第十三章岩浆作用与变质作用

第十三章

岩浆作用与变质作用1岩浆作用

岩浆是在地壳深处或上地幔形成的、以硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融体岩浆形成后，沿着构造软弱带上升到地壳上部或喷溢出地表，在上升、运移过程中，由于物理化学条件的改变，岩浆的成分又不断发生变化，最后冷凝成为岩石，这一复杂过程称为岩浆作用所形成的岩石称为岩浆岩2根据岩浆是侵入地壳之中或是喷出地表，岩浆作用可分为侵入作用和喷出作用相应地，所形成的岩石分别称为侵入岩和喷出岩（或火山岩）根据SiO2含量，岩浆可分为四种基本类型，即酸性岩浆（SiO2＞65％）、中性岩浆（52％～65％）、基性岩浆（45％～52％）和超基性岩浆（<45％）3一、喷出作用

喷出作用又称为火山作用按火山通道的形状，可分为:裂隙式喷发岩浆沿一个方向的大断裂或断裂群上升，喷溢出地表中心式喷发喷发物沿火山喉管喷出地面，平面上成点状喷发4裂隙式56猛烈式又称培雷式

7宁静式又称夏威夷式

8火山喷出的物质气态喷出物

气体中以水蒸气为主，含量常达7O％以上；此外有CO2、SO2、N2、H2S以及少量CO、H2、HCl、NH3、NH4Cl、HF等

火山喷出的液态物质称为熔浆。熔浆与岩浆的差别在于熔浆挥发分较少由于气体的膨胀力及其所派生的冲击作用，使火山喉管及火山口附近的岩石被炸碎并抛射出来，未冷凝的岩浆呈团块、细滴喷射出来并在空中或落地后凝结为固体，它们均属于固态喷出物，统称为火山碎屑物，可分为火山弹（块）、火山砂（砾）、火山灰和火山尘四种类型

91011二、侵入作用

岩浆侵入地壳中但未喷出地表时称为侵入作用，侵入的岩浆冷凝后形成的各种各样的岩浆岩体称为侵入体侵入体周围的岩石叫围岩根据岩浆侵入深度的不同，可分为深成侵入作用（深度＞3km）和浅成侵入作用（<3km），相应地，侵入体也分为深成侵入体和浅成侵入体12深成侵入体深成侵入体是地下深处高温高压环境下形成的岩浆岩体，由于形成时的温度和压力均较高，因而岩浆冷凝缓慢，岩石多为全晶质中粗粒结构。岩体规模较大，围岩受岩浆高温影响，变质现象较强，范围较广常见的有岩基、岩株两种13岩基是侵入体中规模最大的一类，面积大于1O0km2，最大可达数万平方公里。平面上一般呈长圆形，长数十公里，甚至几千公里，宽可达1OOkm以上。岩基一般为中酸性岩浆冷凝而成，多由粒度较粗而成分稳定的花岗岩或花岗闪长岩等组成岩株是深处的岩浆穿入地壳薄弱地带形成的一种侵入岩体，平面上近圆形或不规则状，接触面较陡，规模较大，出露面积小于1O0km2。有的岩株独立产出；有的向下与岩基相连，为岩基的顶部突起部分

14浅成侵入体

是在地下较浅部位（通常为3km以内）形成的侵入岩体。浅成侵入活动接近地表，岩浆冷凝较快。矿物结晶颗粒细小，岩石常为中细粒结构或斑状结构浅成侵入体的规模一般较小，可见底部边界。按照侵入体产状与围岩的关系分为协调和不协调两类，前者常见的有岩床、岩盆、岩盖等，后者常见的为岩墙

15岩床又称岩席，是厚度较小而面积较大的层状侵入体，与其顶、底板围岩平行，接触面平坦，中部稍厚，向边部逐渐变薄以至尖灭岩盆中央部分厚度大，边缘厚度小，中间微向下凹的盆状侵入体。岩盆是岩浆侵入到岩层之间，其底部因受岩浆的重力而下沉，故中央凹陷；或岩浆侵入到构造盆地中形成的16岩盖(岩盘)，是上凸下平的穹窿状侵入体。由岩盖中部到边部，其厚度迅速变小而尖灭。岩盖规模一般不大，底部直径约3～6km，最厚处通常小于1km，地表出露形态常为圆形、椭圆形岩墙厚度比较稳定且近于直立的板状侵入体，长度为厚度的几十倍甚至几千倍，厚度一般几十厘米至几十米，长几十米甚至几千米。在一个较大区域内，岩墙很少单一产出，常常是几十条、几百条有规律地分布，形成岩墙群。1718192021岩浆的演化

原始岩浆是由上地漫以及地壳物质局部熔融而产生的最初岩浆。原始岩浆从地壳深处上升，通过各种演化可以派生出种类较多的次生岩浆

原始岩浆的种类总是比较少的，但地壳上分布的岩浆岩却很多，目前，地表见到的岩浆岩不下百余种。这主要是由于岩浆演化过程中发生的岩浆分异作用和同化作用的结果22岩浆的分异作用

岩浆是复杂的含有挥发组分的硅酸盐熔融体，在长期岩浆活动过程中，随周围的物化学环境的改变，岩浆本身性质也就不断地发生适应环境的变化岩浆的分异作用是指成分均一的岩浆，在没有外来物质加入的条件下，由于物理化学条件的改变，分化为若干成分不同的岩浆的过程可以发生在岩浆尚未上升之前，也可以发生在上升的过程中分异方式主要有熔离分异作用、结晶分异作用和气态分异作用三种

23熔离分界作用这种分异作用是在岩浆结晶之前的液态状况下发生的，所以又可叫液态分异作用。熔离分异是指原来均匀的岩浆在冷却过程中，主要受重力及温度的影响，分成两种或多种成分不同的互不混合的岩浆的过程结晶分异作用在岩浆的缓慢冷却过程中，各种组分因熔点温度不一，不能同时结晶出来，而是按照一定顺序先后结晶。在先结晶的矿物中比重大的下沉，轻的上浮，和未结晶的残余岩浆分开。在岩浆冷凝结晶过程中，各种成分按一定顺序结晶而从岩浆中逐渐分离出来的过程称结晶分异作用

24气态分异作用分异作用到了最后阶段，分化出来的残余岩浆中含有很多挥发性物质成分。它们的特点是熔点低，挥发分高，另外因其化学活泼性强，可以和岩浆中各种金属元素，特别是稀有元素结合成挥发性化合物。当温度和压力减低时，它们便从岩浆中分离出来，集中在岩浆的上部或扩散到围岩的裂隙和空隙中去这种在岩浆分异作用的后期，大量挥发性成分从岩浆中分离出来的过程称气态分异作用

25同化混染作用

岩浆与其所侵入的围岩之间，在化学成分及物理状态上都有很大的差异。因此，当岩浆侵人到围岩中时就会发生种种变化岩浆熔化围岩，使围岩中某些化学成分通过化学反应或直接熔融而加人到岩浆中去，使岩浆成分发生改变的作用称为同化混染作用原始岩浆的种类虽是有限的，但通过岩浆的分异作用和同化混染作用会使其发生复杂变化，它是岩浆岩岩石类型多样性的重要原因

26变质作用

在地下特定的地质环境中，由于物理、化学条件的改变，使原有岩石基本上在固体状态下发生物质成分与结构、构造变化而形成新岩石的地质作用由变质作用所形成的新岩石称为变质岩变质作用的原岩可以是沉积岩、岩浆岩及变质岩

272829一、变质作用的因素

温度温度往往是引起岩石变质的主导因素它可以提供变质作用所需要的能量，使岩石中矿物的原子、离子或分子具有较强的活动性，促使一系列的化学反应和结晶作用得以进行温度增高还可使矿物的溶解度加大，使更多的矿物成分进入岩石空隙中的流体内，增强了流体的渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程变质作用的温度范围可由150～200oC直到70O～9OO℃30压力压力也是变质作用的重要因素，根据压力的性质可分为静压力和动压力。静压力又称围压，是由上覆岩石的重量引起的压力。它具有均向性，并且随着深度增加而增大。静压力的作用在于使岩石压缩，导致矿物中原子、分子或离子间的距离缩小，促使矿物内部结构改变，形成密度大、体积小的新矿物动压力是由构造运动所产生的定向压力。由于动压力只存在于一定的方向上，因而使得岩石在不同方向上产生了压力差。这种压力差在变质作用中有着十分重要的意义。它可以引起矿物的压溶作用，即在平行动压力方向上溶解较强，物质迁移到垂直动压力方向上沉淀，导致原岩发生矿物的重新分异与聚集，造成矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，从而改造了原岩的结构与构造

31化学活动性流体化学活动性流体是指在变质作用过程中存在于岩石空隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的流体。这种流体的组分以H2O及CO2为主，并包含有多种其它易挥发物质及其溶解的矿物成分化学活动性流体可以促使矿物组分的溶解和迁移，引起原岩物质成分的变化；而且，这种流体作为固体与固体之间发生化学反应的媒介具有极重要的意义，因为固体之间的化学反应涉及到物质组分的交换，如果没有流体媒介，这种反应是极其缓慢的；此外，流体的存在还会大大降低岩石的重熔温度，使变质作用的高温界限变低32二、变质作用的方式

重结晶作用岩石在固态下，同种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成粗大颗粒的作用，在这一过程中并未形成新矿物重组合作用在变质作用的温度、压力范围内，在原岩总体化学成分基本保持不变的情况下（挥发分除外），原有矿物或矿物组合转变为新的矿物或矿物组合的作用。重组合作用的主要特点是除水和二氧化碳参与外，一般无物质的带入带出，有新矿物的形成和原矿物的消失

33交代作用变质过程中，化学活动性流体与固体岩石之间发生的物质置换或交换作用，其结果不仅形成新矿物，而且岩石的总体化学成分发生改变交代作用是在开放系统中进行的，反应前后岩石的总体化学成分发生改变，既有物质的带入与带出，又有新矿物的形成

34三、变质作用的基本类型

接触变质作用在岩浆侵入体与围岩的接触带上，主要由岩浆活动所带来的热量及挥发性流体所引起的一种变质作用

接触变质作用的主要变质因素是温度及化学活动性流体，压力居比较次要的地位接触变质作用是发生在高温、低压的变质环境之中3536按引起接触变质的主导因素及变质作用方式的不同，接触变质作用可分为:接触热变质作用

引起接触变质的主导因素是岩浆侵入造成的温度升高，变质作用的方式主要为重结晶作用和重组合作用，变质作用前后岩石的总体化学成分无显著改变接触交代变质作用

引起变质的因素除温度以外，从岩浆中分泌的挥发性物质所产生的交代作用具有重要意义。在这一过程中原岩有物质成分的带入和带出，因而变质前后原岩总体化学成分有显著变化，同时伴有大量新矿物产生

37动力变质作用在构造运动所产生的定向压力作用下，岩石发生的破碎、变形以及伴随的重结晶等的作用、这种变质作用主要发生在构造运动使相邻的两个岩石块体之间发生相对运动时的接触带上，这种接触带被称为断裂带或断层带，所以，动力变质作用又被称为断裂（或断层）变质作用

38区域变质作用在广大范围内发生并由温度、压力及化学活动性流体等多种因素共同引起的一种变质作用

区域变质作用影响的范围可达数千至数万平方公里以上，影响深度可达30km以上。温度下限约2OO～300℃，上限约700～800℃，静压力随深度不同变化在几十到一千多兆帕斯卡之间，除静压力外，还存在着较强的定向压力作用区变常常和构造运动有关。构造运动可以对岩石施加强大的定向压力，使岩层弯曲、柔皱、破裂；也可以使浅层岩石沉入或卷入地下深处，以遭受地热增温和围压的作用

3940区域变质作用按照所处的压力（围压）与温度环境可概略地分为:低压区域变质作用

深度较浅，一般小于15km；压力较小，一般为200～4O0MPa；温度通常较高，可达600oC以上；局部或暂时性的地温梯度很高，约25～6OoC/km，通常属于高热流或地热异常区中压区域变质作用

发生的深度较大，一般大于10km；压力也较大，一般300～80OMPa；区域地温梯度中等，一般16～25oC/km，平均20oC／km；温度随深度不同而不同，一般为300～600oC高压区域变质作用

发生的深度大，一般大于1Okm；压力大，一般300～10OOMPa，甚至更高，并且伴有强的构造动压力作用；温度较低，一般只有2OO～400℃；局部或暂时性的地温梯度很低，一般7～16oC／km，平均只有1OoC／km左右

41混合岩化作用由变质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用最主要特征是，原岩局部或部分重熔的熔体物质与尚未重熔的固态物质发生互相交插与混合通常是区变作用在地热流增高下进一步发展的结果随着区域变质程度的不断加深、温度的逐渐升高，原岩中某些熔点较低的矿物和岩石组分（主要是偏酸性成分）开始发生重熔、分异、聚