高级岩浆岩岩石学 第六章 玄武岩类

相关的超镁铁质火山岩
A. 常见组成 斑晶：橄榄石, 辉石 基质：橄榄石微晶, 辉石微晶, 基性玻璃
B. 常见类型 苦橄岩：化学成分与橄榄岩相当 玻基纯橄岩(麦美奇岩)：玻基斑状结构 科马提岩：常见枕状构造, 具独特的鬣刺结构和化学成分
第三节 玄武岩类的成因概述
1、岩浆起源
玄武岩
晶体 ＋
熔体
液相线(liquidus)
1 基本特征
玄武岩类：基性火山熔岩, w(SiO2)含量在45% ~ 53% 之间 常见矿物：斜长石、辉石、橄榄石 常见产状：粘度小，形成熔岩流、熔岩被、枕状熔岩 分布特点：从古至今，从洋底到大陆
火成岩 TAS 分类图（IUGS, 1989)
Basalt lava, by USGS
2、 系列划分 a
③ 拉斑玄武结构(间粒间隐 结构)：介于前两者之间， 充填物有辉石、磁铁矿、隐 晶－玻璃质 ④ 玻基斑状结构：基质完 全由火山玻璃组成。
间隐结构 间粒结构 玻基斑状结构
4、 岩相学与主要种属 亚碱性系列
拉斑玄武岩（tholeiitic basalt） 主要矿物： 斜长石（浅色） 辉石（暗色） 赤铁矿
•Mg# = 66-75 •Cr > 1000 ppm •Ni > 400-500 ppm
3、 玄武岩成分变异的原因 a
地幔源区成分的差异性（举例，源区Al与Mg含量不同）
源区富 Al，岩浆先结晶钙长石（An）， 后结晶透辉石（Di），总体 An > Di

源区富 Mg，岩浆先结晶透辉石（Di）， 后结晶钙长石（An），总体 Di > An
Figure After Green and Ringwood (1967). Earth Planet. Sci. Lett. 2, 151-160.
实验岩石学资料表明：
• 较浅部熔融有利于形成拉斑玄武岩
－25% melting at <30 km tholeiite – 25% melting at 60 km olivine basalt
(三)有Ne，碱性玄武岩系列
1 Ne<5%, Ol<25% 碱性橄榄玄武岩 2 Ne>5%, Ol<5%, 碱玄岩 3 Ne>5%, Ol＝5－25％， 碧玄岩 4 有Ne，Ol＝25－40％，碱性苦橄玄武岩
3、大洋盆地中两类主要的玄武岩
Tholeiitic Basalt and Alkaline Basalt
第 六 章 玄武岩类
火山岩的一般特点及分类 玄武岩类的基本特征及主要种属 玄武岩类的成因概述
第一节 火山岩的一般特点及分类
1 火山岩的野外产状（火山岩相）
制作火山模型
Megan (7 岁) and John Mark (6 岁)
溢流相 爆发相
侵出相
火山沉积相
次火山相
火山通道相
火山岩相示意图（据 邱家骧，1985）
熔融机制(1)：升温
升温后，地温梯度向固相线平移
“正常”的大洋岩石圈地温梯度
熔融机制(2)：减压
减压后的地温梯度
“正常”的大洋岩石圈地温梯度
熔融机制(3)：增加挥发份（尤其是H2O）
H2O饱和的固相线 地温梯度
干体系的固相线
大陆和大洋玄武岩形成机制的差异（含角闪石橄榄岩的部分熔融）
4、 岩相学与主要种属
主要结构：玄武岩一般为斑状结构，少量为无斑隐晶或玻璃质结构， 基质的结构类型较多，主要有： ① 粗玄结构(间粒结构)：在不规则排列的长条状斜长石微晶形成的间 隙中，充填有若干个粒状辉石与磁铁矿颗粒(冷却较缓慢条件下结晶) ② 间隐结构：杂乱排列的斜长石之间，全部被隐晶质或玻璃质充填
碱性系列 亚碱性系列
钙碱性系列 拉斑玄武岩系列
碱性系列
亚碱性系列
磁铁矿分异 拉斑玄武岩系列
橄榄石分异
钙碱性系列
镁铁质岩浆系列
Alkaline rocks
Subalkaline Rocks
tholeiitic
calc-alkaline
Fe-enichment on AFM diagram trend across AFM diagram
大陆溢流玄武岩 源区深
continental flood basalt, CFB

3、 玄武岩成分变异的原因 b
相同成分的地幔源区在不同的熔融条件(温度、压力、挥发份) 下，可以产生不同成分的玄武岩
霞石
举例：压力的效应
硅高度不饱和
碱性
硅过饱和
镁橄榄石
拉斑质
Kushiro (1968), J. Geophys. Res., 73, 619-634.
石英
Liquids and residuum of melted pyrolite
3、 系列划分 b
(一)Hy>3，亚碱性系列玄武岩
1 Al2O3>16%,高铝玄武岩 2 Al2O3<16%,拉斑玄武岩系列
(1)有Q 石英拉斑玄武岩 (2)Ol<5%，橄榄拉斑玄武岩 (3)Ol＝25－40％，苦橄拉斑玄武岩
(二)Hy<3%,有Ol，无Ne, 过渡玄武岩
1 Ol<25% 橄榄玄武岩 2 Ol=25－40％,苦橄玄武岩
大陆地盾区：角闪石（含水矿物）在 d 点分解释放出H2O ，使源区成为 H2O体系，在e 点发生部分熔融
大洋：若源区本身为含H2O体系， 则岩石在a 点部分熔融发生后；若 源区本身为干体系，则在角闪石分 解(b 点)和金云母分解(c 点)后变为 含水体系
二辉橄榄岩 H2O饱和体系固相线
角闪石分解曲线
大洋地温梯度
金云母分解曲线
2、玄武岩的原生岩浆问题： 原生岩浆(primary magmas)：直接由地幔熔融产生的岩浆。
从地幔源区产生后，没有经过成分的改变，而直接上升到 地表，即在上升过程中，既无分异，也无混合或同化混染。。
演化岩浆（evolved magmas)：由原生岩浆演化而形成的岩浆 母岩浆（ parental magmas ）：能够通过各种作用(分异、同化、 混染)产生派生岩浆的独立的液态岩浆。
• 较高度部分熔融有利于形成拉斑玄武岩
– 20 % melting at 60 km alkaline basalt – 30 % melting at 60 km tholeiite
4、 玄武岩形成的构造环境 (图示)
弧后
洋岛
洋中脊
大陆裂谷
By European Space Agency
火山岩根据形成环境可分为陆相和海相火山岩 陆相火山岩：
与下伏地层不整合， 风化壳发育， 与陆相动植物化石和陆相沉积岩共生 成分变化大，红顶绿底，柱状节理发育 海相火山岩： 与下伏地层整合， 风化壳不发育， 与海相生物化石和沉积岩 成分变化小，枕状构造（陆相水体中也有）
“红顶绿底” ——火山岩的氧化作用
ห้องสมุดไป่ตู้
固相线(solidus)
熔体
玄武岩的熔融关系
岩浆源区： 岩石圈地幔、软流圈
（二辉橄榄岩）
部分熔融：岩石所处的物理 状态位于固相线与液相线之间
Note: 地幔岩石在“正常” 的大洋地温梯度下不能熔融
after Wyllie, P. J. (1981). Geol. Rundsch. 70, 128-153.
拉斑玄武岩和碱性玄武岩在岩石学和形成环境上的主要区别
表 6－1
基质 斑晶
拉斑玄武岩
常为细粒和间粒结构 无橄榄石 单斜辉石为普通辉石，有时具易变辉石) 斜方辉石（紫苏辉石）常见，可作为橄榄石反应边 无碱性长石 填隙玻璃和石英常见 橄榄石少见, 无环带d, 可部分熔蚀
或显示斜方辉石的反应边 斜方辉石不常见 常见早期的斜长石 单斜辉石为普通辉石Clinopyroxene is pale brown augite
碱性玄武岩
粒度较粗，为间粒－辉绿结构 常见橄榄石 钛辉石 (红色) 无斜方辉石 可出现填隙的碱性长石或似长石 无填隙玻璃, 缺少石英 常见环带状橄榄石
缺少斜方辉石 斜长石不常见，若有也是晚期的 单斜辉石为钛辉石，具红色边缘
构造环境
洋脊为主，可出现在洋岛、俯冲带
洋岛为主，可出现在俯冲带
after Hughes (1982) and McBirney (1993).补充
杏仁状构造
4、 岩相学与主要种属 碱性系列
碱性橄榄玄武岩 （alkali olivine basalt）
橄榄安粗岩（碱性橄榄玄武 岩的变种）
（mugearite）
（无紫苏辉石，含钛较高的 普通辉石和透辉石，斜长石 和碱性长石）
（斜长石为更长石）
4、 岩相学与主要种属 碱性系列
碱玄岩（tephrite）
3 主量元素与火山岩类
after J. Johnson
流纹岩 英安岩 安山岩 玄武岩
(图例)
火成岩TAS分类图（IUGS, 1989)
4 流动特点与火山岩类
after J. Johnson
岩石名称 SiO2含量 喷发温度
熔岩流 活动性
5 矿物成分与火山岩类
after J. Johnson
第二节 玄武岩的基本特征及主要种属
它既可以是原生岩浆，也可以是演化岩浆。
派生岩浆(derivative magmas)：由母岩浆派生出来的岩浆。
(地幔)原生岩浆的性质
• 在地幔深部形成后没有受到过分离结晶和同 化混染影响
• 识别标志（Criteria for primary magmas） –有最高的 Mg# (100Mg/(Mg+Fe)) ，为真 正的母岩浆 –二辉橄榄岩实验表明：
AFM diagram: can further subdivide the subalkaline magma series into a tholeiitic and a calc-alkaline series
. AFM diagram showing the distinction between selected tholeiitic rocks from Iceland, the Mid-Atlantic Ridge, the Columbia River Basalts, and Hawaii (solid circles) plus the calc-alkaline rocks of the Cascade volcanics (open circles). From Irving and Baragar (1971). After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.
基质－斜长石
角闪石
w(Ne) > 5%, w(Ol) < 5%, SiO2明显不饱和， 似碱长含石量高 含似长石、基性 斜长石和含钛辉 石
from Banne d'ordanche, Monts Dore, France
4、 岩相学与主要种属 碱性系列
碧玄岩（basanite）
w(Ne) > 5%, w(Ol) > 5%, SiO2明显不饱和， 碱含量高 富橄榄石区别于 碱玄岩
大陆地盾区地温梯度
after Wyllie (1979). In H. S. Yoder (ed.), The Evolution of the Igneous Rocks. Fiftieth Anniversary Perspectives. Princeton University Press, Princeton, N. J, pp. 483-520.
(E)次(潜)火山岩：与火山岩同源但为侵入产状的侵入体， 深度一般小于0.5km
特点： ①同时代但时间稍晚； ②同外貌但结晶稍好； ③同空间但范围较大； ④同成分但变化范围大。
(F)火山－沉积岩：是火山作用叠加沉积作用的产物，一 般远离火山口，由喷出岩、沉积火山碎屑火山碎屑沉积 岩、沉积岩系组成。在水盆地、破火山口凹地中沉积， 也可以与泥石流、冰川等堆积物伴生
4、 玄武岩的构造环境（四大类）
洋中脊玄武岩
源区浅
mid-ocean ridge basalt, MORB
洋岛玄武岩
源区深
ocean island basalt, OIB
部分熔融程度高(20-30%), 不相容元素亏损, 一般出现拉斑玄武岩
部分熔融程度高, 来自软流圈, 可以出现拉斑 玄武岩和碱性玄武岩
Beartooth Mountains, by Kurt Hollocher, 2003
4、 岩相学与主要种属 亚碱性系列
粗玄岩（dolerite） 全晶质 粗玄结构
长 6 mm
4、 岩相学与主要种属 亚碱性系列
细碧岩（spilite）
高Na2O， 钠长石＋绿泥石 ？海底玄武岩受到 富Na海水的作用