第三章(下)火成岩的物理性质
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第三章 火成岩的物理性质
热容：岩浆和火成岩的最具特色的热学性质之一是，它们比热容小，而熔
融热或结晶热很大。热容（heat capacity）C 的定义为C=△Q/△T(δ –17) 。即，当一系统接受一微小热量△Q而温度升高△T时，比值△Q/△T即为该系
统的热容C。比热容（specific heat capacity）c，则是单位质量的热容
正常晶格热传导和辐射热传递。随温度升高和晶格结构膨胀，前一种机制
的作用降低，而后一种的增大。到达熔融范围内，两种效应趋于平衡，但 在高温下基性岩浆的热导率通常以一个不断增大的速率降低，这种情况待
续到1200℃。温度更高时，晶体或流体的暗度快速降低，辐射热传递增强
，总的热导率就要高得多。更酸性的岩石，如安山岩和流纹岩，暗度较低 ，因而在低得多的温度范围内就显示了热导率的增大
）。而熔融热或结晶热△HF的典型值约介于(2.5×105–4.2×105) J/Kg之间
。可见在相变温度下，使岩石熔融所需吸收（或放出）的热量，在其他温 度时则能使这些岩石（或岩浆）温度改变200–300℃
第三章 火成岩的物理性质
弹性波速：横波（S）是指震动方向与传播方向相垂直的波，纵波（P）是指 震动方向与传播方向相同的波。在岩石和矿物中传播的速度P和S是地球物理
岩等片理发育的岩石，沿片理面测量的波速大于垂直片理面测量的波速，有
时相差一倍以上。与结晶岩相比，沉积岩中的弹性波速度受孔隙度的影响很 大，变化范围很宽。在未蚀变的火成岩中，速度是比较高的，但火山碎屑岩
和蚀变的火成岩，波速就变化很大
第三章 火成岩的物理性质
火成岩 波速(km/s) 近地表未风化的侵入岩 5.0-6.2 粗玄岩(南非) 6.1 粗玄岩 (元古代安大略省) 6.7 玄武岩流, 从顶到底的变化值 2.9-6.1 玄武岩流, 平均值 4.2 未蚀变超基性、基性岩(德克萨斯州蛇纹石岩塞) 5.5-7.3 蚀变的玄玻凝灰岩(德克萨斯州蛇纹石岩塞) 2.9 高原玄武岩(哥伦比亚盆地) 5.8 玄武岩中互层的粘土层(哥伦比亚盆地) 1.7 未蚀变的安山质凝灰岩(乔治亚洲) 5.0 蚀变的浊沸石凝灰岩(乔治亚洲) 3.3 流纹质熔岩, 熔结凝灰岩(内华达洲) >5.5 火山灰流, 灰雨凝灰岩(内华达洲) <2.1 引自Schutter, S.R., 2003.
第三章 火成岩的物理性质
岩石的物理性质主要包括密度、磁性（包括磁化率、磁化强度、剩余磁化强 度、以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值等）、电性（包括电导率、电
容率、极化率等）、孔隙度、渗透率、弹性波速度、导热性、放射性、热学
性质（热导率、热容）、硬度等
第三章 火成岩的物理性质
岩石的密度是岩石基本集合相（固相、液相和气相）的单位体积质量。岩 石的密度取决于它的矿物组成、结构构造、孔隙度和它所处的外部条件。 大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有离子型或共价型结晶键密度为 2.2–3.5克／厘米3（极少数达4.5克／厘米3）。结晶键为离子-金属型或共 价-金属型的矿物，如铬铁矿、黄铁矿、磁铁矿等密度较大，为3.5–7.5克 ／厘米3。 侵入岩从长英质到超镁铁质，随着二氧化硅含量的减少和铁镁氧化物含量 的增加，岩石的密度逐渐增大。岩石中金属矿物的含量增高，岩石的密度 就增大。矿区花岗岩的密度有的高达2.7克／厘米3以上。喷出岩的孔隙度 比侵入岩大因而与相应的侵入岩相比密度要小。另外，沉积岩的密度是由 组成沉积岩的矿物密度、孔隙度和填充孔隙气体和液体的密度决定的。变 质岩的密度主要决定于其矿物组成。密度在重力勘探，油气储层中岩性识 别，测井解释等方面应用广泛，此外对理论研究也很重要
第三章 火成岩的物理性质
岩石磁性是由岩石所含铁磁性矿物产生的磁性。常用的岩石磁性参数是 磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量，以及剩余磁化强度同感应磁化 强度的比值Q。岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成 岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄岩、辉长岩、玄武岩等超基性、 基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。岩浆岩的磁性取决 于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈 高，磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、 基性、超基性的顺序逐渐变大；沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的 含量决定的；变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的
第三章 火成岩的物理性质
热导率：热导率是物质导热能力的量度，是一个重要的物理量。符号
为λ 或K。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1 平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传
导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率，它既控制着稳态条件下
地壳各层的地温梯度，又决定着诸如侵入体的冷却等非稳态的时间尺度 硅酸盐熔体是热的不良导体，它们的热导率与两种传热体制有关，即
第三章 火成岩的物理性质
火成岩的热导率与温度的关系（转引自Williams 等，1979） 1-玄武岩；2-英安岩；3-流纹岩；4-纯橄榄岩；5-橄榄岩；6-月海玄武岩 在所有温度范围内，流纹岩样品均为玻璃态或液态
第三章 火成岩的物理性质
岩石的热导率取决于组成岩石的矿物和固体颗粒间的介质如空气、水、 石油等的绝热性质。岩浆岩和变质岩的热导率相对于沉积岩来说变化范 围不大，数值较高。侵入岩中，超基性岩的热导率较高，花岗岩次之， 中间成分的侵入岩又次之。喷出岩的热导率比相应的侵入岩小。沉积岩 的热导率变化范围大是热导率较低的孔隙充填物造成的。岩石和矿物的 热导率与温度、压力有关系。一般说来，温度升高，热导率降低
勘探中常用的两个参数。岩石中的波速取决于其矿物成分和孔隙充填物的弹
性。对固体矿产、油气、工程中的地震勘探、垂直地震剖面（Vertical Seismic Profiling，VSP)等非常重要。
岩浆岩和变质岩的弹性波速度与岩石密度的关系接近于线性关系，密度
越大，速度越高。岩浆岩和变质岩的含水饱和度增大时，P变大，S也变大， 但不如P的变化那样显著。气饱和岩石的P比相应的水饱和岩石的P小。片麻
，亦即是单位质量物质升高一度所需的热量，c=C/m=△Q/ (m·△T)。熔融 热或结晶热△HF是在液相、固相共存的温度下，使单位质量物质熔融或结晶
所需增加或移出的热量。对大多数火成岩，常压下的比热容Cp约为
1255J/(Kg·K)(Mcbirney, 1984)。例如，玄武岩浆Cp可取 1214J/(Kg·K)，而酸性岩浆的Cp可取1340J/(Kg·K)（马昌前等，1994
第三章 火成岩的物理性质
热容：岩浆和火成岩的最具特色的热学性质之一是，它们比热容小，而熔
融热或结晶热很大。热容（heat capacity）C 的定义为C=△Q/△T(δ –17) 。即，当一系统接受一微小热量△Q而温度升高△T时，比值△Q/△T即为该系
统的热容C。比热容（specific heat capacity）c，则是单位质量的热容
正常晶格热传导和辐射热传递。随温度升高和晶格结构膨胀，前一种机制
的作用降低，而后一种的增大。到达熔融范围内，两种效应趋于平衡，但 在高温下基性岩浆的热导率通常以一个不断增大的速率降低，这种情况待
续到1200℃。温度更高时，晶体或流体的暗度快速降低，辐射热传递增强
，总的热导率就要高得多。更酸性的岩石，如安山岩和流纹岩，暗度较低 ，因而在低得多的温度范围内就显示了热导率的增大
）。而熔融热或结晶热△HF的典型值约介于(2.5×105–4.2×105) J/Kg之间
。可见在相变温度下，使岩石熔融所需吸收（或放出）的热量，在其他温 度时则能使这些岩石（或岩浆）温度改变200–300℃
第三章 火成岩的物理性质
弹性波速：横波（S）是指震动方向与传播方向相垂直的波，纵波（P）是指 震动方向与传播方向相同的波。在岩石和矿物中传播的速度P和S是地球物理
岩等片理发育的岩石，沿片理面测量的波速大于垂直片理面测量的波速，有
时相差一倍以上。与结晶岩相比，沉积岩中的弹性波速度受孔隙度的影响很 大，变化范围很宽。在未蚀变的火成岩中，速度是比较高的，但火山碎屑岩
和蚀变的火成岩，波速就变化很大
第三章 火成岩的物理性质
火成岩 波速(km/s) 近地表未风化的侵入岩 5.0-6.2 粗玄岩(南非) 6.1 粗玄岩 (元古代安大略省) 6.7 玄武岩流, 从顶到底的变化值 2.9-6.1 玄武岩流, 平均值 4.2 未蚀变超基性、基性岩(德克萨斯州蛇纹石岩塞) 5.5-7.3 蚀变的玄玻凝灰岩(德克萨斯州蛇纹石岩塞) 2.9 高原玄武岩(哥伦比亚盆地) 5.8 玄武岩中互层的粘土层(哥伦比亚盆地) 1.7 未蚀变的安山质凝灰岩(乔治亚洲) 5.0 蚀变的浊沸石凝灰岩(乔治亚洲) 3.3 流纹质熔岩, 熔结凝灰岩(内华达洲) >5.5 火山灰流, 灰雨凝灰岩(内华达洲) <2.1 引自Schutter, S.R., 2003.
第三章 火成岩的物理性质
岩石的物理性质主要包括密度、磁性（包括磁化率、磁化强度、剩余磁化强 度、以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值等）、电性（包括电导率、电
容率、极化率等）、孔隙度、渗透率、弹性波速度、导热性、放射性、热学
性质（热导率、热容）、硬度等
第三章 火成岩的物理性质
岩石的密度是岩石基本集合相（固相、液相和气相）的单位体积质量。岩 石的密度取决于它的矿物组成、结构构造、孔隙度和它所处的外部条件。 大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有离子型或共价型结晶键密度为 2.2–3.5克／厘米3（极少数达4.5克／厘米3）。结晶键为离子-金属型或共 价-金属型的矿物，如铬铁矿、黄铁矿、磁铁矿等密度较大，为3.5–7.5克 ／厘米3。 侵入岩从长英质到超镁铁质，随着二氧化硅含量的减少和铁镁氧化物含量 的增加，岩石的密度逐渐增大。岩石中金属矿物的含量增高，岩石的密度 就增大。矿区花岗岩的密度有的高达2.7克／厘米3以上。喷出岩的孔隙度 比侵入岩大因而与相应的侵入岩相比密度要小。另外，沉积岩的密度是由 组成沉积岩的矿物密度、孔隙度和填充孔隙气体和液体的密度决定的。变 质岩的密度主要决定于其矿物组成。密度在重力勘探，油气储层中岩性识 别，测井解释等方面应用广泛，此外对理论研究也很重要
第三章 火成岩的物理性质
岩石磁性是由岩石所含铁磁性矿物产生的磁性。常用的岩石磁性参数是 磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量，以及剩余磁化强度同感应磁化 强度的比值Q。岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成 岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄岩、辉长岩、玄武岩等超基性、 基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。岩浆岩的磁性取决 于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈 高，磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、 基性、超基性的顺序逐渐变大；沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的 含量决定的；变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的
第三章 火成岩的物理性质
热导率：热导率是物质导热能力的量度，是一个重要的物理量。符号
为λ 或K。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1 平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传
导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率，它既控制着稳态条件下
地壳各层的地温梯度，又决定着诸如侵入体的冷却等非稳态的时间尺度 硅酸盐熔体是热的不良导体，它们的热导率与两种传热体制有关，即
第三章 火成岩的物理性质
火成岩的热导率与温度的关系（转引自Williams 等，1979） 1-玄武岩；2-英安岩；3-流纹岩；4-纯橄榄岩；5-橄榄岩；6-月海玄武岩 在所有温度范围内，流纹岩样品均为玻璃态或液态
第三章 火成岩的物理性质
岩石的热导率取决于组成岩石的矿物和固体颗粒间的介质如空气、水、 石油等的绝热性质。岩浆岩和变质岩的热导率相对于沉积岩来说变化范 围不大，数值较高。侵入岩中，超基性岩的热导率较高，花岗岩次之， 中间成分的侵入岩又次之。喷出岩的热导率比相应的侵入岩小。沉积岩 的热导率变化范围大是热导率较低的孔隙充填物造成的。岩石和矿物的 热导率与温度、压力有关系。一般说来，温度升高，热导率降低
勘探中常用的两个参数。岩石中的波速取决于其矿物成分和孔隙充填物的弹
性。对固体矿产、油气、工程中的地震勘探、垂直地震剖面（Vertical Seismic Profiling，VSP)等非常重要。
岩浆岩和变质岩的弹性波速度与岩石密度的关系接近于线性关系，密度
越大，速度越高。岩浆岩和变质岩的含水饱和度增大时，P变大，S也变大， 但不如P的变化那样显著。气饱和岩石的P比相应的水饱和岩石的P小。片麻
，亦即是单位质量物质升高一度所需的热量，c=C/m=△Q/ (m·△T)。熔融 热或结晶热△HF是在液相、固相共存的温度下，使单位质量物质熔融或结晶
所需增加或移出的热量。对大多数火成岩，常压下的比热容Cp约为
1255J/(Kg·K)(Mcbirney, 1984)。例如，玄武岩浆Cp可取 1214J/(Kg·K)，而酸性岩浆的Cp可取1340J/(Kg·K)（马昌前等，1994