岩石学复习资料

岩石学教案（火成岩部分）第一章岩浆（magma）和岩浆作用（magmatism）1、岩浆的概念：岩浆是天然形成于地壳深部和上地幔的、以硅酸盐为主要成分的、富含挥发份的、高温粘稠的熔融体。岩浆的概念指出了岩浆形成的天然属性、化学属性和物理属性。2、硅酸盐岩浆的化学成分：（1）、常量元素：O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Mn、Ti、P、H、C等，其中O最多。在岩浆结晶过程中这些元素相互结合，组成各种矿物。岩浆的主要化学成分通常以氧化物形式来表示：如SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5、H2O、CO2等。但实际上在岩浆中这些元素并非以氧化物形式存在，而多是呈离子、原子或离子团的形式存在，如：Mg2＋、Na+、[SiO4]4-。硅酸盐岩浆化学成分以SiO2含量最多，举例说明岩浆中SiO2的含量与其它氧化物之间存在一定的消长关系。※根据SiO2含量将硅酸盐岩浆分成4种类型：①酸性岩浆SiO263％（wt%）②中性岩浆SiO252～63％（wt%）③基性岩浆SiO245～52％（wt%）④超基性岩浆SiO245％（wt%）（2）微量元素和稀土元素：微量元素：Li、V、Cr、Co、Ni、Cu、Pb、Th、U、Zn、Rb、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Au、Ag、Pt、W、Sb、Bi、Sn稀土元素：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y微量元素和稀土元素虽然在岩浆中的含量很少，但对其研究具有重要的理论意义和实际意义。①在一定条件下可以富集形成许多重要金属矿产（举例）；②稀土元素和一些重要的微量元素比值对研究岩浆起源、演化具有重要意义（举例）。（3）挥发分：主要是H2O和CO2，其次是SO2、SO3、CO、N2、HCl、Cl2、F、H2S、CH4，其总量一般10％。挥发分通常溶解在岩浆中，溶解度随压力增而增，随温度的增而降低。例如：流纹质岩浆：900℃、5×108Pa时含10%±的H2O900℃、1×105Pa时含0.5%±的H2O不同成分的岩浆，其挥发分的含量也不同。一般而言，酸性岩浆的挥发分高于基性岩浆。3、岩浆的性质：岩浆的性质主要包括密度、粘度、温度、挥发份等，这些资料的获得主要有两种方式，即直接观察测量和试验结果。重点讲岩浆的物理性质，为后续岩浆作用的讲授奠定基础。4、岩浆的性质及影响因素：岩浆的温度：（1）喷出熔岩的温度：通常：700℃～1250℃、基性熔岩：1025℃～1225℃、酸性熔岩：735℃～890℃（2）岩浆温度的获得方法：a.直接测量法：测量正在喷发的熔岩流的温度；b.火成岩的熔化法；c.玻璃包裹体熔融均一法测温法；d.矿物温度计计算法。岩浆的粘度：（1）粘度：是液体或半流体流动的难易程度。单位：Pa.S（帕斯卡秒，相当于20度时水的粘度的1000倍）。（2）影响粘度的因素a.氧化物：SiO2,Al2O3,Cr2O3的存在使粘度增加，尤其SiO2。因此，基性岩粘度小，以溢流为主；酸性岩粘度大，多以爆发形式为主。b.挥发份：其存在将显降低岩浆粘度。挥发份增加，粘度降低。c.温度：温度升高，粘度降低。d.固体物质含量：其数量越多，岩浆粘度就越大。e.压力：对于不含水的干岩浆，压力升高，粘度增加。对于富水岩浆，较为复杂：①压力增加,挥发份溶解度增加,粘度降低；②压力达到一定值,挥发份饱和,粘度随压力升高而增加。岩浆的密度影响因素：（1）化学成分：基性岩浆密度大，酸性岩浆密度小；（2）压力增加，岩浆密度增大。例如：玄武质岩浆p=1×105pa时，ρ＝2.63g/cm3p=17×108pa时，ρ＝2.90g/cm3（3）熔体中含水时，岩浆密度降低。5、岩浆作用：岩浆形成后到结晶或冷却成岩过程所发生的各种作用的总和称为岩浆作用。当岩浆在地下就冷凝结晶成岩石的过程成为侵入作用，相应形成的岩石称侵入岩；当岩浆喷溢出地表后冷凝结晶成岩石的过程称喷出作用，相应形成的岩石称喷出岩。（1）侵入地壳之中－侵入作用－侵入岩(intrusiverocks)（2）喷出地表－火山作用－喷出岩(extrusiverocks)侵入岩(intrusiverocks)（1）深成岩的特点：a.矿物颗粒较粗；b.有含水矿物（2）侵入体：某一成分岩浆一次侵入活动形成的具有独立形态的单一地质体。（3）杂岩体：是多次侵入形成的单成分或复成分的岩体。（4）侵入岩根据其形成深度，可将其划分为：a.浅成岩（0~3km）b.深成岩（3km)喷出岩(extrusiverocks)（1）火山岩的特点：.结晶程度差或呈玻璃;b.含水矿物少或无（2）广义火山岩包括：a.火山熔岩：由火山管道或裂隙溢流出地表的岩浆冷凝形成的岩石（狭义火山岩）。b.次火山岩：与火山活动有关的超浅成侵入岩。c.火山碎屑岩：由火山爆发所产生的各种火山碎屑物堆积、胶结而成的岩石。学生课外学习引导1、如何理解岩浆的含义。2、岩浆的粘度受哪些因素的控制。3、岩浆中的挥发分对火山作用具有怎样的影响。4、简述岩浆作用的主要类型及其产物。第二章火成岩的基本特征与分类一、火成岩的物质成分火成岩物质成分研究的意义：(1)火成岩物质成分是火成岩分类命名的基本依据；（2）为研究岩浆起源、演化和岩浆物理性质提供重要依据；（3）为岩浆岩浆形成时的大地构造背景和岩石圈层的演化提高重要信息。（一）火成岩的化学成分1.主要元素（Majorelements）：O,Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na,K,Ti,P,H,Mn,C等，其中氧的含量最高。常用氧化物的形式表示火成岩的成分，即：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、K2O、Na2O、P2O5、H2O和CO2等13种，每种氧化物含量一般0.1%，占火成岩平均化学成分的98%左右。几种主要造岩氧化物（1）SiO2：是最重要的成分，含量高，是岩石酸性程度（基性程度）的标志。随着SiO2含量的变化，其它氧化物呈现规律性的增加或减少。超基性岩SiO245%基性岩SiO2=45～52%中性岩SiO2=52～63%酸性岩SiO263%（2）Al2O3：在火成岩中含量仅次于SiO2，SiO2、Al2O3与CaO、Na2O、K2O一起组成长石和副长石类矿物；与FeO*、MgO、CaO等结合形成辉石、角闪石、黑云母等矿物。（3）Na2O和K2O：是碱性长石的主要组成部分，当其含量较高时还可形成碱性暗色矿物和副长石。a.Al2O3Na2O+K2O（分子数比，下同）：碱过饱和岩石b.Al2O3Na2O+K2O+CaO（分子数比）：铝过饱和岩石c.Na2O+K2OAl2O3Na2O+K2O+CaO：钙碱性岩（4）FeO*、MgO、MnO与SiO2结合形成橄榄石、辉石等矿物。（5）TiO2与FeO组成钛铁矿，与CaO结合生成榍石，与P2O5、CaO结合则形成磷灰石。2.痕量元素(Traceelements):含量甚微，usually0.1%。一般不以独立的矿物相出现。主要以类质同像形式替代矿物中的主要元素，其次是保存在快速固结和冷凝的火山玻璃或气-液包裹体中，第三是吸附在矿物表面或以杂质的形式存在于矿物矿物晶体缺陷的间隙中。Li、V、Cr、Co、Ni、Cu、Pb、Th、U、Zn、Rb、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Au、Ag、Pt、W、Sb、Bi、SnLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y痕量元素的对研究岩浆的起源、演化、岩石系列划分和岩石形成机理等方面将提供重要信息和证据。3.同位素(Isotope)：（1）稳定同位素：炭、氢、氧、硫研究意义：主要用来获得岩浆源区的信息（2）放射性同位素：火成岩研究中具有重要意义的放射性同位素主要有K-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、Th-Pb、Re-Os和Hf。研究意义：主要以此确定火成岩的形成年龄和岩浆源区及岩浆演化的示踪。（二）、火成岩的矿物成分火成岩中的矿物组成能够反映岩石的化学成分，也是岩石分类命名的主要依据，还是判断岩石生成条件的重要标志。组成岩石的矿物统称造岩矿物，火成岩中常见的矿物只有20多种，它们被称为主要造岩矿物。火成岩中最主要的造岩矿物是：橄榄石类、辉石类、角闪石类、云母类、碱性长石类、斜长石类、副长石类和石英类，等等。1．火成岩中矿物的划分（1）、据矿物的化学成分划分①硅铝矿物：SiO2和Al2O3含量较高，不含铁镁。如石英、长石类及似长石类。②铁镁矿物：FeO与MgO含量较高，SiO2含量较低。如橄榄石、辉石类、角闪石类和黑云母类。（2）、据矿物的颜色划分①浅色矿物：颜色较浅的矿物，如白色、灰色和无色，与硅铝矿物相对应。②暗色矿物：颜色较深的矿物，如黑色、绿色、褐色、蓝色等，与铁镁矿物相对应。有些富含Na2O的暗色矿物称之为碱性暗色矿物，如霓石、钠闪石、星叶石等。※色率：暗色矿物在火成岩中的体积百分含量称为色率，根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。它是火成岩分类命名的重要依据，例如：超镁铁质岩M90%浅色岩：习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占优势的岩石称为浅色岩。其色率在0～30之间。暗色岩：色率在60～100，以暗色矿物占优势的岩石称为暗色岩。如橄榄岩、辉长岩等。（3）、据矿物在岩石中的含量①主要矿物：在岩石中含量多，对火成岩大类的划分和定名起决定作用的矿物。如石英、长石是花岗岩的主要矿物。②次要矿物：在岩石中含量次于主要矿物，不影响火成岩大类的划分和定名，但对确定岩石种属的进一步划分可起作用矿物。如闪长岩中的石英，含量约2％，没有石英也叫闪长岩；当石英5％时，则叫石英闪长岩。③副矿物：含量很少，常小于1％，通常不参与岩石分类和命名。但它们对于了解一个岩体的形成条件，确定岩体时代有重要意义。常见的有磁铁矿、磷灰石、锆石、独居石、榍石、褐帘石等。(4)、据矿物的成因类型①原生矿物：岩浆冷凝过程中形成的矿物。高温矿物；低温矿物②次生矿物：在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后，由于受残余挥发份和岩浆期后流体作用（蚀变、交代、充填）而生成的矿物，常交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。其中原生矿物常发生以水化或碳酸盐化为主的蚀变作用，生成蚀变矿物。③它生矿物：它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的。这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。如有些富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。2、火成岩中的矿物共生组合规律--6种典型的岩浆岩矿物共生组合（1）橄榄石＋辉石组合:相当于超基性岩，钙、铁、镁多而硅少，且贫碱，出现大量镁铁矿物（橄榄石－辉石等），不出现石英和长石。（2）基性斜长石＋辉石组合：相当于基性岩，铝和钙较多，铁、镁和硅均较充分，主要形成基性斜长石和辉石，二者近于1:1，不出现石英。（3）中性斜长石＋角闪石组合：相当于中性岩，钠、钾略有增加，铝、硅、钙、铁、镁均较充分，主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母，可能出现少量石英和钾长石。浅色矿物：暗色矿物≈2:1。（4）石英＋钾长石＋酸性斜长石＋黑云母组合：相当于酸性岩，钠、钾、硅含量高，铁、镁、钙低，石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物为主。（5）钾长石＋黑云母＋角闪石组合：其SiO2相当于中性岩，钠、钾高而铁、镁低‘，大量出现钾长石。（6）霞石＋白榴石＋钾长石＋碱性暗色矿物组合：其SiO2接近于基性岩（平均53.36％），钠、钾含量很高，出现霞石、白榴石等矿物，因钠过多，故常出现碱性暗色矿物。（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系1.SiO2饱和度对矿物共生组合的影响（1）岩浆中SiO2过饱和：石英→游离的SiO2结晶产物，属硅酸过饱和矿物。（2）岩浆中SiO2不饱和：镁橄榄石、副长石类及黑榴石、黄长石和刚玉等，它们不能与石英平衡共生，属硅酸不饱和矿物Mg2SiO4（镁橄榄石）+SiO2（液相）→MgSiO3（顽火辉石）(1557℃)NaAlSiO4（霞石）+2SiO2（液相）→NaAlSi3O8（钠长石）KAlSiO4