《巖石學-巖漿巖》課件第二章巖漿與巖漿作用

1、第二章 巖漿與火成巖一、巖漿的概念 二、巖漿的性質三、巖漿的形成與運移 四、巖漿分異、混合、同化作用的基本概念五、現代火山活動 一、巖漿的概念 定義：巖漿是上地?；虻貧げ糠秩廴诘漠a物，成分以硅酸鹽為主，含有揮發(fā)分，也可以含有少量固體物質，是高溫粘稠的熔融體。在地質辭典中，巖漿被定義為“地殼深部或上地幔物質部分熔融而產生的熾熱熔融體，其成分以硅酸鹽為主，并溶解有揮發(fā)分。巖漿具有一定的粘度，它在構造運動或其他內力作用下侵入地殼或噴出地表，經冷卻固結后形成各種火成巖”。基本含義由此可知，在巖漿的定義中，其狀態(tài)是熾熱的，溫度很高；其形成是天然的，不是人工制造的；由于其形成需要很高的溫度，因此它發(fā)生在地

2、下深處（地殼或地幔）；其組成主要為硅酸鹽液體，含有少量固體和氣體。需要說明的是，也有碳酸鹽巖漿和礦漿（ore magma）。1、原生巖漿(Primary magma)與進化巖漿（Evolved magma）原生巖漿：由地?；虻貧r石經熔融或部分熔融作用形成的成分未遭受變異的巖漿。進化巖漿：原生巖漿經過分異、結晶分離、混合等過程導致成分發(fā)生改變后的巖漿。部分熔融“麻點”原生巖漿的判別準則舉例a、熔漿-礦物平衡熱力學例如：對于地幔橄欖巖之Ni在橄欖石與熔漿之間的分配、玄武質源區(qū)Sr、Y在熔漿與殘留礦物之間的分配，等等。例如：地幔橄欖巖熔融形成的玄武巖巖漿的Mg#（w(Mg)/w(Mg+Fe)）變化

3、于0.67-0.73之間，可初步判定為原生巖漿。b、巖漿流體動力學2、母巖漿（Parent magma）和派生巖漿（Derivative magma） 能夠通過各種作用（分異作用、同化作用、混合作用等）產生派生巖漿的獨立的液態(tài)巖漿稱為母巖漿。因此原生巖漿可以成為母巖漿，但母巖漿不一定是原生巖漿。 在概念上母巖漿與原生巖漿無相互排斥或相反的含義。母巖漿與派生巖漿具有成因聯(lián)系，它們是母體與子體的關系，在成分上可形成相互聯(lián)系的系列。一、巖漿的概念 二、巖漿的性質三、巖漿的形成與運移 四、巖漿分異、混合、同化作用的基本概念五、現代火山活動 二、巖漿的性質 1.巖漿的密度( r )（density）2.

4、巖漿的粘度（）（vescosity）3.巖漿的溫度( t )4. 巖漿中的揮發(fā)分(CO2, CH4, NH3, H2, HCl, HF, H2S, SO2, P2O5 和H2O等)1.巖漿的密度( r )（density）熔體的密度不僅與其成分有關（基性巖漿密度高于酸性巖漿），也隨溫度、壓力的變化而改變，原因是壓力增大時熔體內分子間距減小，體積壓縮密度變大；溫度增高時，分子間距增大，體積膨脹密度變小。這種變化也反映了熔體具有壓縮性及膨脹性。2.巖漿的粘度（）（vescosity）巖漿的粘度與多種因素相關，如巖漿的成分、結構、溫度、壓力及所含的揮發(fā)分等都對粘度的大小有影響。巖漿中SiO2、Al2

5、O3、Cr2O3含量高，可使粘度增大，最明顯的影響是SiO2，超基性巖低于基性巖約3個數量級。巖漿的粘度會影響巖漿上升的速度和火成巖的結構、構造、產狀及一些巖漿作用發(fā)生的強度。3.巖漿的溫度( t )在此表中，基性玄武巖巖漿溫度最高，其次為安山質巖漿，流紋質巖漿溫度最低。4. 巖漿中的揮發(fā)分(CO2, CH4, NH3, H2, HCl, HF, H2S, SO2, P2O5 和H2O等)現代火山噴發(fā)時有大量氣體逸出，已固結的火山巖標本有些含相當數量的氣孔都充分說明了巖漿中含有揮發(fā)組分。了解它們的類型及含量可以通過兩種途徑：一是直接從現代火山噴發(fā)的氣體中取得，另一種是通過巖石中的流體包裹體獲得

6、?；鹕絿姲l(fā)產物揮發(fā)份一、巖漿的概念 二、巖漿的性質三、巖漿的形成與運移 四、巖漿分異、混合、同化作用的基本概念五、現代火山活動 三、巖漿的形成(Formation)與運移(Movement)大量的資料已經證實，在地球內部當物理和化學條件具備時，地幔及地殼的某些部位可以發(fā)生熔融。起始熔融時液相熔體僅在固相顆粒的隙間產生，比例也很少，隨著熔融作用的繼續(xù)熔體的比例增加并逐漸集中形成巖漿。巖漿上升至地表或近地表處的過程稱為巖漿的運移。1、巖漿的形成(Formation)溫度、壓力、揮發(fā)分、源區(qū)物質組成（1）源區(qū)的巖石（source rocks）從何處得知這些信息地球物理方法測得地球的圈層結構以及各圈層

7、物質的物理性質利用直接來自深部的物質地球化學反演高溫高壓實驗a.鑒定上地幔物質組成的物理準則根據地震波測量，上地幔的P波速度平均為8.2km/s左右，這個值與新鮮橄欖巖和榴輝巖的分布范圍8.0-8.5km/s相近。因此，上地幔的組成可能是橄欖巖，也可能是榴輝巖。b.利用直接來自深部的物質幔源橄欖巖包體，分布在基性、超基性火山巖中。c.地球化學反演反演的基礎是：如果巖漿形成于某源區(qū)，那么巖漿和由它結晶形成的火成巖的化學成分必定反映了源區(qū)巖石的某些化學成分特征，包括主要元素、微量元素及同位素方面的特征。例如地幔橄欖巖MgO高，它們的Mg/(Mg+Fe2+)值（或稱Mg值*）變化于0.87-0.92

8、之間，據實驗及熱力學計算，由地幔熔融導源的原生玄武巖巖漿，Mg值變化于0.67-0.73。如果自然界出露的某地區(qū)的玄武巖，它的Mg值在這一范圍之內，那么可以初步確定它是幔源的原生巖漿。高溫高壓實驗巖石圈剖面(2)、熱能的來源1、巖漿的形成(Formation)活火山、板塊構造與“火圈”地核中放射性元素的分布(3).揮發(fā)分的來源 深部與再循環(huán)。1、巖漿的形成(Formation)(4).減壓作用：底辟上升的一般模型1、巖漿的形成(Formation)2、巖漿的分凝巖漿是由源區(qū)(source)巖石經部分熔融作用產生并聚集而成的。每一種巖石相應壓力條件下都具有一定的液相線溫度和固相線溫度(通常有一定

9、的間隔(interval)，當源區(qū)受熱達到其固相線溫度時，源區(qū)巖石開始發(fā)生部分熔融形成熔漿(melt)。三、巖漿的形成(Formation)與運移(Movement)（1）、部分熔融的實例a. 顆粒邊界處發(fā)生的部分熔融b. 顆粒內部的部分熔融在礦物顆粒內部，可以形成麻點狀構造（2）、熔漿的聚集與分離隨著部分熔融程度的增加，熔漿數量達到一定比例時，就可以從源區(qū)巖石中分離出來時形成巖漿。熔漿的聚集熔漿的分離3巖漿的上升和侵位（magma ascent and emplacement）巖漿分凝后, 如果其密度低于源區(qū)的巖石，將產生重力不穩(wěn)定性及浮力，導致巖漿上升，當巖漿上升至上部巖石的密度與其相當時

10、，巖漿體停止移動形成侵入巖。這一位置可稱為平衡浮力高度（the level of neutral buoyancy）。然而當巖漿形成于高壓條件下，在減壓時它也可以上升至高于這一位置，直至噴出地表。巖漿怎樣克服上覆圍巖阻力上升、以何種方式在地殼中占據空間的問題，就是侵位機制要研究的問題，巖漿上升侵位的機制有以下幾類：三、巖漿的形成(Formation)與運移(Movement)(1)底辟作用（Diapirism）底辟上升和底辟侵位是連續(xù)的過程。巖漿加熱頂部圍巖使其粘度降低，自身則因浮力上升，迫使圍巖向下流動，并占據其騰出的空間。底辟侵位的主要驅動力是巖漿的浮力和熱動力，底辟侵位一般可分早期穹隆階

11、段、中期底辟上升階段和晚期側向擠斷三個階段。 底辟作用的關鍵是巖漿底辟體的熱量。由于底辟侵位要求有較大的浮力和熱能來克服圍巖的阻力，因而以底辟方式侵位的巖體一般較大。底辟侵位時巖漿和圍巖均處于同一應力場，形成的巖體產狀及內部組構往往與圍巖的片理產狀一致，往往是無根的整合侵入體。 (2)頂蝕作用（Stoping）熱的巖漿上升，引起頂部巖石被挖蝕、炸裂，在頂部圍巖炸裂塊體下沉的同時，巖漿侵入到裂隙中，如此反復，巖漿體可實現向上遷移、侵位（圖2-3）?？宽斘g作用侵位的巖體與圍巖層理面的產狀相切，形成不整合侵入體。巖體邊緣帶可見不規(guī)則狀、棱角狀的圍巖捕擄體。另外，如果巖漿的溫度及圍巖的成分適當，還會發(fā)

12、生巖漿同化捕擄體、混染圍巖的作用，在侵入體中形成外來礦物的條帶、或斑點。由于需要大量的巖漿來填充下沉巖塊間的空隙，這種侵位機制不可能使巖漿產生較大的上升距離（Marsh,1984）。(3)巖墻擴展作用 (Dike Propagation)巖漿在壓力的驅駛下注入圍巖裂隙，使其成為狹窄的巖漿通道（巖墻），并沿該通道上升。上述機制主要發(fā)生在張性斷裂帶，如洋殼中的輝綠巖巖墻群和玄武巖，就是在洋中脊伸展構造環(huán)境下沿張性斷裂上升、侵位的。這一侵位機制主要受到巖漿通道中熱損失的制約，由于巖墻中巖漿與圍巖的接觸面積比球形巖漿體（如底辟體）與圍巖的接觸面積大得多，通過圍巖擴散的熱損失速度也快得多，因此，等體積、

13、同樣溫度的巖漿要上升到地表，通過巖墻通道上升的速度必須比球形巖漿體上升的速度快104倍。研究表明，在相對較冷的上地殼中，巖漿沿巖墻通道以1m/s的速度上升，在幾小時后就會失去活動性，上升距離也只有幾公里。(4)火山口沉陷作用（Cauldron subsidence）火口沉陷作用是代表環(huán)形雜巖體特征的一種侵位機制。在近地表地區(qū)，如果已就位的巖漿房因巖漿噴發(fā)作用而變得空虛，上部的巖層就會斷裂成塊體發(fā)生沉陷，圍巖中形成環(huán)狀裂隙，巖漿將趁虛而入形成環(huán)狀雜巖體。 巖漿上升對其自身的影響是什么？四、巖漿分異、混合、熔離、同化作用的基本概念1、巖漿分異作用（differentiation） 分異作用：是指原

14、來成分均勻的巖漿，在沒有外來物質加入的情況下，依靠本身的演化，最終產生不同組分的火成巖的作用。1、巖漿分異作用（differentiation） 巖漿分異作用有些只是在巖漿本身進行的，并未發(fā)生相的分離，而有些則發(fā)生了結晶相和流體相的分離。屬于前者的有擴散作用和熔離作用，屬于后者的有分離結晶作用和氣體搬運作用。由擴散產生的分異，主要出現在巖漿體內溫度不同的時候，高熔點組分會由高溫區(qū)向低溫區(qū)擴散，最后形成低溫區(qū)高熔點組分集中的現象。如某些巖體邊部，可因擴散作用導致高熔點物質（暗色礦物）集中，巖石成分較巖體中心基性。鮑文反應系列2、巖漿混合作用（magma mixing ）混合作用是由兩種不同成分的

15、巖漿以不同的比例混合，產生一系列過渡類型巖漿的作用。與同化混染作用相比，混合作用除受到兩種巖漿熱狀態(tài)的影響外，還受兩種巖漿的相遇機制，密度差等的制約。a、暗色微粒包體的形態(tài)不管花崗巖類巖體中包體種類如何繁雜，像這樣具有塑性形態(tài)的暗色微粒包體只能有一種解釋：包體是在寄主巖體尚處于液態(tài)時進入的，其本身當時也是液態(tài)的。b、寄主巖沒有變形時包體的外形也可以呈壓扁拉長c、巖體中央包體的展布特征巖漿混合作用的類型(mixing、mingling、injection)盡管目前越來越多的學者傾向于承認巖漿混合作用的存在與意義，它卻仍然還是個科學前緣課題。外國學者已經提出了三個不同的名詞來描述巖漿混合作用的類型

16、，其涵義仍然不太清晰或稱為不太統(tǒng)一。Mixing混合作用參與混合的端元巖漿完全地混合在一起，形成均一的巖漿。后者表觀上與單一巖漿幾乎沒有差別，但在造巖礦物、地球化學等方面仍然可以識別。Mingling混雜作用參與混合的端元巖漿未完全混合均一，表觀特征明顯，可以識別出巖漿團的大致輪廓、形態(tài)與成分。其余特征與混合作用相同。Injection注入作用參與混合的端元巖漿相互穿插，但基本上沒有化學組分的遷移，只有機械“插入”，形成你中有我、我中有你的復雜景觀。3、巖漿液態(tài)不混溶（熔離作用）熔離作用：是指原來混溶的熔體因物理或化學的原因分離為不混溶或混溶程度低的兩種熔體的過程。物理因素可以石溫度。壓力的變

17、化，化學因素則與第三種成分的加入有關。堿性玄武巖中的不混溶球粒堿性正長巖中的不混溶球粒不混溶作用通常與巖漿中高場強元素的含量有關，如P、Ti等不混溶球粒在巖漿流動過程中聚集4同化混染作用（Assimilation）巖漿在上升或停留于巖漿房期間，除與圍巖具有熱交換外，還可能與圍巖發(fā)生物質交換，其結果是熔化圍巖及捕虜體，或與其發(fā)生反應，而使巖漿的成分發(fā)生變化，這一過程可稱為同化混染作用。同化混染作用的方式和規(guī)模及強度取決于巖漿及圍巖的熱狀態(tài)和組成。AFC模型熱的巖漿同化冷的圍巖需要消耗大量的熱能，這將會使巖漿的溫度快速下降，導致結晶作用，同時結晶作用又會釋放出結晶潛熱，為同化作用補充熱能，一般認為

18、，巖漿房中的巖漿演化，是同化混染作用和分離結晶作用同時進行的，這就是所謂的AFC模式（Assimilation and Fractional Crystallization）。許多學者在研究火成巖的演化時，常用微量元素的AFC模型來定量研究該過程中的同化染混及分離結晶的程度。五、現代火山活動 2001年7月29日，埃特納火山爆發(fā)的衛(wèi)星照片研究現代火山活動的意義 研究地球上現在正在進行的巖漿活動有重要意義,因為(1)現代火山活動與現今構造格架的關系是可以直接進行觀察和研究的，因而所獲得的資料可信度很高。(2)對于巖漿化學成分和物理性質的研究可以直接用噴出的熔巖作為樣品，所得的分析結果代表熔體的特征而不是火成巖的特征。(3)現代火山活動是自然災害的一種，他與地震活動也有聯(lián)系，因此了解其特征及活動規(guī)律關系到防災減災保護環(huán)境的千秋大業(yè)。2004年6月8日，從下午15時20分開始爆發(fā)，噴射出的火山灰和濃煙高達3000米。印尼東爪哇省布羅莫火山美國西北部活火山。位于華盛頓州北段。西南距波特蘭72千米。海拔2950米。原為一休眠火山，沉默123年后，于1980年3月27日復活。經過1980年3月27日、5月18日和25日3次大噴發(fā)，火山高度降低至2550米，山頂被削去近13，形成一個長3千米、寬1