩没有变形时包体的外形也可以呈压扁拉长c、岩体中央包体的展布特征岩浆混合作用的类型(mixing、mingling、injection)尽管目前越来越多的学者倾向于承认岩浆混合作用的存在与意义，它却仍然还是个科学前缘课题。外国学者已经提出了三个不同的名词来描述岩浆混合作用的类型

16、，其涵义仍然不太清晰或称为不太统一。Mixing混合作用参与混合的端元岩浆完全地混合在一起，形成均一的岩浆。后者表观上与单一岩浆几乎没有差别，但在造岩矿物、地球化学等方面仍然可以识别。Mingling混杂作用参与混合的端元岩浆未完全混合均一，表观特征明显，可以识别出岩浆团的大致轮廓、形态与成分。其余特征与混合作用相同。Injection注入作用参与混合的端元岩浆相互穿插，但基本上没有化学组分的迁移，只有机械“插入”，形成你中有我、我中有你的复杂景观。3、岩浆液态不混溶（熔离作用）熔离作用：是指原来混溶的熔体因物理或化学的原因分离为不混溶或混溶程度低的两种熔体的过程。物理因素可以石温度。压力的变

17、化，化学因素则与第三种成分的加入有关。碱性玄武岩中的不混溶球粒碱性正长岩中的不混溶球粒不混溶作用通常与岩浆中高场强元素的含量有关，如P、Ti等不混溶球粒在岩浆流动过程中聚集4同化混染作用（Assimilation）岩浆在上升或停留于岩浆房期间，除与围岩具有热交换外，还可能与围岩发生物质交换，其结果是熔化围岩及捕虏体，或与其发生反应，而使岩浆的成分发生变化，这一过程可称为同化混染作用。同化混染作用的方式和规模及强度取决于岩浆及围岩的热状态和组成。AFC模型热的岩浆同化冷的围岩需要消耗大量的热能，这将会使岩浆的温度快速下降，导致结晶作用，同时结晶作用又会释放出结晶潜热，为同化作用补充热能，一般认为

18、，岩浆房中的岩浆演化，是同化混染作用和分离结晶作用同时进行的，这就是所谓的AFC模式（Assimilation and Fractional Crystallization）。许多学者在研究火成岩的演化时，常用微量元素的AFC模型来定量研究该过程中的同化染混及分离结晶的程度。五、现代火山活动 2001年7月29日，埃特纳火山爆发的卫星照片研究现代火山活动的意义 研究地球上现在正在进行的岩浆活动有重要意义,因为(1)现代火山活动与现今构造格架的关系是可以直接进行观察和研究的，因而所获得的资料可信度很高。(2)对于岩浆化学成分和物理性质的研究可以直接用喷出的熔岩作为样品，所得的分析结果代表熔体的特征而不是火成岩的特征。(3)现代火山活动是自然灾害的一种，他与地震活动也有联系，因此了解其特征及活动规律关系到防灾减灾保护环境的千秋大业。2004年6月8日，从下午15时20分开始爆发，喷射出的火山灰和浓烟高达3000米。印尼东爪哇省布罗莫火山美国西北部活火山。位于华盛顿州北段。西南距波特兰72千米。海拔2950米。原为一休眠火山，沉默123年后，于1980年3月27日复活。经过1980年3月27日、5月18日和25日3次大喷发，火山高度降低至2550米，山顶被削去近13，形成一个长3千米、宽1