地球科学概论第七章 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第二节变质作用第三节地壳中三大类岩石的演变第一节岩浆作用一、喷出作用二、侵入作用岩浆是在地壳深处或上地幔形成的、以硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融体。岩浆形成后，沿着构造软弱带上升到地壳上部或喷溢出地表，在上升、运移过程中，由于物理化学条件的改变，岩浆的成分又不断发生变化，最后冷凝成为岩石，这一复杂过程称为岩浆作用，所形成的岩石称为岩浆岩。根据岩浆是侵入地壳之中或是喷出地表，岩浆作用可分为侵入作用和喷出作用；相应地，所形成的岩石分别称为侵入岩和喷出岩（或火山岩）。根据SiO２含量,岩浆(岩浆岩)可分为四种基本类型,即酸性岩浆（SiO２＞65％）、中性岩浆（52％～65％）、基性岩浆（45％～52％）和超基性岩浆（＜45％）。随着SiO2含量减少，岩浆中MgO、FeO含量增多，岩浆的颜色加深，相对密度增大，粘度变小、温度增高。火山喷发过程极为复杂，在不同地区以及不同的岩浆作用阶段，所喷出的物质和喷发类型各不相同。有的喷发很平静，岩浆沿裂隙通道上升，缓慢地流出地表，边流动边冷凝；有的非常强烈，岩浆喷出时具有猛烈的爆炸现象，可将大量的气体、岩浆团块和固体碎屑喷射到火山口以外。一、喷出作用（一）火山喷发现象与喷发类型图7－1美国西部圣海伦斯火山1980年的猛烈式喷发随着地球演化和地壳加厚，火山活动有逐渐减弱的趋势。根据火山活动的时间，可将火山分为：死火山，即人类历史以来不再活动的火山；休眠火山，是在人类历史上曾有过活动而近百年来停止活动的火山；活火山，是现在正在活动或近百年来有过活动的火山。死火山也有可能再度活动而变为活火山。按火山通道的形状，可分为裂隙式喷发和中心式喷发。1．岩浆沿一个方向的大断裂或断裂群上升，喷溢出地表，称为裂隙式喷发。这种喷发火山口不呈圆形，而是长达数十公里以上的断裂带，或者火山口沿断裂带成串珠状排列.往下可连成墙状通道。冰岛拉基火山裂隙式喷发示意图冰岛拉基火山裂隙式喷发火山锥排列图冰岛拉基火山裂隙式喷发示意图冰岛拉基火山裂隙式喷发火山锥排列图喷发以粘性小、流动性大的基性熔浆为主，多表现为沿裂隙缓慢溢出，然后沿地面向各个方向流动而形成熔岩被，面积可达几十万平方公里，厚达几百米甚至超过千米。2．喷发物沿火山喉管喷出地面，平面上成点状喷发，称为中心式喷发。按照爆炸的强弱程度，可将中心式喷发分为猛烈式、宁静式和递变式3种:猛烈式又称培雷式，以猛烈爆炸的形式出现，具突发性特点，会给人类带来巨大灾难。以中酸性岩浆为主宁静式又称夏威夷式，以宁静地溢流出炽热熔浆为特点，无爆炸现象。以基性岩浆为主递变式以猛烈式和宁静式有规律地交替喷出为特点，多数火山属于这种类型。图7－1美国西部圣海伦斯火山1980年的猛烈式喷发宁静式又称夏威夷式递变式（二）喷出作用的产物1．火山喷出物火山喷出物质有气态、液态和固态3种。（1）气态喷出物火山从开始喷出至终止时都有气体喷发。在岩浆向上运移过程中，上覆岩石的压力逐渐降低，溶解在岩浆中的挥发性组分就以气体的形式分离出来。岩浆喷出后压力降低，更多的气体会进一步释放出来。气体中以水蒸气为主，含量常达70％以上；此外有CO２、SO２、N２、H２S以及少量CO、H２、HCl、NH3、NH4Cl、HF等。预示火山活动的进程凝华物图7－1美国西部圣海伦斯火山1980年的猛烈式喷发（2）液态喷出物称为熔浆。熔浆与岩浆的差别在于熔浆挥发分较少。熔浆冷凝后形成的岩石称为熔岩。基性熔浆SiO２含量低，挥发组分较少，温度高，冷却慢，粘性小，流动快。冷却后形成颜色较深的岩石，称玄武岩。如果基性熔浆表面冷凝成塑性薄壳，下部熔浆继续流动就会拖曳上部薄壳使其产生波状起伏，形成波状熔岩；如果下部熔浆进一步继续流动，上部薄壳就会被拖引成绳状构造，则形成绳状熔岩。绳状熔岩波状熔岩图7－2黑龙江五大连池波状熔岩绳状熔岩绳状熔岩波状熔岩酸性熔浆富含SiO２和挥发组分，K、Na含量比Fe、Mg含量高，温度较低，冷却快，粘性大，流动慢。冷却后形成颜色较浅的岩石，称流纹岩。酸性熔浆表面迅速冷凝成薄壳并由于强烈收缩而破裂，下面熔浆继续流动，使表层薄壳再次破碎并翻滚、粘结，形成块状熔岩。块状熔岩图7－3枕状熔岩中性熔浆SiO２和挥发组分的含量以及其它性质介于酸性和基性熔岩之间，所形成的岩石称为安山岩。枕状熔岩为基性岩浆水下喷发的产物。图7－4玄武岩的柱状节理熔浆在冷凝固结过程中，如果成分均匀，地形平坦，而且缓慢冷缩，可形成垂直于冷凝面的裂隙，把岩石分割成多边形柱状体，这种裂隙称为柱状节理。（3）固态喷出物由于气体的膨胀力及其所派生的冲击作用，使火山喉管及火山口附近的岩石被炸碎并抛射出来，未冷凝的岩浆呈团块、细滴喷向空中并在空中或落地后凝结为固体，它们均属于固态喷出物，统称为火山碎屑物。火山碎屑物可分出火山弹、火山块、火山砾和火山灰四种基本类型。图7－1美国西部圣海伦斯火山1980年的猛烈式喷发火山弹是一种岩浆喷出物，喷离火山口时为炽热的熔浆团，而后在空中旋转运移时，发生不同程度的冷却或固结，落地时可呈现不同的形态。如纺锤形火山弹、麻花状火山弹、饼状或不规则状火山弹、火山渣等。火山弹平均直径大于64mm，最大可达6m（长径）以上。图7－5黑龙江五大连池的火山弹A－麻花状火山弹（长34cm)；B－火山渣（长14cm）火山块粒径与火山弹相当，也是大于64mm，但喷发时是固态的岩石碎块，多呈棱角状至次棱角状。火山块主要由火山通道及其附近的岩石被炸碎而形成。火山砾粒径为2～64mm，火山灰粒径小于2mm，它们在喷发时可以是液态的，也可以是固态的。火山弹\火山砾\火山灰2．火山地形中心式火山喷发形成的地形常呈锥状，称为火山锥。由于火山喷发类型不同，因而火山锥也是多种多样的。主要由熔岩组成的，称为熔岩锥，坡角常仅有2°～10°，很少大于15°。主要由火山碎屑岩组成的，称为火山碎屑岩锥，坡角约30°～40°。由熔岩与火山碎屑岩互层组成的称为复合锥，坡度常小于35°。图7－6火山锥示意图在火山锥顶部常有低洼的部位，略呈圆形，边缘很陡，火山物质由此喷出，称为火山口。火山再次喷发时可以将原有的火山口炸掉一部分，使火山口顶部扩大，成为更大的洼地，叫破火山口。与火山口相连的岩浆通道叫火山喉管（也称火山颈）。日本富士山天池——火山口湖美国西部的火山颈1—岩基；2—岩株；3—岩墙；4—岩床；5—岩盖；6—被侵蚀露出的岩盖；7—火山颈;8—复式火山；9—熔岩流；10—熔渣锥；11—小型破火山口；12—大型破火山口；13—火山碎屑流；14—小火山；15—火山颈；16—熔岩台地；17—熔岩高原图7－7黑龙江五大连池熔岩流瀑布裂隙式火山喷发常可形成熔岩流与熔岩被。从火山口或火山裂隙溢出的熔浆沿山坡或河谷顺流而下，有的呈狭长的带状，有的呈宽阔平缓的舌状，冷却固结后称为熔岩流，当熔岩流遇到陡崖时可形成熔岩流瀑布。当喷发量很大时，熔浆可铺成一大片，被覆在地面上，而后冷凝，称为熔岩被。夏威夷火山——熔岩流二、侵入作用岩浆侵入地壳但未喷出地表称为侵入作用，侵入的岩浆冷凝后形成的各种岩浆岩体称为侵入体，侵入体周围的岩石叫围岩。根据岩浆侵入深度的不同，可分为深成侵入作用（深度＞3km）和浅成侵入作用（＜3km），相应地，侵入体也分为深成侵入体和浅成侵入体。图7－8喷出岩与侵入岩的产状综合示意图（一）深成侵入体深成侵入体形成时的温度和压力均较高，因而岩浆冷凝缓慢，岩石多为全晶质中粗粒结构。岩体规模较大，常见有岩基、岩株两种。岩基是侵入体中规模最大的一类，面积大于100km2，最大可达数万km2。平面上一般呈长圆形，长数十公里，甚至上千公里，宽可达100km以上。岩基一般为中酸性岩浆冷凝而成，多数由结晶较粗大的花岗岩或花岗闪长岩等组成。岩株平面上近圆形或不规则状，接触面较陡，规模较大，出露面积小于100km2。有的岩株独立产出；有的向下与岩基相连，为岩基的顶部突起部分。（二）浅成侵入体浅成侵入体近地表，岩浆冷凝较快，矿物结晶颗粒细小，岩石常为中细粒结构或斑状结构；规模一般较小；岩石类型从酸性到基性都有。常见类型有：岩床又称岩席，是厚度较小而面积较大的层间（板状）侵入体，与其顶、底板围岩平行，接触面平坦，中部稍厚，向边部逐渐变薄以至尖灭。岩墙厚度比较稳定且近于直立的板状侵入体，长度为厚度的几十倍甚至几千倍。岩墙群岩墙又可称岩脉，也有人把规模小、形状不规则或贯入在岩体之中的脉状岩体称为岩脉。岩盆中央部分厚度大，边缘厚度小，中间略微向下凹的盆状侵入体。岩盖又称岩盘，是上凸下平的穹窿状侵入体。由岩盖中部到边部，其厚度迅速变小而尖灭。总结：岩浆岩的类型岩类酸性岩中性岩基性岩超基性岩喷出岩流纹岩安山岩玄武岩苦橄岩浅成岩花岗斑岩闪长玢岩辉绿岩苦橄玢岩深成岩花岗岩闪长岩辉长岩橄榄岩（火山岩可分为熔岩、火山碎屑岩两种类型。）第二节变质作用一、变质作用的因素与方式二、变质作用的基本类型变质作用是指在地下特定的地质环境中，由于物理、化学条件的改变，使原有岩石基本上在固体状态下发生物质成分与结构、构造变化而形成新岩石的地质作用。由变质作用所形成的新岩石称为变质岩。一般，成岩作用的温度小于150～200℃,围压低于100～200MPa；而变质作用则要高于这一数值。因此，可以说成岩作用与变质作用具有过渡关系。变质作用温度并未使原岩熔融，即原岩基本上在固态下发生变质，一旦温度高到使原岩熔融，那么就进入到岩浆作用的范畴。变质作用的高温界限大致为700～900℃。一、变质作用的因素与方式（一）引起变质作用的因素包括温度、压力及化学活动性流体温度往往是引起岩石变质的主导因素。它可以提供变质作用所需要的能量，使岩石中矿物的原子、离子或分子具有较强的活动性，促使一系列的化学反应和结晶作用得以进行；同时温度增高还可使矿物的溶解度加大，使更多的矿物成分进入岩石空隙中的流体内，增强了流体的渗透性、扩散性及化学活动性，促进了变质作用的过程。变质作用的温度范围可由150～200℃直到700～900℃。导致岩石温度升高的主要原因有：①岩浆的侵入作用使其围岩温度升高；②当地壳浅部的岩石进入更深部时,由于地热增温使原岩的温度升高;③由深部热流上升所带来的热量使岩石的温度升高;④岩石遭受机械挤压或破裂错动时由机械能转化的热量使岩石的温度升高，这种热量一般较小或较局限。压力可分为静压力和动压力。静压力又称围压，是由上覆岩石的重量引起的压力。它具有均向性，并且随着深度增加而增大。静压力的作用在于使岩石压缩，导致矿物中原子、分子或离子间的距离缩小，促使矿物内部结构改变，形成密度大、体积小的新矿物。红柱石（Al2SiO5）－－蓝晶石（Al2SiO5）密度3.1-3.2密度3.56-3.68动压力是由构造运动所产生的定向压力。由于动压力只存在于一定的方向上，因而使得岩石在不同方向上产生了压力差。它可以引起矿物的压溶作用，导致原岩发生矿物的重新分异与聚集，造成矿物定向排列；也可以使原岩破碎或产生变形，从而改造了原岩的结构与构造。化学活动性流体是指在变质作用过程中存在于岩石空隙中的一种具有很大的挥发性和活动性的流体。这种流体的组分以H２O及CO２为主,并包含有多种其它易挥发物质及其溶解的矿物成分。在地下温度、压力较高的条件下，这种流体常呈不稳定的气－液混合状态存在，因而具有较强的物理化学活动性，在变质过程中起着十分重要的作用。化学活动性流体可以促使矿物组分的溶解和迁移，引起原岩物质成分的变化；而且，这种流体作为固体与固体之间发生化学反应的媒介具有极重要的意义；同时，流体本身也积极参与了变质作用的各种化学反应；此外，流体的存在还会大大降低岩石的重熔温度，使变质作用的高温界限变低。化学活动性流体来源：包括岩石空隙中原已存在的孔隙水、变质过程中从矿物结构中析出的H２O及CO２等挥发性物质、从岩浆中分离出的挥发性组分以及从地下深处分异上升的深部热液等。(二）变质作用的主要方式：(1)重结晶作用是指岩石在固态下，同种矿物经过有限的颗粒溶解、组分迁移，然后又重新结晶成粗大颗粒的作用，在这一过程中并未形成新矿物。(2)