岩石学-第12章岩浆作用和岩浆岩1

3 .8 5
尖晶石橄榄岩
8 .2
少量辉石岩
岩
石
圈
岩 石 圈 /软 流 圈 界 面 深 度 约 160km（ 大 地 电 磁 测 深 ） ， 软 流圈含隙间玄武质岩浆
软流圈
剖 面
地核中放射性元素的分布
(2)、热能的来源
地 幔 对 流 与 热 能
(3).挥发分的来源 深部与再循环。
(4).减压作用：底辟上升的一般模型
岩石学家如何研 究岩石
描述岩石的特征与产状、 对岩石及其各组成部分 进行分析测试、在此基 础上进行岩石分类，进 而构建岩石成因理论。 所有的岩石成因理论都 必须建立在物理学和化 学的基本原理之上，否 则就是不完善的，被称 为假说(hypothesis) 。
第一节岩浆及岩浆作用
第
一、岩浆的概念
二
二、岩浆的形成与运移 三、岩浆的性质
浆
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
作
含有少量固体物质，是高温粘稠的熔融体。 用
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；由于 其形成需要很高的温 度，因此它发生在地 下深处（地壳或地 幔）；粘稠的，有一 定粘度；其形成是天 然的，不是人工制造 的；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）。
上
地
幔
北
山
岩石学
V p (k m /s) V s(k m /s)
沉积盖层
绿片岩相变粒岩、片岩
5 .9 0 6 .1 5
3 .5 5
花岗岩
底 部 为 花 岗 质 糜 棱 岩 6 .1 0
角闪岩相花岗 闪长质片麻岩
6 .4 5 3 .6 5
中型中压麻粒岩 南部为基型中压麻粒岩
6 .7 5 7 .1 -7 .2
• 世界上记述矿物岩石最早的书籍之一是 “山海经”（公元前约400年战国初期）
• 岩石学成为一门独立的学科则始于己于 18世纪末
• 显微镜前期（18世纪末—19世纪初） • 显微镜期（1828年尼柯尔发明了偏光镜） • 显微镜后期（19世纪末） • 近几十年来大发展时期
岩石学研究方法
Methods of study:
三大岩类的联系与转化
火成岩
沉积岩
变质岩
地质体系中的变化
由于每一种物质都有固定的稳定温压范围，在温度压力的 共同作用下，它们将改变其存在的形式，形成新的物质， 地质作用中通常表现为新的矿物的产生。
岩石在地质学中的作用
• 岩石学是地球科学各分支学科的基础，因为固 体地球表面是由岩石构成的（山脉、平原、海 底等），有关地质演化的记录和各种资源都赋 存于岩石中
刚开始，由于表面能的影响，部分熔融 作用只发生在符合低共熔比例的矿物颗 粒接触处。
b. 部分熔融的背散射图像
c. 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
• 根据地震波回返时间测得上地幔岩石的 泊松比为0.245-0.260，Fo=90的富镁橄榄 石的实测泊松比为0.245-0.255，而榴辉 岩为0.3-0.32。这表明，上地幔的物质组 成主要是富含镁橄榄石的岩石，而不大 可能是榴辉岩。
密度的变化
• 由重力场推算的上地幔密度为3.243.32g/cm3或3.3-3.4g/cm3，这与橄榄岩的 密度比较接近，而新鲜榴辉岩的密度更 大一些，介于3.4-3.6g/cm3之间，平均为 3.5g/cm3左右。
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、液相线下移（挥发分、源区物质组成）
大陆地温曲线
T
液相
减压
干体系固相线
固相
加热
大洋地温曲线
饱和水体系固相线
P
（1）源区的岩石（source rocks）
塑性 脆性
中圈 或下 地幔
从何处得知这些信息
• 地球物理方法测得地球的圈层结 构以及各圈层物质的物理性质
• 第一章 绪论 一、岩石与岩石学的概念 二、岩石的成因分类
三大岩类的分布及转化 三、岩石在地质学中的作用 四、岩石学发展简史 五、岩石学研究方法
岩石与岩石学的概念
• 岩石--是天然产出的具有一定结构构造的矿物 集合体或由玻璃及生物碎屑组成的固态物质， 是在一定地质作用过程中形成的产物；
• 是矿物的天然集合体或玻璃及有机物质 • 岩石学--是地球科学的一个分支学科(地球物质
0 .4
熔融导源的原生玄武岩岩浆，
Mg′值变化于0.67-0.73。如
0 .2
果自然界某地区的玄武岩，
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。
K D= 0 .3
0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 (F e O /M g O )liq
e.上地幔的物质组成
0
500 1000
kbar
Ringwood:
/
O)
Pyrolite（模型上地
Pl
p (H2
幔岩）:三份阿尔 卑斯型橄榄岩+一
10
Sp
份夏威夷拉斑玄武
岩
20
Ga
四矿物组合：
Ol+Opx+Cpx±含铝 矿物相（Pl/Sp/Gt) 3 0
Continental geotherms
Ocean geotherms
Solidus
2、母岩浆（Parent magma）和派生 岩浆（Derivative magma）
5g
82
50 50
85
75
5f
Q
凤凰亭
5g
5d
86
47
东山口
0
1kmLeabharlann 30 88迎 风 坡 82 89
75
5d
5g
关坻
66
Q
78
5y
81
40 81 80
34
5g
能够通过各种作用（分异
Q 1 作用、同化作用、混合作
5f 2 用等）产生派生岩浆的独 5y 3 立的液态岩浆称为母岩浆。
岩浆起源的地质模型
玄武质岩浆
花岗质岩浆 地壳
壳下岩石圈
玄武质岩浆
软流圈 软流圈底辟体
a.
软流圈
b.
花岗质岩浆 地壳 壳下岩石圈
地壳 花岗质岩浆
岩石圈崩塌块体
8 .1
下
少量辉石岩
上
地
岩 石 圈 /软 流 圈 界 面 深 度 约
150km（ 大 地 电 磁 测 深 ） ， 软 流圈含隙间玄武质岩浆
幔
软流圈
祁
连
山
岩石学
沉积盖层
绿片岩相变粒岩、片岩
花岗岩
角闪岩相花岗质 片麻岩与糜棱岩
花岗质中压麻粒岩
花岗闪长质 高压麻粒岩
花岗质榴辉岩 基性榴辉岩
石榴石橄榄岩 少量辉石岩
• Field Work • Optical Techniques （岩相学研究） • Rock chemical analyses • Geochemical analyses • Isotopic Analyses • Experimental and Theoretical Data（实
验岩石学方法）
岩 石 圈 /软 流 圈 界 面 深 度 约 160km（ 大 地 电 磁 测 深 ） ， 软 流圈含隙间玄武质岩浆
软流圈
V p (k m /s) V s(k m /s) 分 层
5 .7
3 .3 0
6 .1
上
地
5 .8 3 .6 5
6 .4 3 .7 5 壳 中
3 .8 5 下
6 .8
4 .1 5
8 .1
沉积盖层
5 .7
上
绿片岩相变粒岩、片岩
3 .1 5
花岗闪长岩
6 .3
中
角闪岩相花岗质 片麻岩与糜棱岩
5 .8 3 .6 5 地 下
中 性 含 黑 云 母 中 压 麻 粒 岩 6 .6 3 .5 0
中性高压麻粒岩
基性榴辉岩
尖 晶 石 /石 榴 石 橄 榄 岩
3 .7 0 壳
6 .8 3 .9 0 加
厚
• 开展任何一门地质学科的研究，首先接触的就 是岩石。如地层学、地史学、构造地质学、地 球化学、地球物理学、矿床学、水文地质、工 程地质、环境地质、石油地质等等，
• 岩石记录了地壳、上地幔形成和演化的历史
• 对了解宇宙间星体的物质组成、起源、发展等 有重要的科学意义
岩石学发展简史
• 约50万年前中国猿人就留下了许多岩石 工具
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)。
+K y+g
+G a+K y+g
1500 t/oC S+l
格 尔 木 -额 济 纳 旗 断 面 走 廊 域 三 个 地 区 的 地 壳 -上 地 幔 岩 石 学 结 构 模 型
深度
(km ) 0
分层
10
上
20
地
30
中
40 壳 下
50
加
厚
60
下
70
80
上
90 100
110 地
120
130
幔
140
150
160
柴
达
岩石学
木 V p (k m /s) V s(k m /s) 分 层
章
四、岩浆分异、混合、同化作用的基本概念
岩
五、现代火山活动
浆
第二节 火成岩的结构和构造 一、火成岩的野外特征
作
二、相律及其在岩浆体系中的应用
用
三．火成岩的结构及成因
与
四、火成岩构造 第三节 火成岩的成分及分类
岩
一、 火成岩的化学成分
浆
二、 矿物成分 三、火成岩的分类命名
岩
第
一
节
岩
浆
及
岩
一、岩浆的概念
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。即 从源区分离出来未经任何变异的岩浆
进化岩浆：原生岩浆经过分异、结晶、混合 等过程导致成分发生改变后的岩浆。即经历 过演化历程的岩浆
这两个概念的区别具有重要的意义，特别是 当反演源区组成和构造环境判别时尤其重要
P l-o u t
H b-out B i-out
+ B i+ H b+ g
400
T /oC
p/kbar
Ga-outKy-out
Py-in
Pl-out Q-out
Or-out Sol
Cpx-out
Ct-out
G a-out K y-out
l+ g
H b-out P y-in
（1）、部分熔融的实例 a. 颗粒边界处发生的部分熔融
学的组成部分)，是研究岩石的一门学科，主 要研究岩石的类型、成分、结构、构造、时空 分布、成因及演化等
• 岩石学包括岩相学和岩理学两部分
岩石的成因分类
• 自然界岩石按成因分为三大类—— 火成岩、沉积岩和变质岩
• 三大岩类的分布：在岩石圈中的分 布显著不同，地表以沉积岩为主， 约占大陆面积的75%，地壳深处主 要为火成岩和变质岩，约占岩石圈 体积的95%
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 1 . 0
(FeO/MgO)Ol
K D =1.0
成分特征，包括主要元素、微
量元素及同位素方面的特征。 0 . 8
例如地幔橄榄岩MgO高，
Mg/(Mg+Fe2+)值（或称Mg
0 .6
值*）变化于0.87-0.92之间，据 实验及热力学计算，由地幔
5d 4
5g 5 因此原生岩浆可以成为母 8 2 6 岩浆，但母岩浆不一定是
3 4 7 原生岩浆。 8 母岩浆与派生岩浆具有成 9 因联系，它们是母体与子
10
体的关系，在成分上可形
成相互联系的系列。
房山
二、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。(形成的3 个条件:温度升、高压力减低和液相线下移)
• 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。
泊松比（侧膨胀系数即无侧限条件下受压 ） 时，侧向膨胀与垂向压缩单位变形量之比
• 因此，从物理性质的角度上看，上地幔 的组成主要是橄榄岩，而不是榴辉岩。
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，具有 十分稳定 的四矿物 组合。
Ol+Opx+Cpx±含铝矿物相（Pl/Sp/Gt)
三联点结构
c.地球化学反演
反演的基础是：如果岩浆形成