01_南大周新民讲座1：火山作用与火山岩(在中国地大_北京_阅读版_不含演示版_12MB).ppt

1、岩石学与地质学若干问题讲座 在中国地质大学(北京) 南大地科系周新民 2010. 10. 25-28 101025 第一讲 火山作用与火山岩 ppt画面166幅 101026 第二讲 岩石大地构造与花岗岩地质 以华南花岗岩为例 ppt画面124幅 101027 （答疑-讨论或座谈会） 101028 第三讲 教育-科研的价值观 与科学研究的选题-论文发表 ppt画面191幅,火山作用 与火山岩,南京大学 地科系 周新民 E-mail: M: 1 3 7 7 0 5 0 7 1 2 6 2010 10 25,中国地大(北京) : 育才之摇蓝,在中国地质大学(北京) 讲座 1,五大连池火山 火成岩命

2、名与定义 火山景观与火山地质 大陆玄武岩：玄武岩定义 岩相学 火山弹 捕虏体 捕虏晶 巨晶 大洋玄武岩：洋脊玄武岩 洋岛玄武岩 洋壳剖面（蛇绿岩套） 玄武岩研究岩石地球化学方法 火山与地震 火山喷发流 喷发类型 油气儲集空间 流纹岩 造山带火山岩系,提 纲,五 大 连 池 火 山,中国近代火山一例,五大连池火山考察图,五大连池 位于 哈尔滨市西北约500km,主 要 考察点,五个连池 康熙年间喷发的玄武岩 堵塞 白河 形成5个串珠状堰塞湖 称五大连池 纵长20余km 总面积40km2 容水1.7亿m3 由于池水溶解熔岩矿物质不同 使池水呈色各异,头池(最南)和二池的水 呈浅棕色 略带绿 三池水

3、 呈蓝色 并略紫 四池池水 发黄 略透绿 五池 绿而浅黄 此外 湖底还有各种颜色的沉 积物和藻类 与湖水相互衬托,五大连池火山 简介(1) 形成于距今几十万年至公元1721年的康熙年间 其中老黑山 火烧山最晚喷发 为1719-21(即康熙58-60)年 由15座火山+5个串珠状火山堰塞湖(即五大连池)组成 总积约1200km2 所有火山 都位于NE向和NW向井字形断裂构造交汇点 主体岩石为高钾碱性玄武岩 老黑山海拔516m 面积59km2 漏斗状火口 深136m 内壁陡峭65-85内径350m 火烧山位于老黑山北东3km 海拔390m (地面海拔217m) 面积9.5km2 火口内壁陡峭 直径

4、400m 深63m,五大连池火山 简介(2) 重要火山景观如下 火山熔岩与漏斗形火山锥 熔岩隧道构造 绳状熔岩 ( 俗称“石龙” ) 自碎火山碎屑岩 ( 俗称“翻花石” ) 喷气锥与熔岩饼 火山弹 ( 异形 微形/巨形 有核/无核 ) 冷矿泉,漏斗形火口 老黑山火山 喷发于“1720.1.14” 至 “1721.3.18 ” 持续14个月 火烧山火山 喷发 于“1721.4.26” 至“1721.5.28” 持续1个多月,向背的火山斜坡角一般小于碎屑静止角26 (五大连池火烧山),遥望火烧山,崩塌漏斗形火山口(五大连池老黑山火口 直径350m 深145m 内壁陡峭 形成于康熙57-58年(17

5、20-21) 山顶：N4842.992E12607.644高度514m ),炽热岩浆喷发后内部产生巨大气泡所留下空间,夏威夷 1963,绳状熔岩(俗称“石龙”) 是中慢速运移玄武岩流特征性表层构造 岩流流速取决于粘滞度和地形坡度 慢速速率约6m/24h 而快速 可达60km/h 绳状体外凸弧顶 指示岩流前进方向,向,流 向,流 向,流,五 大 连 池 老 黑 山,向,五大连池老黑山绳状熔岩 周海翔摄 引自中国国家地理2008年第10期,参考资料_厄瓜多尔 巴突罗姆岛 ( 1986 2 13 ) 绳状熔岩构造：运动中的薄层玄武岩缓流,趾状熔岩: 五大连池老黑山 由平坦地势上缓慢 流动小股岩流形成

6、,喷气-熔岩锥 是近代火山特征构造 在五大连池火烧山东北 连绵散布几十座 成因是:类似火山弹的熔岩饼低空贱落于喷气孔近侧 堆砌而成,五 大 连 池 火 烧 山 东 北,五 大 连 池 火 烧 山 东 北,喷气-熔岩锥成因的进一步解释 中薄层(2-3m)玄武岩流 缓慢“泛流” 其表层呈熔 渣状自碎中-小稜角形碎 块 中下部仍为未固结熔 岩 但其下伏湿地 使岩 流捕获湿地水份 发生喷 气并带出部分岩浆 呈饼 状 堆积在喷气孔四周,五 大 连 池 火 烧 山,是慢速运移的玄武岩流表层的特征构造 据对现代夏威夷火山观察 当岩流一昼夜前进6米时 其顶 侧 前峰表层 呈固化-半固化结壳而岩流内部仍呈流状

7、故继续慢移 并冲破表层 如此反复 构成上层渣状自碎碎屑岩与下部熔岩共存的双层结构,火烧山,老黑山,结壳-渣状熔岩 实为熔岩自碎碎屑岩(俗称“翻花石”),冮苏句容赤山12层玄武岩流及其顶部岩流自碎碎屑岩1978,可能与之相仿的现代火山景观,类同于火烧山-老黑山的 夏威夷基洛韦厄 缓慢流动的“啊啊型”玄武岩流,夏威夷基洛韦厄火山喷发一天/几小时后游客正在观看未全固化的绳状熔岩,流动的“啊啊型”玄武岩流： 其表层呈碎块 锯齿-尖角状岩块,碎块熔岩(俗称“石海”/“石塘” 碎块最大直径5m) 由巨厚岩流 自碎形成 其成因与结壳-渣状玄武岩相仿 但因熔岩层巨厚(一般10m) 自碎碎块也就巨大,内蒙大兴安

8、岭阿尔山,五大连池 东-西龙门山,碎块最大直径 5m,冬日“石海”_碎块熔岩:,由巨厚岩流 自碎形成 其成因与结壳-渣状玄武岩相仿 但因熔岩层巨厚(一般10m) 自碎碎块也就巨大,冷泉与泥疗(药泉山)五大连池为世界三大冷泉之一(另二个是法国“维希”和俄罗斯“高加索”) 夏天刺骨凉感 含40种微量元素 因二氧化碳溶解于地下水为吸热反应所致 属重碳酸镁钙型矿泉水,羊 尾 沟,五大连池全新世火山 特征性地貌,全新世-近代中心式喷发的火山 在地貌上 以单一外倾锥体 坡角一般小于26度碎屑静止角 显著羊尾沟 无中央岩株 无环状/放射状岩墙 无塌陷构造(倾向向背)为特征 俗称马尔火山(MAAR)如大同火山

9、群 安徽女山 海南马鞍山等,火山地貌与地质年龄,圣海伦斯 1980,大同火山是我国著名 第四纪火山群之一,火成岩分类 命名 和岩浆的产生,分类是人们认识自然的阶段性总结 不能不要 火成岩分类有矿物分类和化学分类两种方法 前一种主要用于显晶质侵入岩 后一种主要用于稳晶质火山岩 火山岩因喷发-固结快 相对于侵入岩而言就较少受岩浆 之外物质“污染” 因此是研究岩石化学属性主要对象 鉴定岩石主要凭藉依据 依次是矿物-化学 而微量元素 基本不予考虑 除非前二种因素全失效 但微量元素在岩石成因示踪上有重要意义 发生岩浆有三条件 即加热 加水 减压 满足其一即可,基本观点:, 太阳系 行星有几颗? 0608

10、24 布拉格 9/8/12/53 ?,水 金 地球 火 木 土 天王 海王 冥王星,大星系 由小星系碰撞而成 形成历时 5+4亿年 由17年前的太空哈勃镜摄回 距地球6300万光年远,火成岩分类和命名 是个古老的议题 反映人们对自然界认识的阶段性总结, 人人能做到的事: 看到全岩主量化学 即能 估计它所属岩石大类 矿物组成 反之亦然,分类和命名 是不能不要的约定 又不要死守的约定 如何将数据 “看活”了 影响分类命名因素的权重 矿物组合化学成分 主量元素微量元素 简单 复杂 词根 前缀 如何尊重命名优先权 岩石命名的原则 等化学岩石和岩系, “ 地质教育中偏光显微镜： 是潮流 还是落后？ ”

11、拿学位的 要用过显微镜 (D Kile ELEMENTS 2006 2(4) 197 ) 岩石学家功底是善用“镜子”,石榴石二辉橄榄岩 福建明溪大洋窝,流纹岩石泡 江苏溧阳,凝灰岩 山东五莲,微型玄武岩火山弹,如何将数据(主量及微量比值) “看活” 了？,据火成岩矿物组合确定岩 石名称与主量 元素,如果熟悉矿物化学资料 当知道了岩石主要实际 矿物含量或最主要氧化 物含量 (%) 后 就可估 计出对应的岩石大类和 最主要氧化物含量 (%) / 最主要实际矿物组合,Pl,Kf,Q,Py,Amp,Mica,Clays,Oth-Sil,Non-sil,据火成岩矿物组合 确定岩石名称与主量元素,橄榄石

12、(Fe,Mg)2SiO4 SiO2 39% MgO 40% 斜方辉石 (Fe,Mg)2Si2O6 SiO2 54% 普通辉石 (CaNaK)Al(AlSi)2O6 SiO2 48% 角闪石 CaNaK(Al4O11)2(OH) SiO2 39% 黑云母 KAl(AlSiO3O10)(OH) SiO2 39% K2O 10% 石 英 SiO2 SiO2100% 钾长石 KAlSi3O8 SiO2 71% K2O 8% 斜长石 NaAlSi3/CaAl2Si2O8 SiO2 68-50% 霞 石 NaAlSiO4 SiO2 40% Na2O 16%,例 钾长石 SiO2%的计算 K2O Al2O3

13、 6SiO2 SiO2=60.1 6 /(44.2+102.4+60.1 6) = 71%,实 用 矿 物 化 学,橄榄石 磁铁矿/赤铁矿+Ol 钾长石 泥化(高岭 蒙脱石+绿泥石混合 石为主) 较少绢云母化 伊丁石(4种表现) 辉 石 绿泥石/蛇纹石 斜长石 绢云母化/ 绿帘石/绿鳞石/蒙脱石/长石 泥化/葡萄石/沸石 角闪石 绿泥石/黑云母 石 英 不变化/水化 纤闪石/绿帘石 /磁铁矿 黑云母 绿泥石/白云毌 霞 石 霜化(由沸 /磁铁矿/榍石/方解石/金红石 石+水铝石+水铝氧石等组成),高温氧化 中温非氧化 低温氧化,原生矿物 次生矿物 原生矿物 次生矿物,如何进一步提高显微镜下鉴别

14、能力： 岩石由矿物组成 岩相上鉴定岩石 主要鉴别以下8种造岩矿物 新鲜(无变化)矿物的鉴别 按正常途径 方法 和参数进行 对已变化矿物鉴别的关鍵 在于识别它受变化后生成的新生矿物,火成岩TAS分类图 据Middlemost 1994 ESR 37 215224,火成岩的矿物分类,( 据 IUGS ),分类 是人们对自然科学 认识的阶段性总结,岩浆成分 结晶条件,矿物成分 矿物组合,决定,反映,等化学岩石 实例 A 流纹岩 Q+Af (KfAb) B 碱长花岗岩 Q+Per (Kf+Ab) C 花岗岩 Q+Kf+Ab Q SiO2 SiO2 100% Kf KAlSi3O8 65% Ab NaA

15、lSi3O8 68%,等 化 学 的 岩 石,喷出,浅成,中深成,岩 系 和 岩 石 碱 度,CA,碱 性,亚 碱 性,碱性,碱钙性,钙碱性,钙性,Opx Na-Pyr Hor* Na-Hor* Af Foid Q, + +,+ + +? , + +,+ + ,+ + + ,+ , + + +,CA 钙碱指数, 里特曼指数, =,(Na2O+K2O)2,SiO2 43,9 3.3 1.8,51 56 61,4,+存在 缺失,*限于侵入岩,夏威夷基拉韦厄火山,产生岩浆三条件 从根处提问 从第一原理出发 增 温 玄武岩浆的底侵-供热(500) 是诱发长英质岩浆普遍途径 有复杂的与岩浆混杂的边界层

16、花岗岩中闪长质岩石包体远多于辉长质的原因 诱发玄武岩浆底侵的主因 是洋壳消减和地幔柱上升 消减作用与地幔柱活动可以结合: 北美西部 减 压 破裂导致围压降低 空隙增加 矿物岩石熔点 熔线下降 由此诱发部分熔融 生成初始岩浆 加 水(含挥发组分) 主要来自消减湿洋片,岩浆的 发生 与分异,岩浆的发生与分异,产生岩浆的二个动力学体系,全球两个独立的动力体系 地 幔 柱 耗热能 10 % 板 块 构 造 耗热能 85 % ( 据Davis 1999Dynamic Earth,火山景观 与火山地质,100331 国际空间站宇航员从太空拍摄了位于萨尔瓦多境内的 “中美洲火山弧”中段部分火山群：鏈状火山锥

17、与放射状水系 1万年之内由可可斯板块与加勒比板块碰撞-俯冲岩浆上升所致,火 山 景 观,图片编号ISS023-E-22411,071205 一次大的火山喷发 厄瓜多尔火山喷发 位于厄瓜多尔首都基多以南180km,火山喷口自然陷落 “天池”的一种成因,1980 5 美国 St.Hellens火山喷发 陷落 形成熔岩穹窿 威力相当500颗原子弹 D Farconer摄,白色 1150 金黄 1090 橙 900 鲜红 700 暗红 600,岩浆颜色与岩浆温度,熔岩高原,火山灰流,火山通道,火山岩产状,岩 床,岩 墙,岩 基,岩 枝,岩盖/岩盆,火山颈与 放射状岩墙,熔岩流,火山灰锥 与火山穹窿,层

18、火山,地质图是艺术 是千万地质学家 走来走去创造的 是地质思考的源泉,破火山口 与火山渣锥,火山渣锥,熔岩台地,火山颈 高420m SHOPROCK NEW MEXICO,0079 8 24(相当东汉) 火山喷发 18h内 城市消失 喷发物最厚23m,1720年 五大连池老黑山 漏斗形塌陷火口 d=350m,VEAUVIUS V POMPEII ITALY,火山湖的剖面图,岩 浆,湖,海下裂缝处出现新火山,海床裂缝处形成的枕状熔岩袋状部分是快速冷却造成的,地下热水供给的热喷泉和间歇泉,岩株之间凝固的岩浆,岩浆(红色),火山通道,火山灰碎石层的火山锥,寄生火山锥,云状火山灰及气体,溅出火山灰,火

19、山弹,熔岩高原,古老火山口中的次火山锥,古老的熔岩流,部分浸没在海水中的火山喷口,火山 地貌图,近年火山 1 2010年6月4日 危地马拉帕卡亚火山 喷发涌出大量熔岩 迫使周边数千居民疏散,近年火山 2 2010年3月至4月 冰岛南部艾雅法拉火山两次爆发岩浆融化约厚200米冰盖 引发洪水 火山喷发释放的大量气体 火山灰 (2- 0.1mm) 和尘 ( 0.1mm)达万米高空 对航空 气候有长期影响 冰岛共有140座火山 其中30座是活火山 冰岛本身就是由火山爆发形成,艾雅法拉火山 首次爆发于 1823年,100630_冰岛埃亚法拉冰盖火山喷发与北极光交相辉映 英国剑桥大学学生23岁詹姆斯阿普尔

20、顿 历经5天的艰苦跋涉 爬过Fimmvorouhals山口拍摄 紫色和蓝色相间的北极光 与火山喷发的明亮黄红色岩浆的映衬 更显多姿多彩,大陆玄武岩 玄武岩定义 玄武岩岩相学 玄武岩中 火山弹 捕虏体 捕虏晶 巨 晶,玄武岩 是基性火山岩类 主要由辉石和长石组成 其唯一来源为上地幔 在它爆发至地表过程 挟带地幔-地壳岩石包体和巨晶 成为人们窥探岩石圈 深部地质必由之途,玄武岩熔岩湖 KILAUEA V HAWAII,泛流玄武岩,玄武岩 一词 引自日文汉字“玄武岩” 后者系根据日本兵库县玄武洞发现的黑色橄榄玄武岩而得名 中文“玄武”两字代表中国古代神话中的北方之神 意为黑色龟蛇鳞甲之象 与玄武岩的

21、黑色 多边形 柱状节理等特点 有些吻合,玄武岩柱状节理 指示平稳厚层玄武岩流 层面冷却均匀收缩所致,横断面平均5.67边 内角多半约120,福建 龙海 牛头山,TASMANIA AUST,垂直柱体的底面 指示岩流面 古地形面,玄武岩柱状节理和泥裂的平视,柱状节理,泥 裂,贾恩茨考斯韦海岸,位于北爱尔兰贝尔法斯特西北约 80公里处大西洋的 贾恩茨考斯韦海岸 110米的断崖上 玄武岩柱状节理,The Giants Causeway Coast 1986年根据自然遗产评选标准N(I) (III)被列入世界遗产目录 形成于第三纪 距今约50-60百万年前,玄武岩岩相学,火山岩中斑晶和基质的矿物组合,K

22、om Bas And Dac Rhy Lat Phon Ol Ol Pyr Pyr Pl Amp Pyr Pyr Pyr Amp Amp Kf Bi Na-Amp Pl Pl Pl Q Pl Ti-Bi (Q) Kf (Bi) Kf Af (Q) (Amp) (Q) Pl (Pyr) (Q) (Fa) (Fa) Gl Pl Pl Pl Af Af Af Pyr Chl Af Q Pl Pyr (Ol) (Af) (Q) (Gl) (Q) (Gl) (Gl) (Gl) (Gl) (Gl),斑 晶 基 质,说明：多数火山岩 因固化迅速 组分难以鉴别与定量 故更多地依赖全岩化学法区分其岩石大类 但其

23、地内晶出的斑晶 仍反映大类特性 故宜重视 基质组分是决定岩石大类的众数 基质中Q Af与Pl 藉贝克线色散 可快速准确地相互区别 其中呈黄染色总是负突起的Af 它含Ab分子可高达50%,据此鉴别 火山岩,火山岩和矿物常用代号的含意,火 山 岩 Kom 科马提岩 Bas 玄武岩 And 安山岩 Dac 英安岩 Rhy 流纹岩 Lat 安粗岩 Phon 响 岩,矿 物 Ol/Fa 橄榄石/铁橄榄石 Pyr 辉石(Opx+Cpx) Amp 角闪石 Bi 黑云母 Pl 斜长石 Af/Kf 碱性长石/钾长石 Q 石英 Chl 绿泥石 Gl 火山玻璃,玄武岩质岩石 主要种属：一句话定义 拉斑玄武岩 斑晶O

24、px /基质含Pig 填隙物Af+Q 高铝玄武岩 Al2O316.5%的拉斑玄武岩 实为暗色安山岩 碱性橄榄玄武岩 斑晶含Ol 填隙物为Af/Zeo 可含少量Ne-norm 粗面玄武岩 基质含Or 更长玄武岩 又名橄榄粗安岩 含K质Olig 中长玄武岩 又名夏威夷岩 含K质And 苦橄岩 含Ol1/3-1/2 又称苦橄玄武岩/大洋岩 粒玄岩 一般结晶较粗 碧玄岩 Ol10% 含Ne/Leu-Norm5% 则称Ne/Leu-碧玄岩 碱玄岩 Ol70% 高FeO 无Fe2O3 高TiO2,著名玄武岩分布区,地 区 面 积 最大厚度 地 质 时 代 哥伦比亚河高原 20万km2 1500m N1 (

25、17-6Ma) 印度德干高原 52万km2 2000m K-E之间 冰岛 9万km2 E3-今 南非 卡鲁 14万km2 9000m J1-J2(206-66Ma) 巴西-纳米比亚(南美-西非) 128万km2 1800m K1(140-110Ma) 北大西洋火成岩区 100万km2 2000m K2-E(65-50Ma) 西北利亚暗色岩 150万km2 3500m P2-T(248-218Ma) 峨嵋玄武岩(川黔滇) 26万km2 3000m P2末 塔里木玄武岩 20万km2 P2末,过冷结晶与火山岩结构,无斑晶/极少斑晶 玻璃质基质,含大量斑晶 可达3060 全晶质基质,斑晶的有无 多寡

26、 和基质的结晶状态 主要取决于岩浆组分 冷却-过冷速率及其变化：,含少量斑晶 基质可由微晶 骸晶和玻璃组成,过冷结晶与骸晶结构,过冷度 增加,Af 在液相线下40内结晶为板状 更大过冷呈球粒状 或骸晶-树枝状 Ol 呈鬛刺结构 形成于强过冷强饱和条件下 Cpx 淬冷时呈中空骸晶或树枝状 Ap 过冷使之长:宽比值大于100 呈长针状 Il 钛铁矿呈不寻常板状,Pl 过冷结晶与骸晶结构如下图 随过冷度增加 呈柱/板-骸晶-树叉-球粒/束状 其他矿物如辉石磷灰石等 也有类同情况,钠长石中空骸晶结构 拉斑玄武岩中 安徽黟县 860MaBP 也见于现今大洋玄武岩 但富钙 An80,Mt 骸晶,花束状,钠

27、长石 中空骸晶结构,梳状玻璃,辉石中空骸晶结构 拉斑玄武岩中广西罗城中元古代,辉石纵切面,辉石横断面,基 质,Rhy/And,TH,复理石磨拉石,UM,几千-几万米 1/2总厚度 1/5总厚度,Sed CA UM,绿 岩 系,太古代绿岩(系/带) = 面积的1/5为绿岩系 + 4/5为花岗岩地质体 集中了全世界最重大矿产 Cu Ni Au Cr Fe U Pt及10余种非金属 科马提岩: Ol(Fo85-94%)+Glass 按MgO含量分为 橄榄岩质(20%) 辉石岩质 和玄武质(1 K2O0.9 TiO20.9 Sri=0.7028-35 贫REE 更贫LREE 形成于1450-1500,

28、鬛刺结构 见于距 岩流顶面的1/3位,科马提岩 本质上是个地质问题 橄榄石鬛刺结构仅为过冷现象 其他矿物过冷中空骸晶结构更非科马提岩标志,KOMATIITE,拉斑玄武岩(TH) 碱性玄武岩(AB) 橄榄石 无 或少并有Opx反应边 少或多 并无Opx反应边 普通辉石 低Ca 贫T i 高Ca Ti Al 可具砂钟构造 斜方辉石 Br 或 Hyp 不含 斜长石 An50-An80 An40-An60 斜长石 (同斑晶) An20-60 单斜辉石 Aug+Pig Aug/Ti-Aug 橄揽石 无 可有 富Si K玻璃 富Na玻璃 或Q/Q+Af组合(相当低共熔Gr),两类玄武岩 在岩相学上的鉴别,

29、斑 晶 基 质,填 隙 物,说明：从岩相上鉴别两类玄武岩 是对玄武岩类型的最终鉴定 如果用主量或微量元素区别玄武岩类型结果 与岩相学有矛盾则以岩相学为准 因为化学上准则是由岩相特征确切的玄武岩类型外推的 两类玄武岩在起源演化上各异 因此必需区分它们 上表中Pig要用EPMA测定 其他皆可光学识别,San Nep Zeo,Cpx,Q,Opx,Ne,Ol,Pl,SiO2 %,Na2O+K2O+%,AB,TH,45 50 55,5 4 3 2 1,Q-TH,Nep,Ol-Bas,Alk=0.37SiO2-39,SiO2 %,(Na2O+K2O)%,AB,TH,5 4 3 2 1,45 50 55,两

30、类玄武岩 在化学上的区别,(Macdonad C A 3为CAB) 虚线为过渡带,玄武岩构造环境：用Th-Hf-Ta元素判别,消减带玄武岩微量元素 (据孙贤鉥等 1989),亏 损 富 集,高场强元素 Nb Ta Ti Zr Hf 因这些元素不溶于水而滞留 重稀土元素 Yb Y,大离子亲石元素 Rb Cs Ba Sr Pb U Th K 来自亏损地幔 因它们溶于水随下降洋壳水上升 轻稀土元素 La、Ce 来自俯冲洋壳板块,如出现 Ce 负异常 是板块携带海洋沉积物标志 因富 PO4 的深海沉积 低纬度红泥 以及氧化环境中沉积物 皆明显亏 Ce,洋岛玄武岩,高K消减带玄武岩,低K消减带玄武岩,月

31、球玄武岩分布于占月球表面17%的月海 即低洼区 而月球斜长岩则 分布于高地 月球玄武岩由Ol Cpx Pig(富Fe) Pl和钛铁矿组成 其中斜长石An含量 高达75-96% 为钙长石型结构 月球玄武岩从化学上为三类 它们的Mg/Mg+Fe比值相仿而Ti相差明显 由此分出高Ti低Ti和很低Ti三类(左下图) 月球玄武岩形成于O2逸疲特低 环境 铁为Fe或Fe2+ 故无磁铁 矿 尖晶石重要 无含OH矿物 但有时呈多孔状 原因不详 月球玄武岩和月球斜长岩之间 的明显差别是 REE总量和 Eu的正/负(左图) 月球玄武岩形成于距今39-32亿年前 此值几乎接近地球岩石最古老值,月球玄武岩,月球玄武岩

32、 与 月球斜长岩,玄武岩,玄武岩,斜长岩,据矿物成分的变化 ( Ol Pl ) 鉴别洋壳剖面和火成堆晶岩,索马里蛇绿岩套剖面,斯卡嘠达火成堆晶岩剖面,200Ma BP(J1),85Ma BP(K2),135Ma BP(K1),现 今,潘基亚超大陆破裂后的全球构造格局 显示超大陆 - 冈瓦纳大陆 - 劳亚大陆 - 特提斯海 - 大洋,玄武岩研究 岩石地球化学方法,检 测 术 语,灵敏度：,即检出下限 指某分析方法在一确定分析条件下能可靠检测出试样中某元素的最低含量 它与分析方案 检测仪器内部噪音两方面因素有关,精 度：,即精密度 又称再现性和重现性 指对某一样品在相同条件下多次检测所得数据彼此的

33、接近程度 常用相对标准差 即RSD% 表示精密度,准确度：,检测含量与元素含量之间差异程度 即测定值与真实值的差异 可用地球化学标样 即标准参考物质 进行检查,元素/元素比值 在岩石中固定比值,Nb/Ta 比值,球粒陨石 17 玄武岩 17 不饱和玄武岩 2223（ 较高SiO2 ） 花岗岩 12 壳源花岗岩 9（ 有 Rut Hb 残留） 演化花岗岩 Nb TaLi F Ba （低度低共熔） TE1,3 1.00）,因Nb Ta价态 离子半径相同/相似 故在同源火成岩中 比值也相似,Zr/Hf 比值,球粒陨石38 洋脊玄武岩、大陆泛流玄武岩 造山带玄武岩 皆3340（平均 36） 金伯利岩、

34、花岗岩 其中 ：消减带玄武岩37.24.1（ Nb11ppm ） 洋岛玄武岩44.6 2.3（ Nb8ppm ） 洋脊玄武岩36.62.9 大陆和板内玄武岩3887 （ 因与水作用 ） 一般花岗岩39（ n=327 ） 伟晶岩25（ n=107 ） 高演化花岗岩 939（ TE1,31.00 ） 20（ TE1,31.10 ） 花岗岩节理中的地下水88 （ 随花岗岩熔体演化及其与水（富F）相互作用 Zr/Hf在固相中明显减少 在水相中则很高 ）,Zr/Hf1/TE1,3,因Zr Hf的价态 离子半径 分配系数 在各矿物 中相近 故同类岩石中有相似比值和变化趋势,/Ho 比值,球粒陨石 28 各

35、类岩石 28 消减带玄武岩 29.0 1.15 弧后盆地玄武岩 28.4 1.05 洋岛玄武岩 28.8 1.10 一般花岗岩 28 28 50（Y/HoTE1,3 过铝花岗岩 F 参与作用 ） 28 （与重碳酸盐作用）,对REE作图时 Y可插入Ho和Er之间,K/Rb 比值,消减带玄武岩 242 岩浆岩 平均 230 大多数地壳岩石150350 高演化花岗岩 随演化 Rb 优先进入残 （ 低度低共熔 ） 可50 余熔体； 常有流体卷入 非单一岩浆过程所致 伟晶岩 100 (富 F H2O K/Rb1/TE1,3),Sr/Eu 比值,球粒陨石139 随花岗岩演化由 70 5000 多数 100

36、 300 Sr/Eu TE1,3因 Eu 在残余熔体中增加,REE配分曲线不遵守Masuda-Coryell规则(对数直线关系) 而呈现每四个元素成一组 各组同时上凸或下凹的形态 称四重效应,M-型：高演化浅色花岗岩（低度 低共熔）和伟晶岩 是岩 浆与富 F Cl 流体相互作 用所致 其强弱与整体花 岗岩演化同步 与矿物分 馏无关 W-型：海水(生物、灰岩) 浅位地 下水 也是液-液反应所致,REE四重效应 （ 又称四分组效应 Tetrad Effect ）,四重效应强弱程度(TE1,3)量化,TE1,3=(t1t3)0.5 t1=(Ce/CetPr/Prt)0.5 t3=(Tb/TbtDy/

37、Dyt)0.5,Ce/Cet=CeCN/(La2/3CNNd1/3CN) Pr/Prt=PrCN/(La1/3CNNd2/3CN),Tb/Tbt=TbCN/(Gd2/3CNHo1/3CN) Dy/Dyt=DyCN/(Gd1/3CNHo2/3CN),各类火成岩 玄武岩 花岗岩 Nb/Ta 17 12 壳源花岗岩 9（有 Rut Hb 残留） 演化花岗岩(低共熔) Nb Ta Li F Ba TE1,3 1.00） Zr/Hf 36 大陆和板内玄武岩3887 （因与水作用） 高演化花岗岩 939 （TE1,31.00) / 20（TE1,31.10） /Ho 28 过铝花岗岩 28 / 50（Y/

38、Ho TE1,3 F 参与作用） 28（与重碳酸盐作用有关） K/Rb 230 高演化花岗岩 可50随演化 Rb优先进入残余熔体 常有流体卷入 伟晶岩100 (富 F H2O K/Rb1/TE1,3),上述元素对的离子半径相同/相似 故同源火成岩中 比值也相似,近代岩石学 岩石岩相矿物+元素(主 微 同)+大构造 几个重要的元素/元素“固定”比值及其变化,M-型: 高演化浅色花岗岩(低度低共熔)和伟晶岩 是岩浆与富F Cl 流体相互作用所致 其强弱 与整体花岗岩演化同步 与矿物分馏无关 W-型：海水(生物 灰岩) 浅位地下水 也是 液-液反应所致,REE 四分组效应 (Tetrad Effec

39、t) REE配分曲线不遵守Masuda-Coryell规则(对数直线关系) 而呈现每四个元素成一组 各组同时上凸或下凹的形态 称四重效应,四重效应强弱程度 (TE1,3) 量化 TE1,3= (t1t3)0.5 t1= (Ce/CetPr/Prt)0.5 t3= (Tb/TbtDy/Dyt)0.5 Ce/Cet = CeCN /(La2/3CNNd1/3CN) Pr/Prt = PrCN /(La1/3CNNd2/3CN) Tb/Tbt= TbCN /(Gd2/3CNHo1/3CN) Dy/Dyt= DyCN /(Gd1/3CNHo2/3CN),Hart (Nature 1984 309 75

40、37),DMM EMI EMII HIMU,亏损地幔 是MORB的源区 富集I型地幔 是受软流圈流体作用的 交代地幔或是智利型俯冲带下插的 大洋遭构造剥蚀作用形成 富集II型地幔 是俯冲和再循环的 大陆物质与地幔岩发生混合作用产物 异常高 238U/204Pb 型地幔 代表古老变质洋壳,火 山 与 地 震,火山与地震 几乎都不能预报 地震瞬间成灾 其突然性远比火山喷发可怕 火山喷发前往往有地震 故可作一定预测 但灾害波及大 二者 几乎都与地质构造活动有关,全球火山分布1990-2000 from SI (/world/find_regions.c

41、fm ),全球地震 震中分布 from USOS,全球火山 与 震中分布 (一致与不致性同在),中国潜在地震区域 红色越深 地震发生的危险性越大 from http:/www.air-,中国西部地震 起因于印度板块和欧亚板块碰撞 from /mail2vijayreddy/WorldAtlas/photo#5176003781132706594,中国西部 地震起因与 潜在危险,地震 “一条线” ：地震起因之一,火 山 喷发流 喷发类型 油气儲集空间,三种火山喷发流,识别裂隙式 中心式火山的地质标志,裂隙式 喷 发,喷发带,裂隙带(旋回早期)标志,碎斑熔岩 岩墙群 中心式火口串珠状排列 围岩地层

42、同斜 裂隙口岩流紊乱,侵入体 次火山岩体,喷发中心连结成带(旋回晚期) 众多中心式火山,中心式 喷 发,岩浆上升-喷发,辐射状裂隙 /岩墙 /岩脉,链状裂隙/ 岩墙/岩脉,内倾 30-75 中心比边陡,近于 同时,岩浆收缩,环状裂隙与岩墙 ( 一般外倾 70少内倾 ) 塌陷 产状内倾 ( 上缓下陡 外缓内陡 ),岩浆侵入和侵出,中央岩株 岩颈 岩钟 岩针,构成塌陷破火山,南京瓜埠山 裂隙型溢流“渠首”处 形成方向杂乱的柱状节理 陶奎元 摄供,中心式火山喷发,090322_阿拉斯加活火山口内 的奇异放电现象,裂隙式 火山喷发,高180m火幕 1984年5月 Manua Loa V Hawaii

43、from Right:D.A. Clague（USGS ),“三孔” 可有较好孔隙度 渗透率 孔 ( 原生/次生孔隙 占有效儲集空间70-95% ) 爆发空落火山碎屑岩 隐爆或射气流火山碎屑岩 火山颈碎屑岩 各类侵入火山岩或次火山岩中原生孔隙 火山碎屑流冷却单位的上部 熔岩自碎碎屑岩上部层 火山岩古风化壳 缝 ( 原生节理/冷凝缝/后生构造缝 占30-5% ) 断陷盆地断裂界面 冷却单位间界面层 板状侵入体或次火山岩与围岩斜接触界面 洞 ( 晶洞/溶洞 ),盆地火山岩油气藏的儲集空间,流 纹 岩,流纹构造 是鉴别流纹岩 常用有效标记 流纹构造五种表现 1 颜色条带 2 矿物定向排列条带 3 微

44、晶/雏晶 定 向排列条带 4 球粒/珍珠/气孔构 造和浆屑/变形波屑 定向排列条带 5 泡沫熔岩中岩浆/浆 屑条带,但多数流纹岩 不显流纹构造,流纹质 火山碎屑岩,对比上下二者,角砾凝灰岩,正 反 两 面,流纹构造 岩相学表现,颜色条带,球粒构造定向排列,珍珠构造定向排列,Mt雏晶定向排列,气孔定向排列,流纹岩基质及其脱玻化,流纹岩中 基质对斑晶 的熔蚀 ( 吸回RESOPTION),微花岗结构 (单偏光镜下用贝克线色散区分Af与Q),高温石英假像 (锥面远比柱面发育),玻屑凝灰岩 由玻屑和玻璃质尘埃组成 玻屑 弧面多角形,弧面多角形玻屑,残留气孔壁状,玻璃质尘埃,熔 结 凝 灰 岩 (Ign

45、imbrite),是火山灰流产物 由浆屑 玻屑和火山尘埃 三部分构成 浆屑 为具双重(过冷却)结构的 饼状受“破碎”的岩浆体 玻屑 为破裂的岩浆气孔(泡)壁 原形呈弧面多角形 它在负荷压力下受压而扁平 称变形玻屑 原形和变形 玻屑共存是识别熔结凝灰岩标志 前者见于晶体旁侧 火山尘埃 为粒状 多角状微粒玻璃(岩浆成分 微米级),灰流剖面(一个冷却单元）,Tuff,Ig,Tuff,弱熔结 熔结 强熔接 (距底面1/3),玻 屑,浆 屑,变形玻屑与浆屑,未破裂气孔/壁,熔结凝灰岩 岩相学标记,浆屑 具双重 结构 含颜色条带,强变形细纹状玻屑,变形/未变形玻屑,流纹质 泡沫熔岩 (近火口相),与熔结凝

46、灰岩的区别是 其基质为熔岩/熔岩结构 与流纹质熔岩的区别是 它含条带状浆屑 (cm至 m级别),具双重结构的浆屑,浆屑中变形玻屑 斑晶,基质熔岩结构,珠边结构 (周金城建议) 超浅成-侵出相的岩石学标记 产状：岩体/岩席/岩墙,Bt,Q,Hb,Af,超浅位环境下 基质岩浆在来自地内晶出的各种斑晶周边过冷 而该斑晶又继续生长 即外生(overgrowth)并包裹基质岩浆 后者珠边状故名,凝 灰 岩,晶屑是最普通组分 其次是岩屑和玻屑 填充其间的弧面多角形火山尘粒径不足0.1mm,石泡流纹岩_浙江新昌大佛寺,流纹岩中球状体 可能为后生成因 具水平流纹构造 产于浙江缙云 俞云文提供,断面,顶视,石泡流纹岩中球状构造 江苏 溧阳 火山岩旁稻田中,K2,造山带火山岩系,造山带火山岩系的划分 ( Peccerillo et al. 1976 CMP 58 63-81 ),SHO 橄榄安粗岩系 HK - CA