岩浆岩岩石学_第一章_绪论

1、 Igneous Petrology 火成岩岩石学火成岩岩石学 岩石构成了地球内部乃至其岩石构成了地球内部乃至其他天体的固体部分，它记录了过他天体的固体部分，它记录了过去发生的地质事件，提供了地球去发生的地质事件，提供了地球和行星历史的资料。和行星历史的资料。对岩石的性对岩石的性质、成分、成因和历史的理解就质、成分、成因和历史的理解就成为认识地球历史的关键。成为认识地球历史的关键。第一章第一章 绪绪 论：岩石分布和野外关系论：岩石分布和野外关系是天然产出的，由一种或多种矿物颗粒、火山玻璃和生物遗骸等构成的固态集合体。 判断：判断： 石 油 方解石 水泥 陨石 花岗岩 rocks一、岩石与岩石学

2、一、岩石与岩石学 野外地质：野外地质： 野外关系野外关系岩相学：岩相学： 结构、构造、矿物成分结构、构造、矿物成分 岩石化学：岩石化学：岩石化学成分岩石化学成分岩石物理：岩石物理：岩石的物理性质岩石的物理性质岩石成因：岩石成因：岩石形成条件和机理（含实验岩石学研究）岩石形成条件和机理（含实验岩石学研究）岩石大地构造和地球动力学：岩石大地构造和地球动力学：对构造背景、地球深部对构造背景、地球深部组成和过程的指示意义组成和过程的指示意义岩石学过程的资源环境效应：岩石学过程的资源环境效应：与金属成矿作用和油气与金属成矿作用和油气成藏的关系，非金属矿产，火山灾害等成藏的关系，非金属矿产，火山灾害等岩石

3、学岩石学 Petrologypetros + logos = study of rocks 法国法国Saint Goussaut花岗岩体深部形态的地球物理勘察花岗岩体深部形态的地球物理勘察（Ameglio & Vigneresse,1999) 火成岩（火成岩（Igneous rocks）岩浆岩浆冷凝、固结而成（又称岩浆岩，冷凝、固结而成（又称岩浆岩，Magmatic rocks)，包括侵入岩和，包括侵入岩和喷出岩（火山岩）喷出岩（火山岩） 沉积岩（沉积岩（Sedimentary rocks） 由水、风、冰川等介质搬运的由水、风、冰川等介质搬运的岩石碎屑或生物遗骸累积石化而成 变质岩（变

4、质岩（Metamorphic rocks） 由于温度、压力等的变化而使先前由于温度、压力等的变化而使先前的岩石（岩浆岩、沉积岩）改变而的岩石（岩浆岩、沉积岩）改变而成（正、副变质岩成（正、副变质岩ortho-metamorphic vs para-metamorphic）三大类岩石与岩石循环火成论的倡导者火成论的倡导者岩石循环(the rock recycle)火成岩火成岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩 岩石循环岩石循环（the rock the rock cycle):cycle):三大类三大类岩石的相互转岩石的相互转换换二、地球内部的岩石与深部过程大洋壳厚度: 10 km地层相对均一=蛇绿岩套（

5、 ophiolite suite）: Sedimentspillow basaltsheeted dikesmore massive gabbroultramafic (mantle)大陆壳厚度较大: 20-75 km 平均 35 km成分变化大：平均成分相当于花岗闪长岩Major subdivisions of the Earth. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.花岗岩花岗岩10.4%闪长岩闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩 11.2%正长岩正长岩 0.4%玄武岩、辉

6、长岩玄武岩、辉长岩角闪岩、榴辉岩角闪岩、榴辉岩42.5%橄榄岩橄榄岩 0.2%与岩石圈板块运动的关系与岩石圈板块运动的关系: :夏威夷火山链的例子 Mantle Hot Spot Volcano See Kehew, 3-8 Hawaii 10.3 12.0 20.6 Midway 27.2 19.9 43.4 42.4 48.1 55.2 56.2 59.6 0-5 Current PlateMotion夏威夷火山链夏威夷火山链 火山岛年龄火山岛年龄 （Ma)A.L. Wegener(1880-1930)的大陆漂移思想和后来的板块构造的大陆漂移思想和后来的板块构造学说可从火成岩上提供证据学说

7、可从火成岩上提供证据例如：白垩世，南美与非洲大陆分离，大西洋开始打开的证据例如：白垩世，南美与非洲大陆分离，大西洋开始打开的证据相似的化石相似的化石巴西和纳米比亚海岸地层比较（两侧都可对比的巴西和纳米比亚海岸地层比较（两侧都可对比的135130Ma双双峰式火山岩峰式火山岩酸性火山岩和大陆溢流玄武岩是南大西洋最初开始裂酸性火山岩和大陆溢流玄武岩是南大西洋最初开始裂解的标志）（解的标志）（Milner et al., 1995, Journal of Volcanology and Geothermal research,69:137-157)玄武岩玄武岩石英粗面岩石英粗面岩相似的火山岩组合 三、

8、岩浆作用与社会1 1、金属成矿作用、金属成矿作用2 2、火成岩与油气藏、火成岩与油气藏3 3、非金属矿产和宝玉石、非金属矿产和宝玉石4 4、火山地质灾害、火山地质灾害（引自周新民）火成岩与油气的关系火成岩与油气的关系松辽盆地渤海湾盆地鄂尔多斯盆地四川盆地二连盆地准噶尔盆地塔里木盆地 维苏威（维苏威（Vesuvius）火山是欧洲大陆唯一的活火山，它最著）火山是欧洲大陆唯一的活火山，它最著名的一次喷发发生在公元名的一次喷发发生在公元79年八月二十四日，当时古罗马的年八月二十四日，当时古罗马的赫库兰尼姆（赫库兰尼姆（Herculaneum）和庞培（）和庞培（Pompeii）两镇被毁灭，）两镇被毁灭，

9、仅庞培城，死亡就近仅庞培城，死亡就近2万人万人 .火山灾害火山灾害庞培废墟与维苏威火山火山的全球分布世界范围内大约有世界范围内大约有1500 座火山，主要分布于环太平洋和洋中脊座火山，主要分布于环太平洋和洋中脊我国的活动火山我国的活动火山 吉林长白山天池火山；吉林长白山天池火山； 云南腾冲火山；云南腾冲火山； 黑龙江五大连池火山黑龙江五大连池火山 等。等。 最近一次喷发发生在距今最近一次喷发发生在距今200-300200-300年前。目前具有潜在喷年前。目前具有潜在喷发危险。发危险。 四、岩浆的产生和性质在俯冲带地幔和地壳的部分熔融与岩浆产生在俯冲带地幔和地壳的部分熔融与岩浆产生（一）（一）

10、岩浆的产生岩浆的产生（二）岩浆和熔体的性质p岩浆岩浆: : 熔体熔体 + + 晶体晶体 + + 气体气体. . 熔体熔体: : 硅酸盐成分为主，温度硅酸盐成分为主，温度 800-1300 800-1300 , , 压力压力 10103 3 -10 -10-1-1 MPaMPa, , 粘度粘度 10102 2 -10-101212 PaPa s,s,密度密度2.2 g/cm2.2 g/cm3 3 （流纹岩）（流纹岩）2.8 g/cm2.8 g/cm3 3 （玄武岩）（玄武岩）. . 晶体晶体: : 大小大小 1010-7-7-10-10-1 -1 mm, , 数量密度可达数量密度可达 10101

11、717 m m-3-3, , 含量可达含量可达 95 %95 %，但一般含量大于，但一般含量大于2525岩浆流动性岩浆流动性差差. . 气体气体: : HH2 2O - 60-95, COO - 60-95, CO2 2- 0-35- 0-35%, , 质量分数质量分数 0.1-7 %.0.1-7 %.p特特 性性: : 高粘度高粘度, ,且粘度与化学成分、温度和挥且粘度与化学成分、温度和挥 发份有关，岩浆的上升和侵位运动受岩浆性质发份有关，岩浆的上升和侵位运动受岩浆性质和地壳环境控制（压力差、密度差）和地壳环境控制（压力差、密度差）岩浆相 - I单相系统（岩浆熔体）单相系统（岩浆熔体）二相系

12、统（岩浆熔体气泡）二相系统（岩浆熔体气泡）岩浆相 - II二相系统（岩浆熔体橄榄石晶体）二相系统（岩浆熔体橄榄石晶体）二相系统（岩浆二相系统（岩浆两种成分不同的不混熔熔体）两种成分不同的不混熔熔体）四相系统（岩浆熔体气泡四相系统（岩浆熔体气泡两种晶体）两种晶体）常见火山岩的喷发温度（岩浆温度）岩石类型岩石类型温温 度度 （ C C）流纹岩700900英安岩8001100安山岩9501200玄武岩10001250 典型粘度值典型粘度值 (Pa s)水 0.01 甘油 1 玄武岩熔体 100安山岩熔体 104湿流纹岩熔体 (5% H2O) 105干流纹岩熔体 (800oC) 1011地幔软流圈物质

13、 1018岩浆粘度影响因素：岩浆粘度影响因素：化学成分和熔体结构：化学成分和熔体结构：SiO2含量越高，粘度越大；含量越高，粘度越大；温度：温度高，粘度低温度：温度高，粘度低水含量：含量高，粘度低水含量：含量高，粘度低晶体含量：含量高，粘度低晶体含量：含量高，粘度低密度与成分和温度Silicate melt viscosity成网阳离子高，粘度大成网阳离子高，粘度大变网阳离子高，粘度小变网阳离子高，粘度小成分、温度和水含量的影响成分、温度和水含量的影响composition and temperature Water in rhyolite Arrhenius law = oexp E/RT

14、E = activation energy (Joules mole 1 ) R = gas content (Joules K 1 mole 1) T = temperature (K) o o = pre-exponential constant (Pa s)晶体含量的影响晶体含量的影响Einstein-Roscoe Equation = l (1 - cX)-2.5 l = melt viscosity c = coefficient (1.67 used for magmas) X = volume fraction of crystals 硅酸盐熔体的解聚作用Depolymeriza

15、tion of Silicate Melts 五、 岩浆岩的野外关系花岗岩侵入花岗岩侵入变沉积岩围岩变沉积岩围岩Fig 3.12, 3.13岩浆喷出地表或从火山口涌出岩浆喷出地表或从火山口涌出火山岩（喷出岩）（火山岩（喷出岩）（包括熔岩和火包括熔岩和火山碎屑岩）山碎屑岩）岩浆在地表以下深处冷凝结晶岩浆在地表以下深处冷凝结晶侵入岩侵入岩 （深成岩、浅成岩）（深成岩、浅成岩）两类岩石的差别，核心是由岩浆两类岩石的差别，核心是由岩浆冷凝快慢冷凝快慢的差别形成的的差别形成的快速冷却快速冷却缓慢冷却缓慢冷却课后作业：课后作业：总结火山岩和侵入岩在野外关系、结构构造和总结火山岩和侵入岩在野外关系、结构构造

16、和矿物成分等方面的差别矿物成分等方面的差别Dyke Transportv = (dP/dz) w2/12 v is velocity w is half width (0.5 -1 m) is viscosity dP/dz is pressure gradientQ = (dP/dz) Lw3/12 Q is flow rate L is dyke breadth dP = Pc r rmgZ Pc is chamber pressure (1- 10 MPa) r rm is magma density (2700) Z is depth to source (5-10 km)Basalt

17、 v 1 m/s为什么有的侵入，有的喷出？ 1 1侵入岩侵入岩(intrusive rocks)(intrusive rocks)的野外关系（产状）的野外关系（产状）（1 1）整合侵入体与不整合侵入体）整合侵入体与不整合侵入体(2(2）据岩体的形态大小分为：）据岩体的形态大小分为：岩基岩基(Batholith)(Batholith)：面积大于面积大于100km100km2 2，可达数万，可达数万kmkm2 2，大岩基多，大岩基多为花岗质岩体为花岗质岩体岩株岩株(stock)(stock)：面积小于面积小于100km100km2 2 的侵入体，岩株边缘常有一些不的侵入体，岩株边缘常有一些不规则的

18、树枝状岩体冲入围岩中，被称为岩枝规则的树枝状岩体冲入围岩中，被称为岩枝岩床岩床(sill)(sill)：岩墙岩墙(dike)(dike)：岩盆岩盆(lopolith)(lopolith)：岩盖岩盖(laccolith)(laccolith)：火成岩产状示意图3_17岩株 2.2.喷出岩喷出岩(extrusive rock)(extrusive rock)的野外产状的野外产状 A A火山锥火山锥(volcanic cone)(volcanic cone)： 由熔岩和火山碎屑岩组成，中心为火山口(volcanic vent)或破火山口(caldera)以爆发为主时，堆积物以火山碎屑岩为主，这类喷发

19、作用以粘度大、挥发组分含量高的酸性岩浆常见以爆发与宁静式相间喷发时，火山碎屑物质约占3050，熔岩与碎屑在火口处混合堆积主要由熔岩组成，火山碎屑物10%，原始坡度210，呈盾形，又称岩浆以较平静的溢流方式喷出地表岩浆以较平静的溢流方式喷出地表，喷发物多为粘度较小的超基性到中性的岩浆，酸性者少见，喷发物多为粘度较小的超基性到中性的岩浆，酸性者少见。溢流出的岩浆可形成面状的。溢流出的岩浆可形成面状的熔岩被熔岩被、熔岩台地熔岩台地、线状的熔线状的熔岩流岩流多以侵出的方式多以侵出的方式喷出。粘度较大、缺少挥发组分、失去流动性的喷出。粘度较大、缺少挥发组分、失去流动性的中酸性和碱中酸性和碱性熔岩火山活动

20、的晚期性熔岩火山活动的晚期形成这类产状形成这类产状是火山锥被剥蚀后，出露的火是火山锥被剥蚀后，出露的火山管道中的充填物。火山颈在浅部一般直径较大，向深处缩山管道中的充填物。火山颈在浅部一般直径较大，向深处缩小，上部喇叭状，中部筒状，下部墙状。充填物多为火山碎小，上部喇叭状，中部筒状，下部墙状。充填物多为火山碎屑岩、熔岩，碎屑熔岩、熔结火山碎屑岩等。屑岩、熔岩，碎屑熔岩、熔结火山碎屑岩等。 火山的大小火山的大小火山爆发指数（ Volcanic Explosivity Index， VEI）, 是衡量火山爆发强度的参数，其中包括了喷发物体积、喷发柱高度、火山持续时间等因素. （after Bill Menke,2005, /users/menke/HAZARDS/volcanoes.ppt )小 结1 1、岩石与岩石学、岩石与岩石学2 2、地球内部岩石与深部过程、地球内部岩石与深部过程3 3、岩浆作用与社会、岩浆作用与社会4 4、岩浆的