岩浆岩岩石学

岩浆粘度特点及其影响
岩浆的粘度η是指剪切应力σ与应变速率de/dt的比值。它决定流体流动的难易程度 。岩浆的粘度会影响岩浆上升的速度以及火成岩的结构、构造、产状及一些岩浆作 用发生的强度。
岩浆 粘度受化学组成、温度、压力以及挥发份含量、 晶体含量的制约。 SiO2含量越低，粘度越低 （why？）； 温度越高，粘度越低。相同成分相同密度的酸性岩浆，有
1. 岩浆（ magma ）及其组成 在地幔或地壳深处形成的高温、粘稠、含挥发 分和晶体的硅酸盐熔融体。 熔体（melt）：硅酸盐成分为主， T＝800～1300 ºC， P＝103～10－1 MPa 粘度＝102～1012 Pa·s (5 ºC水的粘度为1.5188X10-3 Pa·s) 晶体 （crystal）捕虏晶或者熔体早期结晶物质 大小10－7～10－1m， 数量密度可达1017m－3，含量可达95％，单一般含量> 25％的岩浆流动性质差。 气体/挥发份（volatile）以H2O和CO2、SO2为主， 其次为H2 、氯化物、甲烷、氨、氩等。
From: http://www.uoregon.edu/~dogsci/kays/313/plutonic.html
流动分异作用：这有点类似于河道中放木的情况，悬浮于岩浆中的矿物质点，会向高 流速带，如向岩浆通道的中央聚集而导致先晶出的矿物与熔体分离。
双扩散对流边界层分异作用
Langmuir Model
部分熔融过程与熔体分凝
岩浆的上升和侵位
岩浆怎样克服上覆围岩阻力上升、以何种方式在地壳中占据空 间的问题，就是侵位机制要研究的问题，岩浆上升侵位的机制有以 下几类： (1) 底辟作用（Diapirism）与穹隆作用（doming） (2) 顶蚀作用（Stoping） (3) 岩墙扩展作用 (Dike Propagation) (4) 火山口沉陷作用（Cauldron subsidence）
• 地热梯度－ at wall and cap variation in % crystallized • 成分对流 evolved magmas from boundary layer to cap (or mix into interior) 最终导致密度倒置，在岩浆房内形成对流。
该模式主要是针对层状侵入体提出的， 在层状侵 入体中除了常见的从底部向顶部镁铁矿 物减少、长石增加的垂直分带外，有些层状侵入 体中可以重复出现这种分带现象，形成厚度 几毫米至数百米的韵律层理，
岩墙扩展作用 (Dike Propagation)
岩浆在压力的驱驶下注入围岩裂隙，并通过挤压围岩 使其扩展成狭窄的岩浆通道（岩墙），并沿该通道上升。 这种机制主要发生在张性断裂带，如洋壳中的辉绿岩岩 墙群和玄武岩，就是在洋中脊伸展构造环境下沿张性断裂上 升、侵位的。 这一侵位机制主要受到岩浆通道中热损失的制约，由于 岩墙中岩浆与围岩的接触面积比球形岩浆体（如底辟体）与 围岩的接触面积大得多，通过围岩扩散的热损失速度也快得 多，因此，等体积、同样温度的岩浆要上升到地表，通过岩 墙通道上升的速度必须比球形岩浆体上升的速度快104倍。
（2）分离结晶 / 或结晶分异
发生于岩浆结晶作用阶段，早结晶 的高熔点矿物可因下述的两种原因之一与 熔体分离，并使残余岩浆的成分发生连续 的变化。 重力分离作用（/或重力沉降）：即早 结晶的矿物，可因其与岩浆的密度差下沉 到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。
Magmatic Cross-Beds in Skaergaard Layered Intrusion
些可以喷出地表形成流纹岩，有些则呈花岗岩侵入体，其原 因之一是前者温度高，因而导致粘度降低，流动性增大 ；
挥发份H2O含量越多、粘度越低（why？） 晶体含量越高，粘度越大
Active, ropy pahoehoe on the southsouthwest flank of Alae in Hawaii Volcanoes National Park. Courtesy of USGS Hawaiian Volcano Observatory
岩浆挥发份及其影响
气体/挥发份（volatile）以H2O和CO2、SO2为主， 其次为硫化氢、氯化物、甲烷、氨、氩等。
(1) 挥发组分影响岩浆的喷出方式: 在挥发分聚集时由于在近地表处的强烈膨胀会引起岩浆 爆裂成火山灰，火山爆发也随之强烈。例如金伯利岩桶。 (2) 挥发分影响岩浆结晶的温度 含量高则结晶温度下降，所以当挥发分迅速从岩浆中 逸出后，岩浆则会快速结晶，其中的晶体数量也随之加多 。
岩浆温度特点及其影响
直接测定的现代火山岩浆的温度表明: 基性玄武岩岩浆:1100-1250 安山质岩浆 :900-1100 流纹质岩浆 :700-900 (1)从基性岩岩浆到酸性岩浆,温度降低 (2)不同的岩浆源区，要求的部分熔融温度有很 大的差异 (3)岩浆的温度对岩浆的活动性有很大的影响， 如同为酸性岩浆，起源较浅的低温者往往形成中 深成花岗岩体，而来源较深的高温（过热）者则 可喷出地表形成熔岩。
底辟作用的关键是要求有较大的浮力和热能来克服围 岩的阻力，以底辟方式侵位的岩体一般较大。底辟侵位时 岩浆和围岩均处于同一应力场，形成的岩体产状及内部组 构常与围岩的片理产状一致，多是无根的整合侵入体。
穹隆阶段
顶蚀作用（Stoping）
热的岩浆上升，引起顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶 部围岩炸裂块体下沉的同时，岩浆侵入到裂隙中，如此 反复，岩浆体可实现向上迁移、侵位 。 靠顶蚀作用侵位的岩体与围岩层理面的产状相切， 形成不整合侵入体。岩体边缘带可见不规则状、棱角状 的围岩捕掳体。另外，如果岩浆的温度及围岩的成分适 当，还会发生岩浆同化捕掳体、混染围岩的作用，在侵 入体中形成外来矿物的条带、或斑点。 由于需要大量的岩浆来填充下沉岩块间的空隙，这种 侵位机制不可能使岩浆产生较大的上升距离（ Marsh,1984）
火山口沉陷作用（Cauldron subsidence）
火口沉陷作用是代表环形杂岩体特征的一种侵位机制。在 近地表地区，如果已就位的岩浆房因岩浆喷发作用而变得空虚 ，上部的岩层就会断裂成块体发生沉陷，围岩中形成环状裂隙 ，岩浆将趁虚而入形成环状杂岩体。
岩浆作用与岩浆演化
大多数情况下，原生岩浆可在其活动的不同阶段发生成 分的变化，形成进化岩浆，最终形成成分上既有差异，又互 为关联的一套火成岩。
地球物理资料可为我们提供岩浆形成的概略深度及部位。现代地震波速 测定表明，不少地区在上地幔100km左右的深度及中下地壳的深度存在有地 震波速下降的低速带（low velocity zone，简称LVZ），被解释为在固态的 岩石中存在有液态的物质（即软流圈），表明有熔融作用的发生。在现代火 山活动地区，如著名的夏威夷火山群，在喷发的间隙阶段，在上地幔的深度 （约60km处）发生了深源地震，表明这一位置相当于岩浆的源区，当岩浆上 升运移时可能在该区有地震的发生。
岩浆成分演化方式： 自身成分的分异 ---- 分异作用 围岩物质的同化混染 ----- 同化混染作用 两种以上不同成分岩浆的混合 ----- 岩浆混合作用
分异作用
分异作用 是指原来成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的 情况下，依靠本身的演化，最终产生不同组分的火成岩的作用。 岩浆分异作用有些只是在岩浆本身进行的，并未发生相的分离 ，而有些则发生了结晶相和流体相的分离。属于前者的有扩散作用 和熔离作用，属于后者的有分离结晶作用和气体搬运作用。 （1）扩散分异 主要出现在岩浆体内温度不同的时候，高熔点组分会由高温区 向低温区扩散，最后形成低温区高熔点组分集中的现象。如某些岩 体边部，可因扩散作用导致高熔点物质（暗色矿物）集中，岩体边 部成分较岩体中心基性。
转换板块边界：洋中脊转换断层 板内热点：
俯冲带流体加入导致熔融－熔点（固相线）降低
大部分火山活动与板块边界的 活动构造密切相关，而发生在 板内热点处的火山活动要少得 多
部分熔融过程与熔体分凝
1） 地幔和地壳的完全熔融几乎是不可能，因此部分熔融partial melting ) 是主导机制； 2）部分熔融的程度受外界热传输量，或者流体输入量等因素的影 响，也受岩石化学体系的影响。 例如花岗质的岩石比玄武质的岩 石更容易发生部分熔融； 3）率先发生部分熔融的，是岩石中相对易溶的组分。 4）熔体从源区岩石的粒间分离集中的作用称为分凝作用。
全球大火成岩省的分布
Coffin & Eldholm (1992)
59.6 55.2 43.4 42.4
56.2 48.1 Midway 27.2 19.9 20.6 12.0
Curr
ent M o t P la t e io n
10.3
Hawaii 0-5
岩浆底侵作用
扩张板块边界：大洋中脊、大陆裂谷 会聚板块边界：岛弧或活动大陆边缘
部分熔融机制
Melting – Crystallization Curve
Melting – Crystallization Curve with volatiles
地幔楔
地球 内部 的热 源有 哪 些？
伸展构造 地幔柱/ 或其它加 热方式
总之，温度升高、压力下降和挥发份的注入都能引发部分熔融而导致 岩浆的形成
底辟作用（Diapirism）与穹隆作用（doming）
底辟作用是岩浆通过加热顶部围岩使其粘度降低，自 身则因浮力上升，迫使围岩向下流动，并占据其腾出的空 间上升侵位过程。
侧向挤压阶段
主要驱动力是岩浆的浮力和热动力，底辟侵位一般可 分早期穹隆阶段、中期底辟上升阶段和晚期侧向挤断三个 阶段。
底劈阶段
（3）熔离作用
是指原来混溶的熔体因物理或化学的原因分离为不混熔或混溶程度低的两种 熔体的过程。物理因素可以是温度、压力的变化，化学因素则与第三种成分的 加入有关。 如在炼钢炉中加入CaCO3和CaF2可使铁水和炉渣分为互不混熔的液层。 由熔离作用导致的分异，在岩浆过程中并不多见。目前认为，某些基性和超 基性岩体中的铜镍氧化物、铬铁矿及钒钛磁铁矿床，可能是从岩浆中熔离出来 的，也有人用熔离作用来解释与碱性岩共生的碳酸盐岩浆的成因。另外火成岩 中的一些特殊结构，如球珠、球颗结构，被认为是熔离的乳滴状物质冷凝形成 的。
（4）气体搬运
岩浆中含有一定数量的挥发组分，其中以H2O为主，不同组成及不同温压条件 下，岩浆对这些挥发分的熔解度是不一样的，岩浆在上升过程中的压力降低或结晶 度的增加，都会使挥发组分过饱和出溶，形成包括气相和热水溶液相的流体。流体 可携带部分易溶物质和比重小的组分向上迁移， 在岩浆体顶部富集，完成气体搬运 的过程，并在此最终沉淀出所携带的组分而导致岩浆的成分分异。 这一过程与岩浆的成矿作用有关，有人认为，稀有元素矿床的形成即与此过程 有关。
岩浆岩岩石学
主讲教师 ： 刘 嵘
联系方式 ： QQ群 415736379 （gemma老师的岩石学 ）
课程安排（供预习参考用）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 第1讲：岩浆作用1讲：岩浆作用 第2讲：火成岩的矿物成分和结构构造2讲：火成岩的矿物成分和结 构构造 实习1：岩浆岩的结构构造1：岩浆岩的结构构造 第3讲：火成岩的化学成分及其分类 第4讲：熔体-晶体平衡和相图4讲：熔体-晶体平衡和相图 第5讲：超镁铁岩类5讲：超镁铁岩类 第6讲：镁铁质岩类6讲：镁铁质岩类 实习2-3：超镁铁岩类与镁铁质岩类2-3：超镁铁岩类与镁铁质岩类 第7讲：中性岩类7讲：中性岩类 实习4：中性岩类4：中性岩类 第8讲：长英质岩类8讲：长英质岩类 实习5-6：长英质岩类5-6：长英质岩类 第9讲： 火山碎屑岩类9讲： 火山碎屑岩类 实习7 ：火山碎屑岩类7 ：火山碎屑岩类 第十讲：脉岩及其它 实习8 ：脉岩及其它8 ：脉岩及其它 实习9：岩浆岩标本复习9：岩浆岩标本复习 实习10：岩浆岩标本考试10：岩浆岩标本考试 2 2
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岩石的定义 岩石的成因分类 岩石循环 不同成因类型的岩石在岩石圈不同层 次的分布特点
第二章 岩浆作用与火成岩的野外观察
一、岩浆的概念及其性质 二、岩浆的形成 与运移 三、火成岩的地质产状和相 四、火成岩的野外调查（自学）