第三章 岩浆岩的成因 （Petrogenesis of Igneous Rock）.ppt

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1、第三章 岩浆岩的成因 (Petrogenesis of Igneous Rock),邵龙义 讲授（1.中国矿业大学（北京）煤炭资源教育部重点实验室 及资源与地球科学系， 北京 100083） ShaoL ,一、 岩浆成因,岩浆成因有两种理论 一种观点认为岩浆岩是由岩浆经过演化冷凝而形成的 另一种认为岩浆岩是由交代变质作用而成，与岩浆没关系。 本章仅介绍第一种观点,第一节 岩浆的形成 Formazation of Magma,部分熔融地球上分布的岩浆岩是各种各样的，其中除了那些由变质交代形成的具岩浆岩外貌的岩石以外，大部分岩浆岩都是由岩浆形成的。地震地质和高温高压实验结果等表明，液态 的岩浆可由

2、固相的上地幔和地壳经过部分熔融产生导致从上地幔和地壳中熔出岩浆的原 因可能有：一、温度的升高 (Temperature )二、压力的降低 (Pressure)三、成分的变化 (composition ),一、温度的升高接近于其熔融温度的岩石由于温度的升高就会发生熔融。愠度的升高可以由于热的加入导致地热增温率的局部异常引起熔融总是先从那些易熔的低熔物质开始，而难熔的则 后熔，这是因为不同的物质都有不同的固相线。所以，在一定的温压下熔融作用总是局部的部分熔融。一旦形成了一定数量的熔浆之后，由于重力、应力等因素，较轻的、活动性大的熔体就会向低压区移聚，形成岩浆房。 二、压力的降低在深处由于压力大，温

3、度虽然也很高，但不一定达到固相变液相的转化温度，这是因为岩石体系的初始熔融温度随压力升高而增大。但如果由于构造断裂，招致压力的突然降低，就有可能达到初始熔融温度，使岩石发生部分熔融，形成岩浆 三、成分的变化由于水和CO：等流体加入上地幔中，可以使地幔橄榄岩的初始熔融温度大为降低，使 橄榄岩发生部分熔融，产生岩浆由上可知，随着熔融源区岩石成分的差异、深度的不同、温度的高低、总压和水与cO：分压的变化，以及熔融程度的强弱，会产生不同成分的岩浆。,Divergent Plate Boundary,Usually start within continents grows to become ocea

4、n basin,第二节 关于原生岩浆的问题,一元论 （戴里， 鲍文） 二元论（本生及列文生.） 三元论 （赫斯） 多元论,一元论 （戴里， 鲍文）,原生岩浆只有一种，即玄武岩浆(Basaltic Magmas )，认为除基性岩(Mafic)外，其他各类岩浆岩都是有玄武岩浆派生出来的。 论据： 1.各地质时期、各构造区都有玄武岩广泛分布，证明地壳中有大量玄武岩浆存在； 2.实验室对硅酸盐熔浆的研究和对侵入体的野外观察表明，早期结晶的矿物如橄榄石(olivine)、辉石(pyroxene)等，因比重较大而下沉或位于岩体下部，而石英、长石等比重较小的矿物则上浮或位于岩体上部。 也就是说，较基性和酸性

5、的成分均由玄武岩浆派生而来。问题：大量分布的花岗岩(granite)，花岗岩比玄武岩(basalt)要多得多。,二元论,后者以列文生一列信格及戴里为代表，认为原生岩浆有两种： 一是玄武岩浆(Basaltic Magmas )， 二是花岗岩浆(Granitic magma )论据 玄武岩体与花岗岩体分布最广； 花岗岩体的边缘过渡为闪长岩和正长岩，显然，后者是由花岗岩派生而来； 问题：不能解释所有岩浆岩的成因，尤其是褶皱带的独立存在的巨大超基性岩体,三元论,H.H.赫斯认为有三种原生岩浆： 玄武岩浆(Basaltic Magma )、花岗岩浆(Granitic magma )、橄榄岩浆(perid

6、otite ) 超基性岩浆（橄榄岩浆） 直接结晶产物: 斜方辉橄岩 分异作用产物: 部分辉石岩、纯橄榄岩 玄武岩浆 直接结晶产物: 辉长岩(gabbro )、玄武岩(basalt) 分异作用产物: 辉长岩-辉石岩、部分辉石岩(pyroxenite )、纯橄榄岩(dunite)、碱性辉长岩(Alkali gabbro )、粗面岩(trachyte )、响岩(phonolite)、部分霞石正长岩(nepheline-syenite) 同化作用产物：苏长岩(norite)、部分闪长岩(diorite)、二长岩(monzonite )、正长岩(Syenite )、安山岩(andesite) 花岗岩浆

7、直接结晶产物: 花岗岩(Granitic)、花岗闪长岩(Granodiorite )、流纹岩(Rhyolite )、英安岩(Dacite ) 同化作用及气态分异作用产物:英安岩(Dacite)、石英闪长岩(Quarz diorite )、二长岩(monzonite)、 辉长岩(gabbro)、碱性正长岩(Alkali Syenite)、霞石正长岩(nepheline-syenite)橄榄岩浆400Km（地幔中）、玄武岩浆50-150Km（上地幔中）、花岗岩浆20-70Km(地壳中)独立的超基性岩浆的存在基本上符合中国的习惯，可是后来的地质事实逐渐证实多元论的认识是符合客观实际的。,第三节 岩浆

8、的演化 (Evolution of magma),由原生岩浆可以派生出更多类型的岩浆，从而形成众多的岩浆岩。从人们对自然的观察和人工实验结果推知，岩浆的这种演化一般都是经由岩浆分异作用，结晶分异作用，同化混染等作用来完成的，这些作用除了受地质情况和构造特点影响外，还严格的受岩浆结晶时的物理化学条件的控制31 分异作用(differentiation)成分均匀的熔浆分离成成分不同的岩浆的作用，就是分异作用，按其作用的过程可分成结晶开始前的岩浆分异作用和结晶开始后的结晶分异作用。一、岩浆分异作用(magmatic differentiation)这种作用可以发生于地壳的深处，也可以发生于侵入和喷出

9、过程中，前者形成深处分异，后者则形成就地分异。这种作用的方式是通过熔离作用，扩散作用和气体搬运作用来完成的。,1熔离作用(Liquation)，也叫分液作用。是指原来成分均匀的岩浆，在温度降低的情况下分成成分不同的相互不混溶的两种岩浆的作用。由一些自然现象和实验得知，硅酸盐熔浆中的硫化物和氧化物，在岩浆的早期阶段是有分液现象的，如超基性岩中的浸染状、串珠状铬铁矿，基性岩中的透镜状硫化铜镍矿等即可由熔离作用形成。已有实验证明，从镁铁质碱性岩浆中可分离出碳酸岩浆。2扩散作用(diffusion)，在岩浆的活动过程中，由于不同部位散热情况不同，于是在 熔体中产生温度梯度，难熔的高熔点组分会自发向温度

10、低的部位扩散，这样就形成了温度 低的部分有高熔点组分浓度加大的现象如某些酸性侵入体的基性边缘、石英捕虏晶的暗色矿物环圈可能是这样形成的。 3气体搬运作用(gas transportation)，由于压力降低岩浆中所含的气体自岩浆中散逸，一方面改变了岩浆成分和性质，另一方面还会带走某些组分，使岩浆在成分和结构上产生不同规模的分异作用。这种作用可使岩体上部富集含挥发分的矿物，形成多孔状和伟晶状的上部带。,一、岩浆分异作用,或叫结晶分异作用。这是岩浆自结晶作用开始至完全固结所进行的分异作用。因已晶出的晶体与熔浆体系分离，这样就改变了原来熔浆的成分，从而形成各种各样的岩浆岩。分异的总趋向是，愈到晚期，

11、岩浆愈向富硅、富碱方向演化。 1重力分异作用(gravitative differentiation)，如果从岩浆中析出的晶体与周围岩浆之 间存在密度差，而且岩浆的粘度较低时，只要有充分的时间，这些晶体就会在岩浆中上升或下沉，分别集中，形成不同成分的岩浆岩；而且周围的岩浆就会亏损构成晶体的那些组分。如四川某地的层状超镁铁一镁铁岩中的韵律性堆积层就是由重力分异作用形成的。 2流动分异作用(flow differentiation)和摩擦作用(friction action)，岩浆在结晶作用的同时有流动发生，致使晶体向中央的高速带集中或在流动时与围岩发生摩擦而使晶体滞留边部有人以此解释辉长岩一苏长

12、岩岩墙中心的苦橄岩成因。 3压滤作用(filter pressing)，由早先析出的晶体网中挤出残浆的作用，就是压滤作用。 有人用这种作用来解释某些岩体裂隙和围岩裂隙中形成的岩脉和矿脉，如苏格兰中部石英粗玄岩床和岩脉中的红色霏细岩与文象斑岩就可能是这样产生的。,二、分离结晶作用(fractional crystallization),3.2 同化混染作用,炽热的岩浆与围岩(或捕虏体)发生反应或熔化围岩，而使岩浆成分发生改变的作用， 称为同化混染作用。 同化和混染是相对而且互为联系的，岩浆因有围岩组分加入，此时称岩浆遭受了围岩的混染作用(contamination)，并将其称之为混染岩浆；而围岩

13、则称之被岩浆所同化 (assimilation)。 同化混染作用的强度受一系列条件的制约，首先是构造条件，一般是活动的造山区比稳定的地区要强些。其次是岩浆的热力状况，处于过热情况下的岩浆可以熔化外来物质或同外来物质发生反应，这正如前面鲍文反应系列(图113)所指出的那样，处于反应系列上部的岩浆可以熔化反应系列下部析出的矿物，而下部的岩浆不能熔化其上部的矿物，如正在晶出酸性斜长石和黑云母的花岗岩浆就熔化不了外来的橄榄石和辉石及中性和基性斜长石；玄武岩浆则可以熔化花岗岩碎块。这样的例子是很多的，如河南桐柏地区的某些混染闪长岩中就有角闪橄榄岩的残留包体。 另外，岩浆和围岩的化学成分，岩浆的深度和量比

14、多少以及围岩的破碎程度等也都影响同化混染作用。,3.1 岩浆的形成 3.1.1 部分熔融 一、温度的升高 二、压力的降低 三、成分的变化 3.1.2 上地幔中岩浆的形成 3.1.3 大陆地壳中岩浆的形成 3.1.4 板块消减带岩浆的形成,31 岩浆的形成 (Formazation of magma),311 部分熔融地球上分布的岩浆岩是各种各样的，其中除了那些由变质交代形成的具岩浆岩外貌的岩石以外，大部分岩浆岩都是由岩浆形成的。地震地质和高温高压实验结果等表明，液态 的岩浆可由固相的上地幔和地壳经过部分熔融产生导致从上地幔和地壳中熔出岩浆的原 因可能有：一、温度的升高(temperature)

15、二、压力的降低(pressure)三、成分的变化(composition),一、温度的升高接近于其熔融温度的岩石由于温度的升高就会发生熔融。愠度的升高可以由于热的加入导致地热增温率的局部异常引起熔融总是先从那些易熔的低熔物质开始，而难熔的则 后熔，这是因为不同的物质都有不同的固相线。所以，在一定的温压下熔融作用总是局部的部分熔融。一旦形成了一定数量的熔浆之后，由于重力、应力等因素，较轻的、活动性大的熔体就会向低压区移聚，形成岩浆房。 二、压力的降低在深处由于压力大，温度虽然也很高，但不一定达到固相变液相的转化温度，这是因为岩石体系的初始熔融温度随压力升高而增大。但如果由于构造断裂，招致压力的突

16、然降低，就有可能达到初始熔融温度，使岩石发生部分熔融，形成岩浆 三、成分的变化由于水和CO：等流体加入上地幔中，可以使地幔橄榄岩的初始熔融温度大为降低，使 橄榄岩发生部分熔融，产生岩浆由上可知，随着熔融源区岩石成分的差异、深度的不同、温度的高低、总压和水与cO：分压的变化，以及熔融程度的强弱，会产生不同成分的岩浆。,312 上地幔中岩浆的形成,上地幔主要由FeMs硅酸盐矿物组成，它们相当于超镁铁岩。对于这种超镁铁岩， AEn”8wo。d(1966)认为它们大体上和三份阿尔卑斯型橄榄岩和一份夏威夷型玄武岩的 混合物相当，他将这种岩石称为地幔岩(Pyro比e)，成分上和二辉橄榄岩相似。目前认为在

17、地表或地壳浅处看到的尖晶石二辉橄榄岩(Spinel-Lherzolite Xenoliths )，石榴石辉石岩(garnet pyroxenintes )、石榴二辉橄榄岩(Garnet-lherzolite )、榴辉岩(Eclogite )等深源包体和阿尔卑斯型方辉橄榄岩和纯橄榄岩等，都是地幔岩的残块，是上地幔岩石的组成部分例如方辉橄榄岩(Harzburgite )和纯橄榄岩(dunite)，一般把它们看作是原始地幔岩经熔出玄武岩浆以后的 难熔固相残留物。以上这些不同岩石在组分上的差别，是由于熔融程度和来源深度的不同造成的。由于熔融程度和来源深度的不同，地幔岩经部分熔融形成的熔浆性质也是不同的

18、 如果上地幔部分熔融藐区肿岩五是无水功攒毖岩，在JJJ脚肿探处户从JGFJ)囹5一,85)发生部分熔融时，就会形成石英拉斑玄武岩浆，于15-35km深处(户*o5-1GPa)，就会产生高铝橄榄拉斑玄武岩浆，于35 70kra深处(p1-2GPa)，就会产生碱性橄榄玄武岩浆：在70-100km深处(户 2-3GPa)，就会产生苦橄质拉斑玄武岩浆。若是含有少量H20的上地幔橄榄岩，其产生初始熔融的温度会低得多，如果同样是在15km深处，熔融程度等于或 15时，产生石英拉斑玄武岩浆；熔融程度达20时，产生橄榄拉斑玄武岩浆：熔融程度达30时，产生苦橄质拉斑玄武岩浆。在更大深度上，随熔融程度的变化，还会

19、产生其它不同类型的玄武岩浆，例如碱性橄榄玄武岩浆、橄榄碧玄岩浆、金伯利岩浆、碳酸岩浆等等,313 大陆地壳中岩浆的形成,大陆地壳由沉积盖层(740C时斜长石和深色矿物组分进入熔浆中，形成花岗岩熔浆，最后演化为花岗闪长岩组成。810(2时熔浆达80。这样形成的酸性岩浆活动能量不大，迁移不远，常形成混合岩和深成花岗岩。花岗岩的成分和片麻岩近似，故在含有过量H。O的情况下，其熔融温度也近似在 lOkm深处，于750(2时，就可形成探成花岗岩浆如果温度增高，熔融程度增加，在上地壳就可形成花岗闪长岩浆，如果局部户H2很大，还可形成低熔的近石英二长岩岩浆。若难熔的残余矿物和形成的花岗质岩浆一起上升，就可组成英闪岩、花岗闪长岩和花岗岩杂岩体在20km深处，于有H,O存在的条件下，温度达900(2时，就可产生易活动的流纹岩浆下部地壳中的玄武质岩石经部分熔融可产生安山质或英安质岩浆。综上所述，由于地壳岩石组分具有富硅和富碱特点，所以它们局部熔融很少能产生比英安岩和安山岩更基性的岩浆,31. 4 板块消减带岩浆的形成,在大陆边缘和岛弧地带常有大量钙碱性安山质火山活动，对于它们的形成，一般认为与大洋板块俯冲(消减)带中的脱水作用和上覆地幔的部分熔融有关,讨论：岩浆岩与板块构造,