第1講 巖漿及巖漿作用

第一章巖石及其地質(zhì)分布一、巖石及其成因分類二、巖石學(xué)及學(xué)習(xí)的目的三、巖石在地球上的分布1.巖石的概念：巖石是天然形成的,由礦物或類似礦物的物質(zhì)（如有機質(zhì)、玻璃、非晶質(zhì)等）組成的固體集合體。(1)多數(shù)巖石是由不同礦物組成，單礦物的巖石相對較少(2)巖石也可是由玻璃質(zhì)(如黑曜巖)、有機質(zhì)（如瀝青）、膠體物質(zhì)等組成(3)巖石，一般是指自然界產(chǎn)出的，人工合成的礦物集合體，稱作工業(yè)巖石,不在本教材學(xué)習(xí)的范圍第一章巖石及其地質(zhì)分布第一章巖石及其地質(zhì)分布一、巖石的概念及其成因分類2．巖石分類自然界的巖石可以劃分為三大類：火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖。（1）

火成巖：是由地?；虻貧さ膸r石經(jīng)熔融或部分熔融形成巖漿繼而冷卻固結(jié)的產(chǎn)物。巖漿可侵入到地表以下形成侵入巖，也可以噴出到地表形成火山巖。第一章巖石及其地質(zhì)分布-巖石的概念及其成因分類（2）沉積巖：是地表巖石經(jīng)風(fēng)化作用形成的物質(zhì)經(jīng)過搬運、沉積和成巖固結(jié)作用形成的巖石?；瘜W(xué)及生物風(fēng)化——化學(xué)溶液及膠體的沉淀——化學(xué)沉積（巖）剝蝕及機械破碎——碎屑物質(zhì)（巖石碎屑、礦物碎屑或生物碎屑）——陸源碎屑巖兩種作用的綜合產(chǎn)物沉積——混積巖沉積巖常形成層狀。沉積巖形成過程中也可以有結(jié)晶作用的發(fā)生，但不同于火成巖的結(jié)晶作用。前者結(jié)晶于地表或近地表的溫度、壓力條件，而且是在水溶液或膠體溶液中結(jié)晶的。第一章巖石及其地質(zhì)分布-巖石的概念及其成因分類第一章巖石及其地質(zhì)分布-巖石的概念及其成因分類（3）

變質(zhì)巖

是由先已存在的巖石(火成巖及沉積巖)在溫度、壓力及應(yīng)力條件發(fā)生變化的情況下，為適應(yīng)新的環(huán)境而形成的巖石。

它們的礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造都因為溫度和壓力的改變以及應(yīng)力的作用而發(fā)生變化，但它們并未經(jīng)過熔融的過程，主要是在固體狀態(tài)下發(fā)生的。變質(zhì)巖形成的溫、壓條件介于地表的沉積作用及巖石的熔融作用之間。第一章巖石及其地質(zhì)分布-巖石的概念及其成因分類火成巖沉積巖變質(zhì)巖風(fēng)化，沉積變質(zhì)重熔變質(zhì)重熔

（4）三大類巖石之間的關(guān)系

三大類巖石之間可互相轉(zhuǎn)換，并存在過渡性?；ハ噢D(zhuǎn)換：火成巖經(jīng)風(fēng)化沉積或變質(zhì)作用可形成沉積巖或變質(zhì)巖沉積巖經(jīng)變質(zhì)改造或進一步的重熔作用,可形成變質(zhì)巖或巖漿巖變質(zhì)巖經(jīng)風(fēng)化沉積或重熔作用,形成沉積巖或火成巖第一章巖石及其地質(zhì)分布-巖石的概念及其成因分類

例2：混合巖與巖漿巖的過渡混合巖是一種由淺色和暗色的兩種巖石組成的，暗色的是先存的變質(zhì)巖,而淺色的是經(jīng)就地熔融產(chǎn)生的富硅、鋁質(zhì)的火成巖，它們是兩種不同作用形成的過渡類型，但通常將其列入變質(zhì)巖類中。

互相過渡：

例1：火山碎屑巖與沉積巖的的過渡例3：沉積巖與低級變質(zhì)巖的過渡若埋藏深度逐漸變大，受地溫梯度的影響，溫度也隨壓力加大而增高，礦物會轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌牡V物類型，結(jié)構(gòu)構(gòu)造也相應(yīng)發(fā)生變化。與變質(zhì)作用中的埋藏變質(zhì)及低度變質(zhì)過渡，而所形成的巖石類型也呈現(xiàn)出了過渡的特點。第一章巖石及其地質(zhì)分布-巖石的概念及其成因分類1．巖石學(xué)有關(guān)概念巖石學(xué)是研究天然巖石的學(xué)科。巖石學(xué)包括了巖相學(xué)和巖理學(xué)兩部分:

巖相學(xué)：以研究巖石分類和描述巖石特征為主，立足于詳細的野外及室內(nèi)的觀察與測試，如對巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分和野外產(chǎn)狀以及他們的化學(xué)成分作出研究,可以對各類巖石作出進一步的分類和命名，并作出成因解釋。

巖理學(xué)：將巖相學(xué)知識結(jié)合實驗研究和理論分析通過歸納和演繹得到有關(guān)巖石成因,形成演化及構(gòu)造背景的結(jié)論.

第一章巖石及其地質(zhì)分布二、巖石學(xué)及學(xué)習(xí)的目的2．研究意義1)巖石是地質(zhì)歷史的記錄

有關(guān)巖石的成因，形成時的物理化學(xué)環(huán)境、結(jié)晶年齡及其時空分布規(guī)律的研究，可以對解決地質(zhì)歷史演化中的不少問題作出貢獻。第一章巖石及其地質(zhì)分布

2)巖石學(xué)研究還可以作為地球深部的“探針”

地球主要由巖石組成，科學(xué)家可以通過不同的途徑獲得不同深度的巖石樣品，已有資料表明，獲得的樣品最大深度達200km。應(yīng)用這些樣品，可以而揭示地球深部的組成、熱狀態(tài)及流變學(xué)特征。

3)巖石學(xué)是許多其它地學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)

構(gòu)造、地層、礦產(chǎn)以及工程地質(zhì)等學(xué)科，都需要有巖石學(xué)方面的基礎(chǔ)。1．地球內(nèi)部的圈層結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成(垂向分布)三、巖石在地球上的分布根據(jù)地球物理的資料，地球可劃分為三個一級層圈：地核、地幔和地殼地核：占地球總體積的16.2%地幔：占83.2%，分上地幔、過渡帶（軟流層）及下地幔，由富Mg的巖石所組成（上地幔為二輝橄欖巖）。地幔與地殼之間的界面稱為莫霍面地球除去外地核及極少量賦存于地殼及上地幔中的熔體外，主要是由固態(tài)的巖石組成，但在垂向上成分具明顯的分異。地殼：占0.6%，主要由鋁硅酸鹽礦物組成（相當(dāng)于花崗質(zhì)巖石）大洋地殼:平均為10km，為硅鎂質(zhì)組成（相當(dāng)于玄武質(zhì)巖石）大陸地殼:平均為33km，上部是硅鋁層，下部為硅鋁質(zhì)及硅鎂質(zhì)兩種組分巖石圈:由地殼和上部地幔組成的構(gòu)造層，具有剛性特征。60km至200km，平均為150km。軟流層:為高溫塑性的層圈，為固態(tài)的地幔巖石含部分熔融的熔體，具低地震波速

2.地球表層巖石的分布

在陸地,表層沉積巖約占66%，其余的火成巖及變質(zhì)巖大約各占一半。在大洋下面，沉積物及沉積巖形成薄層狀，下部為火成巖及變質(zhì)巖，后兩種巖石組成了大洋地殼的主體。

一、巖漿的概念二、巖漿的形成與運移三、巖漿的性質(zhì)四、巖漿分異、混合、同化作用的基本概念五、巖漿活動的位置及現(xiàn)代火山活動第二章巖漿及巖漿作用一、巖漿的概念有關(guān)巖漿的概念有：巖漿、原生巖漿、母巖漿和派生巖漿四個1.巖漿（magma）

巖漿是上地幔或地殼部分熔融形成的高溫、粘稠、含揮發(fā)分的硅酸鹽熔融體2．原生巖漿（Primarymagma）

由地?；虻貧r石經(jīng)熔融或部分熔融作用形成的成分未遭受變異的巖漿。它不強調(diào)源區(qū)的巖石是否已經(jīng)遭受過熔融作用或成分的變異，但強調(diào)形成的巖漿一定未遭受過成分的變化。

原生巖漿類型較多，但主要有玄武巖漿、花崗質(zhì)巖漿和安山巖漿。原生巖漿直接冷卻結(jié)晶成不同的火成巖，或者通過各種作用形成了派生巖漿后再冷卻結(jié)晶最終形成了地球表面多種多樣的火成巖原生巖漿的識別標志原生巖漿因早期曾與源區(qū)殘余礦物有過物理化學(xué)上的平衡，常存在一些可供識別的標志。例如，由地幔源區(qū)產(chǎn)生的玄武質(zhì)原生巖漿，上升侵位后直接冷凝固結(jié)形成的玄武巖可具以下特征：

（1）含地幔巖捕虜體：表明巖漿在深部很少結(jié)晶，晶體的沉淀作用更不可能發(fā)生。

（2）Mg*值（Mg/Mg+Fe2+）高:界于0.68-0.75之間。高溫高壓實驗證明，巖漿與橄欖石之間的Fe2+-

Mg分配系數(shù)（KD）近似為常數(shù)（KD=0.30±0.03），上地幔橄欖巖中橄欖石的成分較固定，F(xiàn)o在91±1附近，因此與其處于平衡狀定態(tài)的原生玄武質(zhì)巖漿的

Mg’值也較固定。原生幔源巖漿中的Ni、Cr豐度較高，與地幔巖平衡的玄武質(zhì)巖漿的Ni為295×10-6-500×10-6，Cr為300×10-6-400×10-6

（3）巖漿在地下滯留時間短，結(jié)晶程度低:由原生巖漿直接固結(jié)形成的火成巖，因保存了大量有關(guān)源區(qū)的物理化學(xué)信息，因此常用來反演源區(qū)溫壓條件及組成，在火山巖研究中具較重要的意義。3．母巖漿（Parentmagma）

通過各種作用（分異作用、同化作用、混合作用等）產(chǎn)生出不同成分的巖漿巖漿稱為母巖漿。4.派生巖漿（Derivativemagma）由母巖漿通過各種作用產(chǎn)生的不同成分的巖漿稱為派生巖漿（或進化巖漿）。

例如玄武質(zhì)巖漿可作為母巖漿,通過分異作用產(chǎn)生安山巖和英安巖等派生巖漿。原生巖漿可以成為母巖漿，但母巖漿不一定是原生巖漿。虧損地幔（barren,depleted或infertilemantle）是指相對于原始地幔虧損Si、Al、Ca、Na、K等易熔組分和Rb\Sr\Ba\La\Ce等不相容原素的地幔,這些元素在熔融作用中容易進入巖漿，相應(yīng)的地幔則虧損了上述組分富集地幔（fertilemantle）如果原始地幔中加入了上述元素(如地幔交代)，則會富集上述組分，形成富集地幔（fertilemantle）。這種作用通常是通過地幔交代作用或地殼物質(zhì)重新返回地幔的再循環(huán)作用實現(xiàn)的。二．巖漿的形成與運移現(xiàn)代地震波速測定表明，不少地區(qū)在上地幔100km左右的深度及中下地殼的深度存在有地震波速下降的低速帶（lowvelocityzone，簡稱LVZ），被解釋為在固態(tài)的巖石中存在有液態(tài)的物質(zhì)，表明了有熔融作用的發(fā)生。地球物理資料可為我們提供了巖漿形成的概略深度及部位。在現(xiàn)代火山活動地區(qū)，如著名的夏威夷火山群，在噴發(fā)的間隙階段，在上地幔的深度（約60km處）發(fā)生了深源地震，表明這一位置相當(dāng)于巖漿的源區(qū)，當(dāng)巖漿上升運移時可能在該區(qū)有地震的發(fā)生。

1.巖漿形成的條件(1)源區(qū)的巖石

即巖漿發(fā)生之前已經(jīng)存在于地?；虻貧さ膸r石作為熔融巖漿的母巖；上地幔及地殼中的所有巖石在適當(dāng)?shù)臈l件下，都可以成為巖漿的源巖.

確定巖漿源區(qū)巖石的性質(zhì)，其途徑有三種：①尋找?guī)r漿中的深源捕虜體

例如：在堿性玄武巖類、金伯利巖中的橄欖巖捕虜體是地幔巖石熔融的殘余。②通過火成巖的化學(xué)特征來反演源區(qū)狀態(tài)

例如由地幔橄欖巖熔融導(dǎo)源的原生玄武巖巖漿Mg′{=Mg/(Mg+Fe2+)}值變化于0.67-0.73。同時還富Ni、Cr等耐熔元素③通過高溫高壓實驗研究

應(yīng)用不同類型的巖石作為源巖，在不同的壓力（代表不同深度）、不同溫度乖條件下進行熔融實驗，從而獲得在不同熔融比例下的巖漿類型。(2)熱能的累積(溫度升高)

地?；虻貧ぴ磪^(qū)的巖石只有當(dāng)該區(qū)的熱能累積到一定的程度，溫度達到巖石熔融的溫度（固相線溫度）并持續(xù)熱能的累積巖漿才會發(fā)生。目前所公認的熱能來源主要有兩個:

一種是有熱流（熱的物質(zhì)流或熱流體流）進入某地區(qū)產(chǎn)生熱對流（Thermal—Convection），導(dǎo)致了熱能的積累及溫度上升，一種是源區(qū)含有不移動的放射性生熱元素（如K、U、Th），通過長期衰變產(chǎn)生熱能導(dǎo)致該區(qū)溫度升高。(3)壓力的改變上地幔及下地殼源區(qū)的巖石的固相線溫度是隨壓力增大而增高的,在恒定的溫度條件下,如果因構(gòu)造原因而隆升,導(dǎo)致壓力降低,可產(chǎn)生巖漿.(4)揮發(fā)組分的加入

(尤其是H2O)揮發(fā)組分的加入可以顯著地降低源區(qū)巖石的固相線溫度(5)時間累積

如果升溫至原始溫度的10%發(fā)生熔融，對橄欖巖而言，純加熱時間約需1000Ma（百萬年）。若考慮源區(qū)富集放射性元素（前一節(jié)所述的第二種情況）10倍于正常地幔，則加熱的時間會降低為100Ma（1億年）。對花崗巖來說，同樣溫度增長10%所需的時間為53Ma。(6)其他因素

地?；虻貧?nèi)部由于粘性剪切力的作用也可以導(dǎo)致局部增溫誘發(fā)巖漿熔融。地幔粘度大（1021泊）在剪切應(yīng)力與應(yīng)變速率高的地段,如在上地?？拷_帶的區(qū)域或地殼內(nèi)沿大斷裂帶的地區(qū)都有可能產(chǎn)生異常熱能并發(fā)生不同規(guī)模的熔融作用。2.巖漿的上升和侵位

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(jù)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：

(1)底辟作用（Diapirism）(2)頂蝕作用（Stoping）(3)巖墻擴展作用(DikePropagation)(4)火山口沉陷作用（Cauldronsubsidence）(1)底辟作用（Diapirism）

底辟作用是巖漿通過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(jù)其騰出的空間上升侵位過程。

主要驅(qū)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段、中期底辟上升階段和晚期側(cè)向擠斷三個階段（圖2-2）。

底辟作用的關(guān)鍵是要求有較大的浮力和熱能來克服圍巖的阻力，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(yīng)力場，形成的巖體產(chǎn)狀及內(nèi)部組構(gòu)常與圍巖的片理產(chǎn)狀一致，多是無根的整合侵入體。巖漿發(fā)生底辟上升后，常常以氣球膨脹的方式連續(xù)侵位

上升的巖漿因降溫結(jié)晶而粘度增大，升速減緩直至停止，轉(zhuǎn)向旁側(cè)擴展，直徑增大，發(fā)生膨脹。圍巖因巖漿擴展而遭受壓扁作用，巖體內(nèi)部組構(gòu)也由于壓扁作用由核部向邊緣增強上升階段穹隆階段側(cè)向擠壓階段(2)頂蝕作用（Stoping）

熱的巖漿上升，引起頂部巖漿被挖蝕、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(fù)，巖漿體可實現(xiàn)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(chǎn)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(dāng)，還會發(fā)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(chǎn)生較大的上升距離（Marsh,1984）(3)巖墻擴展作用(DikePropagation)

巖漿在壓力的驅(qū)駛下注入圍巖裂隙，并通過擠壓圍巖使其擴展成狹窄的巖漿通道（巖墻），并沿該通道上升。這種機制主要發(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(gòu)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、同樣溫度的巖漿要上升到地表，通過巖墻通道上升的速度比球形巖漿體上升的速度快104倍。(4)火山口沉陷作用（Cauldronsubsidence）

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