地球科学概论第九章 (1)

地球岩石圈由三大类岩石组成: 沉积岩、岩浆岩、变质岩
第一节 岩石圈物理状态
沉 积 岩
松散的沉积物经过压实、胶结或重结晶形成的岩石叫沉积岩
沉积岩 一般只保存在温度低于 200℃， 静岩压力在200MPa 以下的环境中
(第六章) 主要通过介质水的剥蚀、搬运、沉积而形成，
所以也叫水成岩。

图9-1 岩石圈内部温度、静岩压
力变化与三大类岩石的形成 岩 浆 岩
温度高于700 ~ 900度时，岩石易形成岩浆 由岩浆冷凝而形成的岩石叫岩浆岩
变 质 岩
岩石圈内大部分岩石 在温度较高（700-200℃）
静岩压力较大（上百到上千MPa 之间） 局部定向压力（即构造应力）较大 地内流体的作用下，仍保持固态
使物质成分或结构、构造发生了很大的变化，形成另一种岩类，叫变质岩
岩石圈内岩石的矿物成分与岩石结构、构造发生变化的主要影响因素: 温度 静岩压力 构造应力 化学活动性流体
构造应力
三度空间中各方向的压力不相等。

也称定向压力。

岩石在构造应力作用下，矿物颗粒可以在固体状态下经塑性变形而被压扁、拉长，呈现出特殊的定向结构，这是变质岩的特殊的岩石结构。

花岗岩糜棱岩热流体
来源：岩浆活动的晚期，一些气体、挥发分（H2O，CO2，Ｓ，…）以流体的形式从岩浆中分离出来。

地表水也会向下渗透，达地下数千米、数万米深处。

作用：可以改变岩石的矿物成分，或发生重结晶作用，形成新的变质岩。

可携带较多有用元素，在适当条件下结晶、沉淀下来，成为矿床。

当岩浆自海底喷出时，携带了
各种有用元素的气体挥发分就可以
与海水结合，迅速冷凝、堆积在海底
形成富含贵金属或有色金属的“黑
矿”或其它硫化物矿床。

热水溶液喷
出海底，常在海底构成“黑烟囱”
各类岩石的分布范围
在岩石圈表层的大陆及其邻近海域（分布面积）：沉积岩70％，岩浆岩20％，变质岩10％
从全球表层的分布面积情况看：沉积岩20％，岩浆岩86％，变质岩4％
从岩石圈的体积上看：沉积岩5％，岩浆岩35％，变质岩60％
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第二节岩浆活动
1、温泉或喷泉
在某些岩石圈内破碎带或断裂面附近，可以从地下流出热水、或热蒸汽，形成温泉（低于100℃）或喷泉（高于100℃）
2、岩浆与岩浆作用
岩浆是局部形成于地壳深部或上地幔的软流圈，以硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融体。

经过岩浆熔融之后，再冷凝下来的岩石，都叫做岩浆岩（也称火成岩）。

岩浆类型
按照硅酸盐中SO２含量的多少，岩浆可分为四种基本类型：
酸性岩浆（SiO２65％）
中性岩浆（SiO２65～52％）
基性岩浆（SiO２52～45％）
超基性岩浆（SiO２ 45％）
岩浆的特点
酸性岩浆中，由于SiO２高，硅氧四面体链较多，使岩浆粘度较大，不易于流动，常起源于地壳下部。

基性或超基性岩浆，SiO２含量低，岩浆粘滞度则小，岩浆显得易于流动，常起源于岩石圈下部或软流圈。

美
国
西
部
的
火
山
颈
岩浆作用
岩浆形成之后，常沿着静岩压力较小的破碎带或软弱带向上运移或喷溢到地表面上来，这个作用过程就称为岩浆作用。

岩浆在向上运移、侵位后，在地壳上部某处冷凝下来，此作用过程就叫侵入作用。

此时冷凝而成的岩石就称为侵入岩。

岩浆直接喷出地表后，才冷凝成岩的作用过程叫火山作用。

喷出地表的岩浆，冷凝而成的岩石叫做火山岩或喷出岩。

岩浆分异作用
岩浆在向上运移和冷却过程中，由于重力作用或物理、化学条件的影响，使成分比较均一的岩浆分异为几种成分不同的岩浆，并进而冷凝而成为各种不同的岩浆岩，这种过程就称为岩浆分异作用。

岩浆中熔点较高的、富含铁镁的硅酸盐矿物（如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等）优先结晶，它们在岩体边部的含量较高；
而熔点较低的、铝硅酸盐矿物（如钾长石、斜长石、石英等）后结晶，则在岩体上部与中央部分相对集中些。

同化作用
岩浆在向上运移过程中还可以利用较高的温度局部熔化周围岩石，或者以其较高的流体压力冲破围岩的阻挡而向上侵位，使围岩破碎并落入岩浆体内，使其逐渐趋向于变成岩浆体的一部分。

混染作用
岩浆不断熔化各种围岩的结果，岩浆本身的成分也发生了“混染”。

岩浆正是在这种不断改变周围岩石成分与产状的过程中，同时不断地改变着自身的成分
与结构，使岩浆作用呈现为千变万化的复杂过程。

3、喷出作用
岩浆喷出地表即形成火山。

火山的类型：
按火山活动的时间分类
死火山：即人类历史以来不再活动的火山。

休眠火山：在人类历史上曾经有过活动而近百年来停止活动的火山。

活火山：现在正活动的火山。

海南琼北火山锥
长白山天池点击播火山喷发类型：
按照火山通道的形状，可分为裂隙式火山与中心式火山。

裂隙式火山常沿一条大断裂或断层群展布。

这种火山常长达数万米，而喷口宽
度很窄（数百米），或者火山口沿断裂带呈串珠状排列，深部可连成岩墙状通道。

中心式火山的喷发物沿火山颈喷至地面，平面上呈点状分布。

火山颈多位于两
组断裂的交叉点上。

冰岛火山线中心式喷发
按照爆炸的强弱程度，可将中心式喷发分为：猛烈式、宁静式和递变式。

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火山喷出物：
气态喷出物：以水蒸气为主，含量达70%以上，此外，有CO2、SO2、N2、H2S以及少量的CO、H2、HCl、H3、
NH4Cl、HF等。

液态喷出物：火山喷初的液态物质称为熔浆，熔浆与岩浆的区别在于前者挥发分较少。

熔浆冷凝后形成的岩石称为熔岩。

按SiO2的含量主要分为酸性、中性和基性三类，而超基性熔
浆为数不多。

固态喷出物：由于气体的膨胀及其所派生的冲击作用，是火山喉管基火山口附近的岩石
被炸碎并抛射出来、为冷凝的岩浆呈团快、
细滴喷射出来并在空中或降落后凝为固体，
也统称火
山碎屑物。

枕状
波状熔岩
火山地形
中心式火山喷发形成的地形常呈锥状，称为火山锥。

在火山锥的顶部常有低洼的部位，
略呈圆形，边缘很陡，火山物质由此喷出，称为火山口。

火山喷发停止后，火山口积水就成为火山口湖。

与火山口相连的岩浆通道叫火山喉管（也称火山颈）。

裂隙式喷发形成的地形为熔岩流和熔岩被。

美
国
西
部
的
火
山
颈
如果岩浆成分均匀，地形平坦，而且缓慢冷缩，可形成垂直于冷凝面的裂隙，把岩石分
割成多边形柱状体，称为柱状节理。

3、喷出作用
1、火山类型
按活动时间：死火山、休眠火山、活火山
火山通道形状：裂隙式、中心式（猛烈式、宁静式、递变式） 2、火山喷出物
气态、液态、固态
3、火山地形
中心式喷发：火山锥、火山口（湖）、火山颈
裂隙式喷发：熔岩流、熔岩被（柱状节理）
4、侵入作用
岩浆经过向上运移、逐渐冷却，最终在地壳上部冷凝下来的过程称为侵入作用
侵入的岩浆冷凝后形成的各种各样岩浆岩岩石体称为侵入体，侵入体周围的岩石叫围岩。

根据岩浆侵位深度不同，岩浆岩可以分为：
深成侵入体（深度＞３千米）。

深成侵入岩体规模一般较大。

浅成侵入体（深度０～３千米）浅成侵入体为岩浆侵入到接近地表处才冷凝下来的。

剥蚀出岩体
如何知道？（剥蚀、钻孔、地球物理勘探）
5、岩浆岩体的产状
是指岩体的形态、大小、与围岩的接触关系以及它形成时所处的深度与环境。

岩浆岩的产状可以分为：
深成侵入体（深度＞３千米）常见的为岩基和岩株
浅成侵入体（深度０～３千米）常见的产状有岩床、岩墙、岩盖、岩盆。

规模一般较小（几十—上千米），喷出岩体火山锥、熔岩流、熔岩被
火山岩产状6、岩浆岩的主要特征
岩浆岩主要由橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、钾长石和石英等７种矿物所组
成。

可分为暗色矿物和浅色矿物两大类。

暗色矿物包括橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等。

浅色矿物包括钾长石、斜长石与石英。

常见的侵入岩：
酸性岩类——花岗岩
花岗岩
中性岩类——闪长岩
基性岩类——辉长岩
超基性岩类——橄榄岩
碱性岩类——正长岩
常见火山岩：
酸性岩类——流纹岩
中性岩类——安山岩
基性岩类——玄武岩
超基性岩类——科马提岩
碱性岩类——粗面岩
超浅成岩：超基性岩类——金伯利岩（角砾云母橄榄岩）——金刚石
母岩
通常把岩浆岩中暗色矿物的百分含量称为色率。

超基性岩暗色矿物含量一般约９０％，基性岩约５０％，中性岩约３０％，酸性岩约５～１０％。

色率不但反映了岩石中矿物成分与化学成分的变化，而且也是鉴定岩浆岩和进行分类的重要标志
岩石的结构是指造岩矿物的结晶程度、颗粒大小、
形态以及它们之间的相互关系等特征，即
矿物组合的特征。

岩浆岩常见的结构有：全晶质结构（主要包括粒状结构、似斑状结构等）、玻璃质结构和半
晶质结构（包括斑状结构等）。

花岗岩似斑状结构
花岗岩中粗粒结岩石的构造是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其它部分之间的排列、充填或
组合方式，即矿物集合体的组合特征。

岩浆岩常见的构造有：块状构造、斑杂构造、带状构造、流动构造、流纹构造、气孔构
造、杏仁构造和晶洞构造等。

花岗岩：似斑状结构，块状构造
斑杂构造
带
气孔构造
岩浆活动（小结）
1、温泉或喷泉
2、岩浆及岩浆作用
3、火山作用
4、侵入作用
5、岩浆岩体的产状
6、岩浆岩的主要特征
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第三节变质作用
1、变质作用的概念及影响因素
变质作用是指在地下特定的环境中，由于温度、压力或流体作用
的影响，使原岩在基本上为固态条件下，发生物质成分与结构、构造变化。

由变质作用所形成的新岩石称为变质岩。

所谓原岩，可以是三大类岩石中的任何一种，一旦它们所处的物理、化学环境与原来不同，在一定的温度、压力或流体影响下就可发生变质作用。

引起变质作用的因素
主要为温度、静岩压力、构造应力及各类流体
变质作用的温度范围从150～200℃，直到700～900℃，压力可以从上百兆帕斯卡到上千兆帕斯卡，流体以H２O与CO２为主，溶解了许多易挥发的物质及SiO２等许多矿物质。

2、变质作用的方式：
（１）重结晶作用指岩石在固态状态下，同一种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成较粗大颗粒的作用，在这一过程中矿物成分不发生变化。

石灰岩（CaCO3方解石（CaCO )3）。

(２）变质结晶作用指在原岩总体化学成分基本不变化的条件下，形成新矿物或新矿物
组合的作用。

如高岭石在大于350℃左右的温度时可转变为叶腊石；
在400℃以上的温度条件下可转为硬绿泥石，此时如静岩压力低于300MPa易形成红柱石，如高于300MPa则形成兰晶石；
当温度在500～660℃之间则变成十字石及石英；
温度高于660℃则变成石榴子石与矽线石。

（３）交代作用指化学活动性强的流体与固体岩石之间发生物质置换与交换作用，产生新矿物，岩石总体化学成分发生变化。

KAlSi3O8 + Na+ NaAlSi3O8 + K+
交代作用的特点：在固态条件进行；交代前后岩石的总体积基本不变；原矿物的溶解核新矿物的形成几乎同时进行。

交代作用在变质作用过程中是比较普遍的。

(４）变质分异作用指成分比较均一的原岩，经变质作用后，形成矿物成分不均匀分布的过程。

常见的例子为在变质作用过程中，当具有定向压力作用时，原岩本身的某些矿物（如暗色与浅色矿物）经过变形、扩散作用、定向排列而不均匀地分别聚集起来，分别形成暗色矿物与浅色矿物的条带，形成片麻岩或片岩
3、变质作用的基本类型：
（１）接触变质作用是在岩浆岩体与围岩接触带上，主要由岩浆活动所带来的热量及活动性流体所引起的变质作用。

接触变质作用的温度较高，一般在300～800℃之间，静岩压力不太大（～300MPa）
单纯由于热量多而引起的接触变质叫接触热变质作用；
除温度因素之外，还有从岩浆中分泌的挥发性物质所产生的
交代作用，这种叫接触交代变质作用。

当碳酸盐岩石与中、酸性侵入岩相接触时常形成矽卡岩。

我
国大量中、小型含金的富铜、富铁矿床大多是与矽卡岩关系密切的
金属矿床。

（２）动力变质作用是指在构造变形、变位过程中所产生的定向压力的作用下，使岩石
发生变形、破碎以及伴随的重结晶等作用。

这种变质作用主要发生在相邻
的两个岩石块体之间发生相对错动的接触面附近。

引起动力变质作用的主要因素是构造应力（也称定向压力），构造应力在岩石圈上部一般为几十到200 MPa。

温度与静岩压力也对动力变质作用起着控制作用。

碎裂作用地壳浅部，深度一般小于10 km，温度一般低250～300℃，静岩压力一般在250～350 MPa之下，岩石常表现为较强的脆性，岩石以碎裂作用为主，形成的岩石称为碎裂岩类。

韧性变形在地壳深部(深度大于10～15 km)，岩石表现出较强的韧性（或称柔性）变形，而不出现明显的破裂，形成的岩石称为糜棱岩类。

（３）区域变质作用是在大区域范围内发生区域变质作用影响的范围可达数千至数万km２以上，影响深度可达30 km以上，温度在200-800℃之间，静岩压力可随埋深不同而变化，此外还存在较强的定向压力（构造应力，几十到上百MPa）。

区域变质作用以变质结晶作用为主，还包括重结晶、交代作用和变质分异作用，它们可以以上述作用方式不同程度地改造原岩的矿物成分与结构、构造。

区域变质作用常发生在板块边界附近与大断裂带附近。

变质作用与变质岩类型示意图
1－动力变质作用；2－接触热变质
作用；接触交代变质作用；3－区域变质作用；4－混合岩化作用
区域变质作用分类：
A.低压区域变质作用一般形成深度较浅（小于15km），静岩压力为200～400MPa，定向压力较小, 温度是主要影响因素，一般可以较高，在200～700℃之间，可形成沸石岩、角岩、绿片岩、角闪石片岩、麻粒岩等。

B.中压区域变质作用具有高压与低压变质岩石过渡的特征
C.高压区域变质作用形成深度一般大于15 km ，静岩压力为300～1000 MPa，并伴有一定程度的定向压力，但形成温度不一定很高，代表性岩石为兰闪石片岩与榴辉岩。

4、变质岩的分类
从岩石的结构，构造的类别来看，泥质岩随着变质程度的加深，
变质岩类别变化最明显，可以由变质最浅的板岩、依次变为千枚岩、片岩、片麻岩直到麻粒岩；
中酸性的岩浆岩可变成片麻岩和麻粒岩；偏基性的岩浆岩可变质为片岩和角闪片岩等。

石灰岩或石英砂岩，变质后的变化序列不明显，一般都变成大理岩或石英岩。

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第四节三大岩类的相互转化
岩石一旦改变其所处的环境将随之发生改造，可以转化为其它类型岩石。

出露到地表面的岩浆岩、变质岩与沉积岩，经过风化、剥蚀、搬运作用而变成沉积物，沉积物埋到地下浅处就硬结成岩--重新形成沉积岩。

埋到地下深处的沉积岩或岩浆岩，在温度不太高的条件下，可以以固态的形式发生变质，变成变质岩.
不管什么岩石，一旦进入高温（大于700～800℃）状态，岩石就将逐渐熔融成岩浆。

岩浆在上升的过程中降低着自身的温度，使自身的成分复杂化，并在地下浅处冷凝成侵入岩，或喷出地表而形成火山岩。

在岩石圈内形成的岩石，由于地壳抬升，上覆岩石遭受剥蚀，它们又有机会变成出露地表的岩石。

三大岩类的相互转化
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第五节内生成矿作用
在岩石圈内部，由于物理、化学条件的变化使有用物质达到工业上有用、并且成本上合算的程度，这种有用物质的聚集就称为内生矿产资源。

这种在岩石圈内使有用物质聚集的作用就叫内生成矿作用。

当岩浆自海底喷出时，携带了各种有用元素的气体挥发分就可以
与海水结合，迅速冷凝、堆积在海底形成富含贵金属或有色金属的“黑
矿”或其它硫化物矿床。

热水溶液喷出海底，常在海底构成“黑烟囱”
与基性侵入体结晶分异作用相关的铁矿床或铂矿床
当基性岩浆侵入作用发生时，少数比重量较大的铁族、铂族元素易于下沉到岩体下部，相对聚集，有时就可形成铁矿床或铂矿床，如我国四川渡口最著名的攀枝花铁矿床（含钒、钛）。

矽卡岩型矿床
中、酸性侵入体的上部接触带，当与碳酸盐岩石，尤其与石膏岩盐层相接触，围岩中的碱、氯化物、碳酸根、硫酸根与岩浆发生接触交代变质作用。

可形成许多富铜、富铁、白钨、黄金等矿床，这是我国东部地区常见的一种矿床类型。

气成热液矿床
中、酸性岩浆侵入活动晚期，常分泌出大量富含气体、挥发分的流体，它们一般聚集在岩体顶部；
大气降水渗入地下，水温升高，它也可溶解并携带大量有用元素；
在成岩与变质作用过程中，晶格中与晶格间的水分子会被排出，在地下聚集成富含有用元素的流体。

上述三种流体中的任何一种，或者是它们的混合，都可以向压力较小的方向流动。

将金属元素堆积在孔隙与裂隙较多的部位，有用元素常可富集到上千倍或上万倍。

形成气成热液矿床。

贵金属（Au、Ag）、有色金属（Cu、Pb、Zn）
稀有金属（Ｗ、Sn、Mo、Bi、Hg、As、Sb、Co）
放射性元素（Ｕ）
绝大部分蛇纹石石棉、菱镁矿（MgCo３）、石墨（Ｃ）、磷灰岩（磷酸钙）等有用物质聚集的主要方式。

对地下流体及其成矿作用的研究，已经成为矿床学家与地球化学家特别注目的课题。

变质作用矿产资源
太古代到早元古代与海底火山作用相关的铁、硅质岩石，可以在区域变质作用过程中，使铁质进一步聚集，形成磁铁石英岩，构成矿体。

在区域变质作用下，煤层可变质而成为石墨矿层
灰黑色的石灰岩经过变质作用，将炭分或其易挥发的有机杂质排除掉，而变成为白色的大理岩，变成良好的建筑石材．
韧性剪切带中的金矿
后期的流体可以大体沿韧性剪切带矿物定向排列的裂开面而聚集成矿。

此时韧性剪切带其实是起到了一种良好围岩的作用。

金矿脉中金元素的含量比一般岩石中的含量富集了上千倍。

第九章岩石圈内部的物质转化（小结）
岩石圈的物理状态决定了三大岩石（沉积岩、岩浆岩、变质岩）的形成。

地热的显示表明了地内热场的存在。

岩浆作用是熔融的岩浆向上运移、冷凝或喷出地表的过程。

变质作用是在地下由于温度、压力或流体作用的影响，使原有岩石在固态条件下，发生物质成分与结构、构造的变化。

三大岩石可以相互转化，它们是岩石圈自身动力作用以及与其他圈层相互作用的产物。

特定的岩浆与变质作用过程，特定的物质基础有可能使有用元素富集，形成内生矿床。