地球科学概论岩浆与变质.ppt

1、岩浆作用,一 、岩浆及岩浆作用的概念 二 、岩浆的喷出作用火山作 三 、岩浆的侵入作用 四 、岩浆岩的类型和结构构造 五 、岩浆的演化,岩 浆 作 用,岩浆是在地壳深处或上地幔形成的、以硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融体 岩浆的主要成分为SiO2，其次为金属硫化物、非金属氧化物和挥发组分（H2O、CO2、CO、H2S、NH4） 岩浆形成后，沿着构造软弱带上升到地壳上部或喷溢出地表，在上升、运移过程中，由于物理化学条件的改变，岩浆的成分又不断发生变化，最后冷凝成为岩石，这一复杂过程称为岩浆作用 所形成的岩石称为岩浆岩,根据岩浆是侵入地壳之中或是喷出地表，岩浆作用可分为侵入作用和喷

2、出作用 相应地，所形成的岩石分别称为侵入岩和喷出岩（或火山岩） 根据SiO2含量，岩浆可分为四种基本类型，即酸性岩浆（SiO265）、中性岩浆（5265）、基性岩浆（4552）和超基性岩浆（45）,一、喷出作用,喷出作用又称为火山作用 按据岩浆成分、喷出通道形状以及喷出环境火山通道的形状，可分为: 溶透式喷出岩浆熔透地壳而喷出地表的作用。通常形成于地壳发育初期，因地壳薄而易被大面积熔透。又称区域喷发。 裂隙式喷发岩浆沿一个方向的大断裂或断裂群上升，喷溢出地表,裂隙式,（1）火山口呈线状或串珠状； （2）以基性的熔岩流为主，无爆炸现象； （3）往往呈大片流出，流动面积可达几十万km2 ，形成熔岩

3、被、台地、高原等； （4）地史早期多见。现代及近代主要集中于大洋中脊和大陆裂谷带上。二叠纪峨眉玄武岩属大陆裂隙式喷发。,平面上呈点状 一般为中、新生代以来主要类型（因地壳厚） 一般位于两组断裂的交叉点上 按喷发剧烈程度可分为三种形式：宁静式、爆烈式和递变式,中心式喷发 喷发物沿火山喉管喷出地面，平面上成点状喷发,猛烈式又称培雷式,具突发性特点。以中酸性岩浆为主，由于其含气体多、粘性大、流动慢、冷凝快，因此常在火山喉管中凝固，像“塞子”一样堵住火山通道。随着下部岩浆的不断聚积，内部压力积累得极为强大，当压力大于“塞子”阻力时，就会发生骤然的猛烈爆炸 岩石被炸碎，大量气体、岩屑和岩浆团块喷向天空，

4、然后再降落到火山口周围堆积。 这类火山以西印度群岛上的培雷火山为代表 19O2年5月8日，培雷火山突然爆发，山脚下一座海岸城市圣皮尔，在几分钟内被灼热的火山灰流所毁灭，28000名居民除两人外全部遇难,宁静式又称夏威夷式,以宁静地溢流出炽热熔浆，无爆炸 熔浆以基性为主，具有含气体少、粘度小、流动快 以夏威夷群岛的火山为此类代表 岛上的莫纳罗亚火山是世界上最大的活火山，它的熔浆溢出十分宁静，可到现场观看,递变式是以猛烈式和宁静式有规律地交替,1 气态喷出物 以水蒸气为主（70%90%），此外有CO2、SO2、N2、H2S以及少量CO、H2、HCl、NH3、NH4Cl、HF等 。 当温度超过500

5、时，气体喷出物成分主要为氯化物：NaCl、KCl、FCl2等，称干喷气，无水蒸气。,火山喷出的产物,2 液态喷出物 火山的液态喷出物称熔浆；可分为三类：酸性熔浆、中性熔浆、基性熔浆 （1）酸性熔浆：SiO2含量高，铁镁矿物（FeO、MgO）含量低，色浅、比重小、粘度大，流动慢。冷凝后形成的岩石称流纹岩。 （2）基性熔浆：SiO2含量低，铁镁矿物含量高，色深、比重大、粘度小，流动快，冷凝后形成的岩石有玄武岩。 （3）中性熔浆：介于上两种之间，形成的岩石为安山岩。,熔岩流（lava flow）：熔浆喷出地面后沿地面流动形成的流体。熔岩流冷却后称为熔岩 熔岩流和熔岩瀑布,常见的有2种类型： a枕状熔

6、岩： 基性熔浆水下喷发的产物。 基性熔浆在水下凝固时首先表面结成硬壳，并由于冷却收缩而出现裂隙，而壳内的熔浆尚未固结，这样熔浆就可能从裂隙中流出； 流出的熔浆表面又形成冷凝的硬壳，由于冷却收缩及内部压力硬壳又发生破裂，尚未团结的熔浆又从裂缝流出； 结果使整个熔浆分成许多小股熔浆，最后冷凝固结，并因在完全硬化前受重力作用与周围物体的互相挤压而成为枕状体,熔浆在冷凝固结过程中，如果成分均匀，地形平坦，而且缓慢冷缩，就可能围绕一些大致成等距离排列的凝结中心收缩，从而形成垂直于冷凝面的裂隙，把岩石分割成多边形柱状体，这种裂隙称为柱状节理 最常见的是玄武岩中的六边形柱状节理，其次也有五边形、四边形、七边

7、形等。,b结壳熔岩波状熔岩： 基性熔岩表面先冷却形成薄壳，而下面未冷却的岩浆继续流动并拖拽上面的薄壳而形成波状或绳状结壳,3 固态喷出物：由于气体的膨胀力及其所派生的冲击作用，使火山喉管及火山口附近的岩石被炸碎并抛射出来，未冷凝的岩浆呈团块、细滴喷射出来并在空中或落地后凝结为固体，它们均属于固态喷出物，统称为火山碎屑物，按直径的大小可分为以下几种： （1）火山弹（volcanic bomb）火山集块64mm； （2）火山角砾（火山砾、火山砂）：264mm； （3）火山灰：2mm 0.05 ；火山尘：0.05mm,火山碎屑物质落到地面被胶结在一起形成的岩石称火山碎屑岩。包括凝灰岩、火山角砾岩和集

8、块岩。,火山角砾岩,火山凝灰岩,火山有时给人类带来了极大的灾难，但也给人类带来好处: 1 火山排出的大量水蒸气是地球上水的主要来源之一； 2 火山灰散布到地表可形成肥沃的土壤； 3 形成天然矿泉与温泉； 4 火山喷出物中的硫、氯化钠、氯化钾可形成有用矿产（金刚石主要形成于火山通道中),二、侵入作用,岩浆侵入地壳中但未喷出地表时称为侵入作用， 侵入的岩浆冷凝后形成的各种各样的岩浆岩体称为侵入体 侵入体周围的岩石叫围岩 根据岩浆侵入深度的不同，可分为深成侵入作用（深度3km）和浅成侵入作用（3km），相应地，侵入体也分为深成侵入体和浅成侵入体,深成侵人体,深成侵入体是地下深处高温高压环境下形成的岩

9、浆岩体，由于形成时的温度和压力均较高，因而岩浆冷凝缓慢，岩石多为全晶质中粗粒结构。岩体规模较大， 围岩受岩浆高温影响，变质现象较强，范围较广 常见的有岩基、岩株两种,岩基是侵入体中规模最大的一类，面积大于1O0km2，最大可达数万平方公里。平面上一般呈长圆形，长数十公里，甚至几千公里，宽可达1OOkm以上。岩基一般为中酸性岩浆冷凝而成，多由粒度较粗而成分稳定的花岗岩或花岗闪长岩等组成 岩株是深处的岩浆穿入地壳薄弱地带形成的一种侵入岩体，平面上近圆形或不规则状，接触面较陡，规模较大，出露面积小于1O0km2。有的岩株独立产出；有的向下与岩基相连，为岩基的顶部突起部分花岗闪长岩类为主,浅成侵人体,

10、是在地下较浅部位（通常为3km以内）形成的侵入岩体。浅成侵入活动接近地表，岩浆冷凝较快。矿物结晶颗粒细小，岩石常为中细粒结构或斑状结构 浅成侵入体的规模一般较小，可见底部边界。按照侵入体产状与围岩的关系分为协调和不协调两类，前者常见的有岩床、岩盆、岩盖等，后者常见的为岩墙,岩床又称岩席，是厚度较小而面积较大的层状侵入体，与其顶、底板围岩平行，接触面平坦，中部稍厚，向边部逐渐变薄以至尖灭 岩盆中央部分厚度大，边缘厚度小，中间微向下凹的盆状侵入体。岩盆是岩浆侵入到岩层之间，其底部因受岩浆的重力而下沉，故中央凹陷；或岩浆侵入到构造盆地中形成的,岩盖(岩盘)，是上凸下平的穹窿状侵入体。由岩盖中部到边部

11、，其厚度迅速变小而尖灭。岩盖规模一般不大，底部直径约36km，最厚处通常小于1km，地表出露形态常为圆形、椭圆形 岩墙厚度比较稳定且近于直立的板状侵入体，长度为厚度的几十倍甚至几千倍，厚度一般几十厘米至几十米，长几十米甚至几千米。在一个较大区域内，岩墙很少单一产出，常常是几十条、几百条有规律地分布，形成岩墙群。小型的为岩脉,岩浆岩 岩浆侵入到地壳内部或喷出地表冷凝而成的岩石岩浆岩,（一）岩浆岩的类型 据SiO2含量的多少，可以将岩浆岩分为超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四大类，按照产状及结构、构造进一步可分为若干类。,（二） 岩浆岩的结构和构造 1 岩浆岩的结构 是指岩石中矿物的结晶程度、矿物

12、颗粒大小以及矿物颗粒的相互关系,斑状结构,2 岩浆岩的构造：组成岩石各部分之间的空间分布和排列特征 （1）块状构造：矿物颗粒分布均匀、无定向排列且致密。,花岗岩,闪长岩,辉长岩,（2）流纹构造：由不同颜色的条纹或拉长的气孔定向排列而成的构造，常见于酸性喷出岩中。,（3）气孔构造和杏仁构造： 常见于喷出岩中，由于熔岩冷却时, 尚未逸出的气体残留在岩石中而形成的大小不等的空洞称为气孔构造； 当气孔被后期物质充填后形成形似杏仁称之为杏仁构造。,（4）枕状构造：,岩浆的演化,原始岩浆是由上地漫以及地壳物质局部熔融而产生的最初岩浆。原始岩浆从地壳深处上升，通过各种演化可以派生出种类较多的次生岩浆 原始岩

13、浆的种类总是比较少的，但地壳上分布的岩浆岩却很多 目前，地表见到的岩浆岩不下百余种 这主要是由于岩浆演化过程中发生的岩浆分异作用和同化作用的结果,岩浆的分异作用,岩浆是复杂的含有挥发组分的硅酸盐熔融体，在长期岩浆活动过程中，随周围的物化学环境的改变，岩浆本身性质也就不断地发生适应环境的变化 岩浆的分异作用是指成分均一的岩浆，在没有外来物质加人的条件下，由于物理化学条件的改变，分化为若干成分不同的岩浆的过程 可以发生在岩浆尚未上升之前，也可以发生在上升的过程中 分异方式主要有熔离分异作用、结晶分异作用和气态分异作用三种,熔离分界作用这种分异作用是在岩浆结晶之前的液态状况下发生的，所以又可叫液态分

14、异作用。熔离分异是指原来均匀的岩浆在冷却过程中，主要受重力及温度的影响，分成两种或多种成分不同的互不混合的岩浆的过程 浆中除以硅酸盐成分为主外，还有其它物质如硫化物及氧化物等。在高温高压条件下，它们可以混熔在一起， 但当岩浆向上侵人，温度、压力降低时，岩浆中的某些成分便要分离出来，重者下沉，轻者上升 超基性岩中的铬、铂、镍、铁等往往先沉淀,结晶分异作用在岩浆的缓慢冷却过程中，各种组分因熔点温度不一，不能同时结晶出来，而是按照一定顺序先后结晶。在先结晶的矿物中比重大的下沉，轻的上浮，和未结晶的残余岩浆分开。在岩浆冷凝结晶过程中，各种成分按一定顺序结晶而从岩浆中逐渐分离出来的过程称结晶分异作用 岩

15、浆在冷却过程中，各种成份按一定顺序结晶而从岩浆中分离出来的过程 暗色矿物结晶顺序：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母 浅色矿物结晶顺序：钙长石、钠长石、钾长石、石英,气态分异作用分异作用到了最后阶段，分化出来的残余岩浆中含有很多挥发性物质成分 特点是熔点低，挥发分高，另外因其化学活泼性强，可以和岩浆中各种金属元素，特别是稀有元素结合成挥发性化合物。当温度和压力减低时，它们便从岩浆中分离出来，集中在岩浆的上部或扩散到围岩的裂隙和空隙中去 这种在岩浆分异作用的后期，大量挥发性成分从岩浆中分离出来的过程称气态分异作用,同化混染作用,岩浆与其所侵入的围岩之间，在化学成分及物理状态上都有很大的差异。因此，当岩

16、浆侵人到围岩中时就会发生变化 岩浆熔化围岩，使围岩中某些化学成分通过化学反应或直接熔融而加人到岩浆中去，使岩浆成分发生改变的作用称为同化混染作用 强度与岩浆的热力有关。温度高的岩浆，熔化强 还与围岩的化学成分、裂隙发育程度、岩浆所处的深度、岩浆体的大小和成分等因素有关 原始岩浆的种类虽是有限的，但通过岩浆的分异作用和同化混染作用会使其发生复杂变化，它是岩浆岩岩石类型多样性的重要原因,变质作用,在地下特定的地质环境中，由于物理、化学条件的改变，使原有岩石基本上在固体状态下发生物质成分与结构、构造变化而形成新岩石的地质作用 由变质作用所形成的新岩石称为变质岩 变质作用的原岩可以是沉积岩、岩浆岩及变

17、质岩,一、变质作用的因素,温度温度往往是引起岩石变质的主导因素 它可以提供变质作用所需要的能量，使岩石中矿物的原子、离子或分子具有较强的活动性，促使一系列的化学反应和结晶作用得以进行 温度增高还可使矿物的溶解度加大，使更多的矿物成分进入岩石空隙中的流体内，增强了流体的渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程 变质作用的温度范围可由150200oC直到70O9OO,温度升高的原因有 1岩浆活动带来的能量 2. 大断裂活动时摩擦生热 3. 地幔深部热流的上升,压力压力也是变质作用的重要因素，根据压力的性质可分为静压力和动压力。 静压力又称围压，是由上覆岩石的重量引起的压力。它具有均向性，并

18、且随着深度增加而增大。静压力的作用在于使岩石压缩，导致矿物中原子、分子或离子间的距离缩小，促使矿物内部结构改变，形成密度大、体积小的新矿物 动压力是由构造运动所产生的定向压力。由于动压力只存在于一定的方向上，因而使得岩石在不同方向上产生了压力差。这种压力差在变质作用中有着十分重要的意义。它可以引起矿物的压溶作用，即在平行动压力方向上溶解较强，物质迁移到垂直动压力方向上沉淀，导致原岩发生矿物的重新分异与聚集，造成矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，从而改造了原岩的结构与构造,化学活动性流体化学活动性流体是指在变质作用过程中存在于岩石空隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的流体。这种流体的组分

19、以H2O及CO2为主，并包含有多种其它易挥发物质及其溶解的矿物成分 促使矿物组分的溶解和迁移，引起原岩物质成分的变化；而且，这种流体作为固体与固体之间发生化学反应的媒介具有极重要的意义，因为固体之间的化学反应涉及到物质组分的交换，如果没有流体媒介，这种反应极其缓慢 流体的存在还会大大降低岩石的重熔温度，使变质作用的高温界限变低,二、变质作用的方式,重结晶作用岩石在固态下，同种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成粗大颗粒的作用，在这一过程中并未形成新矿物隐晶质石灰岩（主要成分方解石）大理岩（亦为方解石） 重组合作用在变质作用的温度、压力范围内，在原岩总体化学成分基本保持不变的情况下

20、（挥发分除外），原有矿物或矿物组合转变为新的矿物或矿物组合的作用。重组合作用的主要特点是除水和二氧化碳参与外，一般无物质的带入带出，有新矿物的形成和原矿物的消失,可分为同质多相转变和脱水（及水化）反应。 1同质多相转变 不包含H2O和CO2的释放或吸收的固相之间的变质反应。 红柱石、 蓝晶石 、夕线石（Al2SiO5）之间的转变 （低温低压） （低温高压） （高温高压） 它们的成分相同，但在不同温压下表现为三种不同的矿物（质点排列方式结构发生变化）。 2脱水（及水化）反应：原有矿物或矿物组合随温度升高，释放出水而形成另一种矿物的过程。 Al4(Si4O10)(OH)18+4SiO22Al2Si

21、4O10(OH)2+2H2O 高岭石 石英 叶腊石 Al(Si4O10)(OH)2 Al2SiO5 + 3SiO2 + H2O 叶腊石 红柱石 石英,交代作用变质过程中，化学活动性流体与固体岩石之间发生的物质置换或交换作用，其结果不仅形成新矿物，而且岩石的总体化学成分发生改变 交代作用是在开放系统中进行的，反应前后岩石的总体化学成分发生改变，既有物质的带入与带出，又有新矿物的形成 Na+ + KalSiO3O8NaAlSi3O8 + K+ （含钠离子的流体与钾长石作用） (带入) （钾长石） 钠长石 （带出）,三、变质作用的基本类型,接触变质作用在岩浆侵入体与围岩的接触带上，主要由岩浆活动所带

22、来的热量及挥发性流体所引起的一种变质作用 接触变质作用的主要变质因素是温度及化学活动性流体，压力居比较次要的地位 发生在高温、低压的变质环境之中 深度多在10km以内 c 常形成由岩体向外变质程度逐渐减弱的环带状接触变质带变质晕,按引起接触变质的主导因素及变质作用方式的不同，接触变质作用可分为: 接触热变质作用 引起接触变质的主导因素是岩浆侵入造成的温度升高，变质作用的方式主要为重结晶作用和重组合作用，变质作用前后岩石的总体化学成分无显著改变 接触交代变质作用 引起变质的因素除温度以外，从岩浆中分泌的挥发性物质所产生的交代作用具有重要意义。在这一过程中原岩有物质成分的带入和带出，因而变质前后原

23、岩总体化学成分有显著变化，同时伴有大量新矿物产生,动力变质作用在构造运动所产生的定向压力作用下，岩石发生的破碎、变形以及伴随的重结晶等的作用、这种变质作用主要发生在构造运动使相邻的两个岩石块体之间发生相对运动时的接触带上，这种接触带被称为断裂带或断层带，所以，动力变质作用又被称为断裂（或断层）变质作用,指由于地壳运动产生的构造应力使岩石发生破碎、变形和重结晶的作用。 特征有： a 呈线状或带状分布； b 主要发生在断裂带附近; c 变质带宽度可从几cm到几十km，长度几km到几百km（大型的动力变质作用多见于高大的褶皱山系）,区域变质作用在广大范围内发生并由温度、压力及化学活动性流体等多种因素

24、共同引起的一种变质作用 区域变质作用影响的范围可达数千至数万平方公里以上，影响深度可达30km以上。温度下限约2OO300，上限约700800，静压力随深度不同变化在几十到一千多兆帕斯卡之间，除静压力外，还存在着较强的定向压力作用 区变常常和构造运动有关。构造运动可以对岩石施加强大的定向压力，使岩层弯曲、柔皱、破裂；也可以使浅层岩石沉入或卷入地下深处，以遭受地热增温和围压的作用,区域变质作用按照所处的压力（围压）与温度环境可概略地分为: 低压区域变质作用 深度较浅，一般小于15km；压力较小，一般为2004O0MPa；温度通常较高，可达600oC以上；局部或暂时性的地温梯度很高，约256OoC

25、/km，通常属于高热流或地热异常区 中压区域变质作用 发生的深度较大，一般大于10km；压力也较大，一般30080OMPa；区域地温梯度中等，一般1625oC/km，平均20 km；温度随深度不同而不同，一般为300600 高压区域变质作用 发生的深度大，一般大于1Okm；压力大，一般30010OOMPa，甚至更高，并且伴有强的构造动压力作用；温度较低，一般只有2OO400；局部或暂时性的地温梯度很低，一般716oCkm，平均只有1OoCkm左右,混合岩化作用由变质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用 最主要特征是，原岩局部或部分重熔的熔体物质与尚未重熔的固态物质发生互相交插与混合 通常是区变作用在地热流增高下进一步发展的结果 随着区域变质程度的不断加深