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岩浆作用与岩浆岩
第四章岩浆作用与岩浆岩
[教学目的与要求]
本章主要讲解岩浆及岩浆作用（基本概念、火山作用及其产物、侵入体的特点、侵入体和喷出岩体的原生构造），岩浆岩的基本特征与分类（岩浆岩的物质成分、结构构造、分类），岩浆岩的主要类型（超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩）以及岩浆岩的成因概述。
重点：
要求理解岩浆概念和分类，岩浆侵入和喷出过程，主要岩浆岩的特征。
难点：
岩浆概念和分类，岩浆侵入和喷出过程，主要岩浆岩的特征。
第一节 岩浆作用和岩浆的概念
一、岩浆作用
地下深处的岩浆通过地壳薄弱地带（裂隙等）上升甚至喷出过程发生一系列地质作用主要为喷出作用和侵入作用。
（1）向上运移T、P下降，岩浆自身的物化条件发生变化；
（2）岩浆与围岩发生化学反应；（3）岩浆烘烤围岩，使围岩发生构造变化。
二、岩浆
是地下深处形成的高温高压熔融体，其成分主要为硅酸盐，富含挥发成份。
（一）岩浆温度
1．火山口流出岩浆的测温一般为900－1100℃，饱含气体时高达1150－1350℃。
2．岩石的重熔试验结果基性岩1000-1250℃酸性岩650－850℃。
3.综合实测和试验结果推断岩浆温度为：
650－1400℃一般为800－1200℃。
（二）岩浆的状态
1、火山口流出的岩浆的流速：
不超过16公里/小时，最稀的基性岩浆的流速可达数十到100公里/小时。
2、重熔硅酸盐熔体的粘度测定:
矿物成分：
水辉石钙长石玄武岩安山岩钠长岩正长岩
SiO2…………………中等……………………多
K2O、Na2O……………中等……………………多
CaO、MgO、FeO多…中等……………………少
3、影响岩浆粘度的因素
（1）岩浆的化学成分。
（2）温度的高低。
温度越高，其粘度越小；温度越低，其粘度越大。
（3）岩浆中的气泡与呈溶解状态的挥发物的多少。
气泡多者粘度大，气泡少者粘度小；挥发物多粘度小，挥发物少粘度大。
（三）岩浆的成分
1.岩浆的组分以硅酸盐为主
主要化学组分：
O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，次是Ti、Mn。
挥发性物质：
主要是H2O，其次是Cl、S、CO2、CO、SO2、SO3、N2等，还有少量As、Sb、Se、Te、Fe、Hg等挥发性化合物。
2.岩浆的离子成分为络阴离子和阳离子两部分
（1）硅和部分铝的氧化物构成岩浆中的络阴离子[SiO4]4-和[AlSi3O8]-
（2）铁、镁、钙、钠、钾等金属离子构成岩浆中的阳离子
3.岩浆的成分与其状态密切相关
岩浆中两部分物质的含量互相消长：
（1）络阴离子[SiO4]4-和[AlSi3O8]-的含量高、阳离子含量较少时，络阴离子与阳离子结合形成较简单的化合物后，还有多余，因此，络阴离子间可通过共用的Si4+连接成复杂的络阴离子，络阴离子含量愈高，可形成的复杂的络阴离子愈庞大，络阴离子愈庞大，其流动愈不便，则岩浆的粘性较大。
（2）络阴离子含量少、阳离子含量高时，络阴离子基本上都与阳离子结合形成较简单的化合物，而没有或很少有多余，因此，络阴离子见很少有机会连接成庞大而复杂的络阴离子，则岩浆的粘性较小。
（四）岩浆的分类
一般根据岩浆的SiO2含量进行分类：
超基性岩浆：
SiO2含量<45％，常在30%～40%之间，特别富Mg、Fe，贫Ca、Al、K、Na。
基性岩浆：
SiO2含量45％～52%，富Mg、Fe、Ca，贫K、Na。
通常又称玄武岩浆。
中性岩浆：
SiO2含量52％～65%，Mg、Fe的含量低于基性岩浆，又称安山岩浆。
酸性岩浆：
SiO2含量>65%，富K、Na、Al，贫Mg、Fe、Ca，Al2O3 >Na2O+K2O。
又称花岗岩浆。
另外，当岩浆K、Na的含量特高时，又可分出碱性岩浆，其特征是特别富含K、Na，贫Si、Al、Mg、Fe、Ca，Na2O+K2O>Al2O3。
第二节喷出作用与喷出产物
一、喷出作用的概念
岩浆喷出地表的作用称岩浆的喷出作用，又称火山作用。
二、火山机构
1．火山通道：
火山喷发时，与下面的岩浆相通的通道。
火山喷发后，火山通道充填有熔岩和火山角砾岩，形成火山颈。
2．火山锥：
火山喷发物堆积在火山通道的周围形成锥状地形，成群出现，则构成火山锥群。
3.火山口火山通道的出口，在火山锥的顶部或侧方较低洼，边缘很陡，火山物由此喷出。
火山口积水成湖---火山湖；火山口直径一般<1km，由于塌陷或爆炸产生的锅状火山口，称破火山口，直径8---12km。
图4.1火山一般由火山锥
（1）、火山口
（2）、火山通道（3）和火山颈等部分组成。
三、喷出物
喷出物有气体、固体和液体三类。
1.气体喷出物：
以水蒸汽为主（占60%以上）
其次有二氧化碳、硫化氢、硫，少量CO、H2、HCl、NH3、NH4Cl、HF等。
阿拉斯加万烟谷喷发时，每年喷出HCl达125万吨。
气体喷出量越来越多，尤其硫喷出来增多、温度增高是火山即将大规模喷发的前兆。
2.固体喷出物：
（1）粘度较大的岩浆从火山口溢出时迅速冷凝在火山口形成固体，在强大的气体膨胀力的作用下被喷射到空中，进一步冷凝成形。
（2）较粘稠的液体岩浆在强大的气体膨胀力的作用下也被喷射到空中，在空中冷凝成固体下落。
“火山弹”
（3）火山口周围的固体物质，随之炸开抛入空中，再下落。
上述三种碎屑物质统称火山碎屑物。
火山碎屑物按其形状与大小为：
火山灰粒径<2mm。
火山砾粒径2—50mm，外形不规则，棱角状。
火山渣粒径数厘米到数十厘米，外形不规则，多孔。
火山弹粒径>50mm，各种炮弹形，有冷凝收缩裂纹，多孔。
火山块粒径>50mm，棱角状。
由各种火山碎屑物堆积并固结形成的岩石称火山碎屑岩。
主要由火山灰组成的称凝灰岩。
主要由火山砾和火山渣组成的称火山角砾岩。
主要由火山块组成的称集块岩。
过渡类型：
凝灰角砾岩或火山角砾凝灰岩、火山角砾集块岩或集块角砾岩，含量多者放在后面。
主要由小于2mm的火山灰组成的称凝灰岩，当其中散步有已结晶的矿物碎屑时称晶屑凝灰岩。
晶屑凝灰岩中的矿物晶体常具溶蚀形态。
主要由2—5mm的火山砾及大于数厘米的火山渣组成的称火山角砾岩。
主要由大于50mm的火山块组成的称火山集块岩。
3.液体喷出物
即溶岩，是喷出地表丧失气体的熔岩。
熔岩在重力作用下向低处流动，呈线性流动时为熔岩流。
呈面状推进时称熔岩被。
熔岩在地表流动，外壳先冷凝但其内部仍保持高温熔融状态，并继续流动，在内部熔体流动的推挤力作用下，以及外壳冷凝收缩，促使熔岩表面变形，并使流动边冷凝，从而形成各种流动形态。
呈波状起伏状，称波状熔岩；表面破碎成大小不等碎块状，称块状熔岩。
线形流动呈扭曲绳索状，称绳状熔岩。
旋涡状流动形成漩涡状熔岩。
熔岩在散热过程中，熔岩有时因张力作用形成裂隙，裂隙横切面呈六边形，随熔岩进一步冷凝，六边形裂隙发展成六方柱，称为柱状节理。
发育不完善时呈五边形或四边形。
四、火山喷出形式
1.根据火山喷发的形式,可分为熔透式、中心式、裂隙式三种。
熔透式：
岩浆以其热力熔透顶部岩石而大面积溢出地表。
（推测的，因喷出岩与深成岩直接过渡）
岩浆沿管状通道从火山口溢出，称为中心喷发。
岩浆沿地壳中狭长裂缝溢出，称裂隙式喷发。
裂隙式喷发形成熔岩被，在火山口处可形成火山塞。
中心式火山喷发形成火山锥（坡度大约35-45度）
由火山喷发物组成的岩石统称喷出岩，又称火山岩，包括火山碎屑岩和熔岩。
岩浆在火山通道（火山颈）中冷凝形成的岩石，称次火山岩。
2.根据火山喷发的激烈程度又可将其分为：
爆发式、宁静式、中间式。
（1）宁静式<夏威夷式>--熔岩宁静溢出，不发生猛烈的爆炸（基性岩浆）；
（2）猛烈式<培雷式>--产生猛烈的爆炸现象，大量火山碎屑物质形成岩熔锥（酸性岩浆）。
（3）中间式—介于宁静式和猛烈式之间，形成层状火山锥。
火山喷发给人类带来灾难
意大利维苏威火山在公元79年喷发将附近三座城市全部掩埋人被火山碎屑掩埋成了化石。
五、火山喷发的间歇性
火山喷发是火山快速释放能量和物质的过程，但物质的补充，即地下岩浆物质的储集需要一定的时间，因此，火山喷发具有间隙性和阶段性。
间隙周期长短不一，数年、数十年、数百年不等。
意大利埃特纳火山自1700年喷火以来共喷发了75次，平均不到四年一次；美国圣海伦火山在123年后的1980年再次活动。
凡在人类历史时间有过活动的火山称为活火山。
在人类历史中从未喷发过的火山称为死火山。
火山经多次喷发后地下原贮存岩浆的空间空隙，火山锥在重力作用下会坍塌，后继的喷发活动又可将坍塌的火山口再度炸开，从而使火山口扩大成凹坑，在间隙期或死亡后，火山口凹坑内积水，形成火山口湖。
六、世界火山的分布
火山大多沿断裂成群出现。
全球火山分布规律：
1.环太平洋火山带（300余座活火山、环太平洋火圈、安山岩线）；
2.地中海-印尼火山带（地中海火山带、90余座活火山）
3.大洋洋脊火山带（60余座活火山）；
4.红海沿岸与东非火山带（22余座活火山，历史上750座）。
第三节侵入作用与侵入岩
一、侵入作用概述
深部岩浆向上运移，侵入周围岩石中，而未冲破地表的岩浆活动，称为岩浆侵入作用。
岩浆在侵入过程中变冷结晶而形成的岩石叫侵入岩。
岩浆侵入围岩后，因为岩浆是高温的，围岩是低温的，因此必然导致岩浆和围岩都发生变化，伴生的作用有：
1、同化作用与混染作用
岩浆熔融围岩将围岩改变成岩浆的一部分，称同化作用。
Ø岩浆总是沿破碎带向上运移，在同化过程中，残留在同化体中未被同化的围岩，称捕虏体。
岩浆因同化围岩而改变了自己原有成分的作用，称混染作用。
Ø同化作用与混染作用互相伴生。
2.结晶分异作用
在岩浆冷凝过程中，按矿物熔点的高低依次结晶出不同成分的矿物，并形成不同种类的岩石的作用，称结晶分异作用。
美国岩石学家鲍温将富含橄榄石的玄武石重熔后，再让其缓慢冷凝，证明了结晶分异过程：
首先，晶出橄榄石，形成橄榄岩；
继而，晶出辉石和基性斜长石，形成辉长岩；
随后，晶出角闪石和中性斜长石形成闪长岩；
最后，晶出黑云母、酸性斜长石、钾长石，白云母和石英，形成花岗岩。
鲍温实验结果证实的岩浆结晶分异过程中矿物的结晶序列命名为鲍温反应系列：
连续反应系列：
部分先结晶的矿物同剩余岩浆发生作用，形成化学成分上连续变化，其内部结构无根本变化的一系列相似矿物。
基性斜长石-------中性斜长石--------酸性斜长石
钙长石—培长石---拉长石---中长石---更长石---钠长石
Ca（Al2Si2O3）---（Ca、Na）（Al2Si2O3）---Na（Al2Si2O3）
100%------------------------------------------0%
0%------------------------------------------100%
不连续反应系列：
部分先结晶的矿物同剩余岩浆发生作用，形成既有化学成分上的变化，又有内部结构显著变化的一系列不同矿物。
橄榄石---辉石---角闪石---黑云母（白云母）
Fe、Mg含量：
高--------中等-------低
内部结构：
岛状----单链状---双链状---层状
[SiO4]4-[Si2O6]4-[Si4O11]6-[Si8O20]8-
二、侵入体的产状
侵入体的产状是侵入体的形态，大小及其与围岩的关系。
1.岩墙、岩脉
是岩浆沿围岩中的裂缝挤入后冷凝的产物，呈狭长形、切割围岩的成层方向，宽数厘米至数十米，长数米至数十公里。
产状直立和近于直立式称岩墙；斜向插入时称岩脉。
2.岩床
岩浆沿围岩层间空隙挤入后冷凝形成的产物呈层状或板状，延伸方向与围岩层面平行，厚数米至数百米。
3.岩盆与岩盖（岩盘）
基性岩浆沿围岩层间空隙挤入，宽展后冷凝形成，其下有管状通道与下部更大侵入体相连。
中间下凹，呈盆状，称岩盆；下平上拱，呈蘑菇状，称岩盖。
4.岩株
横截面为数十平方公里内的不规则状侵入体叫岩株。
岩株边缘常有分枝贯入围岩中，规模较大的称岩枝；规模较小的狭长状的称岩墙或岩脉。
5.岩基
横截面大于100平方公里的极大规模侵入体叫岩基。
岩基边缘常有分枝贯入围岩，规模至几十平方公里的为岩株，规模较小的狭长状的称岩墙或岩脉。
第四节火成岩的结构和构造
岩浆作用形成的侵入岩和喷出岩统称为火成岩。
一、火成岩的结构
火成岩中矿物的结晶程度、晶粒大小、形态及晶粒间的关系，成为火成岩的结构。
火成岩结构的主要影响因素是岩浆的冷凝速度和矿物的生成先后。
主要是：
冷凝速度：
富含挥发分的岩浆冷凝速度较慢，反之冷凝速度较快；
规模大的冷凝速度较慢，规模小的冷凝速度较快；
埋深大的冷凝速度较慢，埋深小的冷凝速度较快；
岩浆体边缘冷凝速度快，中心冷凝速度较慢，下部慢、上部快；
原始温度高者比原始温度低者冷凝速度相对较慢。
矿物生成：
冷凝慢时，晶芽析出慢，已析出的部分晶芽可缓慢地在较大的生长空间里较充分地生长发育，因此，晶粒粗大、晶形较好。
冷凝快时，有众多晶芽同时产生，互相争夺生长空间，并相互干扰，结果都不能完善发育，造成晶粒细小、晶形差或不规则。
冷凝极快时，还来不及结晶就已凝固，形成非晶质（玻璃质）、无晶形，呈不规则状。
Ø早结晶的矿物生长空间较大，且结晶温度较高，冷凝较慢，因此矿物晶粒较粗大，晶形较好。
Ø晚结晶的矿物只能在早结晶矿物留下的有限的剩余空间中生长，且结晶温度低、冷凝较快，因而矿物晶粒较小，且晶形不完整或不规则。
1、火成岩按结晶程度划分的结构
全晶质结构，全部由可见矿物晶粒组成。
半晶质结构，由矿物晶粒和未结晶的非晶质共同组成。
全晶质结构进一步划分：
自形粒状结构，以晶形完整的自形晶为主组成。
半自形粒状结构，以晶形不完整的半自形晶为主组成。
它形粒状结构，以不规则它形晶为主组成。
2、火成岩按矿物晶粒的大小划分的结构
---全晶质结构中进一步划分：
粗粒结构，粒径>5mm为主
中粒结构，粒径5—1mm为主
细粒结构，粒径1—0.1mm为主
---半晶质结构中进一步划分：
隐晶质结构，晶粒细小，肉眼看不清颗粒形态，但在显微镜下可辨。
玻璃质结构，未结晶，不仅肉眼不能见，在显微镜下也看不到颗粒形态。
3、火成岩按矿物颗粒的相对大小划分的结构
等粒结构，组成岩石的矿物颗粒大小基本相等。
不等粒结构，组成岩石的矿物颗粒大小相差显著，其中大者称为斑晶，细小和未结晶者为基质。
---不等粒结构中进一步划分：
似斑状结构，斑晶粗大，基质细小，两者相差悬殊，但两者的都是可见晶粒，并且矿物成分相同。
斑状结构，斑晶相对较大，基质为阴晶质或玻璃质。
二、火成岩的构造
火成岩中矿物集合体的形态、大小及其相互关系，称为火成岩的构造。
火成岩的构造是火成岩形成条件的反映。
如果岩石主要由钾长石、石英和黑云母组成，也就是说岩石中有三种矿物集合体，这三种矿物集合体之间的组合关系，就是这种岩石的构造。
火成岩的基本构造有四类：
【1】流动构造（流线、流面、流纹）
【2】气孔构造与杏仁构造
【3】层状构造
【4】块状构造
【1】流动构造（流线、流面、流纹）
在酸性岩浆向上运动过程中黑云母随之结晶，晶出的片状黑云母平行岩浆流动方向。
黑云母结晶后钾长石和石英在比黑云母结晶温度低的条件下很快结晶，都形成晶形不完整的粒状，甚至它形成不规则粒状，粒状显示不出流动方向。
岩浆冷凝后造成钾长石和石英在岩石中都均匀分布，而黑云母则在岩石中是平行排列的组合关系，这种组合关系反映了是在岩浆流动的环境条件下形成的，称为流动构造。
流动构造（flowstructure）是火成岩中的柱状矿物或片状矿物或捕虏体平行而定向排列，反映边流动、边冷凝状态的构造类型。
柱状矿物定向排列，称流线；片状矿物或捕虏体定向排列称流面；全晶质岩石中，同时具有流线、流面，称岩石具流线流面构造。
半晶质或玻璃质岩石中，不同组成部分定向排列，所呈现的流动构造称为流纹构造。
【2】气孔构造与杏仁构造
熔浆喷出地表，压力骤减，大量气体从中迅速逸出而形成的圆形、椭圆形或管状孔洞，称为气孔构造。
岩石中的气孔被以后的矿物质所填充，形似杏仁，称杏仁构造。
气孔构造和杏仁构造多分布于熔岩表层，大多为喷出岩。
【3】层状构造
熔岩和火山碎屑岩逐渐逐层堆积形成的成层性状称层状构造。
在全晶质岩石中，因结晶分异作用，也可形成成层性状，称为条带状构造。
【4】块状构造
所有矿物在岩石中均匀分布，如果不是在岩浆流动环境条件下形成，而是在岩浆停止流动后，而且无气体逸出，冷凝而成的岩石中矿物都呈均匀分布的组合关系，且排列均无一定方向，岩石呈均匀的块体状称块状构造。
火成岩根据成分、矿物的相对含量及其结构构造进行分类：
（1）根据SiO2的含量将火成岩分成四类：
岩石类型：
超基性岩基性岩中性岩酸性岩
SiO2百分量：
<45%45—52%52—65%>65%
（2）肉眼鉴定时根据矿物组合及相对含量分类：
岩石类型：
超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩；
暗色矿物：
橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等；
浅色矿物：
辉石、基性斜长石、酸性斜长石、中长石、钾长石、石英等。
（3）根据结构、构造进行岩石的冷凝环境分类
岩石类型
深成岩
浅成岩
喷出岩
结构
显晶质
隐晶质
非晶质或隐晶质
粗粒
细粒
玻璃质
似斑状
斑状
斑状
构造
块状
块状
气孔、杏仁
条带状
流线、流面
流纹、层状
表4.1岩浆岩分类表
第五节岩浆的形成与地球的内热
一、岩浆的形成
火山现场观察和岩石重熔实验已证明，岩浆冷凝能形成岩石，岩石熔融能形成岩浆。
只要在地壳下的高于岩石熔点的高温环境中才具备形成岩浆的条件。
地壳平均厚33km，按每公里增加30℃的地热增温率计，地壳下平均温度大于990℃.
可见，地幔顶部具备形成岩浆的条件，是形成各类岩浆的物质来源。
地球物理探查资料表明，地幔不是液态，而是呈将熔而未熔的塑性状态。
为什么地幔如此高温不熔融呢？
因为岩石的熔点不仅与温度有关，还与压力及水份等挥发性组分的含量有关。
岩浆怎样产生？
一旦地壳开裂，在裂缝处压力下降，若此裂缝达地壳下部或穿过地壳地幔，则在裂缝处，压力降低、挥发性组分释放，故熔点下降，就能形成岩浆。
岩浆沿压力降得方向，挤入裂缝，向上运动，从而造成岩浆侵入，甚至喷出。
形成岩浆的位置在地幔中，温度大于1400℃，产生基性岩浆。
在地幔顶部和地壳底部，温度1300-1400℃，产生中性岩浆。
在地壳下部，温度1300-800℃，产生中酸性岩浆。
在地壳上部，小于800℃，产生酸性岩浆。
二、地热的成因
重力说认为，地球由冷的星际物质互相吸引聚集而成，在地球形成初期有大量星际物质向地球坠落，撞击地球，释放出动能转化成热能。
同时，因地球的旋转，密度趋于越来越密，其内部物质按密度大小进行分异，重的下沉向地核集中，轻的上浮近地表，在物质分异过程中有位能转变成热能。
这些热能部分散失，大部分贮在地球内部。
放射热说认为地热是地球内部的放射性物质衰变而产生的。
实习四：
岩浆岩的认识
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