第七章岩浆作用与变质作用

第七章岩浆作用与变质作用第一节岩浆作用与岩浆岩目的要求岩浆作用是地球内部物质运动变化的一种重要方式。实质上，岩浆作用就是液态的岩浆与固态的岩石之间的矛盾发展过程。在一定的条件下，液态的岩浆转化为固态的岩石，这就是矛盾的暂时统一。我们之所以讨论岩浆作用，研究它的基本规律，目的是为了寻找和开发与岩浆作用有关的矿产资源和热力资源，并为进一步学习专门性理论奠定基础。课时：2学时授课内容一、岩浆作用的概念二、喷出作用o（一）火山喷发现象与喷发类型o（二）火山喷出作用的产物三、侵入作用o（一）深成侵入体o（二）浅成侵入体四、岩浆岩o（一）岩浆岩的结构构造o（二）岩浆岩的矿物成分o（三）岩浆岩的颜色o（四）岩浆岩的分类和分类表的应用重点1.在课时有限的情况下，讲授重点应放在岩浆作用的基本概念上，如什么是岩浆作用；岩浆的主要成分；岩浆在地下所处的环境和状态；岩浆为什么活动；它侵入地壳或喷出地表会形成什么岩石。2.人们如何着手对岩浆进行研究。3.岩浆侵入作用和喷出作用的表现特征和产物。搬运作用的方式及不同营力搬运作用的特点是本节的重点。难点本节课的难点在如何简要归述岩浆的演化和岩浆作用的时空规律。教学方法本节课用多媒体以讲解为主，叙述为辅进行讲授。讲授重点内容提要一、岩浆作用的概念人们是如何着手对地下深处的岩浆作用进行研究的呢？主要从两方面着手：一是实地考察近代火山现象，研究历史资料。二是从已经形成的岩浆岩着手去查明岩浆作用的规律。o（一）岩浆的主要成分根据现代火山喷溢而出的熔岩得知，硅酸盐是岩浆的主要成分。其中SiO2的含量在80—30%之间；金属氧化物如Ai2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O等占20—60%。其它如重金属、有色金属、稀有金属及放射性元素等，它们的总量不超过5%。此外，岩浆中还含有一些挥发性组分，其中主要是H2O、CO2、H2S、F、Cl等。o（二）岩浆（magma）岩浆在地下的温度可能达1300℃左右，压力达数千个大气压。所以岩浆是一种处在高温高压下的，富含挥发组分而且成分复杂的硅酸盐熔融体。一般认为，岩浆发源于上地幔软流圈中，或地壳的深部，由于岩浆体处在高温高压下，因此它在地下深处很可能是一种粘度极高的潜柔状态，而且它所处的地下环境是平衡的。一旦由于某种原因，例如岩石中出现裂缝，局部地区压力降低，潜柔体所处的平衡环境受到破坏时，过热的潜柔体就会变成液体，体积膨胀，岩浆就会沿地表的软弱地带贯入地壳中。首先，把热传导给围岩，这样岩浆热就随岩浆上升逐渐散失。同时岩浆也不断改变自身的化学成分和物理性质，也导致围岩发生变质。岩浆从运动到冷却的全过程，统称为岩浆作用（magmatism）。当岩浆侵入到地壳中，就叫侵入作用。冷凝形成的岩石叫侵入岩（intrusiverock）。如果岩浆直接喷出到地表或者喷射到空中，则叫喷出作用或火山作用。喷出地表的岩浆叫熔岩，熔岩冷凝而成的岩石叫喷出岩或火山岩（volcanicrock）。二、喷出作用（eruption）或火山作用（volcanism）o（一）火山喷出情景自古以来，人们就知道火山的存在。但很多人以为，火山就是地下起火之山，其实火山并没有什么物质在燃烧。1719—1721年，我国黑龙江省德都县境内，发生了一次规模巨大的火山喷发，吴振臣在《宁古塔纪略》中写到：“…于康熙五十九年六、七月间，忽烟火冲天，飞石如雷，昼夜不绝，声闻五、六十里，飞出者皆为墨石、硫磺之类，经年不断，热气逼人三十余里”。今天的五大莲池，就是当时熔岩堵塞河道而形成的。公元79年，意大利威苏维火山爆发时，喷出的火山碎屑淹没了古罗马的名城厐培。火山灰厚达7m，高温的火山灰将埋没物化为灰尽，而今还留下了原物的铸模。就现在可知，世界上爆发猛烈的火山之一是印尼的克拉克托火山。1883年8月26日一次爆发，喷出的火山灰和气体射入空中7—8km，并将原火山锥炸掉而形成一个300m的深坑，四周海水一涌而去，激起了30多米高的海浪。从火山喷出物可以看出，根本不是什么物质在燃烧，而且火山也并不一定是山，常常形成洼地。火山喷发也有比较“温和”的。如太平洋上的基洛瓦火山和大西洋冰岛上的拉基火山,前者是一个平静溢出的熔岩湖；后者是顺裂隙流出的熔岩流。为什么它们不爆炸呢？是因为流出的熔岩粘度小，流速快，火山喉管不易堵塞之故。不同营力的搬运作用特点o（二）火山喷发物火山喷发物不外乎三种，即气体、液体和固体。1.气体物质主要是水蒸气，占60—90%，此外是NaCl、KCl、FeCl3、HCl、H2CO3、NH4Cl、H2S、CO2等。我们把气体喷出的孔道叫喷气孔。据研究，喷出的气体成分与温度有关，从500℃以上—1000℃以下依次喷出的气体是：干气孔，喷出NaCl、KCl、FeCl3酸气孔，喷出HCl、H2CO3；碱气孔，喷出NH4Cl、H2S；冷气孔，喷出H2O、CO2。研究火山口附近的喷气孔，可以帮助我们监视判断火山活动的动向（发展、衰亡）。另外还可以获得具有工业价值的氧化合物S、NaCl、KCl、AsCl等。2.液体喷发物主要指喷溢出的熔岩。根据SiO2的含量，熔岩分酸性和基性两种。i.基性熔岩一般温度高（1000°—1200°），粘性小，流动快，冷却后熔岩表面常形成波状或扭曲似绳状，称为波状熔岩和绳状熔岩（pahoehoe）。当熔岩表面破碎，成棱角状碎块并杂乱堆积，叫渣块状熔岩（blocklava）。如果熔岩逐渐散热而冷凝固结，其表面就形成无数收缩中心，当岩石结构均匀时，收缩中心将成等距离排列。在垂直收缩中心的延伸方向上因张力作用而产生裂缝，其横切面常为六边形。随着熔岩进一步冷凝，六边形裂缝终将整个熔岩层切割成无数的六方柱体。在发育不理想时也可以形成四方柱、五方柱等等。如果是海底喷发，则形成枕状熔岩（pillowlava）。这是熔岩在水中发生快速淬火冷凝时，表面形成具有空隙的硬壳，壳内熔岩从许多空隙中挤出又迅速冷凝，于是无数的小岩流便形成一个个肾状、枕状的岩体，称枕状熔岩（图7-1、7-2）。图7-1枕状熔岩7-2玄武岩的柱状节理ii.酸性熔岩一般温度较低（800°—1000°），粘度大、气体多，流动慢，熔岩冷凝后顶部多气孔，下部成块状。不论那种熔岩，当数量大时，均可堆积成熔岩被、熔岩塬。在陡坎处还可形成熔岩瀑布，如第三纪的熔岩几乎掩盖了整个东北南部。3.固体物质火山喷出的固体物质统称为火山碎屑（pyroclast）。它可以是爆炸的岩块，也可以是喷射到空中的熔岩冷却物，常成纺锤状、梨状或麻花状，统称为火山弹（volcanicbomb）。它们的形状是熔岩喷射到空中旋转冷凝的结果。如果熔岩在地表温压急剧减小，气体大量逸出而出现众多气孔，叫浮岩（pumice）。火山碎屑的分布规律是，愈远离火山口，散落物愈细，沉积物愈薄，且成环状分布，显示了火山口的位置。o（三）火山的喷发方式（火山喷发的类型）火山喷发方式一般有三种：熔透式、裂隙式及中心式。熔透式是指岩浆熔透地壳而流出地表，这种方式的熔岩规模大，分布广，其外形象盾形。一般多出现在地壳发展的初期，即地壳还很薄的时候，现在无此类型。裂隙式是指岩浆从裂隙中涌出，熔岩分布呈长条形（串珠状盾形锥），叫线状喷发。如冰岛的拉基火山就是如此。中心式是现代火山的主要类型。喷出围绕一个中心，通过一个火山喉管，常在地壳裂隙的交叉点上喷发，一般范围不大，易形成火山锥（图7-3）。图7-3火山锥示意图三、侵入作用（intrusion）岩浆的侵入作用表现为机械挤入和热力熔化围岩两种形式。o（一）机械挤入围岩所谓机械挤入围岩，就是岩浆凭借它的高压，侵入围岩的层面、断裂面中，冷凝成各种产状的侵入体。如果岩浆沿层面、片理面挤入，与围岩产状一致的，叫谐和侵入体，如岩盆（lopolith）、岩盘（laceolith）、岩床（sill）、岩鞍。如果沿岩层裂隙挤入，就叫不谐和侵入体，如岩墙、岩脉（dyke）等。以上统称浅成侵入体，这是地壳上部岩层破裂发育的结果。这种作用叫浅成侵入作用。形成的岩石叫浅成岩（hypabyssalrock）。o（二）热力熔化围岩属于熔化围岩而占领空间的叫深成侵入作用，一般在3—6km以下。由深成侵入作用形成的侵入体叫深成侵入体，这种侵入体如岩基、岩株。它们与围岩产状多不一致，故称不谐和侵入体。它们形成的岩石叫深成岩（hypogenerock）。四、岩浆作用的时空规律o（一）火山作用的时空规律在古生代以前，地壳形成的早期，主要出现熔透式的火山喷发；古生代以来主要表现为裂隙式喷发；而现代则以中心式喷发为主，最多也是断裂带上的串珠状中心式喷发。在海底，目前是裂隙式喷发和中心式喷发共存。其发展的总趋势是：从熔透式到裂隙式到中心式，火山规模逐渐变小，但爆发强度增大。在空间分布上很不均匀，多成群、线分布，主要集中在三个带上，即太平洋洋岸带，地中海——印尼带及洋脊海山带。目前我国发现600多座火山，但绝大多数是新第三纪以来的死火山，主要分布在环内蒙高原的黑龙江、吉林、内蒙及晋北地区，环西藏高原的云南、新疆以及邻太平洋的长白山、江苏、浙江、台湾、雷州半岛及海南岛地区。o（二）侵入作用的时空演化规律根据观察，侵入作用总是受区域性构造运动的控制。巨大的侵入体大多分布在大陆新老褶皱带（山系）的中央部位，走向与褶皱轴向一致，如秦岭、祁连山、美国的科迪勒拉山等，山脉的中央以后都被巨大的岩体所占。而小型侵入体则受区域性断裂控制。在每次构造运动中，早期侵入的多以基性岩体为主，逐渐过渡到晚期的中酸性岩体为主，最后以巨大的花岗岩侵入而告终。大洋地壳底部的岩浆成分与大陆褶皱山系中央岩体的成分有所区别，前者以玄武岩为主，后者以花岗岩为主。o（三）最后在简述岩浆作用的演化时，主要是给学生一个系统概念。岩浆作用的演化1.岩浆源自然界岩浆岩种类很多，这是不是也意味着岩浆也是多样的呢？一般认为，地球内并不存在多样的原始岩浆，而是地幔顶部局部地区因温度升高或压力减小，而使地内物质转变为熔融体，这就是所谓原始岩浆。2.岩浆演化对岩浆的起源虽然解释多样化，但岩浆的演化是客观存在的。岩浆演化主要表现在同化混染作用、分异作用、伟晶作用和气液作用等方面。很清楚，岩浆作用的过程，实质上就是岩浆的逐渐冷凝过程。当岩浆一出现与围岩接触，它马上凭借自己的高温（1200℃以上）融化围岩，占领空间，使围岩成分加入到岩浆中去，叫同化作用(assimilation)。而岩浆中因加入围岩成分而产生变化叫混染作用（contamination）。它们是同时进行的，统称为同化混染作用。当然，基性岩浆同化酸性围岩，那么岩浆的基性程度就会降低。同样同化了石灰岩，岩浆的钙质成分就要增加。同化混染作用的结果是：1.岩浆成分不断改变而复杂化；2.岩浆借此而不断扩大空间；只有当温度下降到一定限度时，这种作用才会停止。分异作用（differentiation）就是成分均一的岩浆分化成几种不同成分的岩浆的过程。分异作用恰与同化作用相反，这一过程进行越持久，岩浆的成分就越简单。一般说来，引起岩浆分异作用的原因有二：一是重力作用，当岩浆的温度还很高时（1200℃±），岩浆中的各种组分都处在熔融状态，这时重的成分下沉，轻的成分上升（如下部为基性、超基性岩浆，上部为酸性岩浆，底部为比重更大的金属硫化物岩浆）。这种在重力支配下的分异叫熔离分异作用或液态分异作用。二是结晶作用，当岩浆温度降低到1100℃上下时，其中的不同组分开始先后结晶而形成基性岩，辉长岩逐渐过渡到酸性矿物结晶，而形成酸性岩，如花岗岩等。这里必须说明矿物的结晶顺序不仅与熔点有关，同时与压力大小，成分比例等均有关系。当温度降到800°—500℃时，在分异剩下的残浆中，因挥发分相对集中，降低了岩浆的粘度，增强了岩浆的活动性，延缓了岩浆的冷凝速度，有助于结晶的成长。所以侵入到围岩裂隙中的残浆形成巨大的晶体，称为伟晶作用，形成的岩石叫伟晶岩，它常以脉状产出。当温度降到500°—100℃时，岩浆物质基本冷凝，但其中一些化学活动性强的气液继续渗入围岩裂隙，与围岩发生化学作用，并将携带的盐类沉淀下来，这种作用叫气液作用。