地球科学概论第九章

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地球岩石圈由三大类岩石组成:沉积岩、岩浆岩、变质岩第一节岩石圈物理状态沉积岩松散的沉积物经过压实、胶结或重结晶形成的岩石叫沉积岩沉积岩一般只保存在温度低于200℃,静岩压力在200MPa以下的环境中(第六章)主要通过介质水的剥蚀、搬运、沉积而形成,所以也叫水成岩。图9-1岩石圈内部温度、静岩压力变化与三大类岩石的形成岩浆岩温度高于700~900度时,岩石易形成岩浆由岩浆冷凝而形成的岩石叫岩浆岩变质岩岩石圈内大部分岩石在温度较高(700-200℃)静岩压力较大(上百到上千MPa之间)局部定向压力(即构造应力)较大地内流体的作用下,仍保持固态使物质成分或结构、构造发生了很大的变化,形成另一种岩类,叫变质岩岩石圈内岩石的矿物成分与岩石结构、构造发生变化的主要影响因素:温度静岩压力构造应力化学活动性流体构造应力三度空间中各方向的压力不相等。也称定向压力。岩石在构造应力作用下,矿物颗粒可以在固体状态下经塑性变形而被压扁、拉长,呈现出特殊的定向结构,这是变质岩的特殊的岩石结构。花岗岩糜棱岩热流体来源:岩浆活动的晚期,一些气体、挥发分(H2O,CO2,S,…)以流体的形式从岩浆中分离出来。地表水也会向下渗透,达地下数千米、数万米深处。作用:可以改变岩石的矿物成分,或发生重结晶作用,形成新的变质岩。可携带较多有用元素,在适当条件下结晶、沉淀下来,成为矿床。当岩浆自海底喷出时,携带了各种有用元素的气体挥发分就可以与海水结合,迅速冷凝、堆积在海底形成富含贵金属或有色金属的“黑矿”或其它硫化物矿床。热水溶液喷出海底,常在海底构成“黑烟囱”各类岩石的分布范围在岩石圈表层的大陆及其邻近海域(分布面积):沉积岩70%,岩浆岩20%,变质岩10%从全球表层的分布面积情况看:沉积岩20%,岩浆岩86%,变质岩4%从岩石圈的体积上看:沉积岩5%,岩浆岩35%,变质岩60%Top第二节岩浆活动1、温泉或喷泉在某些岩石圈内破碎带或断裂面附近,可以从地下流出热水、或热蒸汽,形成温泉(低于100℃)或喷泉(高于100℃)2、岩浆与岩浆作用岩浆是局部形成于地壳深部或上地幔的软流圈,以硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融体。经过岩浆熔融之后,再冷凝下来的岩石,都叫做岩浆岩(也称火成岩)。岩浆类型按照硅酸盐中SO2含量的多少,岩浆可分为四种基本类型:酸性岩浆(SiO265%)中性岩浆(SiO265~52%)基性岩浆(SiO252~45%)超基性岩浆(SiO245%)岩浆的特点酸性岩浆中,由于SiO2高,硅氧四面体链较多,使岩浆粘度较大,不易于流动,常起源于地壳下部。基性或超基性岩浆,SiO2含量低,岩浆粘滞度则小,岩浆显得易于流动,常起源于岩石圈下部或软流圈。美国西部的火山颈岩浆作用岩浆形成之后,常沿着静岩压力较小的破碎带或软弱带向上运移或喷溢到地表面上来,这个作用过程就称为岩浆作用。岩浆在向上运移、侵位后,在地壳上部某处冷凝下来,此作用过程就叫侵入作用。此时冷凝而成的岩石就称为侵入岩。岩浆直接喷出地表后,才冷凝成岩的作用过程叫火山作用。喷出地表的岩浆,冷凝而成的岩石叫做火山岩或喷出岩。岩浆分异作用岩浆在向上运移和冷却过程中,由于重力作用或物理、化学条件的影响,使成分比较均一的岩浆分异为几种成分不同的岩浆,并进而冷凝而成为各种不同的岩浆岩,这种过程就称为岩浆分异作用。岩浆中熔点较高的、富含铁镁的硅酸盐矿物(如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等)优先结晶,它们在岩体边部的含量较高;而熔点较低的、铝硅酸盐矿物(如钾长石、斜长石、石英等)后结晶,则在岩体上部与中央部分相对集中些。同化作用岩浆在向上运移过程中还可以利用较高的温度局部熔化周围岩石,或者以其较高的流体压力冲破围岩的阻挡而向上侵位,使围岩破碎并落入岩浆体内,使其逐渐趋向于变成岩浆体的一部分。混染作用岩浆不断熔化各种围岩的结果,岩浆本身的成分也发生了“混染”。岩浆正是在这种不断改变周围岩石成分与产状的过程中,同时不断地改变着自身的成分与结构,使岩浆作用呈现为千变万化的复杂过程。3、喷出作用岩浆喷出地表即形成火山。火山的类型:按火山活动的时间分类死火山:即人类历史以来不再活动的火山。休眠火山:在人类历史上曾经有过活动而近百年来停止活动的火山。活火山:现在正活动的火山。海南琼北火山锥长白山天池点击播放视频►火山喷发类型:按照火山通道的形状,可分为裂隙式火山与中心式火山。裂隙式火山常沿一条大断裂或断层群展布。这种火山常长达数万米,而喷口宽度很窄(数百米),或者火山口沿断裂带呈串珠状排列,深部可连成岩墙状通道。中心式火山的喷发物沿火山颈喷至地面,平面上呈点状分布。火山颈多位于两组断裂的交叉点上。冰岛火山线中心式喷发按照爆炸的强弱程度,可将中心式喷发分为:猛烈式、宁静式和递变式。点击播放视频►火山喷出物:气态喷出物:以水蒸气为主,含量达70%以上,此外,有CO2、SO2、N2、H2S以及少量的CO、H2、HCl、H3、NH4Cl、HF等。液态喷出物:火山喷初的液态物质称为熔浆,熔浆与岩浆的区别在于前者挥发分较少。熔浆冷凝后形成的岩石称为熔岩。按SiO2的含量主要分为酸性、中性和基性三类,而超基性熔浆为数不多。固态喷出物:由于气体的膨胀及其所派生的冲击作用,是火山喉管基火山口附近的岩石被炸碎并抛射出来、为冷凝的岩浆呈团快、细滴喷射出来并在空中或降落后凝为固体,也统称火山碎屑物。枕状熔岩►波状熔岩火山地形中心式火山喷发形成的地形常呈锥状,称为火山锥。在火山锥的顶部常有低洼的部位,略呈圆形,边缘很陡,火山物质由此喷出,称为火山口。火山喷发停止后,火山口积水就成为火山口湖。与火山口相连的岩浆通道叫火山喉管(也称火山颈)。裂隙式喷发形成的地形为熔岩流和熔岩被。美国西部的火山颈如果岩浆成分均匀,地形平坦,而且缓慢冷缩,可形成垂直于冷凝面的裂隙,把岩石分割成多边形柱状体,称为柱状节理。3、喷出作用1、火山类型按活动时间:死火山、休眠火山、活火山火山通道形状:裂隙式、中心式(猛烈式、宁静式、递变式)2、火山喷出物气态、液态、固态3、火山地形中心式喷发:火山锥、火山口(湖)、火山颈裂隙式喷发:熔岩流、熔岩被(柱状节理)4、侵入作用岩浆经过向上运移、逐渐冷却,最终在地壳上部冷凝下来的过程称为侵入作用侵入的岩浆冷凝后形成的各种各样岩浆岩岩石体称为侵入体,侵入体周围的岩石叫围岩。根据岩浆侵位深度不同,岩浆岩可以分为:深成侵入体(深度>3千米)。深成侵入岩体规模一般较大。浅成侵入体(深度0~3千米)浅成侵入体为岩浆侵入到接近地表处才冷凝下来的。剥蚀出岩体如何知道?(剥蚀、钻孔、地球物理勘探)5、岩浆岩体的产状是指岩体的形态、大小、与围岩的接触关系以及它形成时所处的深度与环境。岩浆岩的产状可以分为:深成侵入体(深度>3千米)常见的为岩基和岩株浅成侵入体(深度0~3千米)常见的产状有岩床、岩墙、岩盖、岩盆。规模一般较小(几十—上千米),喷出岩体火山锥、熔岩流、熔岩被火山岩产状6、岩浆岩的主要特征岩浆岩主要由橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、钾长石和石英等7种矿物所组成。可分为暗色矿物和浅色矿物两大类。暗色矿物包括橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等。浅色矿物包括钾长石、斜长石与石英。常见的侵入岩:酸性岩类——花岗岩中性岩类——闪长岩基性岩类——辉长岩超基性岩类——橄榄岩碱性岩类——正长岩花岗岩常见火山岩:酸性岩类——流纹岩中性岩类——安山岩基性岩类——玄武岩超基性岩类——科马提岩碱性岩类——粗面岩超浅成岩:超基性岩类——金伯利岩(角砾云母橄榄岩)——金刚石母岩通常把岩浆岩中暗色矿物的百分含量称为色率。超基性岩暗色矿物含量一般约90%,基性岩约50%,中性岩约30%,酸性岩约5~10%。色率不但反映了岩石中矿物成分与化学成分的变化,而且也是鉴定岩浆岩和进行分类的重要标志岩石的结构是指造岩矿物的结晶程度、颗粒大小、形态以及它们之间的相互关系等特征,即矿物组合的特征。岩浆岩常见的结构有:全晶质结构(主要包括粒状结构、似斑状结构等)、玻璃质结构和半晶质结构(包括斑状结构等)。花岗岩似斑状结构花岗岩中粗粒结构岩石的构造是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其它部分之间的排列、充填或组合方式,即矿物集合体的组合特征。岩浆岩常见的构造有:块状构造、斑杂构造、带状构造、流动构造、流纹构造、气孔构造、杏仁构造和晶洞构造等。花岗岩:似斑状结构,块状构造斑杂构造带状构造气孔构造岩浆活动(小结)1、温泉或喷泉2、岩浆及岩浆作用3、火山作用4、侵入作用5、岩浆岩体的产状6、岩浆岩的主要特征Top第三节变质作用1、变质作用的概念及影响因素变质作用是指在地下特定的环境中,由于温度、压力或流体作用的影响,使原岩在基本上为固态条件下,发生物质成分与结构、构造变化。由变质作用所形成的新岩石称为变质岩。所谓原岩,可以是三大类岩石中的任何一种,一旦它们所处的物理、化学环境与原来不同,在一定的温度、压力或流体影响下就可发生变质作用。引起变质作用的因素主要为温度、静岩压力、构造应力及各类流体变质作用的温度范围从150~200℃,直到700~900℃,压力可以从上百兆帕斯卡到上千兆帕斯卡,流体以H2O与CO2为主,溶解了许多易挥发的物质及SiO2等许多矿物质。2、变质作用的方式:(1)重结晶作用指岩石在固态状态下,同一种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移,然后又重新结晶成较粗大颗粒的作用,在这一过程中矿物成分不发生变化。石灰岩(CaCO3方解石(CaCO)3)。(2)变质结晶作用指在原岩总体化学成分基本不变化的条件下,形成新矿物或新矿物组合的作用。如高岭石在大于350℃左右的温度时可转变为叶腊石;在400℃以上的温度条件下可转为硬绿泥石,此时如静岩压力低于300MPa易形成红柱石,如高于300MPa则形成兰晶石;当温度在500~660℃之间则变成十字石及石英;温度高于660℃则变成石榴子石与矽线石。(3)交代作用指化学活动性强的流体与固体岩石之间发生物质置换与交换作用,产生新矿物,岩石总体化学成分发生变化。KAlSi3O8+Na+NaAlSi3O8+K+交代作用的特点:在固态条件进行;交代前后岩石的总体积基本不变;原矿物的溶解核新矿物的形成几乎同时进行。交代作用在变质作用过程中是比较普遍的。(4)变质分异作用指成分比较均一的原岩,经变质作用后,形成矿物成分不均匀分布的过程。常见的例子为在变质作用过程中,当具有定向压力作用时,原岩本身的某些矿物(如暗色与浅色矿物)经过变形、扩散作用、定向排列而不均匀地分别聚集起来,分别形成暗色矿物与浅色矿物的条带,形成片麻岩或片岩3、变质作用的基本类型:(1)接触变质作用是在岩浆岩体与围岩接触带上,主要由岩浆活动所带来的热量及活动性流体所引起的变质作用。接触变质作用的温度较高,一般在300~800℃之间,静岩压力不太大(~300MPa)单纯由于热量多而引起的接触变质叫接触热变质作用;除温度因素之外,还有从岩浆中分泌的挥发性物质所产生的交代作用,这种叫接触交代变质作用。当碳酸盐岩石与中、酸性侵入岩相接触时常形成矽卡岩。我国大量中、小型含金的富铜、富铁矿床大多是与矽卡岩关系密切的金属矿床。(2)动力变质作用是指在构造变形、变位过程中所产生的定向压力的作用下,使岩石发生变形、破碎以及伴随的重结晶等作用。这种变质作用主要发生在相邻的两个岩石块体之间发生相对错动的接触面附近。引起动力变质作用的主要因素是构造应力(也称定向压力),构造应力在岩石圈上部一般为几十到200MPa。温度与静岩压力也对动力变质作用起着控制作用。碎裂作用地壳浅部,深度一般小于10km,温度一般低250~300℃,静岩压力一般在250~350MPa之下,岩石常表现为较强的脆性,岩石以碎裂作用为主,形成的岩石称为碎裂岩类。韧性变形在地壳深部(深度大于10~15km),岩石表现出较强的韧性(或称柔性)变形,而不出现明显的破裂,形成的岩石称为糜棱岩类。(3)区域变质作用是在大区域范围内发生区域变质作用影响的范围可达数千至数万km2以上,影响深度可达30km以上,温度在200-800℃之间,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