1岩浆和岩浆作用

岩石学Petrology绪论1.课程的性质2.课程的内容和讲授方式3.目的和要求4.概念：岩石5.成因分类：按岩石的形成作用过程：火成岩沉积岩变质岩三大岩类之间的转换三大岩类之间的转换Magma6.岩石学概念：岩相学：描述岩石学岩理学：岩石成因岩石学的发展：7.意义•了解地球的形成与演化历史•寻找矿产资源：固体矿产、油气资源岩石：岩相学：手标本和显微镜下矿物学、矿物化学岩石化学地球化学实验岩石学：P-T条件地球形成与演化历史：8.研究方法：8.岩石在地球上的分布8.参考书•林景仟主编.1995.岩浆岩岩类学与岩理学.地质出版社.•邱家骧主编，1985.岩浆岩岩石学.地质出版社.•路凤香.2002.岩石学.地质出版社•Winter,J.D.,2001.Anintroductiontoigneousandmetamorphicpetrology.PrenticeHall,697pp.•变质岩岩石学—1980年全国统编教材，地质出版社•王东坡、梁桂香，沉积岩岩石学—1994年，吉林科技出版社•曾允孚、夏文杰，沉积岩石学，地质出版社第一篇火成岩石学IgneousPetrology•目的与要求1.了解火成岩形成过程所涉及的基本作用与原理2.初步掌如何运用物理-化学的一些基本原理来解决岩浆形成与演化方面的问题3.掌握火成岩的分类及不同类型火成岩的特征与成因4.了解火成岩共生组合及其岩石大地构造学意义•岩浆活动与板块构造•现代火山产生的构造环境活动陆缘岛弧陆内-热点东非裂谷-扩张中心洋中脊-热点（太平洋）洋中脊-热点（大西洋）热液浸染状矿床伟晶岩矿床热液脉状矿床火成岩的成矿作用•课程安排：讲授：16学时；实验：24学时绪论（1学时）第一章岩浆与岩浆作用（1学时）第二章火成岩的结构与构造（2+2学时2）第三章火成岩的分类（1学时）第四章镁铁质—超镁铁质岩的共生组合与成因（3+2学时）第五章中酸性侵入岩的岩石组合及成因（6+2+2学时）第六章火山熔岩的结构构造特征与矿物组合（1学时+3+2）第七章化学岩石学（2学时）第八章岩浆多样性的原因（1学时）第九章板块构造与火成岩组合（1学时+4）综合测试（2学时）第一章岩浆和岩浆作用1.岩浆的概念*2.岩浆的形成与运移*3.岩浆的性质*4.岩浆的分异、混合和同化作用5.现代火山活动6.地球中火成岩的分布1.岩浆的概念1.1岩浆（Magma）*：1.上地幔或地壳部分熔融的产物2.绝大多数岩浆成分：硅酸盐为主，含有少量挥发分，也可含有少量固体物3.高温粘稠的熔融体1.2岩浆作用（Magmatism）：当岩浆产生后，在通过地幔和/或地壳上升到地表或近地表的途中，发生各种变化的复杂过程.侵入作用：侵入岩（intrusiverocks)火山作用：喷出岩(extrusiverocks)侵入岩和火山岩的区分——产状火山口火山岩岩床岩墙岩颈火成岩的产状1.3岩浆的类型•原生岩浆（primarymagma)：岩浆形成后成分未发生变化－玄武岩浆、花岗质岩浆、安山岩浆•派生岩浆(derivativemagma):由原生岩浆演化形成的岩浆2.岩浆的形成与运移*2.1地球的结构2.2地球的分异2.3压力和温度随深度的变化2.4岩浆的形成*（magamaformation)2.5岩浆的分凝(magmasegregation)2.6岩浆的上升和侵位*(magmaascentandemplacement)2.7火口沉陷作用（cauldronsubsidence)2.1地球的内部结构TheEarth’sInterior地壳（Crust）：大洋地壳（Oceaniccrust）厚度:10km组成：=蛇绿岩套（ophiolitesuite）:•沉积物（Sediments）•枕状玄武岩（pillowbasalt）•席状岩墙（sheeteddikes）•块状辉长岩（massivegabbro）•超镁铁质岩石ultramafic(mantle)大陆地壳（ContinentalCrust）厚度（Thicker）:20-90km平均厚度（average）~35km成分变化大平均成分（Average）~花岗闪长质（granodiorite）地球内部结构的细分地幔（Mantle）:橄榄岩（Peridotite(ultramafic)）上地幔（Upper）to410km(橄榄石尖晶石)低速带（LowVelocityLayer）60-220km过渡带（TransitionZone）：410-660km波速迅速增加（spinelperovskite）下地幔（LowerMantle）：660-2898km地震波的波速逐渐增加地核（Core）:组成：Fe-Ni合金（metallicalloy）外核（OuterCore）：液体没有横波（NoS-waves）内核（InnerCore）：固体（solid）地球内部结构的细分纵波（P）和横波（S）随深度变化的情况（引自KeareyandVine，1990）2.2地球的分异•地球的物质组成：七种常见元素的相对原子丰度它们构成了地球质量的97%。•地球的分异—热能变化•地球中的热源（HeatSourcesintheEarth）1.地球增生过程中外界行星的撞击2.放射性元素衰变产生的热3.地球内部的重力压•热传递方式（HeatTransfer）1.辐射（放射性）（Radiation）2.传导（Conduction）3.对流（Convection）2.3压力和温度随深度的变化•P=rgh；r-密度，g-重力加速度，h-埋深.•从地表到地幔几乎呈线性关系：0.1GPa/3.3km地壳底部1Gpa–地核（Core）:r快速增大•压力梯度（ThePressureGradient）：•地温梯度（ThegeothermalGradient）大洋和大陆稳定态时的地温梯度估计范围（用近地表测定热流值的上下限估计的结果）2.4岩浆的形成•岩浆形成的基本条件A.源区岩石B.热能的积累-温度的升高C.压力的降低D.挥发组分的加入A.源区岩石如何确定？•深源包体•火成岩化学成分反演•高温高压实验地幔岩石是如何熔融的（Howdoesthemantlemelt?）B.温度升高（Increasethetemperature）C.压力降低（Lowerthepressure）地幔底辟上升减压熔融：可达30%D.挥发组分的加入（Addvolatiles，especiallyH2O)2.5岩浆的分凝•概念：是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集中的作用.•控制因素：熔体分数（即部分熔融程度）源区的渗透性熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力残留固体与熔体的流变性质（粘度）源区的范围2.6岩浆的上升和侵位•岩浆上升的动力—密度差和由于张开裂隙而发生的减压作用•平衡浮力高度：当岩浆上升至与其密度相当的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一位置可称为平衡浮力高度2.6岩浆的上升和侵位•机制2.6.1底辟作用A.底辟上升和侵位是连续的过程B.底辟侵位的主要驱动力—岩浆的浮力和热动力C.演化阶段：早期穹隆阶段中期底辟上升阶段晚期侧向挤段阶段D.特征：岩体的内部组构与产状与围岩的片理产状一致，岩体没根，整合岩体2.6.2顶蚀作用过程：热的岩浆上升，引起顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂块体下沉的同时，岩浆侵入到裂隙中，如此反复，岩浆可实现向上迁移、侵位.特征：不整合岩体，斑杂构造等2.6.3岩墙扩展作用含义：指的是岩浆在压力的驱驶下，注入围岩裂隙，并通过挤压围岩使其扩展成狭窄的岩浆通道（岩墙），并沿该通道上升。例子：洋壳中的辉绿岩岩墙环境：张性2.6.4火口沉陷作用(cauldronsubsidence)代表环形杂岩体特征的一种侵位机制3.岩浆的性质•岩浆的密度：与成分、压力、温度有关•岩浆的粘度：与成分、结构、压力、温度、所含的挥发组分有关；影响岩浆上升的速度、火成岩的结构构造、产状等.•岩浆的温度：喷出熔岩温度的估计值：玄武岩类：1100-1300oC左右玄武安山岩类：1000-1100oC左右流纹岩：780-790oC左右•岩浆中的挥发组分：H2O-99%；CO2、CH4、SO2（高温）、H2S（低温）等4.岩浆的分异、混合和同化作用4.1原生岩浆的判别及研究意义1）含地幔岩包体2）Mg#及微量元素（Cr、Ni）丰度Mg#=Mg/(Mg+Fe2+):0.65-0.75Co:27-80ppm;Ni:90-670ppm3）岩浆在地下滞留时间短，结晶程度低意义—反演岩浆源区的温压条件和组成4.2分异作用A.概念：原成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下，依靠本身的演化，最终产生不同组分的火成岩的作用.B.类型：岩浆分异作用：未发生相的分离扩散作用—温度差熔离作用——物化条件的变化岩浆分异作用：发生了结晶相和流体相的分离分离结晶作用——重力作用气体搬运作用——溶解、过饱和、减压、沉淀4.3同化混染作用：岩浆和围岩或捕虏体之间的热和物质成分交换，岩浆成分发生变化的过程.4.4岩浆混合作用：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岩浆的作用.5.现代火山活动•研究意义1.现代火山活动与现今构造2.岩浆物化性质的研究3.火山活动与防灾减灾•分布：板块边界-岛弧和陆缘（2/3）、洋脊，少数为板内•我国的情况：云南的腾冲（160年）、吉林的长白山（1903年）、黑龙江的五大连池（1721年），等等.•现代火山的分布情况•现代火山产生的构造环境洋中脊-热点（太平洋）洋中脊-热点（大西洋）活动陆缘岛弧陆内-热点东非裂谷-扩张中心火山喷发的剖面火山灰的平面分布美国圣海伦斯火山1980年火山喷发的景象火山作用与环境6.地球中火成岩的分布1.洋中脊（Mid-oceanRidges）2.陆内裂谷（IntracontinentalRifts）3.岛弧（IslandArcs）4.活动大陆边缘（ActiveContinentalMargins）5.弧后盆地（Back-arcbasins）6.洋岛玄武岩（OceanIslandbasalts）7.各种各样的陆内火成岩（MiscellaneousIntra-ContinentalActivity）金伯利岩（kimberlites），碳酸岩（carbonatites），斜长岩（anorthosites）...板块构造-火成岩成因（PlateTectonic-IgneousGenesis）