1、岩石学岩石学（Petrology）第一篇第一篇 绪论绪论第一章第一章 岩石及其地质分布岩石及其地质分布 一、岩石（一、岩石（Rock）及其成因分类）及其成因分类 岩石是岩石是天然产出的天然产出的,由一种或多种矿物（包括由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固态固态集合体。集合体。要点：.Natural,not man-made or synthesize .Solid matter 岩石的成因分类岩石的成因分类 岩石根据成因可分三类：火成岩（岩浆岩）、沉岩石根据成因可分三类：火成岩（岩浆岩）、沉积岩、变质岩。积岩、变质岩。岩石成因分类岩石成因分类
2、 (1)、岩浆岩（、岩浆岩（Magamatic rocks,Igneous rocks）是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用(partial melting)形成的岩浆形成的岩浆(magma)，在侵入地下，在侵入地下一定深度或喷出地表冷凝而成的岩石。一定深度或喷出地表冷凝而成的岩石。高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩（Plutonic rocks）,如花岗岩。如花岗岩。高温岩浆喷出地表（或在近地表就位）形成高温岩浆喷出地表（或在近地表就位）形成的岩石称为火山岩的岩石称为火山岩(Volcanic rocks)。(2)、
3、沉积岩、沉积岩(Sedimentary rocks)主要由地表分化产物、生物、火山碎主要由地表分化产物、生物、火山碎屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固结而成的岩石。结而成的岩石。(3)、变质岩、变质岩(Metamorphic rocks)是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石。化而成的岩石。灰岩灰岩大理岩大理岩 T200C，有新的矿物生长、结晶，有新的矿物生长、结晶三大类岩石野外特征对比简表三大类岩石野外特征对比简表 野 外 特 征 火 成 岩 沉 积 岩 变 质 岩 1形成火山及各类熔岩流。2形成岩脉、岩墙、岩株及岩基等形态
4、并切割围岩。3 对围岩有热的影响致使其重结晶，发生相互反应及颜色改变。4 在与围岩接触处火成岩体边部有细粒的淬火边。5除火山碎屑岩外，岩体中无化石出现。6多数火成岩无定向构造，矿物颗粒成相互交织排列。1在野外呈层状产生，并经历分选作用。2岩层表面可以出现波痕、交错层、泥裂等构造。3岩层在横向上延续范围很大。4沉积岩地质体的形态可能与河流、三角洲、沙洲、沙坝的范围相近。5沉积岩的固结程度有差别，有些甚至是未固结的沉积物。1岩石中的砾石、化石或晶体受到了破坏。2碎屑或晶体颗粒拉长，岩石具定向构造，但也有少数无定向构造的变质岩。3多数分布于造山带、前寒武纪地盾中。4可以分布于火成岩体与围岩的接触带。
5、5岩石的面理方向与区域构造线方向一致。6大范围的变质岩分布区矿物的变质程度有逐渐改变的现象。二、岩石学的定义二、岩石学的定义(Petrology)岩石学是地质学领域的一门重要分支岩石学是地质学领域的一门重要分支学科，是研究地壳、地幔及其它星体产学科，是研究地壳、地幔及其它星体产出的岩石分布、产状、成分、结构、构出的岩石分布、产状、成分、结构、构造、分类、命名、成因、演化等方面的造、分类、命名、成因、演化等方面的科学。科学。岩石学的分支学科岩石学的分支学科 岩类学或岩相学（岩类学或岩相学（Petrography）岩理学（岩理学（Petrogenesis）试验岩石学（试验岩石学（Experimen
6、tal Petrology）*岩石学的定义岩石学的定义(Petrology)岩石学是地球的物质科学，是研究地球过程的核心对象.。当岩石学变成物质科学，并与地球物理学结合的时候，岩石成因学（petrologenesis）成熟了。包含不同构造环境中的矿物学与地球化学和完全扎根于地球物理学的岩石学，在帮助揭示地球的过程中有着明显的和光明的前景(Peter Wylie，2019)。三、学习岩石学的意义三、学习岩石学的意义 1、岩石是组成地球的物质基础、岩石是组成地球的物质基础 2、寻找矿产资源、寻找矿产资源*与与沉积岩沉积岩相关的矿产资源：石油、天相关的矿产资源：石油、天然气、煤及非金属矿产然气、煤及
7、非金属矿产 *与与岩浆岩及变质岩岩浆岩及变质岩相关的矿产：相关的矿产：Cr-Co-Ni-PGE-Cu-Au-Ag-W-Sn-Te。红宝。红宝石、蓝宝石、翡翠等。石、蓝宝石、翡翠等。*有些岩石本身就是矿产：有些岩石本身就是矿产：玄武岩：铸石、路基玄武岩：铸石、路基 花岗岩：石材花岗岩：石材 石灰，石英砂等石灰，石英砂等The Jinchuan ultramafic intrusion is 6500 meters long,and average 400 m in width in surface.The Enrichment Processes of Platinum Group Elemen
8、ts in Jinchuan Cu-Ni-PGE Deposit 3、与环境科学密切相关、与环境科学密切相关 地质事件与环境密切相关地质事件与环境密切相关 火山活动，火山活动，殒击事件等殒击事件等 农田开发农田开发 地方病防治地方病防治 建筑建筑 总上所述，人类社会可持续发展以总上所述，人类社会可持续发展以及人与自然的协调所必须解决的重大问及人与自然的协调所必须解决的重大问题：资源开发、环境保护及灾害防治等题：资源开发、环境保护及灾害防治等均与岩石学密切相关。均与岩石学密切相关。4、岩石是地球演化的记录册岩石是地球演化的记录册 对有关岩石的形成时代、时空分布及其对有关岩石的形成时代、时空分布及
9、其形成条件的研究，可以对解决地质历史演化形成条件的研究，可以对解决地质历史演化中的许多重大问题。中的许多重大问题。现代的沉积物与地质历史上的沉积物的丰现代的沉积物与地质历史上的沉积物的丰度有很大的差别度有很大的差别,其原因何在？其原因何在？有些火成岩，如科马提岩，多数出现在太有些火成岩，如科马提岩，多数出现在太古代，块状斜长岩、更长环斑花岗岩多数出古代，块状斜长岩、更长环斑花岗岩多数出现在元古代，如何根据这些岩石的特征来认现在元古代，如何根据这些岩石的特征来认识地球的演化？识地球的演化？大规模溢流玄武岩形成的机理？大规模溢流玄武岩形成的机理？四、岩石在地球上的分布四、岩石在地球上的分布1.地球
10、的层圈构造地球的层圈构造2.2.分异后的地球具有层圈分异后的地球具有层圈构造，根据地球物理的构造，根据地球物理的资料，地球可划分为三资料，地球可划分为三个一级的层圈，地核、个一级的层圈，地核、地幔和地壳，其中地核地幔和地壳，其中地核占地球总体积占地球总体积(1.0831021m3)的的16.2%，地幔占地幔占83.2%，地壳占，地壳占0.6%，在它们之间分布，在它们之间分布有明显的地震波速突变有明显的地震波速突变的不连续界面（或带）。的不连续界面（或带）。地球的层圈构造示意图地球的层圈构造示意图（引自（引自L.A.Raymond,2019）CLC：大陆下地壳：大陆下地壳 原始熔体在水原始熔体在
11、水-氢氢压力下实验的压力下实验的分层结果，分分层结果，分成氢成氢-镍镍-铁层铁层（Fe、Ni、H2）、）、铁质超铁质超基性层基性层(Mg、Fe、Si），超基性层），超基性层(Mg、Si），过），过渡层（渡层（Mg、Si、Al）和基底层和基底层(Na、K、Si、Al)，并与地球，并与地球结构略图对比结构略图对比第二篇、火成岩石学第二篇、火成岩石学（Igneous Petrology）火成岩石学定义火成岩石学定义 火成岩石学是研究岩浆起源、火成岩石学是研究岩浆起源、活动、演化、结晶及其岩石的组成、活动、演化、结晶及其岩石的组成、分布、产状、成分、结构、构造、分布、产状、成分、结构、构造、分类、命名
12、、共生组合、成因机理分类、命名、共生组合、成因机理与构造、矿产关系的一门独立学科。与构造、矿产关系的一门独立学科。第二章、岩浆与岩浆作用第二章、岩浆与岩浆作用一、岩浆（一、岩浆（magma）岩浆岩浆是由已存在的地幔或是由已存在的地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融形地壳岩石经熔融或部分熔融形成的，它可以全部由液相的熔成的，它可以全部由液相的熔体组成，也可以含有部分固态体组成，也可以含有部分固态物质和挥发分物质和挥发分。1.原生岩浆（原生岩浆（primary magma）由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形成的成分未遭受成的成分未遭受变异的岩浆变异的岩浆。在一套
13、火成岩组合中，原生岩浆可能是在一套火成岩组合中，原生岩浆可能是MgMg值最高的岩浆（值最高的岩浆（MgMg*=0.68-0.75=0.68-0.75）。）。2.2.母岩浆母岩浆（Parent magma）和派生岩浆和派生岩浆（Derivative magma）通过各种作用（分异作用、同化作用、混通过各种作用（分异作用、同化作用、混合作用等）产生派生岩浆的独立的岩浆称为合作用等）产生派生岩浆的独立的岩浆称为母母岩浆岩浆。经分异作用产生的岩浆称经分异作用产生的岩浆称派生岩浆派生岩浆，又可称，又可称为为进化岩浆进化岩浆（Evolved magmaEvolved magma）。）。原生岩浆可以成为母岩
14、浆，但母岩浆原生岩浆可以成为母岩浆，但母岩浆不一定是原生岩浆。不一定是原生岩浆。母岩浆母岩浆与与派生岩浆派生岩浆具有成因联系，它具有成因联系，它们是母体与子体的关系，在成分上可形们是母体与子体的关系，在成分上可形成相互联系的系列。成相互联系的系列。例如玄武岩浆可通过分异作用产生安例如玄武岩浆可通过分异作用产生安山岩和英安岩，从而形成了玄武岩山岩和英安岩，从而形成了玄武岩安安山岩山岩英安岩系列。英安岩系列。二、岩浆的形成和运移1.1.岩浆形成岩浆形成(1)升温升温 （T ）(2)减压减压 （P ）(3)固相线下移固相线下移 初始熔融条件变化，如流初始熔融条件变化，如流体加入体加入 部分熔融部分熔
15、融-迁移聚集迁移聚集-岩岩浆房浆房-喷发或侵入喷发或侵入 研究发法：实验岩石学研究发法：实验岩石学正常地热梯度不能形成岩浆正常地热梯度不能形成岩浆温度、压力、挥发份温度、压力、挥发份:如果不是这些因素起如果不是这些因素起作用，作用，“正常正常”情况下将不会有岩浆形成情况下将不会有岩浆形成（无论是地幔还是地壳）（无论是地幔还是地壳）TP液相固相加热减 压大洋地温曲线大陆地温曲线干体系固相线饱和水体系固相线全球活火山分布图Decompression meltingth(depth)MMMBAS 2.岩浆的分凝岩浆的分凝(magma segregation)岩浆分凝是指熔融的岩浆液滴岩浆分凝是指熔融
16、的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集中的作用，从源区岩石的粒间分离集中的作用，控制因素有：熔体分数控制因素有：熔体分数(即即部分熔融部分熔融程度程度），源区的渗透性，熔体的密），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，度与残留固体的密度差产生的浮力，残留固相与熔体的流变性质（主要残留固相与熔体的流变性质（主要是粘度）及源区的范围等。是粘度）及源区的范围等。3.岩浆的上升与侵位岩浆的上升与侵位(magma ascent and emplacement)岩浆分凝后岩浆分凝后,岩浆的密度低于岩浆的密度低于源区的岩石，产生重力不稳定性及源区的岩石，产生重力不稳定性及浮力，导致岩浆上升，当岩浆
17、上升浮力，导致岩浆上升，当岩浆上升至上部岩石的密度与其相当时，岩至上部岩石的密度与其相当时，岩浆体停止移动形成侵入岩。浆体停止移动形成侵入岩。岩浆上升的岩浆上升的动力动力是密度差及由是密度差及由于张开裂隙而发生的减压作用。于张开裂隙而发生的减压作用。岩浆的上升侵位机制岩浆的上升侵位机制 1 1）底劈作用）底劈作用 岩浆加热顶部围岩使其粘度降低，自身则因浮力上升，迫使围岩向下流动，并占据其腾出的空间。底辟侵位的主要驱动力是岩浆的浮力和热动力，底辟侵位一般可分早期穹隆阶段、中期底辟上升阶段和晚期侧向挤断三个阶段。岩浆的上升侵位机制岩浆的上升侵位机制 1 1）底劈作用）底劈作用 2 2）顶蚀作用）顶
18、蚀作用 3 3）岩墙扩展作用）岩墙扩展作用 4 4）火口沉陷）火口沉陷 三、岩浆的性质三、岩浆的性质1.岩浆的密度：单位体积内所含岩浆的重量。岩浆的密度：单位体积内所含岩浆的重量。与岩浆成分、温度、压力等因素有关。与岩浆成分、温度、压力等因素有关。玄武岩熔体的密度与压力的关系图玄武岩熔体的密度与压力的关系图测量条件，压力为0.71和1Gpa时，T=1350-1400，2.岩浆的粘度岩浆的粘度:粘度反映流体流动粘度反映流体流动的难易程度。粘度的单位是的难易程度。粘度的单位是Pas（帕斯卡秒)。*岩浆的粘度（岩浆的粘度（degree of viscosity）与岩浆成分、结构有关；与岩浆成分、结构
19、有关；岩浆的粘度在冷却时明显的增加；岩浆的粘度在冷却时明显的增加；随压力增大而略增加。随压力增大而略增加。3.岩浆的温度岩浆的温度 夏威夷 基拉韦厄 拉斑玄武岩 1150-1225 T.L.Wright 等(1968)墨西哥 帕里库廷 玄武安山岩 1020-1110 Zics(1946)刚果 尼腊贡戈 霞石岩 980 Sahama 和 Mever(1958)刚果 尼亚木拉基拉 白榴玄武岩 1095 Verhoogen(1948)新西兰 陶波 辉石流纹岩 浮岩流 角闪流纹岩 熔岩，熔接凝灰岩 浮岩流 780735890860Ewart 等(1971)加里福尼亚 蒙诺火山口 流纹质熔岩 冰岛 流纹
20、英安质黑翟岩 925900780790Carmichel(1967a)新不列颠（南西太平洋）安山质浮岩 英安质熔岩，浮岩 流纹英安质浮岩 880925990940Heming 和 Carmichacl Lowder(1973);(1970)各类熔岩喷出温度的估算值（引自各类熔岩喷出温度的估算值（引自Carmichael，1974）4.岩浆中挥发分岩浆中挥发分现代火山喷发时有大量气体逸出，已固结的火山现代火山喷发时有大量气体逸出，已固结的火山岩标本有些含相当数量的气孔都充分说明了岩岩标本有些含相当数量的气孔都充分说明了岩浆中含有挥发组分。浆中含有挥发组分。成份有：成份有：COCO2 2,CH,C
21、H4 4,NH,NH3 3,H,H2 2,HCl,HF,H,HCl,HF,H2 2S,SOS,SO2 2,P P2 2O O5 5 和和H H2 2O O等等 美国圣海伦斯火山在1980年5月18日发生强烈喷发，火山的喷发导致了山崩和塌方，并喷出了大量的火山灰和浮岩碎屑，400米的山峰爆炸崩溃，在62平方公里的范围内充满了崩碎的碎屑。四、岩浆的分异、混合和同化（1）分异作用（2）混合作用（Assimilation）,（3）同化混染（Contamination）.（1）岩浆分异作用 分异作用是指原来成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下，依靠本身的演化，最终产生不同组份的火成岩的作用。*分离
22、结晶作用：岩浆结晶作用阶段，早结晶的高熔点矿物与熔体分离，并使残余岩浆的成分发生连续的变化（重力分离作用、流动分异作用）。2.熔离作用熔离作用 熔离作用是指原来混溶的熔熔离作用是指原来混溶的熔体因物理或化学的原因分离为不体因物理或化学的原因分离为不混熔或混溶程度低的两种熔体的混熔或混溶程度低的两种熔体的过程。物理因素可以是温度、压过程。物理因素可以是温度、压力的变化，化学因素则与第三种力的变化，化学因素则与第三种成分的加入有关。如在炼钢炉中成分的加入有关。如在炼钢炉中加入加入CaCO3和和CaF2可使铁水和炉可使铁水和炉渣分为互不混熔的液层。渣分为互不混熔的液层。Norman L.Bowen(
23、1887-1956)-“Father of Modern Igneous Petrology”,Princeton University Press,334pp,1928 .*鲍文反应鲍文反应系列系列鲍文反应系列由两鲍文反应系列由两个系列所构成。一个系列所构成。一为连续系列，其特为连续系列，其特点是矿物的晶体格点是矿物的晶体格架不发生大的改变，架不发生大的改变，早形成的矿物与熔早形成的矿物与熔体反应所形成的新体反应所形成的新矿物彼此之间在成矿物彼此之间在成分上呈连续的渐变分上呈连续的渐变关系；另一为不连关系；另一为不连续系列，相邻镁铁续系列，相邻镁铁矿物之间存在不连矿物之间存在不连续的反应。续的反应。纯橄榄岩
