岩浆岩石学和岩石学

第一章绪论

岩石（rock）是天然产出的、具有一定结构构造的矿物（或者火山玻璃、胶体、生物遗骸）的集合

体；是构成地壳和上地幔的固态部分；是地质作用的产物。

岩浆岩——又叫火成岩，由岩浆作用形成的岩石，是地壳或者上地幔中的岩浆喷出地表或者侵入在

地壳内形成的，例如花岗岩，玄武岩

沉积岩——由沉积作用形成的，分布于地壳表层，占大陆面积的75%以及大部分的海底沉积，例如

砂岩，砾岩

变质岩——由变质作用形成的，多在地壳深处，与岩浆岩一起占地壳体积的95%。例如大理岩。

表1-1三大类岩石野外特征对比简表

野外特征

火成岩沉积岩变质岩

1.形成火山及各类熔岩流1.呈层状产出，并经历分选作1.岩石中的砾石、化石或晶体受到

2.形成岩脉、岩墙、岩株及岩基用了破坏

等形态并切割圉岩2.岩层表面可以出现波痕、交2.碎屑或晶体颗粒拉长.岩石具定

3.对围岩有热的影响.致使其错层、泥裂等构造向构造.但也有少数无定向构造的

雨结晶，发生相互反应及颜色3.岩层在横向上延续范闱很大变质岩

改变4.沉积岩地质体的形态可能与3多数分布于造山带、前寒武纪地

4在与围岩接触处火成岩体边河流、三角洲、沙洲、沙坝的范盾中

部有细粒的淬火边圉相近4.可以分布于火成岩体与困岩的

5.除火山碎屑岩外，岩体中无5沉积岩的固结程度有差别，接触带

化石出现有些甚至是未固结的沉积物5.岩石的面理方向与区域构造线

6.多数火成岩无定向构造，矿方向一致

物颗粒成相互交织排列6.大范围的变质岩分布区岩石的|

变质程度有逐渐改变的现象

岩石循环

地球圈层结构

地球的内部物质组成

第二章岩浆及岩浆作用

1岩浆(magma)

岩浆是上地幔或地壳部分熔融的产物，绝大多数岩浆成分以硅酸盐为主，含有挥发分，也可以含有

少量固体物质，是高温粘稠的熔融体。岩浆喷出地表形成的火成岩称为喷出岩(extrusiverocks);

侵入于地壳中的称为侵入岩(intrusiverocks)。

2岩浆性质

口碰盐成分妁岩浆-------最普通，袭主要的

<日破.睢Jk岩荣60年代坦桑———郊有―

mF珏咬盐成分妁岩浆Y金属，辜S匕物若承L

金~展r司S匕扬？j-浆.，色加*和

Jf基*一城区有长阳矿浆

(1)挥发分(volatile)：占几%的分量，包括H20、C02、F、Cl、B、S03等。其含量取决于温

压条件，温度愈低、压力愈高，则挥发份的溶解度愈高。因此，深成岩富挥发分而喷出岩贫挥发

分。

挥发份的作用：A.降低粘度，使得岩浆易于流动；B.可以降低矿物的熔点，延长结晶时间，甚

至结晶出含有挥发份的矿物

(2)温度：由基性熔岩到酸性熔岩温度降低，从1225c降到730C,温度与成分(特别是Si02)

含量有关。基性岩浆：1000-1200°C中性岩浆:900-1000°C酸性岩浆：600-700°C

温度的获得：

a.直接测量(光学测温器，热电偶测温器),

b.高温高压实验，

c.热力学温压计计算。

(3)粘度(viscosity):取决于多种因素：

a.岩浆的酸度(SiO2含量)，越酸性则粘度越大；

b.岩浆的温度，越高温则粘度越低；

c.岩浆中的挥发分可促进(Si04)聚合体分解，降低粘度；注：岩浆愈基性、温度愈高、含挥发份

愈多，粘度愈小；岩浆愈酸性、温度愈低、含挥发份愈少，粘度愈大。

d.岩浆中包含的晶屑和岩屑数量，所谓“晶粥”。

(4)密度(density)：

通常含铁镁矿物比例越高则密度越高(超镁铁岩),而硅铝矿物的密度则比较低(花岗岩)。板块

俯冲消减一主动与被动；下地壳和岩石圈地幔由于硅铝质岩浆的抽取一拆沉(delamination)回到地

幔。

3、岩浆形成与运移

岩浆形成的两个最基本的条件是：①要有源区的岩石，即岩浆发生之前已经存在于地幔或地壳

的岩石作为熔融岩浆的母岩；②要有足够热能的积累。3.时间积累4其他因素

A、岩浆分凝

岩浆分凝(magmasegragation)是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集中的作用

B、岩浆上升侵位的机制有以下几类：

1.围岩向下位移

底辟作用

顶蚀作用

火口沉陷作用(cauldronsubsidence)是代表环形杂岩体特征的一•种侵位机制

2.围岩向上位移

3

第三章火成岩的性质综述

一、火成岩的矿物组成及与化学成分

一、火成岩矿物的类型分类：

(1)据矿物的成分和颜色：

a、铁镁矿物(喑色矿物)：富含Fe,Mg,Ti,Cr(类质同相)，颜色比较深，如01,Py,Hb,

Bi,Gt等：由超基性岩-基性岩-中性岩-酸性岩铁镁矿物含量减少并且种类变化。

b、硅铝矿物(浅色矿物)：富含K、Na、Ca的硅酸盐矿物及石英等，包括碱性长石、斜长石、石

英、似长石、白云母等。似长石类不能与石英共存。

(2)据原生矿物在岩石中的含量：

a、主要矿物：b、次要矿物：c、副矿物：

(3)据矿物成因：

a、原生矿物：直接从岩浆中结晶的矿物。

B、岩浆期后矿物：

C、岩浆前期矿物：

(4)：根据实际矿物种类

长英质

镁铁质

二、火成岩化学成分

a、主要元素(majorelements)：对碳酸盐岩浆而言，以CaO和C02为主；对硅酸盐岩浆而言，

Si02为主，其次有A1203,FeO,CaO,MgO,Na20,K20等，为主要元素，占95%以上。

烧失量：

b、微量元素(traceelements)：包括稀土元素(REE)和同位素(isotopes),总量不足1%,但对研究

岩浆成因最重要。微量元素包括Rb、Sr、Ba、Cs等LIL(largeionlithophileelements—即大

离子侵蚀元素)，及REE、Th、U、Ce、Pb、Zr、Hf,Ti、Nb、Ta等高场强元素(HFS,high

fieldstrengthelements),同位素有K-Ar,Rb-Sr,Sm-Nd,Lu-Hf,Re-Os、U-Th-Pb等放射性同

位素及0、S等稳定同位素。现代分析技术的发展使微量元素和同位素地球化学研究成为可能。

三矿物成分与化学成分的关系:

矿物成分与化学成分及结晶环境密切相关。化学成分是第一控制，决定了火成岩的基本矿物组

成，而结晶环境则决定了矿物的大小、数量、颗粒之间的相互关系等。

1、Si02：是火成岩分类的最重要的依据，Si02多则出现富Si02的浅色矿物如石英和长石，

石英出现是岩浆Si02过饱和的标志（Si02游离）；Si02含量低的岩石则以暗色矿物为

主，如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等，或含较多的似长石。

从矿物中SiO2的相对含量而言，硅酸盐矿物可分为两组，一组称SiO2饱和矿物，可与

石英共生，如辉石、长石、角闪石、云母类矿物；另一组称SiO2不饱和矿物，不能与石

英共生，如富镁橄榄石、似长石等。这是因为在平衡结晶的条件下，橄榄石（如镁橄榄石）

或似长石（如霞石Ne）与熔体中的Si02反应分别生成顽火辉石或钠长石。当岩浆中

SiO2过剩（过饱和）时，岩石中会出现Si02饱和矿物与石英共生，而Si02不足（不饱和）

时会出现SiO2不饱和矿物，而不出现石英。SiO2含量适当（饱和）时，则仅出现SiO2

饱和矿物。

由于火成岩中SiO2与其他氧化物存在协变关系，所以从超基性岩到酸性岩，随SiO2的

渐增，岩石中的镁铁矿物由多到少，浅色矿物渐增，石英由无到有。在超基性岩犷（Si02）

<45%,富FeO、MgO,而贫K20、Na20,因此在矿物成分上镁铁矿物占主要地位（色率》

90）,主要由橄榄石和辉石组成。在基性岩中，犷（Si02）=45%〜53%,FeO、MgO较超

基性岩减少，A1203、CaO含量增加，因此矿物成分为辉石与基性斜长石共生，镁铁矿物

的体积分数40%〜90%（一般为40%〜70%）。在中性岩中，w（Si02）增53-66%,FeO、

MgO、CaO均较前减少，K20、Na20的含量相对增加，因此在中性岩中常为角闪石与中性

斜长石共生，喑色矿物减少，色率在15〜40之间。酸性岩中犷（Si02）>66%,FeO、

MgO.CaO大大减少，而K20、Na20显著增加，因此钾长石、酸性斜长石、石英为主要矿

物，暗色矿物多为黑云母，色率小于15。

闪

石

花

N花

岗

英

英

K岗

岩

辉

闪

岩

闪

工

氏K

科

岩*

2、Na20+K20：二者的总量（全碱）基本上决定了长石的种类和含量（斜长石与碱性长石的相

对含量）；而Na20与K20的相对含量决定了碱性长石中钾质长石（透长石、正长石和微

斜长石）和钠质长石（歪长石、钠质斜长石）的相对多少。霓石、钠闪石、霞石富钠。

5

(3<33.3-9>9

钙碱性缄性过碱性

碱性帐石较酸性岩石普遍出现

斜长石普遍偏酸性岩石基性岩

石英普遍最酸性岩石不

似长石不<5%>5%

含Na（竞石、霓辉石）或Ti（钛

辉石或普通辉石或

辉石）的辉石.含Na闪石（钠

闪石

闪石闪石、钠钙闪石、棕闪石）

«1V-8碱度不同的岩柒岩中矿物组合特征

。<3.3a=3・3〜9">9

钙碱性试性过硬性

1•在较酸性的外方中才出嵬破性

1.睢性长石〈衲长石，歪氏石或鼻长石）普遍同于所在号石中

长石

2•斜民石普遍存在2.斜长石成分比同类钙碱性异要2.斜长石只出现在基件岩中，甚至在基

偏1®程性岩中也不见

3.住中股性岩中常见石英3.有英只在最]»性的甘石中出现3.不含石英

4•不出现以氏64.似长石仅山现在SiOg不®和4.似长石普遍出现，含生>5%

的胃石中，含猛〈5%

5.辉石为誉通伊有，斜方辉行，角!5.辉石通常富含诘（JK石.竟理石）政含钛〈H肝石），角闪行为俯闪石.忱钙

闪石为普通角内万|闪石、株闪石、不出现着方热石

6.Z母在酸性舒中为特把矿物6.在装住用地性岩中累公母（诉作柱）十分常见

7.无理物百7.枭榴石通常见矿物

8.不出现黄睫&俄矿物，也不出8•不出现贫珪富钙矿物，有碱也8•卅现贫硅富钙的矿物（原生方解而、黄

现磁性火山俄璃，的出现宙硅火山火山玻璃氏石）及碱性火山玻璃

强强

而最常用的方法有两种：

（1）里特曼（组合）指数（3）:3=[w（K20+Na20）2]/[w（SiO2）-43]

6<3.3者称为钙碱性岩，6=3.3〜9者为碱性岩，6>9者为过碱性岩。

（2）SiO2-（Na20+K20）图解：该图解是较常使用的碱度系列划分图解（可将火成岩划

分为碱性系列（A）和亚碱性系列（S）。再划分为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列用二图。

OlNJ」

405060To

^(SKXI/%

图4Tw(SiO2)-w(K20+Na20)A—碱性系列；S—亚碱性系列;

图4-2jr(Na20+K20)-犷(FeO+Fe203-MgO)(AFM)图

虚线为拉斑玄武岩系列(空心圈为冰岛火山岩投点)；实线为钙碱性系列(实心点

为苏格兰火山岩投点)；单位为;T—拉斑玄武岩系列；C一钙碱性系列

c、CaO：决定一些富Ca矿物的多少，如钙质斜长石、富钙辉石(透辉石、普通辉石)、普通角闪石

和绿帘石。

d、MgO：决定一些富Mg矿物的多少,如橄榄石、辉石、普通角闪石和黑云母

e、A1203：与长石、石榴石、堇青石、白云母等关系密切。

(1)过铝质岩石Al2O3>(CaO+K±O+Na2O),特征矿物是白云母、黄玉、电气

石、钻铝一铁铝榴石、刚玉.红柱石或矽线石。

(2)偏铝质岩石(K/O+NazO)VAlzO*V(CaO+K=O+NaaO)。出现的铝硅酸

盐矿物是黑云母、角内石和黄长石。

(3｝亚铝质岩石A^O.SCNatO+K1O)„主要含铝矿物是长石和似长石。

(4)过碱质岩石AltO,<(N«1O+K,O),ALO.VKz。较少见.以出现碱性铁镁

质矿物为特征，例如，毙辉石、黄石、钠闪石、碱铉内石和斜红闪石等。

7

四、主要造岩矿物的成岩意义:

正

石

花

花

闪

撤

纯

微

、«((

傩

撤

长

长

岗

英

岗

((桢

瞰

长

梗

(C《(*

辉

玄

安

英

蚊

相

榄

沈

岩

岩

岩

岩

闪

闪

岩«

粮

辉

〈

绿

武

我

安

英

面

叙

玄

博

长

长

岩

长

岩

岩

安

岩

岩

若

5武

111缥

岩

岩

岩

))岩

岩

岩

岩

))》)

)))

袋

外

图1V-4号浆号矿物成分变化简图

(据A.S.Adams,1965)

注：花岗内长省的•出岩本书果用,英安岩”,石英闪长岩的啧出岩本书采用“石英安山岩”

8

（1）橄榄石olivine（01）

a.化学成分：（Mg、Fe）2（SiO4）。Fo（镁橄榄石）和及（铁橄榄石）混溶组成，含Ni,Cr

（含量可指示岩浆是不是地幔原始岩浆）。岛状结构，比重大。

b.超镁铁岩的主要组分（橄榄岩，二辉橄榄岩），基性岩中可有少许（橄榄玄武岩）

c.橄榄石形成于地幔条件，镁橄榄石比铁橄榄石形成于更高的温度，与游离Si02（石英）不共生，

因此成为Si为不饱和岩浆的标志（F。有时被顽火辉石一Si可饱和一包围，是不平衡结构）。

Mg2SiO4+SiO2=Mg2（Si206）（顽火辉石）。Fa有时可与少量石英共生。

d.橄榄石有时在喷出岩中有环带结构（核Fo）,但远不如斜长石明显。橄榄石在中温非氧化条件下

蚀变成绿色矿物:绿泥石+含蒙脱石层的混层矿物的组合；橄榄石在低温氧化条件下蚀变成红

色矿物伊丁石（针铁矿为主的含蒙脱石层的混层矿物的集合体）o

⑵辉石pyroxene（Py,Opx-Cpx）：链状结构，柱状。

a.分为斜方辉石和单斜辉石

b」斜方辉石|：（Mg,Fes）2（Si206）,贫Ca。分布于钙碱性岩中，与碱性岩无关，是由顽火辉石

—铁辉石构成的连续类质同象系列。根据顽火辉石（En）的百分比含量又可分为：

顽火辉石：En>90%；