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岩浆岩岩石学第十一章岩浆岩的成因李克庆●岩浆岩种类繁多、性状各异●岩浆种类多样、来源复杂●形成岩浆岩的地质作用和物理化学作用复杂●岩浆岩的成因仍在不断探索和研究中第十一章岩浆岩的成因一、原生岩浆问题二、原生岩浆的成因机制三、岩浆的演化四、主要类型岩浆岩的成因第十一章岩浆岩的成因一、原生岩浆问题1．原生岩浆（Primarymagma）上地慢物质局部熔融及地壳物质全部或部分熔融而产生的最初的岩浆，又称母岩浆。2．原生岩浆的种类问题（1）一元论观点关于原生岩浆的种类问题，是一个长期争论悬而未决的问题，归纳起来有以下几种观点：问题：一元论观点难以解释大规模花岗岩的成因！由鲍文于1928年提出，他认为自然界仅存在一种玄武岩浆，即一元论的观点，所有的岩石都是由玄武岩浆通过结晶分异作用派生的。（2）二元论观点问题：在褶皱带存在着与花岗岩、玄武岩毫无联系而大小不等的孤立的超基性岩体，它们又多在大断裂发展的早期产出，显然不可能由其它岩浆分异而成。十九世纪末，以列文生－列信格和布恩等人为代表，根据花岗岩和玄武岩同为地壳中分布最广的岩浆岩这一事实，认为原生岩浆有两种，即玄武岩浆和花岗岩浆。（3）三元论观点赫斯和库兹涅佐夫等人提出了原生岩浆有三种，玄武岩浆、花岗岩浆和超基性岩浆，即三元论观点。（4）多元论观点上世纪中期，环太平洋安山岩及阿尔卑斯超基性侵入岩的研究，以及全球构造学、岩理学、高温高压实验岩石学、地球化学及地球物理的研究，在有关岩浆成因方面积累了大量的资料，多元论的观点逐渐被人们所接受。目前多数人认为：种类繁多的岩浆岩是由橄榄岩浆、玄武岩浆、安山岩浆和花岗岩浆通过复杂的演化而成的。这几种原生岩浆是上地幔和地壳底部的固态物质在一定条件下通过局部熔融（重熔）产生的。3.局部熔融的概念局部熔融是现代岩浆成因的一个基本概念。与单矿物比较，岩石熔融有两个特点：岩石熔化温度低于其构成矿物各自单独熔化时的熔点；岩石从开始熔融到全部熔化有一个温度区间。岩石熔化时，不同矿物熔化顺序不同。矿物或岩石中SiO2和K2O含量愈高，即组份愈趋于酸性，愈易熔化，称为易熔组份。矿物或岩石中FeO、MgO、CaO含量愈高，即组份愈趋于基性，愈难熔化，称为难熔组份。岩石开始溶化时产生的熔体中SiO2、K2O、Na2O较高，熔体偏于酸性；随着溶化温度的提高，熔体中FeO、MgO组份增加而渐趋于基性。局部熔融在岩石开始溶化至全部溶化的温度区间内，岩石中的易熔组份（酸性组份）先熔化，产生酸性熔体，残留体为较基性的难熔固相物质。随着温度的升高，熔体数量增加，其基性组份也逐渐增加；当温度达到或超过岩石全部熔化的温度时，岩石全熔，熔体成分和被熔化的原岩成分一致。岩石的局部熔融又叫重熔作用或深熔作用。二、原生岩浆的成因机制1.玄武岩浆是上地幔物质（地幔岩）局部熔融的产物。在上地幔的不同深度上通过局部熔融产生三种主要岩浆：拉斑玄武岩浆：约15公里高铝玄武岩浆:15－35公里碱性玄武岩浆：35－75公里从玄武岩浆中可直接冷凝结晶成玄武岩和辉长岩。玄武岩浆通过分异作用可以形成少量中性岩和酸性岩。玄武岩浆通过重力结晶分异可以形成少量超基性岩。2.花岗岩浆是大陆地壳深部物质重熔的产物。不同深度上可以形成性质稍有差异的花岗岩岩浆:在约10公里处形成活动性很弱的岩浆，许多巨型花岗岩岩基就是这种岩浆形成的。约在20公里深度上可形成活动性很强的岩浆，能够上侵至浅部或喷出地表。花岗岩岩浆通过同化作用可形成中性岩和碱性岩。一些花岗岩是混合岩化作用形成的。3.安山岩浆●环太平洋地区广泛分布有安山岩。●玄武质洋壳到达海沟并向下俯冲，玄武岩及其上覆的洋底沉积物发生局部熔融即可形成安山岩浆。当俯冲深度达95公里时即可发生这一作用。●大陆内部的安山岩，是地壳深部局部熔融产生的，其深度约为60公里。4.橄榄岩浆是上地幔物质大约在80～160公里的深度上局部熔融的产物。关于原生岩浆及其起源的问题极其复杂，尚待进一步研究。三、岩浆的演化原生岩浆的种类目前一般认为不过几种，但地壳上分布的火成岩种类可达千种以上，少数几种原生岩浆何以能形成如此种类繁多的火成岩呢？原因在于岩浆的演化，即岩浆从开始产生直到固结成岩，始终处在不断的变化—演化过程之中。岩浆演化的机理目前可归结为：分异作用、同化混染作用和混合作用。有些矿床本身就是这种岩浆演化的结果。（一）岩浆分异作用岩浆分异作用（Magmaticdifferentiation）：是指原来成分均匀的岩浆，在没有外来物质的加入下依靠本身的演化，最终分化为多种成分岩浆的作用。主要有以下几种方式：熔离作用（Liquation）：原来均一的岩浆，随着温度和压力的降低，使其分为互不混溶的两种岩浆。天然岩浆中硫化物、氧化物与硅酸盐熔体可以发生熔离作用。与超基性岩有关的铜镍硫化物矿床、钒钛磁铁矿床可能与熔离作用有关。扩散作用（Diffusion）：岩浆熔体由中心至边缘部位间的温度差异，会导致高熔点的组分向温度低的部位集中，这样就引起了浓度的变化。气运作用（Gastransportation）：是指岩浆中的气体（包括挥发组分），在岩浆分异过程中搬运和携带了某些组分一起运移，从而使岩浆成分发生改变的一种分异作用。分离结晶作用(Fractionalcrystallization)：岩浆随着温度的逐渐降低，按一定顺序先后结晶出不同矿物，从而使岩浆成分不断地发生变化，分异出不同成分的岩浆。分异机制：重力分异、摩擦作用、压滤分异重力分异（Gravitationdifferentiation）：熔浆中早期结晶的矿物在重力作用下与熔体分离，使熔浆成分发生分异，从而形成成分不同的一系列岩石。岩浆中晶体的重力沉降分异，需要克服岩浆对晶体的浮力和与岩浆之间的粘滞摩擦力以及岩浆上升速度。晶体能否从岩浆中沉降分异，取决于晶体与岩浆的密度差、晶体直径和岩浆的粘度。摩擦作用（Fractionalaction）岩浆在流动过程中，早期结晶的矿物晶体可能与围岩发生摩擦而滞留，结果引起岩浆分异。压滤分异作用(Pressurefiltrationdifferentiation)：岩浆演化到晚期阶段，正在结晶的岩浆房不断受到围岩的压力，使岩浆房中尚未结晶的残余熔浆从已晶出的密集的晶体中压滤出来，从而使晶体与熔浆分离。（二）同化混染作用由于岩浆温度很高，且有很强的化学活动能力，因此它可以熔化或溶解与之相接触的围岩或所捕虏的围岩块，从而改变原来岩浆的成分。若岩浆把围岩彻底熔化或溶解，使之同岩浆完全均一化，则称同化作用（Assimilation）；若熔化或溶解不彻底，不同程度的保留有围岩的痕迹（如斑杂构造等），则称混染作用（Contamination）。因同化和混染往往并存，故又统称同化混染作用。●基性岩浆同化酸性的围岩时，岩浆向酸性变化。●酸性岩浆同化基性围岩时，岩浆向基性方向变化。●基性岩浆可以同化酸性围岩，但酸性岩浆难于同化基性围岩。（三）岩浆的混合作用岩浆的混合作用（Magmamixing）：是指由两种不同成分的岩浆以不同的比例混合产生一系列过渡类型的岩浆的作用。如冰岛熔岩是由玄武岩浆与流纹岩浆以不同比例混合的产物。一般认为，发生混合作用的岩石证据，主要是出现了矿物之间明显的不平衡现象，如两种成分差别较大的斜长石同时存在；斜长石或石英被辉石包裹等。四、主要类型岩浆岩的成因（一）超基性岩类的成因超基性岩的成因，一般认为有两种：1．玄武岩浆经分离结晶作用（主要是重力分异）形成。2．来自上地慢的橄榄岩浆直接结晶而成。（二）基性岩类的成因对大多数基性岩的成因，一般看法比较一致，认为是玄武岩浆直接结晶或者是它派生的产物。玄武岩浆则来自上地慢，由地慢岩经部分熔融而产生，其中难熔部分构成纯橄榄岩，易熔部分即形成玄武岩浆。（三）中性岩类的成因成因假说较多，主要有：1．中性岩中的闪长岩多数人认为属混杂成因，即由酸性岩浆同化混染了一些较基性岩石，或基性岩浆同化了一些硅铝物质而生成。2．有一些闪长岩位于基性岩的边缘，这可能是由于基性岩浆分异的结果。3．有些独立存在的小型闪长岩体，可能是原生岩浆分异后形成的派生岩浆侵入而形成。4．安山岩的成因，说法不一，目前比较流行的看法是规模较大分布广泛的安山岩的形成与板块俯冲带有关。1．岩浆派认为花岗岩是花岗岩浆冷凝结晶的产物。2．交代派则认为是在一定条件下，由存在于地壳中的一些岩石在固态下经过化学的和矿物的逐步交代而最后变为花岗岩。（四）酸性岩类的成因有两派对立的观点：（五）碱性岩类的成因碱性岩也有两种假说：1.碱性岩是岩浆分异作用形成的。2.碱性岩是由花岗岩浆同化钙质岩石并发生去硅作用而形成的。一、分类一般情况下，考虑岩石的基本特征（酸度、碱度、矿物成分）和产状两大因素。1.酸度岩石的酸度，是指岩石中含有SiO2的重量百分数。通常，SiO2含量高时，酸度也高；SiO2含量低时，酸度也低。而岩石酸度低时，说明它的基性程度比较高。根据酸度，也就是SiO2含量，可以把岩浆岩分成四个大类：超基性岩（SiO245%）基性岩（SiO245-53%）中性岩（SiO253-66%）酸性岩（SiO266%）岩浆岩总结2.碱度岩石的碱度即指岩石中碱的饱和程度，岩石的碱度与碱含量多少有一定关系。通常把Na2O+K2O的重量百分比之和，称为全碱含量。Na2O+K2O含量越高，岩石的碱度越大。Rittmann指数（σ）σ值越大，岩石的碱性程度越强。每一大类岩石都可以根据碱度大小划分出钙碱性、碱性和过碱性岩三种类型：钙碱性岩：σ3.3碱性岩：σ=3.3-9.0过碱性岩：σ93.矿物成分在岩浆岩中常见的一些矿物，它们的成分和含量由于岩石类型不同而随之发生有规律的变化。如石英、长石呈白色或肉红色,被称为浅色矿物；橄榄石、辉石、角闪石和云母呈暗绿色、暗褐色，被称为暗色矿物。通常，超基性岩中没有石英，长石也很少，主要由暗色矿物组成；而酸性岩中暗色矿物很少，主要由浅色矿物组成；基性岩和中性岩的矿物组成位于两者之间，浅色矿物和暗色矿物各占有一定的比例。4.产状根据产状，也就是根据岩石侵入到地下还是喷出到地表，岩浆岩又可以分为侵入岩和喷出岩。侵入岩根据形成深度的不同，又细分为深成岩和浅成岩。每个大类的侵入岩和喷出岩在化学成分上是一致的，但是由于形成环境不同，它们的结构和构造有明显的差别：深成岩位于地下深处，岩浆冷凝速度慢，岩石多为全晶质、矿物结晶颗粒也比较大，常常形成大的斑晶；浅成岩靠近地表，常具细粒结构和斑状结构；而喷出岩由于冷凝速度快，矿物来不及结晶，常形成隐晶质和玻璃质的岩石。根据上述原则，首先把岩浆岩按酸度分成四大类，然后再按碱度把每大类岩石分出几个岩类，它们就是构成岩浆岩大家族的主要成员。超基性岩大类：钙碱性系列的岩石是橄榄岩-苦橄岩类；偏碱性的岩石是含金刚石的金伯利岩；过碱性岩石为霓霞岩-霞石岩类和碳酸岩类。基性岩大类：钙碱性系列的岩石是辉长岩-玄武岩类；相应的碱性岩类是碱性辉长岩和碱性玄武岩。中性岩大类：钙碱性系列为闪长岩-安山岩类；碱性系列为正长岩-粗面岩类；过碱性岩石为霞石正长岩-响岩类。酸性岩类：主要为钙碱性系列的花岗岩-流纹岩类。二、特征1.超基性岩类在地表分布很少，是四大岩类中最小的一个分支，仅占岩浆岩总面积的0.4%。规模不大，常形成外观象透镜状、扁豆状的岩体，它们好象一串大小不同的珠子一样沿着一定方向延伸，断断续续排列，有时可以追索上千公里。颜色比较深，大部分都是黑灰色、墨绿色，比重也很大，一般都在3.0以上，因此很坚硬，常具致密块状构造。化学成分特征是酸度最低，SiO2含量小于45%；碱度也很低，一般情况下K2O+Na2O不足1%；但铁、镁含量高，通常FeO+Fe2O3在8-16%之间,MgO含量范围较宽，在12-46%之间。超基性岩基本上由暗色矿物组成，主要是橄榄石、辉石，二者含量可以超过70%。其次为角闪石和黑云母；不含石英，长石也很少。这类岩石最常见侵入岩是橄榄岩类，喷出岩是苦橄岩类。二、特征2.基性岩类岩石颜色比超基性岩浅，比重也稍小，一般在3左右。侵入岩很致密，喷出岩常具有