01_南大周新民讲座1：火山作用与火山岩(在中国地大_北京_阅读版_不含演示版_12MB)

《岩石学与地质学若干问题》讲座——在中国地质大学(北京)南大地科系周新民2010.10.25-28101025第一讲火山作用与火山岩……ppt画面166幅101026第二讲岩石大地构造与花岗岩地质……以华南花岗岩为例ppt画面124幅101027（答疑-讨论或座谈会）101028第三讲教育-科研的价值观与科学研究的选题-论文发表……ppt画面191幅火山作用与火山岩南京大学地科系周新民E-mail:[e-mail]:1377050712620101025中国地大(北京):育才之摇蓝在中国地质大学(北京)讲座1五大连池火山火成岩命名与定义火山景观与火山地质大陆玄武岩：玄武岩定义岩相学火山弹捕虏体捕虏晶巨晶大洋玄武岩：洋脊玄武岩洋岛玄武岩洋壳剖面（蛇绿岩套）玄武岩研究岩石地球化学方法火山与地震火山喷发流喷发类型油气儲集空间流纹岩造山带火山岩系提纲五大连池火山中国近代火山一例五大连池火山考察图五大连池位于哈尔滨市西北约500km主要考察点五个连池康熙年间喷发的玄武岩堵塞白河形成5个串珠状堰塞湖称五大连池纵长20余km总面积40km2容水1.7亿m3由于池水溶解熔岩矿物质不同使池水呈色各异头池(最南)和二池的水呈浅棕色略带绿三池水呈蓝色并略紫四池池水发黄略透绿五池绿而浅黄此外湖底还有各种颜色的沉积物和藻类与湖水相互衬托五大连池火山简介(1)形成于距今几十万年至公元1721年的康熙年间其中老黑山火烧山最晚喷发为1719-21(即康熙58-60)年由15座火山+5个串珠状火山堰塞湖(即五大连池)组成总积约1200km2所有火山都位于NE向和NW向井字形断裂构造交汇点主体岩石为高钾碱性玄武岩老黑山海拔516m面积59km2漏斗状火口深136m内壁陡峭65-85°内径350m火烧山位于老黑山北东3km海拔390m(地面海拔217m)面积9.5km2火口内壁陡峭直径400m深63m五大连池火山简介(2)重要火山景观如下火山熔岩与漏斗形火山锥熔岩隧道构造绳状熔岩(俗称“石龙”)自碎火山碎屑岩(俗称“翻花石”)喷气锥与熔岩饼火山弹(异形微形/巨形有核/无核)冷矿泉漏斗形火口老黑山火山喷发于“1720.1.14”至“1721.3.18”持续14个月火烧山火山喷发于“1721.4.26”至“1721.5.28”持续1个多月向背的火山斜坡角一般小于碎屑静止角26º(五大连池火烧山)遥望火烧山崩塌漏斗形火山口(五大连池老黑山火口直径350m深145m内壁陡峭形成于康熙57-58年(1720-21)山顶：N48º42.992′E126º07.644′高度514m)炽热岩浆喷发后内部产生巨大气泡所留下空间夏威夷1963绳状熔岩(俗称“石龙”)是中慢速运移玄武岩流特征性表层构造岩流流速取决于粘滞度和地形坡度慢速速率约6m/24h而快速可达60km/h绳状体外凸弧顶指示岩流前进方向向流向流向流五大连池老黑山向五大连池老黑山绳状熔岩周海翔摄引自《中国国家地理》2008年第10期参考资料_厄瓜多尔巴突罗姆岛(1986213)绳状熔岩构造：运动中的薄层玄武岩缓流趾状熔岩:五大连池老黑山由平坦地势上缓慢流动小股岩流形成喷气-熔岩锥是近代火山特征构造在五大连池火烧山东北连绵散布几十座成因是:类似火山弹的熔岩饼低空贱落于喷气孔近侧堆砌而成五大连池火烧山东北五大连池火烧山东北喷气-熔岩锥成因的进一步解释中薄层(2-3m)玄武岩流缓慢“泛流”其表层呈熔渣状自碎中-小稜角形碎块中下部仍为未固结熔岩但其下伏湿地使岩流捕获湿地水份发生喷气并带出部分岩浆呈饼状堆积在喷气孔四周五大连池火烧山是慢速运移的玄武岩流表层的特征构造据对现代夏威夷火山观察当岩流一昼夜前进6米时其顶侧前峰表层呈固化-半固化结壳而岩流内部仍呈流状故继续慢移并冲破表层如此反复构成上层渣状自碎碎屑岩与下部熔岩共存的双层结构火烧山老黑山结壳-渣状熔岩实为熔岩自碎碎屑岩(俗称“翻花石”)冮苏句容赤山12层玄武岩流及其顶部岩流自碎碎屑岩1978可能与之相仿的现代火山景观类同于火烧山-老黑山的夏威夷基洛韦厄缓慢流动的“啊啊型”玄武岩流夏威夷基洛韦厄火山喷发一天/几小时后游客正在观看未全固化的绳状熔岩流动的“啊啊型”玄武岩流：其表层呈碎块锯齿-尖角状岩块碎块熔岩(俗称“石海”/“石塘”碎块最大直径5m)由巨厚岩流自碎形成其成因与结壳-渣状玄武岩相仿但因熔岩层巨厚(一般＞10m)自碎碎块也就巨大内蒙大兴安岭阿尔山五大连池东-西龙门山碎块最大直径5m冬日“石海”_碎块熔岩:由巨厚岩流自碎形成其成因与结壳-渣状玄武岩相仿但因熔岩层巨厚(一般＞10m)自碎碎块也就巨大冷泉与泥疗(药泉山)五大连池为世界三大冷泉之一(另二个是法国“维希”和俄罗斯“高加索”)夏天‘刺骨’凉感含40种微量元素因二氧化碳溶解于地下水为吸热反应所致属重碳酸镁钙型矿泉水羊尾沟五大连池全新世火山特征性地貌全新世-近代中心式喷发的火山在地貌上以单一外倾锥体坡角一般小于26度碎屑静止角显著羊尾沟无中央岩株无环状/放射状岩墙无塌陷构造(倾向向背)为特征俗称马尔火山(MAAR)如大同火山群安徽女山海南马鞍山等火山地貌与地质年龄圣•海伦斯1980大同火山是我国著名第四纪火山群之一火成岩分类命名和岩浆的产生分类是人们认识自然的阶段性总结不能不要火成岩分类有矿物分类和化学分类两种方法前一种主要用于显晶质侵入岩后一种主要用于稳晶质火山岩火山岩因喷发-固结快相对于侵入岩而言就较少受岩浆之外物质“污染”因此是研究岩石化学属性主要对象鉴定岩石主要凭藉依据依次是矿物-化学而微量元素基本不予考虑除非前二种因素全失效但微量元素在岩石成因示踪上有重要意义发生岩浆有三条件即加热加水减压满足其一即可基本观点:——太阳系行星有几颗?060824布拉格9/8/12/53?水金地球火木土天王海王冥王星大星系由小星系碰撞而成形成历时5+4亿年由17年前的太空哈勃镜摄回距地球6300万光年远火成岩分类和命名——是个古老的议题反映人们对自然界认识的阶段性总结——人人能做到的事:看到全岩主量化学即能估计它所属岩石大类矿物组成反之亦然分类和命名是不能不要的约定又不要死守的约定如何将数据“看活”了影响分类命名因素的权重矿物组合＞＞化学成分主量元素＞微量元素简单＞复杂词根＞前缀如何尊重命名优先权岩石命名的原则等化学岩石和岩系——“地质教育中偏光显微镜：是潮流还是落后？”拿学位的要用过显微镜(DKileELEMENTS20062(4)197)——岩石学家功底是善用“镜子”石榴石二辉橄榄岩福建明溪大洋窝流纹岩石泡江苏溧阳凝灰岩山东五莲微型玄武岩火山弹如何将数据(主量及微量比值)“看活”了？据火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素如果熟悉矿物化学资料当知道了岩石主要实际矿物含量或最主要氧化物含量(%)后就可估计出对应的岩石大类和最主要氧化物含量(%)/最主要实际矿物组合PlKfQPyAmpMicaClaysOth-SilNon-sil据火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素橄榄石(Fe,Mg)2SiO4SiO239%MgO40%斜方辉石(Fe,Mg)2Si2O6SiO254%普通辉石(CaNaK)…Al(AlSi)2O6SiO248%角闪石CaNaK…(Al4O11)2(OH…)SiO239%黑云母KAl…(AlSiO3O10)(OH…)SiO239%K2O10%石英SiO2SiO2100%钾长石KAlSi3O8SiO271%K2O8%斜长石NaAlSi3/CaAl2Si2O8SiO268-50%霞石NaAlSiO4SiO240%Na2O16%例钾长石SiO2%的计算K2O·Al2O3·6SiO2SiO2=60.1·6/(44.2+102.4+60.1·6)=71%实用矿物化学橄榄石磁铁矿/赤铁矿+Ol钾长石泥化(高岭蒙脱石+绿泥石混合石为主)较少绢云母化伊丁石(4种表现)辉石绿泥石/蛇纹石斜长石绢云母化/绿帘石/绿鳞石/蒙脱石/长石泥化/葡萄石/沸石角闪石绿泥石/黑云母石英不变化/水化纤闪石/绿帘石/磁铁矿黑云母绿泥石/白云毌霞石霜化(由沸/磁铁矿/榍石/方解石/金红石石+水铝石+水铝氧石等组成)高温氧化中温非氧化低温氧化原生矿物次生矿物原生矿物次生矿物如何进一步提高显微镜下鉴别能力：岩石由矿物组成岩相上鉴定岩石主要鉴别以下8种造岩矿物新鲜(无变化)矿物的鉴别按正常途径方法和参数进行对已变化矿物鉴别的关鍵在于识别它受变化后生成的新生矿物火成岩TAS分类图据Middlemost1994ESR37215～224火成岩的矿物分类(据IUGS)分类是人们对自然科学认识的阶段性总结岩浆成分结晶条件矿物成分矿物组合决定反映等化学岩石实例A流纹岩Q+Af(Kf~Ab)B碱长花岗岩Q+Per(Kf+Ab)C花岗岩Q+Kf+AbQSiO2SiO2100%KfKAlSi3O865%AbNaAlSi3O868%等化学的岩石喷出浅成中深成岩系和岩石碱度σCA碱性亚碱性碱性碱钙性钙碱性钙性OpxNa-PyrHor*Na-Hor*AfFoidQ––+++++?–––++++––+++–+––––+++CA…钙碱指数σ…里特曼指数σ=(Na2O+K2O)2SiO2–4393.31.85156614+……存在–……缺失*……限于侵入岩夏威夷基拉韦厄火山产生岩浆三条件——从根处提问从第一原理出发增温玄武岩浆的底侵-供热(＞500℃)是诱发长英质岩浆普遍途径有复杂的与岩浆混杂的边界层花岗岩中闪长质岩石包体远多于辉长质的原因诱发玄武岩浆底侵的主因是洋壳消减和地幔柱上升消减作用与地幔柱活动可以结合:北美西部减压破裂导致围压降低空隙增加矿物岩石熔点熔线下降由此诱发部分熔融生成初始岩浆加水(含挥发组分)主要来自消减湿洋片岩浆的发生与分异岩浆的发生与分异产生岩浆的二个动力学体系全球两个独立的动力体系地幔柱耗热能~10%板块构造耗热能~85%(据Davis1999《DynamicEarth》火山景观与火山地质100331国际空间站宇航员从太空拍摄了位于萨尔瓦多境内的“中美洲火山弧”中段部分火山群：鏈状火山锥与放射状水系1万年之内由可可斯板块与加勒比板块碰撞-俯冲岩浆上升所致火山景观图片编号ISS023-E-22411071205一次大的火山喷发厄瓜多尔火山喷发位于厄瓜多尔首都基多以南180km火山喷口自然陷落“天池”的一种成因19805美国St.Hellens火山喷发陷落形成熔岩穹窿威力相当500颗原子弹DFarconer摄白色≥1150℃金黄1090橙900鲜红700暗红600岩浆颜色与岩浆温度熔岩高原火山灰流火山岩产状火山颈与放射状岩墙熔岩流火山灰锥与火山穹窿层火山地质图是艺术是千万地质学家走来走去创造的是地质思考的源泉破火山口与火山渣锥火山渣锥熔岩台地火山颈高420mSHOPROCKNEWMEXICO0079824(相当东汉)火山喷发18h内城市消失喷发物最厚23m1720年五大连池老黑山漏斗形塌陷火口d=350mVEAUVIUSVPOMPEIIITALY火山湖的剖面图岩浆湖海下裂缝处出现新火山海床裂缝处形成的枕状熔岩袋状部分是快速冷却造成的地下热水供给的热喷泉和间歇泉岩株之间凝固的岩浆岩浆(红色)火山通道火山灰碎石层的火山锥寄生火山锥云状火山灰及气体溅出火山灰火山弹熔岩高原古老火山口中的次火山锥古老的熔岩流部分浸没在海水中的火山喷口火山地貌图近年火山12010年6月4日危地马拉帕卡亚火山喷发涌出大量熔岩迫使周边数千居民疏散近年火山22010年3月至4月冰岛南部艾雅法拉火山两次爆发岩浆融化约厚200米冰盖引发洪水火山喷发释放的大量气体火山灰(2-0.1mm)和尘(0.1mm)达万米高空对航空气候有长期影响冰岛共有140座火山其中30座是活火山冰岛本身就是由火山爆发形成艾雅法拉火山首次爆发于1823年100630_冰岛埃亚法拉冰盖火山喷发与北极光交相辉映英国剑桥大学学生23岁詹姆斯·阿普尔顿历经5天的艰苦跋涉爬过Fimmvorouhals山口拍摄紫色和蓝色相间的北极光与火山喷发的明亮黄红色岩浆的映衬更显多姿多彩大陆玄武岩玄武岩定义玄武