第一二章 绪论

1、岩石学邹海洋邹海洋中南大学地学与环境工程学院中南大学地学与环境工程学院2011-03-052011-03-05第一章绪论第一章绪论1 1观察与事实观察与事实地球上存在大量火山（活火山、死火山、休眠火山地球上存在大量火山（活火山、死火山、休眠火山) )地球圈层结构与岩浆起源条件地球圈层结构与岩浆起源条件（1）地球的圈层结构地球的圈层结构地壳地壳外核外核内核内核岩流圈岩流圈（2）岩浆的起源条件岩浆的起源条件3 3岩浆岩及其研究意义岩浆岩及其研究意义（1 1）岩石类型及其鉴别特征岩石类型及其鉴别特征（2 2）岩石系列与组合岩石系列与组合（3 3）岩石成因岩石成因（4 4）岩浆作用与构造环境岩浆作用与

2、构造环境4 4基本概念基本概念岩石岩石：天然产出的，由一种或多种矿物或火山玻璃：天然产出的，由一种或多种矿物或火山玻璃、生物遗骸、胶体组成的固态集合体。、生物遗骸、胶体组成的固态集合体。岩浆岩岩浆岩(Magmatic rocks(Magmatic rocks，Igneous rocks):Igneous rocks):它是由它是由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石。也可称之为火成岩地下或喷出地表冷凝而成的岩石。也可称之为火成岩。或简单地说，由岩浆冷凝固结而成的岩石称为岩浆。或简单地说，由岩浆冷凝固结而成的岩石

3、称为岩浆岩。岩。岩石学岩石学(Petrology)(Petrology)：是专门研究地壳、地幔及其是专门研究地壳、地幔及其它星体产出的岩石的分布、产状、成分、结构、构造它星体产出的岩石的分布、产状、成分、结构、构造、分类、命名、成因、演化等方面的科学。、分类、命名、成因、演化等方面的科学。a.a.岩类学岩类学( (描述岩石学或岩相学描述岩石学或岩相学) )：它主要是研究它主要是研究岩石的产状、分布、组成、分类、命名等方面的岩石的产状、分布、组成、分类、命名等方面的问题。问题。b.b.岩理学岩理学( (理论岩石学或成因岩石学理论岩石学或成因岩石学) )：它主要是它主要是研究岩石的形成条件及成因等

4、方面的问题。研究岩石的形成条件及成因等方面的问题。岩浆岩岩石学岩浆岩岩石学：是研究岩浆的起源、运移、演：是研究岩浆的起源、运移、演化、结晶及岩浆岩的组成、结构、构造、产状、化、结晶及岩浆岩的组成、结构、构造、产状、分布、分类、命名、共生组合、成因机理及与构分布、分类、命名、共生组合、成因机理及与构造、矿产关系等的一门独立科学。造、矿产关系等的一门独立科学。5 5岩浆岩与沉积岩、变质岩的主要判别标志岩浆岩与沉积岩、变质岩的主要判别标志岩浆岩大部分为块状的结晶岩石，部分为玻璃质岩石。具有岩浆岩大部分为块状的结晶岩石，部分为玻璃质岩石。具有玻璃质的岩石一般是岩浆岩，只有极少数情况下，在强烈断裂玻璃质

5、的岩石一般是岩浆岩，只有极少数情况下，在强烈断裂带内才有带内才有玻化岩玻化岩。岩浆岩中有一些特有的矿物和结构构造。霞石、白榴石、气岩浆岩中有一些特有的矿物和结构构造。霞石、白榴石、气孔、杏仁构造。孔、杏仁构造。岩浆岩体与围岩间一般都有明显的界线，呈各样的形态存在岩浆岩体与围岩间一般都有明显的界线，呈各样的形态存在于地层中，有的平行，有的切穿围岩的层理和片理。于地层中，有的平行，有的切穿围岩的层理和片理。岩体中常含有围岩碎块岩体中常含有围岩碎块( (捕虏体捕虏体) )，这些被捕虏的围岩碎块和，这些被捕虏的围岩碎块和围岩常遭受热变质作用。围岩常遭受热变质作用。各地质时期形成的主要岩浆岩类，大部分都

6、可以找到与其化各地质时期形成的主要岩浆岩类，大部分都可以找到与其化学成分近似的现代火山岩。学成分近似的现代火山岩。岩浆岩中没有任何生物遗迹。岩浆岩中没有任何生物遗迹。6 6关于岩浆的讨论关于岩浆的讨论岩浆的概念岩浆的概念岩浆是上地幔和地壳深处形成的，以硅酸盐为主要成分岩浆是上地幔和地壳深处形成的，以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、含有挥发份的熔融体的炽热、粘稠、含有挥发份的熔融体( (熔体熔体) )。少数情况下存在有碳酸盐岩浆、金属硫化物及金属氧化少数情况下存在有碳酸盐岩浆、金属硫化物及金属氧化物岩浆，后者也称为矿浆。物岩浆，后者也称为矿浆。现代火山喷发使我们能够直接观察到岩浆。现代火山喷发使我

7、们能够直接观察到岩浆。岩浆的成份岩浆的成份主要成分：硅酸盐主要成分：硅酸盐( (以氧化物形式表示以氧化物形式表示SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeOFeO、FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、CaOCaO、NaNa2 2O O、K K2 2O O、H H2 2O)SiOO)SiO2 2=40%=40%75%75%挥发份挥发份( (6 6)H)H2 2O O，COCO2 2，COCO，N N2 2，SOSO2 2，SOSO3 3，H H2 2S S，HClHCl，H H2 2F F成矿金属元素成矿金属元素岩浆的温度岩浆的温度a.观察现代熔岩流的温度观察现代熔岩流的温度通常

8、：通常：7001200基性熔岩：基性熔岩：10251225酸性熔岩：酸性熔岩：735890一般来说，熔岩流的温度总是一般来说，熔岩流的温度总是比地下深处同成分的、正在结比地下深处同成分的、正在结晶的岩浆高，这是因为地下深晶的岩浆高，这是因为地下深处的处的岩浆富含挥发份，挥发份岩浆富含挥发份，挥发份可以使起熔温度和液相线温度可以使起熔温度和液相线温度明显下降明显下降。b.b.研究地质温度计：研究地质温度计：某些造岩矿物的形成温度和相变温度可以间接推测研究结某些造岩矿物的形成温度和相变温度可以间接推测研究结晶时的温度。晶时的温度。例如例如：方石英转变为鳞石英：方石英转变为鳞石英：14701470正

9、长石分解为白榴石和二氧化硅：正长石分解为白榴石和二氧化硅：11701170普通角闪石暗化：普通角闪石暗化：10501050大气压下黑云母分解、暗化：大气压下黑云母分解、暗化：10501050840840鳞石英转变为鳞石英转变为石英：石英：870870棕色角闪石转变为绿色角闪石：棕色角闪石转变为绿色角闪石：750750石英转变为石英转变为石英：石英：575575c.c.熔化岩浆岩的方法熔化岩浆岩的方法通过岩浆岩的重熔和再结晶实验，也可得知其大通过岩浆岩的重熔和再结晶实验，也可得知其大致温度。一个大气压下，致温度。一个大气压下，玄武岩开始结晶的温度为：玄武岩开始结晶的温度为：12351235116

10、01160完全结晶是：完全结晶是：10601060。花岗岩的熔点为花岗岩的熔点为9509505050d.玻璃包裹体均一法测温玻璃包裹体均一法测温流纹岩中流纹岩中石英均一温度为石英均一温度为79079012201220透长石均一温度为透长石均一温度为1100110012001200霞石岩中霞石岩中橄榄石均一温度为橄榄石均一温度为1220122012901290辉石均一温度为辉石均一温度为1120112012801280岩浆的粘度岩浆的粘度粘度：粘度：是液体或半流体流动的难易程度。单位：是液体或半流体流动的难易程度。单位：Pa.S帕帕斯卡秒斯卡秒，(相当于相当于20度时水的粘度的度时水的粘度的10

11、00倍倍)。影响粘度的因素：影响粘度的因素：a.氧化物氧化物：SiO2，Al2O3，Cr2O3的存在使粘度增加的存在使粘度增加，尤其尤其SiO2。因此因此，基性岩粘度小基性岩粘度小，以溢流为主；酸性岩粘度以溢流为主；酸性岩粘度大大，多以爆发形式为主。多以爆发形式为主。b.挥发份挥发份：其存在将显著降低岩浆粘度。挥发份增加：其存在将显著降低岩浆粘度。挥发份增加，粘粘度低。度低。c.温度温度：温度升高：温度升高，粘度降低。粘度降低。d.压力压力：对于不含水的干岩浆：对于不含水的干岩浆，压力升高压力升高，粘度增加。粘度增加。对于富水岩浆对于富水岩浆，较为复杂：较为复杂：I.压力增加，挥发份溶解度增加

12、，粘度降低；压力增加，挥发份溶解度增加，粘度降低；II.压力达到一定值压力达到一定值，挥发份饱和挥发份饱和，粘度随压力升高而增粘度随压力升高而增加加。压力压力粘粘度度饱饱合合点点7.7.岩浆作用岩浆作用地下深处的岩浆，在其挥发份和地质地下深处的岩浆，在其挥发份和地质应力的作用下，沿构造脆弱带上升到应力的作用下，沿构造脆弱带上升到地壳浅部或地表，岩浆上升运移过程地壳浅部或地表，岩浆上升运移过程中，因物理化学条件的改变，又不断中，因物理化学条件的改变，又不断地改变自己的成分，最后凝固成岩浆地改变自己的成分，最后凝固成岩浆岩，这一复杂过程，称为岩浆作用。岩，这一复杂过程，称为岩浆作用。侵入地壳之中侵

13、入地壳之中侵入作用侵入作用侵入岩；侵入岩；喷出地表喷出地表喷出作用喷出作用喷出岩喷出岩一、岩浆岩的化学成分一、岩浆岩的化学成分1.1.造岩元素：造岩元素：O O、SiSi、AlAl、FeFe、MgMg、CaCa、NaNa、K K、TiTi等，其总和约占岩浆岩总重量的等，其总和约占岩浆岩总重量的99.25%99.25%；氧的含量氧的含量最高最高，占岩浆岩重量的占岩浆岩重量的46.59%46.59%。2.2.次要元素：次要元素：P P、H H、MnMn、B B等等。3.3.以氧化物表以氧化物表示示：SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、FeOFeO、MgOMg

14、O、CaOCaO、K K2 2O O、NaNa2 2O O和和H H2 2O O等等9 9种最重要种最重要，占岩浆岩平均化占岩浆岩平均化学成分的学成分的98%98%左右左右。第二章第二章 岩浆岩的物质成分岩浆岩的物质成分SiO2 3475%；少数可达；少数可达80%Al2O3 1020%；在纯橄榄岩中较低在纯橄榄岩中较低MgO 125%；CaO 015%；但某些辉长岩中达但某些辉长岩中达23%Fe2O3+FeO 0.515%；一般一般FeOFe2O3Na2O 015%；霞石岩中可达霞石岩中可达19.48%K2O 一般一般10%；白榴石岩中可达白榴石岩中可达17.94%H2O+(结晶水结晶水)和

15、和H2O-(吸附水吸附水) 一般一般2%；个别达；个别达10%TiO2 02%；很少超过；很少超过5%P2O5 00.5%；很少超过；很少超过3%MnO 00.3%；很少超过；很少超过2%4. SiO2是最重要的成分。是最重要的成分。是岩石酸性程度（基性程度）的标志。是岩石酸性程度（基性程度）的标志。超基性岩：超基性岩：SiOSiO2 245%66%66%5.岩浆岩的化学成分变化规律岩浆岩的化学成分变化规律6.微量元素微量元素岩浆中存在大量微量元素：岩浆中存在大量微量元素：LiLi、V V、CrCr、CoCo、NiNi、CuCu、ZnZn、RbRb、SrSr、Y Y、ZrZr、NbNb、BaB

16、a、TaTa、PbPb、ThTh、U U等等。微量元素丰度及其比值微量元素丰度及其比值( (如如K/RbK/Rb、K/BaK/Ba、Rb/SrRb/Sr、Nb/TaNb/Ta、Th/UTh/U等等) )，对探讨岩石成因和岩浆演化有重对探讨岩石成因和岩浆演化有重要意义。要意义。7.同位素及其比值同位素及其比值SrSr8787/Sr/Sr8686，PbPb206206/Pb/Pb204204，PbPb207207/Pb/Pb204204，O O1818/O/O1616，S S3434/S/S3232等等。同位素丰度及其比值对于探讨岩浆起源及其演化同位素丰度及其比值对于探讨岩浆起源及其演化具有重要意

17、义。具有重要意义。二二. .岩浆岩的矿物成分岩浆岩的矿物成分岩浆岩的矿物成分，对于了解岩石的化学成分、生成岩浆岩的矿物成分，对于了解岩石的化学成分、生成条件，以及岩石成因都有重大意义。条件，以及岩石成因都有重大意义。同时，同时，它也是岩浆岩分类和鉴别的主要依据它也是岩浆岩分类和鉴别的主要依据。组成岩浆岩的矿物，常见的不过组成岩浆岩的矿物，常见的不过2020几种，这些构成岩几种，这些构成岩石的矿物统称为石的矿物统称为造岩矿物造岩矿物。(一一) 硅铝矿物和铁镁矿物硅铝矿物和铁镁矿物1.1.硅铝矿物硅铝矿物：SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3含量较高含量较高，不含铁镁。如不含铁镁。如石

18、英、长石类及似长石类。这些矿物颜色均较浅石英、长石类及似长石类。这些矿物颜色均较浅，所以又叫所以又叫浅色矿物浅色矿物。2.2.铁镁矿物铁镁矿物：FeOFeO与与MgOMgO含量较高含量较高，SiOSiO2 2含量较低。如含量较低。如橄榄石、辉石类、角闪石类和黑云母类。这些矿物橄榄石、辉石类、角闪石类和黑云母类。这些矿物颜色一般较深颜色一般较深，所以又叫所以又叫暗色矿物暗色矿物。3.3.色率色率：岩浆岩中暗色矿物的百分含量称为色率。：岩浆岩中暗色矿物的百分含量称为色率。4.4.浅色岩浅色岩：习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占：习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占优势的岩石称为浅色岩。其色率在优势的

19、岩石称为浅色岩。其色率在0 03030之间。之间。5.5.暗色岩暗色岩：色率在：色率在6060100100，以暗色矿物占优势的岩以暗色矿物占优势的岩石称为暗色岩。如橄榄岩、辉长岩等。石称为暗色岩。如橄榄岩、辉长岩等。6.6.根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。(二二) 主要矿物、次要矿物、副矿物主要矿物、次要矿物、副矿物1.1.主要矿物主要矿物：在岩石中含量众多，对于确定岩石名称：在岩石中含量众多，对于确定岩石名称是不可缺少的，在岩石分类命名上起主要作用。如石是不可缺少的，在岩石分类命名上起主要作用。如石英、钾长石是花岗岩的主要矿物。英、钾长石是

20、花岗岩的主要矿物。2.2.次要矿物次要矿物：在岩石中含量次于主要矿物，对于划分：在岩石中含量次于主要矿物，对于划分岩石大类不起主要作用，但对确定岩石种属起一定作岩石大类不起主要作用，但对确定岩石种属起一定作用的矿物。如闪长岩中的石英，含量约用的矿物。如闪长岩中的石英，含量约2 2，没有石，没有石英也叫闪长岩；当石英英也叫闪长岩；当石英5 5时，则叫石英闪长岩。时，则叫石英闪长岩。3.3.副矿物副矿物：含量很少，常小于：含量很少，常小于1 1，个别情况可达，个别情况可达5 5，在一般的分类命名中均不起作用。但它们对于了解，在一般的分类命名中均不起作用。但它们对于了解一个岩体的形成条件，对比不同岩

21、体，确定岩体时代一个岩体的形成条件，对比不同岩体，确定岩体时代以及研究稀散元素有重要意义。以及研究稀散元素有重要意义。(三三) 岩浆岩矿物的成因类型岩浆岩矿物的成因类型按矿物形成阶段及形成时的物理化学条件划分按矿物形成阶段及形成时的物理化学条件划分1.1.原生岩浆矿物原生岩浆矿物：岩浆冷凝过程中形成的矿物。按：岩浆冷凝过程中形成的矿物。按成因特点又可分为以下三类：成因特点又可分为以下三类：正常矿物正常矿物：直接从岩浆中结晶出来而且在岩石形成：直接从岩浆中结晶出来而且在岩石形成过程中稳定的矿物。过程中稳定的矿物。矿物从岩浆中析出后，因温度、压力、成分等发生矿物从岩浆中析出后，因温度、压力、成分等

22、发生变化，使这些矿物受到部分溶蚀、反应或分解。其变化，使这些矿物受到部分溶蚀、反应或分解。其中尚未遭受变化的残余部分叫中尚未遭受变化的残余部分叫残余矿物残余矿物；已经受反；已经受反应、分解而形成的新矿物称应、分解而形成的新矿物称反应矿物反应矿物。如橄榄石的辉石反应边。如橄榄石的辉石反应边。2.2.成岩矿物：成岩矿物：在岩浆完全结晶后，由于外界物理化学条件的变在岩浆完全结晶后，由于外界物理化学条件的变化化( (温压降低温压降低) )，使原生岩浆矿物发生转变而新形成的矿物。如，使原生岩浆矿物发生转变而新形成的矿物。如透长石透长石正长石。正长石。3.3.岩浆期后矿物：岩浆期后矿物：在岩浆已基本上凝固

23、成固体的岩石后，由于在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后，由于受残余挥发份和岩浆期后热液作用而生成的矿物。受残余挥发份和岩浆期后热液作用而生成的矿物。它们往往交它们往往交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。4.4.它生矿物：它生矿物：它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的。它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的。这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。如富铝矿物红如富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。5.5.外生矿物：外生矿物：岩浆受外营力，

24、如地表风化形成的矿物，也称表岩浆受外营力，如地表风化形成的矿物，也称表生矿物。如绢云母、高岭石。生矿物。如绢云母、高岭石。岩浆期后矿物，尤其是一些自变质矿物常常与外生矿物难以区岩浆期后矿物，尤其是一些自变质矿物常常与外生矿物难以区别，镜下无法区分时，统称为次生矿物。别，镜下无法区分时，统称为次生矿物。(四四) 矿物共生组合规律及其与化学成分的关系矿物共生组合规律及其与化学成分的关系1. SiO1. SiO2 2含量对矿物共生组合的影响含量对矿物共生组合的影响石英石英游离的游离的SiOSiO2 2结晶产物结晶产物岩浆中岩浆中SiOSiO2 2过饱和过饱和指示指示矿物矿物镁橄榄石镁橄榄石岩浆中岩浆

25、中SiOSiO2 2不足不足( (不饱和不饱和) )指示矿物。指示矿物。岩浆中石英与镁橄榄石不共生岩浆中石英与镁橄榄石不共生 Mg Mg2 2SiOSiO4 4 + SiO+ SiO2 2 MgSiOMgSiO3 3(1557)(1557) 镁橄榄石镁橄榄石 液相顽火辉石液相顽火辉石霞石、白榴石等似长石类矿物与石英不共生霞石、白榴石等似长石类矿物与石英不共生NaAlSiONaAlSiO4 4 + 2SiO + 2SiO2 2 NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8 霞石霞石 液相钠长石液相钠长石KAlSiOKAlSiO4 4 + 2SiO + 2SiO2 2 KAlSiKAlSi3 3O

26、O8 8 白榴石白榴石 液相正长石液相正长石六种典型的岩浆岩矿物共生组合六种典型的岩浆岩矿物共生组合橄榄石辉石组合：橄榄石辉石组合：相当于超基性岩，钙、铁、镁多而硅少，且贫相当于超基性岩，钙、铁、镁多而硅少，且贫碱，出现大量镁铁矿物，不出现石英和长石。碱，出现大量镁铁矿物，不出现石英和长石。基性斜长石辉石组合：基性斜长石辉石组合：相当于基性岩，铝和钙较多，铁、镁和硅相当于基性岩，铝和钙较多，铁、镁和硅均较充分，主要形成基性斜长石和辉石，二者近于均较充分，主要形成基性斜长石和辉石，二者近于1:11:1，不出现石英。，不出现石英。中性斜长石角闪石组合：中性斜长石角闪石组合：相当于中性岩，钠、钾略有

27、增加，铝硅相当于中性岩，钠、钾略有增加，铝硅钙铁镁均较充分，主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母，可能出现少量钙铁镁均较充分，主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母，可能出现少量石英和钾长石，浅色矿物石英和钾长石，浅色矿物: :暗色矿物暗色矿物2:12:1。石英钾长石酸性斜长石组合：石英钾长石酸性斜长石组合：相当于酸性岩，钠、钾、硅含相当于酸性岩，钠、钾、硅含量高，铁、镁、钙低，石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物为主。量高，铁、镁、钙低，石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物为主。钾长石黑云母角闪石组合：钾长石黑云母角闪石组合：其其SiOSiO2 2相当于中性岩相当于中性岩，钠、钾高而钠、钾高而铁、镁低

28、铁、镁低，大量出现钾长石。大量出现钾长石。霞石钾长石组合：霞石钾长石组合：其其SiOSiO2 2接近于基性岩接近于基性岩( (平均平均53.3653.36) )，钠钾含量钠钾含量很高很高，出现霞石出现霞石，因钠过多因钠过多，故常出现碱性暗色矿物。故常出现碱性暗色矿物。2.碱质含量对矿物共生组合的影响碱质含量对矿物共生组合的影响在岩浆岩中，碱质含量一般随在岩浆岩中，碱质含量一般随SiOSiO2 2含量的增加而增含量的增加而增加加，但在但在SiOSiO2 2含量相同的岩石中含量相同的岩石中，有些岩石有些岩石K K2 2O+NaO+Na2 2O O含量偏高含量偏高，就会形成富含碱质的岩石。就会形成富含碱质的岩石。通常根据里特曼指数通常根据里特