岩石学简明教程

绪论一、岩石的概念岩石是构成地球的物质之一，且主要是固态物质，即地球中地壳和地幔内的固态部分，是矿物的天然集合体是地球上内力和外力地质作用的产物。岩石按其成因，可以分为火成岩、沉积岩和变质岩三部分。其中火成岩主要是高温熔融的岩浆在地下或地表冷凝形成的，故也叫岩浆岩；沉积岩主要是由地表的风化剥蚀产物、火山碎屑物质等经水和风等外力搬运、沉积或生物参与下固结而成的岩石；变质岩是由先生成的火成岩、沉积岩或变质岩经变质作用转化而成的岩石。岩浆岩和变质岩又多由结品矿物组成，故又叫做结晶岩。地壳的较深处和上地幔的上部主要由岩浆岩和变质岩组成。据统计从地表向下16km的范围内岩浆岩和变质岩的体积可达95％，沉积岩只占5％。地壳的表面以沉积岩为主，它们约占大陆面积的75％，洋底几乎全部为沉积物所覆盖。岩石是地球发展过程中地质作用的产物，也是地球发展演化历史信息的储存器。因此，研究岩石，不但可以了解地球发展演化的历史，而且对整个字宙奥秘的探索也是有意义的。岩石和矿产有很密切的关系，有些岩石本身就是矿产。所以研究岩石，可以有利于矿产资料的寻找，同时还有助于国民经济建设和工业技术的发展。二、岩石学的概念研究在地壳和上地幔上部产出的岩石的分布、产状、成分、结构、构造、分类命名、相关矿产、成因演化等方面的科学就是岩石学。它是地质学中一个分支学科。目前岩石学正沿着岩浆岩石学、沉积岩石学和变质岩石学三个主要的分支各自独立的方向发展着。其中岩浆岩石学着重研究岩浆岩的组成、共生组合、产状分布、矿产关系、成因机制以及岩浆的形成、活动、演化规律与全球构造的关系等。沉积岩石学着重研究沉积物质的形成、运移、沉积和成岩作用；沉积岩的组成，沉积矿产，沉积环境，沉积相等。变质岩石学着重研究变质岩的形成、分布、成因、成矿、原岩恢复、变质相和相系、变质作用和构造活动与地壳演化发展的关系等。1第一章岩浆岩形成和特征第一节岩浆岩的形成地球上分布的岩浆岩是各种各样的，其中大部分岩浆岩都是由岩浆形成的，地震地质和高温高压实验结果等表明，液态的岩浆可由固相的上地幔和地壳经过部分熔融产生的，导致上地幔和地壳中熔出岩浆的原因可能有：一、温度的升高接近于其熔融温度的岩石由于温度的升高就会发生熔融，在一定的温压下熔融作用总是局部的部分熔融，一旦形成了一定的熔浆之后，由于重力、应力等因素，较轻的、活动性大的熔体就会向低压区移聚，形成岩浆房。二、压力的降低在深处由于压力大，温度虽然也很高，但不一定达到固相变液相的转化温度，如果由于构造断裂，导致压力的突然降低，就有可能达到初始熔融温度，使岩石发生部分熔融，形成岩浆。三、成分的变化由于水和二氧化碳等流体加入上地幔中，可以使地幔橄榄岩的初始熔融温度大为降低，使橄榄岩发生部分熔融，产生岩浆。由上可知，随着熔融源区岩石成分的差异、深度的不同、温度的高低、总压和水与二氧化碳分压的变化，以及熔融程度的强弱，会产生不同成分的岩浆。第二节岩浆岩的特征一、岩浆岩的矿物成分根据造岩矿物的含量和在岩浆岩分类和命名中起的作用，可将它们分为主要矿物、次要矿物、和副矿物三类。主要矿物是岩石中含量比较多的矿物，一般都在10％以上。它们是划分岩石大类的依据，如花岗岩中的钾长石和石英都是主要矿物，没有它们就不能定名为花岗岩。次要矿物是岩石中含量不多的矿物，一般都在10％以下。它们对划分岩石大类不起作用，但可作为确定岩石种属的依据，如石英闪长岩中的石英，黑云母花岗岩中的黑云母。这里可以看出同种矿物在不同的岩石中随着量的多少变化，它可以是主要矿物，也可以是次要矿物。2副矿物是岩石中含量很少的矿物，通常不到1％，偶尔可达5％。如磷灰石、磁铁石、榍石、锆石等。二、岩浆岩的化学成分地壳中存在的所有元素岩浆岩中几乎都有分布。岩浆岩中的这些元素通常都以元素的氧化物来表示，有时也直接用元素来说明。这些元素或元素氧化物的含量在不同的岩浆岩中是很不相同的。岩浆岩中除了主要和次要造岩氧化物之外，还有很多分布广而量微的元素，如Ba、Sr、Pb、Zn、W、Mo、Sn、Rb、Nb、Ta等，这些元素虽然量微，但是很有意义。一是它们可以富集成矿；二是可以灵敏的反映岩浆岩的形成过程，所以很受人们的注意。由于近代研究方法的进步，测试手段的提高发现岩浆岩中某些元素的同位素丰度值变化很有规律，它们对于了解岩浆岩的起源和演化历史很有意义。这些元素同位素值的变化一般都用其比率来表示，如SS3234、OO1618、SrSr8687、PbPb204206、PbPb204207等。岩浆岩中稀土元素的丰度变化和稀土元素分布型式，常随岩浆源区的差异和演化进程的不同而变化。因此，研究岩浆岩中的稀土元素组成有助于了解岩浆的起源和演化。稀土元素化学性质、难熔、难分离、为紧密共生的元素族。一般认为，它们一经赋存于岩石中，即不易变化，所以是岩石成因的一种良好标志。利用稀土元素讨论岩石的成因时常常使用稀土元素总量（REE）、轻稀土元素(LREE)和重稀土元素(HREE)及其比值、铕亏损(EuEu)、球粒陨石标准化值（岩石/球粒陨石）以及其它的一些比值。不同成因的岩石，这些值和比值有很大的差异。三、岩浆岩的结构和构造在研究岩石时，不但要认识其物质成分，而且还要了解这些物质成分是怎样构成岩石的。这种由岩石的物质组成所反映的岩石的构成特征，就是岩石的结构和构造。成分相同的岩浆，在不同的物理化学条件下，可以形成结构、构造截然不同的岩浆岩。所以岩浆岩的结构和构造特征是区分和鉴定岩浆岩的重要标志之一，也是岩浆岩分类和判别其形成条件的重要依据。岩浆岩的结构岩浆岩的结构是指岩石的结晶程度、颗粒大小、形状特征以及这3些物质彼此间的相互关系等所反映出的特征。(一)岩浆岩结构的要素和特征与分类1．岩石的结晶程度是指岩石中结晶物质和非结晶玻璃物质的含量比例。根据结晶程度，可将岩浆岩的结构分成如下的三类：全晶质结构即全部由结晶矿物所组成的一种岩石结构。这种结构多见于深成岩中，如花岗岩。玻璃质结构即全部由玻璃物质所组成的一种岩石结构。这种结构常见于火山岩中，如黑曜岩。半晶质结构即既有结晶矿物又有非晶质玻璃所组成的一种岩石结构。这种结构也主要见于火山岩中，如流纹岩。2．矿物颗粒的形状矿物颗粒的形状特点包括矿物的自形程度和结晶习性。自形程度是指矿物晶面发育的完善程度。根据矿物晶面发育的完善程度将其分为如下的三种：自形晶矿物晶形发育完整，这种晶体多半是在空间有利或晶体生长能力较强的情况下形成的。如果岩石全由这种自形晶粒组成，即构成全自形粒状结构。半自形晶矿物晶体发育得不完整，仅有部分有完整的晶面，部分则为不规则的轮廓。这是因为晶体生长有先有后，或多种矿物都在生长，条件不充分造成的。这是侵入岩中很多矿物常有的形状，如果岩石由它们组成即构成了半自形粒状结构。他形晶所有的晶面部不发育，成为形状不规则的他形晶体。一般多充填于其它矿物颗粒之间，常常是特定条件下的形成物。如岩石全由这种他形晶粒组成，即构成他形粒状结构。由于晶体的结晶习性不同，矿物的形态也不一样。常见的有粒状、柱状、板状、片状、针状、纤维状等。据其可定为相应的结构，如粒状结构、柱状结构等。3．矿物颗粒的大小(或粒度大小)按照矿物颗粒的绝对大小(粒度)和肉眼下可辨别的程度，可将岩浆岩的结构作如下划的分：显晶质矿物颗粒在肉眼下是可以分辨者。显晶质结构根据岩石中主要矿物颗粒的平均直径又可分为：4粗粒结构，颗粒直径＞5mm；中粒结构，颗粒直径5—1mm细粒结构，颗粒直径1—0.1mm；微粒结构，颗粒直径＜0.1mm按照矿物颗粒的相对大小可以分出：等粒结构是指岩石中同种主要矿物颗粒大小大致相等。这种结构多见于侵入岩中。不等粒结构是指岩石中同种主要矿物颗粒大小不等。斑状和似斑状结构是指岩石中所有的矿物颗粒和成分都俨然的分属于大小不同的两个群，大者组成斑晶，小的组成基质，若基质由显晶质物质组成则形成似斑状结构。若基质由微晶质或隐晶质和玻璃质组成则称为斑状结构。4．矿物彼此的相互关系包括矿物颗粒之间的相互关系和矿物与火山玻璃间的相互关系。岩浆岩中矿物和矿物被此之间的排布和结合方式不同，其中常见的如下：交生结构即矿物颗粒彼此交生嵌布在一起，如文象结构、条纹结构、蠕虫结构等。反应结构这是早期晶出的矿物与残余岩浆相反应而形成的结构。（二）岩浆岩的构造岩浆岩的构造岩浆岩中不同矿物集合体间或矿物集合体与岩石的其它组成部分之间的排列充填空间方式所构成的岩石特点。岩浆岩常见的构造有如下一些：1．块状构造是由矿物均匀无向分布组成的一种构造，它们分布极广。2．斑杂构造是一种不均一构造，它们是由岩石的不同组成部分中结构上或成分上的差异造成的。因此，它们无论在颜色上还是在粒度上部是非常不均一的，而呈现出斑驳陆离的外貌。它们或由岩浆分异或是因岩浆同化混染作用而成。3．带状构造也是一种不均一构造，或是斑杂构造的特殊变种。它们也是由于岩石各部分成分或粒度的差异造成的，所不同的是有方向。即由不同成分或粒度相间成带分布而成，它们常见于层状辉长岩中，常常是由岩浆脉动侵入或重力分异造成的。4.球状构造是由一些矿物周绕某些中心呈同心层状分布而成的一种构造。5.气孔构造是火山岩中常见的一种构造。火山岩中的气孔构造是岩浆喷溢5地表时，其中的挥发分逸散后留下的空洞，这些空洞或圆、椭圆或不规则状，其量或多或少，分布或密或疏，或定向或无向。如果这种气孔被后来的物质所充填形成了杏仁体，称杏仁构造。6．枕状构造水下喷溢的基性熔岩中常有枕状构造发育，枕体或多或少成扁椭球体，大小不等的堆在一起。枕体核部较致密，边缘有薄的玻璃质外壳，二者之间可有呈同心圆分布的气孔或杏仁石。枕体之间还可有其他沉积物或次生产物充填。7．流纹构造是由不同颜色条纹所反映出来的熔岩流的活动构造，有时顺着流动条纹还有被拉长的气孔分布。8．原生片麻构造这种构造多见于浸入体的边缘。其特征是有些矿物呈连续定向分布，它们是由于半凝固的侵入体受到了较强的机械力的结果，而物质组分并末发生明显的位移。（三）岩浆岩的产状侵入岩的产状侵入岩由于是岩浆侵入地壳中的产物，它们的产状和构造关系密切，可与地层整合或不整合接触，形体规模也相差很大，其中常见的如下：1．岩基是一种形体庞大的岩体。共表面积一般都＞60km2，往往呈长圆形，长几十至几百公里，甚至更大，宽几至几十公里。常由成分十分稳定的花岗岩类组成，多侵入于造山带的隆起部分，延伸和造山带一致，与围岩成不规则接触。2．岩株是一种形体较岩基为小的岩体。一般平面上成圆形或不规则状，积＜60km2，和围岩的接触较陡直，有时是岩基的一部分，边部可有清楚的原生构造。3．岩墙或岩脉是一种较小的侵入体，往往呈墙状或脉状延伸几米至几千米，有时则达几百公里，宽自几厘米到几百米。通常与围岩斜交，是沿陡直的裂隙侵入造成的。耐风化者可形成正地形，易风化者则多组成负地形。岩脉和岩墙在形态上是相似的。但有人主张规模大而规则的叫岩墙，小而不规则的叫岩脉。4．岩床是一种沿层间侵入展布的层状侵人体，厚度稳定，与层面成整合接触，常见于基性岩中。65．岩盖也是一种层间侵入体，与岩层成整合接触，和岩床不同的是中心厚度大，呈底部较平的顶部弯窿状形体，有时则成似扁豆状。6．岩盆是一种层间整合侵入体，和岩盖不同的是中心凹下形如碟或浅盆状，一些层状辉长岩常呈岩盆状产出。图一侵入岩的各种产状（四）岩浆岩的相不同环境条件下形成的岩浆岩，其特征也不一样，因此不同的岩石特征所能反映一定的生成环境条件。这种能反映岩浆岩生成环境的岩石表征就是岩浆岩相。根据岩浆岩的表征可以将岩浆岩的相简分为火山岩相、深成岩相和浅成岩相。下面分述之：1.火山岩相不同火山岩相的产出环境、产出形态、岩性特点和其所处火山部位的相互关系分为：(1)溢流相溢流相火山岩可形成于火山作用的各个阶段，但以强烈爆发之后出现者为多。其岩性从酸性到超基性岩都有，但以粘度小的基性岩更常见。(2)爆发相爆发相多形成于火山活动的早期和高潮时期，其他阶段也可以出现。碎屑物层可有明显的分选性和韵律性，可有各种各样的火山碎屑岩和熔结凝灰岩围绕着火山口分布。(3)侵出相侵出相多形成于火山活动的