第7章岩浆的演化

1、第五章 岩浆(ynjing)的演化岩浆的流变学性质岩浆的演化 岩浆的分异作用* 岩浆的混合(hnh)作用 岩浆的同化混染作用岩浆的上升与侵位*重点与难点共四十二页一. 岩浆(ynjing)的流变学性质岩浆作用过程： 热力学岩浆体系是一个复杂的物理化学体 系，岩浆的结晶和演化受物理化学 规律（相律、鲍文反应系列）制约 流体动力学岩浆是一种粘性流体，许多岩 浆作用过程也是一种流体动力学过程描述(mio sh)流体动力学性质的动力学参数 粘度（）：指剪切应力与应变速率的比值 密度（）： 屈服强度（o）：粘性流体可分为牛顿流体和非牛顿流体 非牛顿流体的特点是，只有施加的剪切应力超过某一临界值 o时，才

2、开始持续的流动和变形， o称为屈服强度共四十二页二、 岩浆(ynjing)的演化 岩浆从源区分离之后(zhhu)，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。在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢？主要有：分异作用 岩浆混合作用 同化混染作用共四十二页1、分异作用：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(ynhu)，最终形成不同组成 的火成岩。主要包括(boku)：熔离作用扩散-对流作用分离结晶作用气体搬运作用共四十二页（1）熔离作用（ Liquid Immiscibility ） 是指原来(yunli)混溶

3、的熔体因物理（如温度、压力的变化）或化学（如第三种组分的加入）的原因分离为不混溶或混溶程度低的两种熔体的过程。1、分异作用(zuyng)二、岩浆的演化共四十二页方英石鳞石英顽火辉石镁橄榄石岩浆(ynjing)熔离作用：图中n点的演化轨迹玄武质熔体花岗质熔体的形成共四十二页某些(mu xi)实例：Some Examples在富铁的拉斑玄武岩中可见到晚期的富硅 的花岗质不混溶体硫化物硅酸盐不混溶体 (massive sulfide deposits)月球玄武岩中的富铁球粒存在(cnzi)于富硅富钾的玻璃基质中共四十二页 （2）扩散对流作用 含义：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

4、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(lngnng)较早，形成较基性富含高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(lngnng)较晚，生成了较酸性富含低熔点组分的内部带。1、分异作用(zuyng)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共四十二页实例： 岩体的边部暗色组分的富集对流岩浆房中的侧壁结晶(jijng)分异作用 共四十二页Schematic section through a rhyolitic magma chamber undergoing conve

5、ction-aided in-situ differentiation. After Hildreth (1979). Geol. Soc. Amer. Special Paper, 180, 43-75. 层状对流岩浆(ynjing)房中共四十二页1、分异作用(zuyng)（3）结晶分异作用(分离结晶作用) 概念：是指由于岩浆中结晶的固相物质的分离，使残余(cny)岩浆成分发生变化的作用。 类型： A. 流动分异作用 B. 重力分异作用二、岩浆的演化共四十二页A. 流动分异作用(zuyng)特点：主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，如岩墙和岩脉中原因：岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用使

6、流速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规模：影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带（3）结晶(jijng)分异作用1、分异作用共四十二页流动分异作用(zuyng)的特点： Flow segregation相对位移颗粒分散压力围岩共四十二页B. 重力分异作用 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。影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素(yn s)： 晶体与岩浆的密度差 晶体直径（B）的大小 岩浆的粘度矿物分离结晶的顺序鲍文反应系列（3）结晶(jijng)分异作用共四十二页矿物分离结晶的顺序(shnx)鲍文反应系列oli

7、vineCalcic plagioclaseMg pyroxeneMg-Ca pyroxeneamphibolebiotite(Spinel)Temperaturepotash feldspar muscovite quartzalkalic plagioclaseCalci-alkalic plagioclasealkali-calcic plagioclaseBowens Reaction SeriesDiscontinuousSeriesContinuousSeries共四十二页鲍文反应系列(xli)的岩石学意义1）纵向：解释岩浆中矿物结晶顺序2）横向：解释岩浆中矿物共生规律，两个系列结

8、晶温度 相当的矿物可以共生3）解释暗色矿物间的反应边结构和斜长石正环带结构4）玄武质岩浆经分离结晶作用(zuyng)可逐步形成酸性岩浆橄榄石基性斜长石斜方辉石单斜辉石角闪石黑云母（尖晶石）温度升高方向钾长石白云母石 英 酸性斜长石不连续系列连续系列基中性斜长石中性斜长石共四十二页分离结晶形成的堆积结构共四十二页共四十二页晶体(jngt)的沉降速度遵循：Stokes LawV= 矿物沉降速度 (cm/sec)g= 重力加速度 (980 cm/sec) r = 球形颗粒(kl)的半径 (cm)rs= 固态球形颗粒的密度 (g/cm3)rl= 熔体的密度 (g/cm3)h= 熔体的粘度 (1 c/c

9、m.sec = 1 poise)V2gr()92=-rrhsl共四十二页举例(j l)： 玄武岩中的橄榄石：Olivine in basalt橄榄石 (rs = 3.3 g/cm3, r = 0.1 cm) 玄武质熔体 (rl = 2.65 g/cm3, h = 1000 poise)V = 29800.12 (3.3-2.65)/91000 = 0.0013 cm/sec共四十二页举例： 流纹质熔体：Rhyolitic melt h = 107 poise and rl = 2.3 g/cm3角闪石晶体(jngt) (rs = 3.2 g/cm3, r = 0.1 cm) V = 2 10-

10、7 cm/sec, or 6 cm/year 长石 (rl = 2.7 g/cm3) V = 2 cm/year则在104年时形成 200 m 厚的岩石 （冷却形成岩株）假如晶体半径为 0.5 cm，将会每年沉淀 0.65 m, 或6.5 km/ 104 年。共四十二页橄榄石堆积造成的岩浆成分变化(in Hawaii) 萃取的橄榄石橄榄石聚集橄榄石抽出母岩浆刻度突变共四十二页（4）气体(qt)搬运作用Volatile Transport方式与过程：通过(tnggu)加热围岩而使蒸气释放随着含有挥发组分（但不饱和）岩浆的上升和压力释放，岩浆最终变成饱和的蒸气的岩浆 晚期阶段的分离结晶作用1、分异

11、作用二、岩浆的演化共四十二页晚期阶段的分离(fnl)结晶作用 分离结晶使晚期熔体富含不相容元素(yun s)、 LILEs, 和非亲石元素 很多元素进一步富集于蒸气相中 随着沸腾可以使元素进一步富集 得到一个硅酸盐饱和的蒸气相 +饱和蒸气相 的晚期演化了的硅酸盐熔体共四十二页挥发分释放(shfng)提高液相线温度 斑状结构压力也许增加使顶部岩石产生裂隙蒸气和熔体沿着裂隙贯入形成岩墙 Silicate melt quartz and feldspar small dikes of aplite Vapor phase dikes or pods of pegmatite共四十二页富集不相容元素(

12、yun s)可以形成同心带状a. 花岗岩中的晶洞 b. 不对称的带状伟晶岩墙. c.具有(jyu)花岗岩外壳的不对称的带状伟晶岩墙共四十二页2、岩浆(ynjing)混合作用（ Magma Mixing ）（1）概念：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。（2）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 2） 矿物间出现明显的不平衡现象：两种成分差别较大的斜长石的共存等 3）混合彻底：对于一套岩石来说，端元组分与混合组分在 Harker-type 变异(biny)图上应该呈

13、一条直线共四十二页花岗质岩浆(ynjing)房底部出现玄武岩枕状堆积体玄武岩和流纹岩呈互层状共四十二页岩浆混合作用野外(ywi)证据共四十二页3、同化(tnghu)混染作用(assimilation)（1）概念：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；不彻底时可有未熔物质的残留，称为(chn wi)混染作用。（2）同化混染的可能方式： 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，如玄武岩

14、中的地幔橄榄岩包体。共四十二页（3）同化混染作用的鉴别标志： 1）出现的部位：主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩之间常形成渐变过渡带； 2）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现不平衡(pnghng)矿物和不平衡(pnghng)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。共四十二页鉴别和评价(pngji)混染作用的方法：一般来说，同位素是最好的方法大陆(dl)地壳相对富集 87Sr/86Sr 和亏损143Nd/144Nd共四十二页9-21238U 234U 206Pb(l = 1.5512 x 10-10 a-1)9-22235U 207Pb(l = 9.

15、8485 x 10-10 a-1)9-23232Th 208Pb(l = 4.9475 x 10-11 a-1)U-Th-Pb 体系作为大陆混染的指示器尤其(yuq)有效 All are incompatible LIL elements, so they concentrate strongly into the continental crustDetecting and assessing assimilation共四十二页 本节提示： （1）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。 （2） 岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往(wngwng)是多种作用的结合。比如，岩浆

16、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共四十二页三、岩浆(ynjing)的上升和侵位岩浆上升的动力密度差和由于张开(zhn ki)裂隙而发生的减压作用平衡浮力高度：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。这一位置可称为平衡浮力高度共四十二页A.底辟上升和侵位是连续的过程B.底辟侵位的主要驱动力岩浆的浮

17、力和热动力C. 演化阶段：早期穹隆阶段、中期(zhngq)底辟上升阶段、晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段D. 特征：岩体的内部组构及产状与围岩的片理产状一致，岩体没根，整合岩体1、底辟作用(zuyng)三、岩浆的上升和侵位共四十二页演化阶段：早期穹隆(qinglng)阶段中期底辟上升阶段晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段底辟作用的3个演化(ynhu)阶段共四十二页过程：热的岩浆上升，引起顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂块体下沉的同时，岩浆侵入到裂隙中，如此反复(fnf)，岩浆可实现向上迁移、侵位。特征：岩体与围岩层理面产状相切，形成不整合侵入体，岩体边缘有棱角状、不规则状围岩捕虏体等。2、顶蚀作用(zuyng)三、岩浆的上升和侵位共四十二页3、岩墙扩展(kuzhn)作用（dike propagation）含义：是岩浆在压力的驱驶下，注入围岩裂隙，并通过挤压围岩使其扩展成狭窄(xizhi)的岩浆通道（岩墙），并沿该通道上升。环境：张性断裂、裂隙例子：辉绿岩岩墙三、岩浆的上升和侵位共四十二页4、火口沉陷(chnxin)作用(cauldron subsidence)代表(dibio)环形杂岩体特征的一种侵位机制三、岩浆的上升和侵位共四十二页 我们(w men)应该掌握什么？概念：岩浆分异作用* 同化混染作用 岩浆混合作用鲍文反