1、第五章第五章 岩浆的起源与演化岩浆的起源与演化 岩浆的产生岩浆的产生 岩浆的演化机制岩浆的演化机制 岩浆的运移与侵位岩浆的运移与侵位1、岩浆产生的部位、岩浆产生的部位一、一、 岩浆的产生岩浆的产生一、一、 岩浆的产生岩浆的产生2、部分熔融作用及岩浆分凝聚集、部分熔融作用及岩浆分凝聚集 （1）部分熔融作用：）部分熔融作用：地壳和上地幔物质，当岩石地壳和上地幔物质，当岩石的温度增高至固相线温度时，相对低熔点的物质，在共的温度增高至固相线温度时，相对低熔点的物质，在共结点或同结线的位置首先熔融，产生近共结或低熔点的结点或同结线的位置首先熔融，产生近共结或低熔点的岩浆。开始时，最初出现的液体分布于两种
2、或三种矿物岩浆。开始时，最初出现的液体分布于两种或三种矿物的交界部位，在这些部位实际上形成了一个局部的二元的交界部位，在这些部位实际上形成了一个局部的二元系或三元系，造成一个低温熔融的温度环境，随热量不系或三元系，造成一个低温熔融的温度环境，随热量不断输入，熔融程度增高，熔体数量增多。断输入，熔融程度增高，熔体数量增多。一、一、 岩浆的产生岩浆的产生xx2、部分熔融作用及岩浆分凝聚集、部分熔融作用及岩浆分凝聚集 概念：概念：是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集 中的作用中的作用 控制因素：控制因素： 熔体分数（即部分熔融程度）熔体分数（即部分熔融程度
3、） 源区的渗透性源区的渗透性 熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力 残留固体与熔体的粘度残留固体与熔体的粘度（2）岩浆的分凝聚集）岩浆的分凝聚集一、一、 岩浆的产生岩浆的产生部分熔融作部分熔融作用用 示示 意意 图图3、原生岩浆和派生岩浆、原生岩浆和派生岩浆（1）原生岩浆（）原生岩浆（primary magma)： 岩浆形成后成分未发生变化的岩浆玄武岩浆形成后成分未发生变化的岩浆玄武岩浆、岩浆、 花岗质岩浆、安山岩浆等花岗质岩浆、安山岩浆等（2）派生岩浆）派生岩浆(derivative magma): 由原生岩浆演化形成的岩浆由原生岩浆演化形成的岩浆一、
4、一、 岩浆的产生岩浆的产生4、岩浆形成的基本条件、岩浆形成的基本条件 A. 源区岩石源区岩石 B. 温度的升高温度的升高 C. 压力的降低压力的降低 D. 挥发组分的加入挥发组分的加入一、一、 岩浆的产生岩浆的产生地球中的热源（地球中的热源（Heat Sources in the Earth） 压力和温度随深度的变化压力和温度随深度的变化l P = r rgh； r-r-密度，密度，g-重力加重力加速度，速度，h-埋深埋深.l 从地表到地幔几乎呈线性关系：从地表到地幔几乎呈线性关系： 0.1GPa/3.3km l 地壳底部地壳底部 1 Gpal 地核（地核（Core）: r r快速增大快速增大
5、l 压力梯度（压力梯度（The Pressure Gradient ）：地幔岩石是如何熔融的地幔岩石是如何熔融的（How does the mantle melt?）B. 温度升高温度升高（Increase the temperature）C. 压力降低（压力降低（Lower the pressure）地幔底辟上升地幔底辟上升减压熔融：可达减压熔融：可达 30%绝热线绝热线D. 挥发组分的加入挥发组分的加入（Add volatiles ，especially H2O)地温线地温线水饱和水饱和二、岩浆的演化机制岩浆的演化机制主要包括：主要包括： 熔离作用熔离作用 扩散扩散-对流作用对流作用 分离
6、结晶作用分离结晶作用 1、分异作用：、分异作用：原来成分均匀的岩浆，在没有外来物原来成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下，依靠岩浆自身的演化，最终形成不同组质加入的情况下，依靠岩浆自身的演化，最终形成不同组成的火成岩。成的火成岩。 岩浆从源区分离之后，温度、压力等条件发生了改变，随即开岩浆从源区分离之后，温度、压力等条件发生了改变，随即开始了岩浆演化历程，从原生岩浆演化出派生岩浆，生成了多种岩石。始了岩浆演化历程，从原生岩浆演化出派生岩浆，生成了多种岩石。在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢？在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢？主要有：主要有：分异作用、岩浆混合作用、同化混
7、染作用分异作用、岩浆混合作用、同化混染作用（1）熔离作用（）熔离作用（ ） 是指原来混溶的熔体因物理是指原来混溶的熔体因物理（如温度、（如温度、压力的变化）压力的变化）或化学或化学（如第三种组分的加（如第三种组分的加入）入）的原因分离为不混溶或混溶程度低的的原因分离为不混溶或混溶程度低的两种熔体的过程。两种熔体的过程。1、分异作用、分异作用二、岩浆的演化机制岩浆的演化机制某些实例：某些实例：Some Examples 在富铁的拉斑玄武岩中可见到晚期的富硅在富铁的拉斑玄武岩中可见到晚期的富硅 的花岗质不混溶体的花岗质不混溶体 硫化物硫化物硅酸盐不混溶体硅酸盐不混溶体 (massive sulfi
8、de deposits) 月球玄武岩中的富铁球粒存在于富硅富钾月球玄武岩中的富铁球粒存在于富硅富钾的玻璃基质中的玻璃基质中 （2）扩散对流作用）扩散对流作用 含义：含义：原来均一的岩浆，由于液态的岩浆体内原来均一的岩浆，由于液态的岩浆体内部及其与相接触的围岩间存在温度梯度，导致产部及其与相接触的围岩间存在温度梯度，导致产生成分梯度的作用。此时，热量和物质通过液生成分梯度的作用。此时，热量和物质通过液液界面进行扩散对流，使高熔点的组分向着低温液界面进行扩散对流，使高熔点的组分向着低温的熔体边部迁移，冷凝较早，形成较基性富含高的熔体边部迁移，冷凝较早，形成较基性富含高熔点组分的的边缘带；而低熔点的
9、组分则向高温熔点组分的的边缘带；而低熔点的组分则向高温的熔体内部迁移，冷凝较晚，生成了较酸性富含的熔体内部迁移，冷凝较晚，生成了较酸性富含低熔点组分的内部带。低熔点组分的内部带。1、分异作用、分异作用岩浆中物质扩散的驱动力：岩浆中物质扩散的驱动力： 温度梯度、浓度梯度或化学位梯度温度梯度、浓度梯度或化学位梯度实例：实例： 岩体的边部岩体的边部暗色组分的富集暗色组分的富集对流岩浆房对流岩浆房中的侧壁结晶分中的侧壁结晶分异作用异作用 1、分异作用分异作用（3）分离结晶作用）分离结晶作用(结晶分异作用结晶分异作用) 概念：概念：是指由于岩浆中结晶的固相物质是指由于岩浆中结晶的固相物质的分离，使残余岩
10、浆成分发生变化的作用。的分离，使残余岩浆成分发生变化的作用。 类型：类型： A. 流动分异作用流动分异作用 B. 重力分离结晶作用重力分离结晶作用二、岩浆的演化机制岩浆的演化机制A. 流动分异作用流动分异作用特点：特点：主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，如岩墙和主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，如岩墙和岩脉中岩脉中原因：原因：岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用使流速岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用使流速从通道中心向边缘降低，导致矿物晶体向流速高的中从通道中心向边缘降低，导致矿物晶体向流速高的中心带集中，使结晶的矿物与熔体分离。心带集中，使结晶的矿物与熔体分离。规模：规模：影响有限
11、，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带（3）分离结晶作用）分离结晶作用1、分异作用分异作用流动分异作用的特点：流动分异作用的特点： Flow segregation流动方向相对位移相对位移颗粒分散压力颗粒分散压力围岩围岩B. 重力分离结晶作用重力分离结晶作用 早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。l 影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素：影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素： 晶体与岩浆的密度差晶体与岩浆的密度差 晶体直径（晶体直径（B）的大小）的大小 岩
12、浆的粘度岩浆的粘度（3）分离结晶作用）分离结晶作用晶体的沉降速度遵循：晶体的沉降速度遵循：Stokes LawV = 矿物沉降速度矿物沉降速度 (cm/sec)g = 重力加速度重力加速度 (980 cm/sec) r = 球形颗粒的半径球形颗粒的半径 (cm)r rs= 固态球形颗粒的密度固态球形颗粒的密度 (g/cm3)r rl= 熔体的密度熔体的密度 (g/cm3)h h = 熔体的粘度熔体的粘度 (1 c/cm.sec = 1 poise)V2gr ()92= =- -r rr rh hsl举例：举例： 玄武岩中的橄榄石：玄武岩中的橄榄石：Olivine in basalt 橄榄石橄榄
13、石 (r rs = 3.3 g/cm3, r = 0.1 cm) 玄武质熔体玄武质熔体 (r rl = 2.65 g/cm3, h h = 1000 poise) V = 29800.12 (3.3-2.65)/91000 = 0.0013 cm/sec举例：举例： 流纹质熔体：流纹质熔体：Rhyolitic melt h h = 107 poise and r rl = 2.3 g/cm3 角闪石晶体角闪石晶体 (r rs = 3.2 g/cm3, r = 0.1 cm) V = 2 10-7 cm/sec, or 6 cm/year 长石长石 (r rl = 2.7 g/cm3) V =
14、2 cm/year 则在则在104年时形成年时形成 200 m 厚的岩石厚的岩石 （冷却形成（冷却形成岩株）岩株） 假如晶体半径为假如晶体半径为 0.5 cm，将会每年沉淀，将会每年沉淀 0.65 m, 或或6.5 km/ 104 年。年。l 矿物分离结晶的顺序鲍文（矿物分离结晶的顺序鲍文（Bowen,1928）反应系列）反应系列橄榄石橄榄石基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云母黑云母（尖晶石）（尖晶石）温度升高方向温度升高方向钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石基中性斜长石基中性斜长石中性斜长石中性斜长石l鲍文反应系列的岩石学意义鲍文反应系
15、列的岩石学意义橄榄石橄榄石基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云黑云母母（尖晶石）（尖晶石）温度升高方向温度升高方向钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石基中性斜长石基中性斜长石中性斜长石中性斜长石1）解释岩浆中矿物结晶顺序2）解释岩浆中矿物共生规律，两个系列结晶温度相当的 矿物可以共生3）解释暗色矿物间的反应变结构和斜长石正环带结构4）玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆玄武岩浆分离玄武岩浆分离结晶作用形成结晶作用形成的层状侵入体的层状侵入体分分离离结结晶晶形形成成的的堆堆积积结结构构萃取的橄榄石萃取的橄榄石橄榄石聚集橄榄石聚集橄榄石抽出
16、橄榄石抽出母母岩岩浆浆刻度突变刻度突变2、岩浆混合作用（岩浆混合作用（ Magma Mixing ）（1）概念：）概念：由两种或两种以上的不同成分的岩浆以由两种或两种以上的不同成分的岩浆以不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。（2）识别标志：）识别标志： 1）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间的过渡）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间的过渡岩石同时出现；在岩体中可见到一些基性端元的岩石团块、岩石同时出现；在岩体中可见到一些基性端元的岩石团块、微粒包体等微粒包体等 2） 矿物间出现明显的不平衡现象：两种成分差别较大的矿物间出现明显
17、的不平衡现象：两种成分差别较大的斜长石的共存等斜长石的共存等 3）混合彻底：对于一套岩石来说，端元组分与混合组分）混合彻底：对于一套岩石来说，端元组分与混合组分在在 Harker-type 变异图上应该呈一条直线变异图上应该呈一条直线3、同化混染作用同化混染作用(assimilation)（1）概念：）概念：岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎块，将改岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎块，将改变岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不变岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不彻底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。彻底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。（2）同化混染的可能方式：）同
18、化混染的可能方式： 1）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分发生改变。发生改变。 2）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。 3）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄武岩中的地幔橄榄岩包体。武岩中的地幔橄榄岩包体。（3）同化混染作用的鉴别标志：）同化混染作用的鉴别标志： 1）主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩之间常形成渐）主要出现在
19、大型侵入体的边缘带，与围岩之间常形成渐变过渡带；变过渡带； 2）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现不）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现不平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石；平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石； 3）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。 本节提示：本节提示： （1）自然界中火成岩类型复杂多样的原因之一，）自然界中火成岩类型复杂多样的原因之一，就是与岩浆演化有关。就是与岩浆演化有关。 （2） 岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往是多岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往是多种作用的结合。比如，岩浆的同化混
20、染作用和岩种作用的结合。比如，岩浆的同化混染作用和岩浆的分离结晶作用可能是同时发生的；分离结晶浆的分离结晶作用可能是同时发生的；分离结晶作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。AFC：assimilation + Fractional crystallization Fractional crystallization + recharge of more primitive magma三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位 岩浆上升的动力岩浆上升的动力密度差和由于张开裂隙而密度差和由于张开裂隙而发生的减压作用发生的减压作用 平衡浮力高度：平衡浮力
21、高度：当岩浆上升至与其密度相当当岩浆上升至与其密度相当的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一位置可称为位置可称为平衡浮力高度平衡浮力高度三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制A.底辟上升和侵位是连续的过程底辟上升和侵位是连续的过程B.底辟侵位的主要驱动力底辟侵位的主要驱动力岩浆岩浆的浮力和热动力的浮力和热动力C. 演化阶段：早期穹隆阶段、中演化阶段：早期穹隆阶段、中期底辟上升阶段、晚期侧向挤期底辟上升阶段、晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段断（气球膨胀）阶段D. 特征：岩体的内部组构及产状特征：岩体的内部组构及产状与围岩的片理产状一致，岩体与围岩的片理产状一致，岩
22、体没根，整合岩体没根，整合岩体1、底辟作用、底辟作用演化阶段：演化阶段：l 早期穹隆阶段早期穹隆阶段l 中期底辟上升阶段中期底辟上升阶段l 晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段底辟作用的底辟作用的3个演化阶段个演化阶段过程：过程：热的岩浆上升，引起热的岩浆上升，引起顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂块体下沉的同顶部围岩炸裂块体下沉的同时，岩浆侵入到裂隙中，如时，岩浆侵入到裂隙中，如此反复，岩浆可实现向上迁此反复，岩浆可实现向上迁移、侵位。移、侵位。特征：特征：岩体与围岩层理面产岩体与围岩层理面产状相切，形成不整合侵入体，状相切，形成不整合侵入体，岩
23、体边缘有棱角状、不规则岩体边缘有棱角状、不规则状围岩捕虏体等。状围岩捕虏体等。2、顶蚀作用、顶蚀作用三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制3、岩墙扩展作用（、岩墙扩展作用（dike propagation）含义：含义：是岩浆在压力的是岩浆在压力的驱驶下，注入围岩裂隙，驱驶下，注入围岩裂隙，并通过挤压围岩使其扩并通过挤压围岩使其扩展成狭窄的岩浆通道展成狭窄的岩浆通道（岩墙），并沿该通道（岩墙），并沿该通道上升。上升。环境：环境：张性断裂、裂隙张性断裂、裂隙例子：例子：辉绿岩岩墙辉绿岩岩墙三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制4、火口沉陷作用、火口沉陷作用(cauldron subsidence)代表环形杂岩体特征的一种侵位机制代表环形杂岩体特征的一种侵位机制三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制4、岩浆形成的、岩浆形成的基本条件基本条件 A. 源区岩石源区岩石 B. 温度的升高温度的升高 C. 压力的降低压力的降低 D. 挥发组分的加入挥发组分的加入一、一、 岩浆的产生岩浆的产生
