高级岩浆岩岩石学 第一章 绪论

IgneousPetrology授课教员：马昌前教授[e-mail]火成岩岩石学岩石构成了地球内部乃至其他天体的固体部分，它记录了过去发生的地质事件，提供了地球和行星历史的资料。对岩石的性质、成分、成因和历史的理解就成为认识地球历史的关键。第一章绪论：岩石分布和野外关系是天然产出的，由一种或多种矿物颗粒、火山玻璃和生物遗骸等构成的固态集合体。判断：石油方解石水泥陨石花岗岩rocks一、岩石与岩石学野外地质：野外关系岩相学：结构、构造、矿物成分岩石化学：岩石化学成分岩石物理：岩石的物理性质岩石成因：岩石形成条件和机理（含实验岩石学研究）岩石大地构造和地球动力学：对构造背景、地球深部组成和过程的指示意义岩石学过程的资源环境效应：与金属成矿作用和油气成藏的关系，非金属矿产，火山灾害等岩石学Petrologypetros+logos=studyofrocks法国SaintGoussaut花岗岩体深部形态的地球物理勘察（Ameglio&Vigneresse,1999)•火成岩（Igneousrocks）—岩浆冷凝、固结而成（又称岩浆岩，Magmaticrocks)，包括侵入岩和喷出岩（火山岩）•沉积岩（Sedimentaryrocks）—由水、风、冰川等介质搬运的岩石碎屑或生物遗骸累积石化而成•变质岩（Metamorphicrocks）—由于温度、压力等的变化而使先前的岩石（岩浆岩、沉积岩）改变而成（正、副变质岩ortho-metamorphicvspara-metamorphic）三大类岩石与岩石循环火成论的倡导者岩石循环(therockrecycle)火成岩沉积岩变质岩•岩石循环（therockcycle):三大类岩石的相互转换二、地球内部的岩石与深部过程大洋壳厚度:10km地层相对均一=蛇绿岩套（ophiolitesuite）:•Sediments•pillowbasalt•sheeteddikes•moremassivegabbro•ultramafic(mantle)大陆壳厚度较大:20-75km平均~35km成分变化大：平均成分相当于花岗闪长岩地球内部的岩石地幔：橄榄岩Peridotite(ultramafic)MajorsubdivisionsoftheEarth.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.地核:铁镍合金外核：液态内核：固态岩石在地壳中的分布沉积岩7.9%变质岩27.4%岩浆岩64.7%花岗岩10.4%闪长岩花岗闪长岩11.2%正长岩0.4%玄武岩、辉长岩角闪岩、榴辉岩42.5%橄榄岩0.2%与岩石圈板块运动的关系:夏威夷火山链的例子•MantleHotSpotVolcano•SeeKehew,3-8Hawaii10.312.020.6Midway27.219.943.442.448.155.256.259.60-5夏威夷火山链•火山岛年龄（Ma)A.L.Wegener(1880-1930)的大陆漂移思想和后来的板块构造学说可从火成岩上提供证据例如：白垩世，南美与非洲大陆分离，大西洋开始打开的证据相似的化石巴西和纳米比亚海岸地层比较（两侧都可对比的135－130Ma双峰式火山岩—酸性火山岩和大陆溢流玄武岩是南大西洋最初开始裂解的标志）（Milneretal.,1995,JournalofVolcanologyandGeothermalresearch,69:137-157)玄武岩石英粗面岩相似的火山岩组合三、岩浆作用与社会1、金属成矿作用2、火成岩与油气藏3、非金属矿产和宝玉石4、火山地质灾害（引自周新民）岩浆活动使周缘断裂活动加强或产生新断裂、劈理、节理以及其它构造裂缝并连通先前存在的孔缝，改善围岩储渗性能火成岩与油气的关系松辽盆地渤海湾盆地鄂尔多斯盆地四川盆地二连盆地准噶尔盆地塔里木盆地热促进油气生成和储层的储集性能，致密岩石作为盖层；多孔火山岩和裂缝发育的火成岩作为储层维苏威（Vesuvius）火山是欧洲大陆唯一的活火山，它最著名的一次喷发发生在公元79年八月二十四日，当时古罗马的赫库兰尼姆（Herculaneum）和庞培（Pompeii）两镇被毁灭，仅庞培城，死亡就近2万人.火山灾害庞培废墟与维苏威火山火山的全球分布世界范围内大约有1500座火山，主要分布于环太平洋和洋中脊我国的活动火山吉林长白山天池火山；云南腾冲火山；黑龙江五大连池火山等。最近一次喷发发生在距今200-300年前。目前具有潜在喷发危险。我国火山监测台网分布图四、岩浆的产生和性质在俯冲带地幔和地壳的部分熔融与岩浆产生（一）岩浆的产生（二）岩浆和熔体的性质岩浆:熔体+晶体+气体.•熔体:硅酸盐成分为主，温度800-1300оС,压力103-10-1MPa,粘度102-1012Pa•s,密度2.2g/cm3（流纹岩）－2.8g/cm3（玄武岩）.•晶体:大小10-7-10-1m,数量密度可达1017m-3,含量可达95%，但一般含量大于25％岩浆流动性差.•气体:H2O-60-95,CO2-0-35%,质量分数0.1-7%.特性:高粘度,且粘度与化学成分、温度和挥发份有关，岩浆的上升和侵位运动受岩浆性质和地壳环境控制（压力差、密度差）岩浆相-I单相系统（岩浆＝熔体）二相系统（岩浆＝熔体＋气泡）岩浆相-II二相系统（岩浆＝熔体＋橄榄石晶体）二相系统（岩浆＝两种成分不同的不混熔熔体）四相系统（岩浆＝熔体＋气泡两种晶体）常见火山岩的喷发温度（岩浆温度）岩石类型温度（C）流纹岩700－900英安岩800－1100安山岩950－1200玄武岩1000－1250典型粘度值(Pas)水0.01甘油1玄武岩熔体100安山岩熔体104湿流纹岩熔体(5%H2O)105干流纹岩熔体(800oC)1011地幔软流圈物质1018岩浆粘度影响因素：化学成分和熔体结构：SiO2含量越高，粘度越大；温度：温度高，粘度低水含量：含量高，粘度低晶体含量：含量高，粘度低密度与成分和温度Silicatemeltviscosity成网阳离子高，粘度大变网阳离子高，粘度小成分、温度和水含量的影响compositionandtemperatureWaterinrhyoliteArrheniuslaw=oexp{E/RT}E=activationenergy(Joulesmole–1)R=gascontent(JoulesK–1mole–1)T=temperature(K)o=pre-exponentialconstant(Pas)晶体含量的影响Einstein-RoscoeEquation=l(1-cX)-2.5l=meltviscosityc=coefficient(1.67usedformagmas)X=volumefractionofcrystals硅酸盐熔体的解聚作用DepolymerizationofSilicateMelts五、岩浆岩的野外关系花岗岩侵入变沉积岩－围岩Fig3.12,3.13岩浆喷出地表或从火山口涌出——火山岩（喷出岩）（包括熔岩和火山碎屑岩）岩浆在地表以下深处冷凝结晶——侵入岩（深成岩、浅成岩）两类岩石的差别，核心是由岩浆冷凝快慢的差别形成的快速冷却缓慢冷却课后作业：总结火山岩和侵入岩在野外关系、结构构造和矿物成分等方面的差别DykeTransportv=(dP/dz)w2/12visvelocitywishalfwidth(0.5-1m)isviscositydP/dzispressuregradientQ=(dP/dz)Lw3/12QisflowrateLisdykebreadthdP=Pc–rmgZPcischamberpressure(1-10MPa)rmismagmadensity(2700)Zisdepthtosource(5-10km)Basaltv~1m/s为什么有的侵入，有的喷出？侵位深度岩浆冷却位置地下野外特征侵入岩地表喷出岩与围岩的接触关系整合侵入体不整合侵入体侵入体形态和大小岩基、岩株、岩盆、岩盖、岩床、岩墙等浅成相中深成相深成相陆相火山岩海相火山岩熔岩流、火山锥、火山颈、次火山岩、火山－沉积岩等火成岩的野外关系分类1．侵入岩(intrusiverocks)的野外关系（产状）（1）整合侵入体与不整合侵入体(2）据岩体的形态大小分为：岩基(Batholith)：面积大于100km2，可达数万km2，大岩基多为花岗质岩体岩株(stock)：面积小于100km2的侵入体，岩株边缘常有一些不规则的树枝状岩体冲入围岩中，被称为岩枝岩床(sill)：又称岩席，是厚薄均匀、近水平产出的整合的板状侵入体岩墙(dike)：是一种厚度稳定，近于直立的不整合的板状侵入体，长为宽的几十倍甚至几千倍，厚度一般为几十cm到几十m岩盆(lopolith)：为中央略微下凹，呈盆状的整合侵入体。厚度与直径之比大致为1:10—1:20岩盖(laccolith)：为一种蘑菇状的整合侵入体火成岩产状示意图3_17出露的岩基岩基岩墙岩盆岩盖岩床捕虏体整合侵入体不整合侵入体岩株2.喷出岩(extrusiverock)的野外产状A．火山锥(volcaniccone)：由熔岩和火山碎屑岩组成，中心为火山口(volcanicvent)或破火山口(caldera)火山碎屑锥(cindercone)：以爆发为主时，堆积物以火山碎屑岩为主，这类喷发作用以粘度大、挥发组分含量高的酸性岩浆常见混合锥(mixedcone)：以爆发与宁静式相间喷发时，火山碎屑物质约占30—50％，熔岩与碎屑在火口处混合堆积熔岩锥(lavacone)：主要由熔岩组成，火山碎屑物10%，原始坡度2－10°，呈盾形，又称盾(形)火山(shieldcone)熔岩锥火山锥B．熔岩流(lavaflow)：岩浆以较平静的溢流方式喷出地表，喷发物多为粘度较小的超基性到中性的岩浆，酸性者少见。溢流出的岩浆可形成面状的熔岩被、熔岩台地、线状的熔岩流C．岩钟、岩针、岩穹(volcanicdome)：多以侵出的方式喷出。粘度较大、缺少挥发组分、失去流动性的中酸性和碱性熔岩火山活动的晚期形成这类产状D.火山颈(volcanicneck)：是火山锥被剥蚀后，出露的火山管道中的充填物。火山颈在浅部一般直径较大，向深处缩小，上部喇叭状，中部筒状，下部墙状。充填物多为火山碎屑岩、熔岩，碎屑熔岩、熔结火山碎屑岩等。熔岩流岩钟岩针火山颈火山的大小火山爆发指数（VolcanicExplosivityIndex，VEI）,是衡量火山爆发强度的参数，其中包括了喷发物体积、喷发柱高度、火山持续时间等因素.（afterBillMenke,2005,)小结1、岩石与岩石学2、地球内部岩石与深部过程3、岩浆作用与社会4、岩浆的产生和性质5、岩浆岩的野外关系（侵入岩与火山岩不同的形成条件和识别标志）本课程安排（40学时，实习20）1、绪论：岩石分布和野外关系（讲2学时）2、火成岩的结构构造（讲2，实习2）3、火成岩的成分和分类（讲2）4、超镁铁质－镁铁质侵入岩（讲2）5、花岗岩及相关岩类（讲2）6、玄武岩类（讲2）7、中酸性熔岩及火山碎屑岩类（讲2）8、典型岩浆岩观察描述（实习28次）9、岩浆岩综合实习（实习2）10、岩浆起源和演化（讲2）11、火成岩与板块构造环境（讲2）12、考试学习材料1、路凤香桑隆康主编，岩石学，地质出版社，20022、桑隆康等，岩石学实验指导书，中国地质大学出版社，20053、造岩矿物学4、国外教材5、有关岩石学的期刊杂志总结三大类岩石的识别标志岩类火成岩沉积岩变质岩野外特征（教材p.2)结构构造矿物特征