第三章火成岩

第三章火成岩岩石:是在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，它是构成地壳及地幔的主要物质。矿物组成：由一种矿物组成；多种矿物组成。如根据成因，岩石可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。第一节岩浆、岩浆作用和火成岩的概念1、火成岩由两类岩石组成：一类是岩浆作用形成的岩浆岩；另一类是非岩浆作用形成的，如花岗岩化作用形成的花岗岩。火成岩中以岩浆岩为主。岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65％。2、岩浆1）概念：岩浆是在地壳深处或上地慢天然形成的、富含挥发组分的高温粘稠的硅酸盐熔浆流体，它是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。2）存在位置：地壳深处或上地幔中；3）组成：一部分是以硅酸盐熔浆为主体；一部分是挥发组分。①硅酸盐熔浆在一定条件下凝固后形成各种岩浆岩，②挥发性组分主要是水蒸汽和其它气态物质。在岩浆上升、压力减小时可以从岩浆中逸出形成热水溶液，对于成矿往往起很重要作用。也有极少数岩浆是以碳酸盐和氧化物为主的。3）岩浆的化学成分若以氧化物表示，其主要成分是：Si02、A1203、MgO、FeO、Fe203、CaO、NaO、K20、H20等。其中以Si02的含量为最大。4）岩浆根据含有Si02的多少可分为酸性岩浆(SiO265％)、700--900℃中性岩浆(52--65％)、900--1000℃基性岩浆(45--52％)、1000--1200℃超基性岩浆(45％)、1200℃以上SiO2％温度粘性挥发组分压力流动性岩石酸性岩浆65％700--900℃大多大小酸性岩中性岩浆52--65％900--1000℃↓↓↓↓中性岩基性岩浆45--52％1000--1200℃基性岩超基性岩浆45％)1200℃以上小少小大超基性岩5）岩浆的成因：是由于局部物理化学条件发生变化(如压力减小、热能积累等)，从而导致部分固态原岩转变为熔融状态，形成岩浆。3、岩浆作用1）概念：岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程，称为岩浆作用。具有巨大的动能、热能和化学能2）岩浆作用：侵入作用，喷出作用。a.侵入作用：一种是岩浆上升到一定位置，由于上覆岩层的外压力大干岩浆的内压力，迫使岩浆停留在地壳之中冷凝而结晶。这种岩浆活动称侵入作用。侵入作用形成的岩石：岩浆在地下深处冷凝而成的岩石，称深成岩；在浅处冷凝而成的岩石，称浅成岩。二者统称侵入岩。b.喷出作用：另一种是岩浆冲破上覆岩层喷出地表，这种活动称喷出作用或火山活动。喷出作用形成的岩石：地表的岩浆在地表冷凝而成的岩石，称喷出岩(又称火山岩)。第二节喷出作用(火山作用)一、火山活动黑龙江省德都县五大连池共有14座火山，其中有两座火山——火烧山和老黑山，曾于康熙五十八年和五十九年(1719年和1720年)有过喷发活动，其事分别记载于《黑龙江外记》和《宁古塔记略》中。书中说：“一日地中忽出火，石块飞腾，声振四野。“烟火冲天，其声如雷，昼夜不绝，声闻五六十里，……热气逼人三十余里。”由于这次喷发，熔岩堵塞了附近的白河河道，形成了五个湖泊，故称为五大连池。目前，五大连池地区已划为国家自然保护区，有“火山博物馆”之称。1951年5月27日，在新疆手田东苏巴什以南的昆仑山克里雅河附近曾有一次火山喷发活动。1980年7月7日，台湾屏东县鲤鱼山火山曾经爆发。根据活动情况的火山分类：活火山——现在尚在活动或周期性不断活动的火山；休眠火山——有史以来曾经活动，但长期以来处于静止状态的火山；死火山——史前曾经喷发，但有史以来未活动的火山。说明：这种分法是相对的，而不是绝对的。过去曾被认为是一座不活动的火山会重新喷发，一些从来没有过火山活动的地方，也会产生新的火山。但火山活动的规模、强度和类型往往发生变化，随着地球的演化和地壳的加厚，火山活动有逐渐减弱的趋势。二、火山构造火山构造或称火山机构，包括火山通道、火山锥、火山口等。(一)火山通道火山通道：是岩浆由地下上升的通道。这种通道既可以是许多条断裂裂隙；或由若干条断裂交会而成的管状通道，称为火山管。岩颈：火山通道在火山喷发以后往往被熔岩或碎屑堵塞起来，如果地表遭受风化，填充火山管的物质可以凸起形成峻拔山峰，也可相对凹下(视其岩性软硬而定)，这种填充和形成于火山管的岩石称为岩颈。(二)火山锥火山锥：火山喷出物大部分在火山口周围堆积下来，一般呈圆锥形。典型的火山锥，其上半部坡度较陡，可达30--40°，下部则逐渐平缓。火山锥的类型：层状火山锥、盾状火山、寄生火山锥。(三)火山口火山口：位于火山锥顶部或其旁侧的漏斗形喷口，称为火山口。破火口：火山经过多次爆发，火山口不断碎裂扩大，或由地下岩浆冷却收缩，不断塌陷，可以形成巨大的火山口，称为破火口。火口原：破火口，好象一个小盆地或小平原，称为火口原。火口湖：火山口中积水成湖叫火口湖。三、火山喷发物火山爆发过程中火山喷发物的一般顺序：冲开出口→黑色气体烟柱→岩石碎屑及熔岩物质→熔浆→气体或温泉。(一)气体喷发物(火山气体)火山气体成分中以水汽为最多，一般占气体总体积的60-90％，此外还有H2S，SO2，C02，HF，HCl，NaCl，NH4Cl等。早期高温阶段，HCl等气体较多；晚期则富含S02、CO2等成分，这种规律可以作为火山预测的一种依据。火山气体的积累会引起爆炸，破口喷射，形成灼热烟柱或气团。火山喷气可以升华出硫黄、钠盐、钾盐等矿产。(二)固体喷发物(火山碎屑物质)火山碎屑物质：随着气体爆炸由火山口喷射到空中的大小岩石碎块和由熔浆凝固而成的碎块，总称为火山碎屑物质。火山碎屑物按其大小和形状等的分类：1．火山灰：包括火山爆发时被崩碎的细小岩捐和凝固熔浆的细小浆屑，其直径一般小于0.01mm；比之更细的叫火山尘；比之稍粗但不大于2mm的叫火山砂。火山灰很轻，可以升到高空进入平流层，在更大范围扩散，长期不落。2．火山砾粒径为2-100mm的火山碎屑叫火山砾；大于100mm者叫火山块。3．火山渣一般指火山喷发时由被抛到空中去的熔浆凝固而成的熔渣，多具气孔及尖锐棱角，从砂粒到核桃般大小或更大。4．火山弹是由熔浆以高速喷向空中发生旋转、扭曲而形成的具有一定形状的块体，大小可从数cm到数m，形状多为纺锤形(图3—7)、梨形、扭曲形以及扁平状(落地时尚未完全凝固时可摔成扁平状)。火山碎屑岩：上述各类火山碎屑物质经胶结、压固等作用可形成各种火山碎屑岩。(三)液体喷发物(熔浆)熔浆：喷出地表的岩浆，其中挥发成分大量逸出，称为熔浆。熔岩：熔浆冷凝后称为熔岩。熔浆的流速决定于它的粘度、温度及地面的坡度，大约2—8m／s。一般是基性熔浆因粘性小，温度高，故流速大；酸性熔浆因粘性大，温度低，故流速小。如果熔浆成分相同，则其流速决定于地面坡度。火山岩(喷出岩)：熔浆在流动过程中，温度逐渐降低，粘性加大，流速越来越小，最后凝固成为火山岩(喷出岩)。熔岩的类型：块状熔岩：较酸性的熔浆，凝固较快，首先是其表层很快凝成一层厚壳，而其下面熔浆却仍在流动，常使上层厚壳分裂成大大小小的岩块，这种熔岩称为块状熔岩。波状熔岩：较基性的熔浆凝固较慢，其表面往往先凝成一层塑性薄壳，而其下部熔浆尚在流动，常使表皮形成波浪起伏状，这种熔岩称为波状熔岩。绳状熔岩：有时载运波状皮壳的熔浆，因流经的地形陡缓不同，各部位的流速不一致，常使尚未完全凝固的波状皮壳向前翻卷，将皱纹拧成绳索状，这种熔岩称为绳状熔岩。枕状熔岩：海底喷发的炽热基性熔浆，因与海水接触，使蒸汽压剧增，导致熔浆分裂成大小不等的块体，并在蒸汽包围中向前滚动，形成椭球状或枕状块体，这种熔岩称为枕状熔岩。熔岩瀑：熔浆流动过程中，在地形变化的地方急剧下流，冷却后形成熔岩瀑布。熔岩锥(或叫熔岩穹）：熔浆流出地面，因熔浆成分不同，地形条件不一样，可形成不同形状不同规模的岩体。酸性熔浆流不甚远，常形成短厚的熔岩锥(或叫熔岩穹)。熔岩流：基性熔岩往往沿着山坡或沟谷流动，呈狭长带状，前端散开或扩大，有如舌状，长可达数十公里，称为熔岩流(图3一¨1)。熔岩被：如果基性熔岩沿地壳裂隙喷出，而地形又比较平缓，常四处漫溢，覆盖较大的面积，称为熔岩被。熔岩台地：当喷发次数多，喷发量大，可以由熔岩构成表面较平缓的台地，称为熔岩台地。如东北长白山区新生代的玄武岩台地，分布面积约5000多km2。印度德干高原为有名的玄武岩台地，面积达50多万km。，厚度可达l800m。火山活动与喷气泉、温泉、间歇泉：在岩浆活动过程中，从岩浆中不断析出水蒸汽，并沿裂隙升出地面，可以形成喷气泉或温泉、间歇泉。冰岛和美国的间歇泉都很有名。我国西藏也发现了很多间歇泉。四、火山喷发类型火山喷发可以分为两个基本类型：裂隙式喷发和中心式喷发，后者又有爆烈、宁静等之分。火山喷发类型决定因素：，地壳的厚薄、岩浆的成分(包括酸性与基性、水汽及挥发成分含量、粘度、温度等)、地下岩浆库内的压力、火山通道的形状以及海底喷发和大陆喷发条件等。(一)裂隙式喷发火山通道：地壳中狭长线状深断裂，喷发方式：一般没有爆炸现象，流出的主要为基性玄武岩熔浆。喷发结果：形成厚度相当稳定、覆盖面积很大的熔岩被，火山碎屑物较少。活动时期与范围：在地质历史时期，由于大陆壳较薄或比较活动，曾有过多次裂隙喷发活动。目前这种喷发形式在大陆上已不多见，但在大洋中脊却非常普遍。冰岛正好位于大西洋中脊之上，所以在冰岛当前还能看到裂隙式喷发活动(图3一l3j，因此这种喷发类型又称为冰岛式喷发类型。(二)中心式喷发火山通道：岩浆沿着一定的管形通道喷出地表，熔岩覆盖面积较小。这是现代火山活动最主要的类型。按照喷发的剧烈程度又可略分为宁静式、斯特龙博利式和爆烈式等几种。1．宁静式喷发型以基性熔浆(玄武岩)喷发为主，熔浆温度较高，气体较少，不爆炸，因此少有固体喷发物，常常形成底座很大、坡度平缓的盾形火山锥(图3—14)，以夏威夷诸火山为代表，故又称夏威夷式喷发类型。2．斯特龙博利式喷发型属于宁静式与爆烈式之间的喷发型，以中、基性熔浆喷发为主，并有一定的爆炸力。当火山爆发时可以把未凝固的熔岩抛上空中，并旋转形成纺锤形或螺旋形火山弹，但因爆炸力小，一般没有火山灰。这种喷发以斯特龙博利火山为代表。斯特龙博利火山(928m)位于意大利西西里岛北部利帕里群岛中，火山锥较陡。熔岩偏基性，一次喷发完了，堵塞在火山管中的熔岩还未凝固，下面又聚集了大量气体，冲开火山管中的熔岩，再次爆发，大约每隔2-3分钟即喷发一次。夜间在150km外可见到闪闪红光，故有“地中海的灯塔”之称。3．爆烈式喷发型大都以中酸性熔浆喷发为主，含气体多，爆炸力强，经常形成大量的火山碎屑特别是火山灰。属于这种喷发的火山很多，如意大利维苏威火山、印度尼西亚喀拉喀托火山、西印度群岛培雷火山，以及美国圣海伦斯st．Helells火山等。关于火山活动的形式可以总结如下几点：1）首先，火山喷发强度主要决定于内因，即岩浆成分，基性岩浆以宁静式喷发为主，酸性岩浆以爆烈式喷发为主。2）其次，火山碎屑物的有无和多少是判断火山活动(包括地质时代的)类型的重要依据。爆炸指数=火山碎屑物数量/全部火山喷出物数量E值越大，表示爆炸性越高；反之，则越低。因此，凡是有大量火山碎屑物特别是火山灰的火山，都是爆烈式火山；相反，只有熔岩流而根本没有或只有少量火山碎屑物者，大多是宁静式火山。三）火山活动对人类的影响1、它给人类带来严重灾害。2、给人类以矿产、肥沃土壤和有待开发的热源。3、人类对火山的研究：间接推测为主，已开始利用机器人深入火山口直接测试各种数据。如1994年美国航天局利用机器人，深入阿拉斯加斯珀(活火山，1993年曾两次喷发)火山口198m探处，随身携带3个传感器采集气体样品，并摄下了有关图像，传回有价值的科学信息。相信人类迟早会进一步揭开火山活动的奥秘。五、近代火山分布规律全世界大约有2000座死火山，516座活火山(据FM．巴拉德)，大体呈带状分布(图3—16)：(一)环太平洋火山带已知有319座活火山，占世界活火山总数的62％。又分为东西两个大带。其中西带(从阿拉斯加起，经阿留申群岛、勘察加半岛、千岛群岛、日本群岛、我国台湾、菲律宾群岛、印度尼西亚诸岛，直到新西兰岛)