北京大学岩浆岩石学和岩石学内部课件整理版北京大学岩浆岩石学.docx

1、北京大学岩浆岩石学和岩石学内部课件整理版北京大学岩浆岩石学岩浆岩(火成岩)总论、火成岩(igneous rocks) 火成岩：高温熔融的岩浆在地下或喷出地表后冷凝而成的岩石。如花岗岩、玄武岩、橄榄岩。 在地壳组成中火成岩占66%(体积), 而变质岩占20%；变质岩和沉积岩最终都是来自火成岩。可见火成岩之重要。2 、岩浆(magma)及其性质岩浆：源于地壳深部或上地幔的一种炽热的，粘度较大的硅酸盐或碳酸盐(很少)熔融体。(1) 化学成分: 、主要元素(major elements)：对碳酸盐岩浆而言, 以CaO和CO2为主；对硅酸盐岩浆而言， SiO2为主，其次有Al2O3，FeO，CaO， M

2、gO， Na2O，K2O 等，为主要元素， 占95%以上。、挥发分(volatile)：占几的分量，包括H2O、 CO2、 F、Cl、 B、SO3 等。其含量取决于温压条件，温度愈低、压力愈高，则挥发份的溶解度愈高。因此，深成岩富挥发分而喷出岩贫挥发分。、微量元素(trace elements)：包括稀土元素(REE)和同位素(isotopes)，总量不足1，但对研究岩浆成因最重要。微量元素包括Rb、 Sr、Ba、Cs等LIL (large ion lithophile elements即大离子侵蚀元素), 及REE、 Th、U、Ce、 Pb、Zr、 Hf, Ti、Nb、 Ta等高场强元素(H

3、FS, high field strength elements)， 同位素有K-Ar, Rb-Sr, Sm-Nd, Lu-Hf, Re-Os、U-Th-Pb等放射性同位素及O、S等稳定同位素。现代分析技术的发展使微量元素和同位素地球化学研究成为可能。(2) 温度:由基性熔岩到酸性熔岩温度降低，从1225C降到730C，温度与成分（特别是SiO2 ） 含量有关。温度的获得：a. 直接测量(光学测温器，热电偶测温器)，b. 高温高压实验，c. 热力学温压计计算。(3) 粘度 （viscosity）: 取决于多种因素：a. 岩浆的酸度(SiO2含量)，越酸性则粘度越大；b. 岩浆的温度，越高温则粘

4、度越低；c. 岩浆中的挥发分可促进(SiO4)聚合体分解，降低粘度； 注：岩浆愈基性、温度愈高、含挥发份愈多，粘度愈小； 岩浆愈酸性、温度愈低、含挥发份愈少，粘度愈大。d. 岩浆中包含的晶屑和岩屑数量，所谓“晶粥”。(4) 密度(density)：通常含铁镁矿物比例越高则密度越高(超镁铁岩)，而硅铝矿物的密度则比较低(花岗岩)。板块俯冲消减主动与被动；下地壳和岩石圈地幔由于硅铝质岩浆的抽取拆沉(delamination)回到地幔。、岩浆岩的矿物组成及与化学成分的关系： 主要有：橄榄石（Ol）、 辉石（Py）、角闪石（Hb）、黑云母（Bi）、长石（Pl/Kfs）、似长石（Ne et al）和石英

5、（Q）， 有的有玻璃质。岩石通常由以上一种或几种矿物组成。如：橄榄岩(科马提岩)Ol为主兼有Py；辉长岩(玄武岩)Pl和Py近等，并有少量Bi, Hb；花岗闪长岩/闪长岩(英安岩/安山岩)-Pl为主，另有Q, Kfs, Bi, Hb; 花岗岩(流汶岩)Pl, Kfs, Q近等。还有正长岩(粗面岩)，霞石正长岩(响岩)等。矿物种类含量不同，组成超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩及碱性岩等。 矿物的分类：(1) 据矿物的成分和颜色：、铁镁矿物（暗色矿物）：富含Fe, Mg, Ti, Cr（类质同相），颜色比较深，如Ol，Py，Hb，Bi，Gt等；由超基性岩-基性岩-中性岩-酸性岩铁镁矿物含量减少并且

6、种类变化。、硅铝矿物（浅色矿物）：富含K、Na、Ca的硅酸盐矿物及石英等，包括碱性长石、斜长石、石英、似长石、白云母等。中酸性岩中浅色矿物为主，中基性、基性、超基性岩石中暗色矿物为主(2) 据矿物在岩石中的含量：、主要矿物： 对火成岩的大类及定名起决定作用，如橄榄岩橄榄石；辉长岩辉石、斜长石；花岗岩，正长岩；、次要矿物：含量比较少，对火成岩的大类及定名不起决定作用，但对岩石进一步划分定名有用，如紫苏花岗岩，钠闪石花岗岩。、副矿物： 含量甚微，通常不参与定名，只有在特定情况下(对岩石成因和成矿)才参与定名，如独居石花岗岩(富含REE)。常见副矿物：锆石(zircon)、磷灰石（apatite）、

7、 榍石(sphene)、独居石 (monazite)、钛铁矿(ilmenite)、磁铁矿(magnetite)、金红石(rutile)、尖晶石(spinel)等。(3) 据矿物成因： 、原生矿物： 略b、次生矿物： 蚀变矿物如橄榄石在低温和氧化条件下变为伊丁石，富钙斜长石变为绿帘石和黝帘石，富钠斜长石变为绢云母和高岭石。 矿物成分与化学成分的关系： 矿物成分与化学成分及结晶环境密切相关。化学成分是第一控制，决定了火成岩的基本矿物组成，而结晶环境则决定了矿物的大小、数量、颗粒之间的相互关系等。、SiO2：是火成岩分类的最重要的依据，SiO2多则出现富SiO2 的浅色矿物如石英和长石， 石英出现是

8、岩浆SiO2过饱和的标志（SiO2游离）；SiO2含量低的岩石则以暗色矿物为主，如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等，或含较多的似长石。、Na2O+K2O：二者的总量(全碱)基本上决定了长石的种类和含量（斜长石与碱性长石的相 对含量）；而Na2O与K2O的相对含量决定了碱性长石中钾质长石（透长石、正长石和微斜长石）和钠质长石（歪长石、钠质斜长石）的相对多少。霓石、钠闪石、霞石富钠，而黑云母、角闪石、白榴石富钾。、CaO：决定一些富Ca矿物的多少，如钙质斜长石、富钙辉石(透辉石、普通辉石)、普通角闪石和绿帘石。、MgO：决定一些富Mg矿物的多少，如橄榄石、辉石、普通角闪石和黑云母、Al2O3：与长石

9、、石榴石、堇青石、白云母等关系密切。C主要造岩矿物的成岩意义：(1)橄榄石 olivine (Ol)a. 化学成分：(Mg、Fe)2(SiO4) 。Fo（镁橄榄石）和Fa（铁橄榄石）混溶组成，含Ni, Cr （含量可指示岩浆是不是地幔原始岩浆）。岛状结构，比重大。b. 超镁铁岩的主要组分(橄榄岩，二辉橄榄岩)，基性岩中可有少许(橄榄玄武岩)c. 橄榄石形成于地幔条件，镁橄榄石比铁橄榄石形成于更高的温度，与游离SiO2(石英)不共生，因此成为SiO2不饱和岩浆的标志(Fo有时被顽火辉石Si可饱和包围，是不平衡结构)。Mg2SiO4+SiO2=Mg2(Si2O6) (顽火辉石)。Fa有时可与少量石

10、英共生。d. 橄榄石有时在喷出岩中有环带结构(核Fo)，但远不如斜长石明显。橄榄石在中温非氧化条件下蚀变成绿色矿物：绿泥石含蒙脱石层的混层矿物的组合；橄榄石在低温氧化条件下蚀变成红色矿物伊丁石(针铁矿为主的含蒙脱石层的混层矿物的集合体)。(2)辉石 pyroxene (Py, Opx-Cpx)：链状结构，柱状。a. 分为斜方辉石和单斜辉石b. 斜方辉石：（Mg，Fes）2(Si2O6), 贫Ca。 分布于钙碱性岩中，与碱性岩无关。是由顽火辉 石铁辉石构成的连续类质同象系列根据顽火辉石（En）的百分比含量又可分为：顽火辉石：En90%； 古铜辉石：En=7090；紫苏辉石：En=5070； 铁紫

11、苏辉石：En=3050；尤来石：En=1030； 斜方铁辉石：En70，基性岩中；中性斜长石：An3570，中性岩和中基性岩中；酸性斜长石：An斜长石 反环带：斜长石钾长石(7)似长石 a. SiO2不饱和的K-Na硅酸盐。如有游离的SiO2则会与似长石反应而形成长石，因此似长石从不与石英共生，似长石的出现代表富碱和SiO2不饱和，是碱性岩的标志矿物。b. 常见的似长石有白榴石(富钾)和霞石(富钠)，还有方钠石和黝方石。白榴石在高压下不稳定，因此只出现于碱性火山岩中；有时可见白榴石与石英共存，但白榴石周边必有钾长石(快速冷却)。霞石产于富钠的、SiO2不饱和的碱性火山岩和深成岩中。、 岩浆岩的

12、结构构造结构构造是火成岩的基本特征之一，也是火成岩分类的依据之一。是岩浆结晶环境的反映。结构(texture)：指组成岩石的矿物的结晶程度、颗粒大小、形态以及它们之间的相互关系。构造(structure)：指组成岩石的矿物集合体的相互排列和充填方式的关系特征。A、结构四要素(1) 结晶程度(crystallization)：指岩石中结晶物质和非结晶物质的比例。可分三类： 、全晶质结构没有玻璃质，是深成岩的特点，代表缓慢冷却的结晶条件 、半晶质结构矿物晶体玻璃质，常见于火山熔岩和次火山岩中 、玻璃质结构几乎全由非晶质玻璃组成，见于熔岩中，是地表条件下岩浆迅速冷凝结晶的产物。火山玻璃实际是过冷却的

13、“液体”，其中的质点(原子、离子、离子团)无序排列，该状态不稳定，会随时间转变成为细小晶体，所谓“脱玻化”。 “脱玻化”原因：火山热液和循环水的作用；变质作用(热接触变质、动力变质、区域变质)引起的温度压力升高。 雏晶结构(crystallitic texture)极细小，毛发状、针状、羽状等，可发展成为细小的微晶。微晶呈放射状则为球粒结构(spherolitic texture)，由碱性长石和石英组成，是酸性熔岩的特征之一(幻灯)；当球粒的成分为斜长石和普通辉石时，叫球颗结构(variolitic texture), 斜长石放射状，辉石和橄榄石等粒状，是基性熔岩的特征。(2) 矿物颗粒大小(

14、grain size)： 、粗粒结构，d 5 mm、中粒结构，d = 51 mm、细粒结构，d = 10.1 mm 、隐晶质结构 (cryptocrystalline texture)：矿物颗粒很细，肉眼和放大镜无法分别，但在显 微镜下可分晶粒的岩石结构，又称显微晶质结构(microcrystalline texture, 不同于玻璃质结构)。、斑状结构（porphyritic texture）：岩石由两类大小明显不同的颗粒组成，大颗粒散布于小颗粒或玻璃质之中。大的叫斑晶，小的叫基质(细晶、微晶、隐晶或玻璃质)。斑晶与基质是两期结晶的产物，代表两种不同的结晶条件。斑晶先结晶，基质结晶在后(近地

15、表或地表，快速冷却)，是浅成岩和熔岩中常见的结构。另外，由于物理化学条件的变化(氧化还原条件、PT条件)，斑晶会被氧化(安山岩，幻灯)、熔蚀(幻灯)、裂纹/碎斑结构(高温变体向低温变体转变时，体积收缩。幻灯：石英向石英转化)。、似斑状结构(porphyroid texture), 岩石由两类大小不同的颗粒组成，但大小并不十分悬殊，而且基质是显晶质。原因：熔体中某一组分多于熔体共结所需的量时，该晶体会先结晶成比较大而完好的晶体，如辉绿结构。(3) 矿物的自形程度较早结晶的矿物能按自己的结晶习性形成良好的晶形，而晚结晶的矿物由于空间的限制影响其晶面发育。根据矿物自形程度分成：a. 自形晶(idio

16、morphic crystal)：结晶早或结晶能力强的矿物，如副矿物(锆石、榍石、磷灰石) 和暗色矿物等。 b. 半自形晶(hypidiomorphic crystal)：一部分晶面完整，而另一部分晶面不完整(最常见)。如：花岗岩中的斜长石。c. 它形晶(xenomorphic crystal)： 具不规则晶形，其形态受剩余空间限制，形成最晚。如花岗岩中的石英。按自形程度可有下面几和结构：a. 全自形粒状结构某些单矿物岩，如橄榄岩、辉石岩。由堆晶过程形成。b. 半自形粒状结构半自形为主，少许自形/它形。如花岗结构。c. 它形粒状结构细晶岩中常见，又称细晶结构。(4) 矿物颗粒的相互关系a. 煌

17、斑结构(lamprophyric texture)：斑晶和基质中暗色矿物的自形程度都很好，并且比浅色矿物自形程度高。为煌斑岩所特有。b. 海绵陨铁结构(sideronitic texture)：火成岩中少见，但陨石中常见。富含金属矿物的基性超基性岩常见。金属矿物它形充填于橄榄石和辉石等中。c. 辉长结构(gabbroic texture)：辉石和斜长石同时结晶，都为半自形。辉长岩中常见。d. 辉绿结构(diabasic texture)：自形半自形的斜长石搭成格架，辉石等充填其间(辉绿岩)。与辉长结构相比，粒度细，斜长石自形程度高于辉石。e. 间粒结构(intergranular textur

18、e)：自形板条状斜长石微晶之间的孔隙充填细小的辉石、橄榄石、磁铁矿等。常见于粗粒玄武岩中。f. 间隐结构(intersertal texture)：自形板条状斜长石微晶之间的孔隙充填玻璃质或隐晶质。g. 间粒-间隐结构：自形板条状斜长石微晶之间的孔隙充填玻璃质或隐晶质以及辉石等暗色矿物。玄武岩中常见。h. 二长结构(monzonitic texture)：斜长石自形比钾长石好，见于二长岩。i. 反应边结构(reaction rim texture)：早期结晶的矿物与残于熔体反应，在其边部形成新的矿物。基性岩中常见。如橄榄石有辉石和角闪石的反应边。j. 文象结构(graphic texture)

19、：碱性长石和石英有规则连生，石英呈棱角形或楔形并在碱性长石中定向排列，形似古象形文字。文象结构肉眼可见；显微文象结构显微镜下。伟晶岩中常见。成因三种：碱性长石与石英共结、交代、固溶体分解。k. 蠕虫结构(myrmekite texture)：酸性斜长石中含蠕虫状石英。成因：交代、固溶体分解，以及剪切带中应力作用(Bell et al. 1988)。l. 响岩结构(phonolitic texture)或霞石岩结构(nephelinitic texture)：响岩和霞石岩中的全晶质基质结构基质中有大量短柱状或粒状的霞石微晶。m. 交织结构(pilotaxitic texture)和玻晶交织结构(

20、安山结构，andesitic texture)：交织结构斜长石微晶呈交织状或近于平行，不含或少含玻璃质；如果玻璃质较多，叫安山结构(安山岩中最发育)。n. 粗面结构(trachytic texture)：岩石几乎全由钾长石组成，略定向，少玻璃。粗面岩中常见。o. 环斑结构(rapakivi texture)：环斑花岗岩B、火成岩的构造岩浆结晶过程中处于流动状态所形成的构造a. 流线、流面构造(linear low, planar flow structure)： 流线构造柱状矿物及岩浆捕虏体、析离体等的延长分向平行于岩浆流动方向定向排列(测岩体流动方向)；流面构造板、片状矿物及扁平的捕虏体、析

21、离体平行于岩体与围岩的接触面定向排列(测岩体接触面产状)。b. 流纹构造(rhyolitic structure)：流汶岩的典型构造。表现为不同颜色和结构以及矿物斑晶、拉长气孔的定向排列，反映熔岩流的流动状态。c. 假流汶构造(pseodorhyolitic)：熔结凝灰岩的典型构造。表现为塑性、半塑性的浆屑、玻屑在静压力的作用下被压扁、变形而绕晶屑、岩屑呈流汶状定向排列，非流动造成，故称假流纹。d. 块状流纹构造(Aa lava structure)：Hawaii玄武岩，表面粗糙不平，是粘度较大的玄武岩破碎、堆积的结果。e. 绳状熔岩构造：粘度较小易流动的熔岩流, 在流动中扭曲成绳状。(五大连

22、池)f. 枕状熔岩构造(pillow lava)：玄武岩在水下喷发形成。表面固结并冷却破裂，没有固结的岩浆又流出多股小熔岩流许多小枕球体(上凸，表层为玻璃质内为显晶；气孔等流动构造同心圆分布；放射状或同心圆状龟裂)。火成岩的原生节理及裂隙构造冷凝收缩a. 侵入岩的原生节理：横节理(cross joint)垂直流线，延伸较长，为岩脉充填纵节理(longitudinal joint)平行于流线层节理(horizontal joint)水平节理，与侵入体和围岩的接触面一至，因此岩体顶部平缓而两侧变陡斜节理(diagonal joint)有共轭的两组(斜交)b. 喷出岩的原生节理：柱状节理(colum

23、nar structure)由于没有上覆压力，冷凝时产生垂直于收缩方向的张节理。c. 珍珠构造(perlitic structure)：火山玻璃凝结或水化时因张力而成的弧形或同心球面状裂纹其他构造a. 块状构造(massive)：均匀b. 条带状构造(banded)：成分及结构的不均匀，混合岩、堆晶岩(辉长岩等)。原因：选择性深熔作用；分离结晶作用；对流作用(岩管)c. 斑杂构造(taxitic structure)：成分及结构的不均匀, 且不规则。除上述原因外，交代、析离体和enclave.d. 气孔(vesicular)和杏仁(amygdaloidal)构造：基性熔岩中常见。充填物为玉髓、

24、方解石、石英等。C、矿物生成顺序的确定a. 自形程度：自形程度好的一般先结晶。如花岗岩中石英、斜长石。例外：伟晶岩中电气石结晶晚但是结束早，晶形好；火山岩中的石英斑晶遭受溶蚀呈它形，但最早结晶。b. 包裹关系：一般认为被包裹的矿物(客晶)先结晶，而主晶晚结晶。花岗岩中斜长石包裹黑云母。例外：斜长石蚀变形成的绢云母和帘石被斜长石包裹，但晚结晶；固溶体出溶形成的主晶和客晶同时形成(辉石中平行排列的磁铁矿和钛铁矿包体；条纹长石)c. Bowen (1922) 反应序列： Hyndman (1972)作了补充，增加K-Na长石序列富K的K-Na长石可与基性斜长石共生，富Na的K-Na长石可与酸性斜长石

25、共生。Bowen序列一般符合钙碱系列，但碱性系列有例外：碱性长石比碱性辉石和角闪石先结晶。5、火成岩的产状指火成岩的大小、形态、与围岩的关系以及形成时所处的深度、构造环境。可分为侵入岩和喷出岩两大类： 侵入岩的产状整合侵入体的产状：岩床（sill）或岩席(sheet)：沿层面板状展开，厚度小但面积大，以粘度小、易流动的基性超基性岩为主，如南非Karro岩床群(数百个辉绿岩床)。（注：与熔岩产状相似，区别在于：熔岩比上覆岩层老；岩床比上覆地层较新，故有冷凝边，围岩也可能有热变质）岩盖(laccolith)： 如山东济南辉长岩岩盆 (lopolith)： 由于岩浆的静压力引起，基性超基性岩为主。南

26、非Bushveld岩盆（最大岩浆矿床，数百Km）；加拿大Suddbury; 美国的Stillwatter.不整合侵入体的产状：岩墙/岩脉(dyke)：切穿岩层的板状侵入体，几米到数百公里。津巴布围大岩墙500 Km (基性超基性岩)。可成群出现，平行、放射状(幻灯)、锥状和环状(幻灯)。岩筒(pipe)：金伯利岩(Kimberlite), 岩株(stock)：100 Km2，侵入体中规模最大，主要是中酸性岩，数百至数千平方公里。美洲西海岸；我国的阿尔泰、秦岭、天山、华南等。空间问题。岩床（岩席）：顺层侵入，岩墙（岩脉）：切穿岩层 喷出岩的产状面式溢出：Scotland, Canada 的太古代(地壳薄、热流高)喷出岩(?), 现代没