岩浆起源与演化

1、岩岩浆浆起起源源与与演演化化上地幔的温度分布与岩浆起源上地幔的温度分布与岩浆起源开放体系的岩浆演化开放体系的岩浆演化岩浆动力学岩浆动力学本节内容本节内容第一节第一节 上地幔的温度分布与岩浆起源上地幔的温度分布与岩浆起源 根据岩石学、地球化学和地球物理资料推断，上地幔物质的主要矿物组合有： Ol+Px+Sp Ol+Px+Gr Px+Gr等。被捕获于碱性玄武岩浆碱性玄武岩浆和金伯利岩浆金伯利岩浆中。金伯利岩金伯利岩：石榴石橄榄岩、尖晶石橄榄岩 石榴石辉石岩和榴辉岩玄武岩玄武岩： 尖晶石橄榄岩和辉石岩地幔岩地幔岩 包体包体金伯利岩金伯利岩：透辉石、钦铁矿、石榴石 橄榄石、斜方辉石等玄武岩玄武岩：透辉

2、石、斜方辉石、钛角闪石 中长石、歪长石、磁铁矿、尖晶石等 巨晶巨晶 推断推断地慢岩生成时的深度： 地幔岩包体的矿物组合及化学组成 共生矿物间元素分配 高温高压实验等资料 地震波速 高温高压熔融实验表明，地幔中水的存在明水的存在明显降低地幔岩石的熔点显降低地幔岩石的熔点。 在约1000和35 GPa（相当于100km深）时地幔岩有一个固相线低凹区，可解释初始熔融限于地幔的比较狭窄的地带。自然银自然银 上地幔部分熔融时，橄榄石和辉石共存的液相如何发生变化，对岩浆成因研究很重要。 对玄武质岩浆，要确定橄榄石与斜方辉石初始结晶区边界位置，受以下因素影响： 岩浆的起源岩浆的起源主要氧化物组成主要氧化物组

3、成压力压力H2OCO2 1 1影响硅酸盐矿物结晶区域的主要氧化物效应影响硅酸盐矿物结晶区域的主要氧化物效应 随不同氧化物的加入发生明显变化随不同氧化物的加入发生明显变化 加入一价元素氧化加入一价元素氧化物时镁橄榄石与顽火物时镁橄榄石与顽火辉石结晶区界面移向辉石结晶区界面移向SiO2一侧，加入高价一侧，加入高价氧化物时则移向贫氧化物时则移向贫SiO2一侧一侧。 3H2O 无水条件下生成的初始液相SiO2不饱和，而H2O过饱和条件下的初始液相SiO2过饱和。 4CO2 降低地幔的熔点，同时液相趋于贫SiO2富含CO2或碳酸盐成分。2压力压力 随压力的增高移向贫SiO2一侧。 玄武岩浆的成因模式玄武

4、岩浆的成因模式 上地幔物质 极少量的部分熔融极少量的部分熔融 高压条件高压条件 根据玄武岩浆的相平衡规律提出： 金伯利岩浆金伯利岩浆 含碱、H2O和CO2 碱性玄武岩浆碱性玄武岩浆 类似于金伯利岩浆，但生成 压力降低（1.5一2.0GPa）拉斑玄武岩浆拉斑玄武岩浆 富SiO2，贫碱和TiO2、P2O5 上地幔物质 较高程度部分熔融较高程度部分熔融 安山岩质岩浆起源安山岩质岩浆起源 安山岩同玄武岩一样，可出现不同系列。其中分布最广而且具有重要地质意义的是钙碱性安山钙碱性安山岩岩。出现于活动大陆边缘造山带，是造山带岩浆起源的中心问题。 钙碱性安山岩浆的成因假说： 玄武岩浆的分离结晶作用玄武岩浆的分

5、离结晶作用 下部地壳的部分熔融 玄武岩浆对地壳物质的同化作用 俯冲到地幔内部的海洋地壳的部分熔融俯冲到地幔内部的海洋地壳的部分熔融 含水条件下的上地幔的部分熔融含水条件下的上地幔的部分熔融1 1玄武岩浆的分离结晶作用玄武岩浆的分离结晶作用 建立在鲍文玄武岩浆结晶的反应原理： 玄武岩浆通过分离结晶生成富含玄武岩浆通过分离结晶生成富含SiO2和碱的残余和碱的残余岩浆，并结晶出角闪石和黑云母等含水矿物岩浆，并结晶出角闪石和黑云母等含水矿物。 格陵兰层状侵入体的研究表明，随结晶作用的进行，残余岩浆富Fe而贫SiO2。 分别代表钙碱性系列玄武岩浆（紫苏辉石系列紫苏辉石系列） 拉斑玄武岩系列岩浆（易变辉石

6、系列易变辉石系列）的分离结晶趋势。 影响玄武岩浆分离结晶作用趋势的因素有：岩浆岩浆组成、氧逸度组成、氧逸度以及角闪石的行为角闪石的行为等。 2大洋地壳的部分熔融大洋地壳的部分熔融 大洋地壳向地幔内部俯冲时，玄武质地壳通过相转换变化为石英榴辉岩，进一步俯冲时因温度提高，石英榴辉岩开始熔融。约在3GPa下部分熔融生成相当于安山岩成分的初始液相。 Ringwood（1974）提出安山岩浆成因的二阶段模式：俯冲板块部分熔融生成安山岩质或英安俯冲板块部分熔融生成安山岩质或英安岩质岩浆，其与俯冲板块上面的橄榄岩反应生成岩质岩浆，其与俯冲板块上面的橄榄岩反应生成辉石岩辉石岩。辉石岩因密度小浮于橄榄岩上，再经

7、部辉石岩因密度小浮于橄榄岩上，再经部分熔融生成钙碱性安山岩浆分熔融生成钙碱性安山岩浆。花岗质岩浆起源花岗质岩浆起源 花岗质岩浆的主要成分可用CIPW标准矿物Q、Or、Ab和An四种矿物近似表示。 Q-Or-Ab-H2O系（Q-Or-Ab-An四面体底面）是研究花岗岩浆成因的重要体系。 原岩原岩：富An的下部地壳安山质、玄武质岩 在水过饱和状态下水过饱和状态下熔融生成富含长英质成分的液体。 说明，在大陆地壳下部，600700时最适宜产生花岗质岩浆。第二节第二节 开放体系的岩浆演化开放体系的岩浆演化 20世纪初认为火成岩的多样性以及岩体内成分的变异主要归因于岩浆分异作用岩浆分异作用过程，而且有两种

8、分异作用即液态下的分异作用液态下的分异作用和晶体晶体与液体分离的分离结晶作用与液体分离的分离结晶作用。 20世纪70年代以来对环太平洋造山带安山岩系列的研究，强调岩浆混合作用岩浆混合作用在岩浆演化过程中的重要性。 目前，普遍认为岩浆演化是分离结晶、岩浆混合、同化混染以及岩浆注入等多元因素联合多元因素联合作用作用的复杂过程。 1斑晶矿物中熔体包裹体斑晶矿物中熔体包裹体 斑状熔岩的斑晶中含代表生长熔体的玻璃质包裹体，但不同斑晶矿物中含不同组分的包裹体，也不同于基质玻璃的组成。2暗色微粒包体暗色微粒包体 是高温的基性岩浆球滴进入较低温酸性岩浆时淬火快速结晶而成。3非平衡矿物相非平衡矿物相 反环带结构

9、和石英晶体周边生长单斜辉石等，应用时必须排除同化混染等影响。 岩浆混合的岩相学标志岩浆混合的岩相学标志 1岩浆房层状对流 不同成分的岩浆因存在温度、密度梯度，在浅位岩浆房中产生扩散对流作用，形成带状岩浆房，使上部较酸性岩浆层和下部较基性岩浆层内分别产生双扩散对流。2岩浆房残余岩浆混合 岩浆喷发之前，岩浆房内存在一成分界面分隔的两种成分岩浆，并可同时喷发导致岩浆房内成分界面破裂，诱发残余岩浆发生混合。岩浆混合作用的模式岩浆混合作用的模式 第三节第三节 岩浆岩浆动力学动力学 -物理过程物理过程熔融作用的热源： 岩石圈物质是岩浆产生的物源，在正常地热梯度条件下很难发生熔融。因此， 俯冲带的地幔对流与

10、温度结构俯冲带的地幔对流与温度结构 大陆碰撞作用导致的地壳加厚大陆碰撞作用导致的地壳加厚 岩浆底侵作用岩浆底侵作用（underplating） 拆沉作用拆沉作用（delamination） 地幔柱地幔柱（mantle plume） 减压熔融减压熔融 挥发分的助熔作用挥发分的助熔作用1岩浆的产生、分凝和聚集岩浆的产生、分凝和聚集 熔体分离的机制： 压实作用压实作用：通过固态残晶与熔体间存在的密度差 扩张破裂分凝作用扩张破裂分凝作用：应力差高时，低度熔融的岩石也能发生扩张破裂作用，促进熔体向断裂带的流动和熔体与残晶的分离 变形诱发的抽汲作用变形诱发的抽汲作用：变形使岩石体积增大，产生裂隙熔体便被汲进到裂隙中而聚集 小体积熔体囊的上升小体积熔体囊的上升：在浮力等作用下发生聚集，形成数厘米大小的岩浆囊。 2熔体的分离与聚集熔体的分离与聚集 中性浮力面效应中性浮力面效应 岩浆停留的稳定界面 一个岩浆体与围岩的密度不同，重力作用使岩浆发生运动： 岩浆密度围岩，趋使岩浆上升（正浮力） 岩浆密度围岩，重力作用使其下降（负浮力） 岩浆密度围岩，重力作用使岩浆趋于稳定（中性浮力）3岩浆运移、上升的动力学岩浆运移、上升的动力学 运移上升的机制取决于物理条件物理条件和构造动力构造动力 岩浆与围岩之间的密度差是岩浆运移、上升的根本动力，但都是在岩石