岩浆多样性的原因—岩浆的演化课件

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1、第五章第五章 岩浆的起源与演化岩浆的起源与演化岩浆的产生岩浆的产生岩浆的演化机制岩浆的演化机制岩浆的运移与侵位岩浆的运移与侵位第五章 岩浆的起源与演化岩浆的产生11、岩浆产生的部位、岩浆产生的部位一、一、岩浆的产生岩浆的产生1、岩浆产生的部位一、岩浆的产生2地球内部结构的细分地球内部结构的细分地幔（地幔（地幔（地幔（MantleMantle）:橄榄岩橄榄岩橄榄岩橄榄岩 （Peridotite(ultramafic)Peridotite(ultramafic)）上地幔（上地幔（上地幔（上地幔（Upper Upper）to 410 kmto 410 km(橄榄石橄榄石橄榄石橄榄石 尖晶石尖晶石尖晶

2、石尖晶石)uu低速带（低速带（低速带（低速带（Low Velocity LayerLow Velocity Layer）60-220 km60-220 km过渡带（过渡带（过渡带（过渡带（Transition Zone Transition Zone）：）：）：）：410-660km410-660km 波速迅速增加波速迅速增加波速迅速增加波速迅速增加 （spinel spinel perovskite perovskite）下地幔（下地幔（下地幔（下地幔（Lower MantleLower Mantle）：）：）：）：660-2898km660-2898km 地震波的波速逐渐增加地震波的波速逐

3、渐增加地震波的波速逐渐增加地震波的波速逐渐增加地球内部结构的细分地幔（Mantle）:橄榄岩上地幔（U3一、一、岩浆的产生岩浆的产生2、部分熔融作用及岩浆分凝聚集、部分熔融作用及岩浆分凝聚集 （1）部分熔融作用：）部分熔融作用：地壳和上地幔物质，当岩石地壳和上地幔物质，当岩石的温度增高至固相线温度时，相对低熔点的物质，在共的温度增高至固相线温度时，相对低熔点的物质，在共结点或同结线的位置首先熔融，产生近共结或低熔点的结点或同结线的位置首先熔融，产生近共结或低熔点的岩浆。开始时，最初出现的液体分布于两种或三种矿物岩浆。开始时，最初出现的液体分布于两种或三种矿物的交界部位，在这些部位实际上形成了一

4、个局部的二元的交界部位，在这些部位实际上形成了一个局部的二元系或三元系，造成一个低温熔融的温度环境，随热量不系或三元系，造成一个低温熔融的温度环境，随热量不断输入，熔融程度增高，熔体数量增多。断输入，熔融程度增高，熔体数量增多。一、岩浆的产生2、部分熔融作用及岩浆分凝聚集4一、一、岩浆的产生岩浆的产生xx一、岩浆的产生xx52、部分熔融作用及岩浆分凝聚集、部分熔融作用及岩浆分凝聚集概念：概念：是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集 中的作用中的作用控制因素：控制因素：熔体分数（即部分熔融程度）熔体分数（即部分熔融程度）源区的渗透性源区的渗透性 熔体的密

5、度与残留固体的密度差产生的浮力熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力 残留固体与熔体的粘度残留固体与熔体的粘度（2）岩浆的分凝聚集）岩浆的分凝聚集一、一、岩浆的产生岩浆的产生2、部分熔融作用及岩浆分凝聚集概念：是指熔融的岩浆液滴从源区6部分熔融作部分熔融作用用 示示 意意 图图部分熔融作用 示 意 图73、原生岩浆和派生岩浆、原生岩浆和派生岩浆（1）原生岩浆（）原生岩浆（primary magma)：岩浆形成后成分未发生变化的岩浆玄武岩浆形成后成分未发生变化的岩浆玄武岩浆、岩浆、花岗质岩浆、安山岩浆等花岗质岩浆、安山岩浆等（2）派生岩浆）派生岩浆(derivative magma):由原生岩浆

6、演化形成的岩浆由原生岩浆演化形成的岩浆一、一、岩浆的产生岩浆的产生3、原生岩浆和派生岩浆一、岩浆的产生84、岩浆形成的基本条件、岩浆形成的基本条件 A.源区岩石源区岩石 B.温度的升高温度的升高 C.压力的降低压力的降低 D.挥发组分的加入挥发组分的加入一、一、岩浆的产生岩浆的产生4、岩浆形成的基本条件 A.源区岩石一、岩浆的产生9 地球中的热源（地球中的热源（Heat Sources in the Earth）1.外界行星的撞击外界行星的撞击 2.放射性元素衰变产生的热放射性元素衰变产生的热 3.热流（热的物质流或热流体）的加入热流（热的物质流或热流体）的加入 热传递方式（热传递方式（Hea

7、t Transfer）1.传导（传导（Conduction）2.辐射（放射性）（辐射（放射性）（Radiation）3.对流（对流（Convection）地球中的热源（Heat Sources in the E10压力和温度随深度的变化压力和温度随深度的变化lP=r rgh；r-r-密度，密度，g-重力加重力加速度，速度，h-埋深埋深.l从地表到地幔几乎呈线性关系：从地表到地幔几乎呈线性关系：0.1GPa/3.3km l地壳底部地壳底部 1 Gpal地核（地核（Core）:r r快速增大快速增大l 压压力力梯梯度度（The Pressure Gradient）：压力和温度随深度的变化P=rgh

8、；r-密度，g-重力加11地幔岩石是如何熔融的地幔岩石是如何熔融的（How does the mantle melt?）B.温度升高温度升高（Increase the temperature）地幔岩石是如何熔融的（How does the mantl12C.压力降低（压力降低（Lower the pressure）地幔底辟上升地幔底辟上升减压熔融：可达减压熔融：可达 30%绝热线绝热线C.压力降低（Lower the pressure）地13D.挥发组分的加入挥发组分的加入（Add volatiles，especially H2O)地温线地温线水饱和水饱和D.挥发组分的加入（Add volat

9、iles，es14二、岩浆的演化机制岩浆的演化机制主要包括：主要包括：熔离作用熔离作用扩散扩散-对流作用对流作用分离结晶作用分离结晶作用 1、分分异异作作用用：原原来来成成分分均均匀匀的的岩岩浆浆，在在没没有有外外来来物物质质加加入入的的情情况况下下，依依靠靠岩岩浆浆自自身身的的演演化化，最最终终形形成成不不同同组组成的火成岩。成的火成岩。岩岩浆浆从从源源区区分分离离之之后后，温温度度、压压力力等等条条件件发发生生了了改改变变，随随即即开开始始了了岩岩浆浆演演化化历历程程，从从原原生生岩岩浆浆演演化化出出派派生生岩岩浆浆，生生成成了了多多种种岩岩石石。在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢

10、？在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢？主要有：主要有：分异作用、岩浆混合作用、同化混染作用分异作用、岩浆混合作用、同化混染作用二、岩浆的演化机制主要包括：1、分异作用：原来15（1）熔离作用（）熔离作用（Liquid Immiscibility）是指原来混溶的熔体因物理是指原来混溶的熔体因物理（如温度、（如温度、压力的变化）压力的变化）或化学或化学（如第三种组分的加（如第三种组分的加入）入）的原因分离为不混溶或混溶程度低的的原因分离为不混溶或混溶程度低的两种熔体的过程。两种熔体的过程。1、分异作用、分异作用二、岩浆的演化机制岩浆的演化机制（1）熔离作用（Liquid Immiscibi

11、lity 16某些实例：某些实例：Some Examples在富铁的拉斑玄武岩中可见到晚期的富硅在富铁的拉斑玄武岩中可见到晚期的富硅 的花岗质不混溶体的花岗质不混溶体硫化物硫化物硅酸盐不混溶体硅酸盐不混溶体 (massive sulfide deposits)月球玄武岩中的富铁球粒存在于富硅富钾月球玄武岩中的富铁球粒存在于富硅富钾的玻璃基质中的玻璃基质中某些实例：Some Examples在富铁的拉斑玄武岩中可见17 （2）扩散对流作用）扩散对流作用 含义：含义：原来均一的岩浆，由于液态的岩浆体内原来均一的岩浆，由于液态的岩浆体内部及其与相接触的围岩间存在温度梯度，导致产部及其与相接触的围岩间

12、存在温度梯度，导致产生成分梯度的作用。此时，热量和物质通过液生成分梯度的作用。此时，热量和物质通过液液界面进行扩散对流，使高熔点的组分向着低温液界面进行扩散对流，使高熔点的组分向着低温的熔体边部迁移，冷凝较早，形成较基性富含高的熔体边部迁移，冷凝较早，形成较基性富含高熔点组分的的边缘带；而低熔点的组分则向高温熔点组分的的边缘带；而低熔点的组分则向高温的熔体内部迁移，冷凝较晚，生成了较酸性富含的熔体内部迁移，冷凝较晚，生成了较酸性富含低熔点组分的内部带。低熔点组分的内部带。1、分异作用、分异作用岩浆中物质扩散的驱动力：岩浆中物质扩散的驱动力：温度梯度、浓度梯度或化学位梯度温度梯度、浓度梯度或化学

13、位梯度 （2）扩散对流作用1、分异作用岩浆中物质扩散的驱18实例：实例：岩体的边部岩体的边部暗色组分的富集暗色组分的富集对流岩浆房对流岩浆房中的侧壁结晶分中的侧壁结晶分异作用异作用 实例：191、分异作用分异作用（3）分离结晶作用）分离结晶作用(结晶分异作用结晶分异作用)概念：概念：是指由于岩浆中结晶的固相物质是指由于岩浆中结晶的固相物质的分离，使残余岩浆成分发生变化的作用。的分离，使残余岩浆成分发生变化的作用。类型：类型：A.流动分异作用流动分异作用 B.重力分离结晶作用重力分离结晶作用二、岩浆的演化机制岩浆的演化机制1、分异作用（3）分离结晶作用(结晶分异作用)二、岩浆的演化20A.流动分

14、异作用流动分异作用特特点点：主主要要发发生生在在流流速速变变化化较较大大的的岩岩浆浆通通道道内内，如如岩岩墙墙和和岩脉中岩脉中原原因因：岩岩浆浆与与上上侵侵通通道道侧侧壁壁围围岩岩间间的的粘粘滞滞摩摩擦擦作作用用使使流流速速从从通通道道中中心心向向边边缘缘降降低低，导导致致矿矿物物晶晶体体向向流流速速高高的的中中心心带集中，使结晶的矿物与熔体分离。带集中，使结晶的矿物与熔体分离。规模：规模：影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带（3）分离结晶作用）分离结晶作用1、分异作用分异作用A.流动分异作用（3）分离结晶作用1、分异作用21流动分异作用的特点：流动

15、分异作用的特点：Flow segregation相对位移相对位移颗粒分散压力颗粒分散压力围岩围岩流动分异作用的特点：Flow segregation相对位22B.重力分离结晶作用重力分离结晶作用 早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素：影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素：晶体与岩浆的密度差晶体与岩浆的密度差 晶体直径（晶体直径（B）的大小）的大小 岩浆的粘度岩浆的粘度（3）分离结晶作用）分离结晶作用B.重力分离结晶作用（3）分离结晶作用23晶体的沉降速

16、度遵循：晶体的沉降速度遵循：Stokes LawV=矿物沉降速度矿物沉降速度(cm/sec)g=重力加速度重力加速度(980 cm/sec)r=球形颗粒的半径球形颗粒的半径(cm)r rs=固态球形颗粒的密度固态球形颗粒的密度(g/cm3)r rl=熔体的密度熔体的密度(g/cm3)h h=熔体的粘度熔体的粘度(1 c/cm.sec=1 poise)V2gr()92=-r rr rh hsl晶体的沉降速度遵循：Stokes LawV=矿物沉降速24举例：举例：玄武岩中的橄榄石：玄武岩中的橄榄石：Olivine in basalt橄榄石橄榄石(r rs=3.3 g/cm3,r=0.1 cm)玄武

17、质熔体玄武质熔体(r rl=2.65 g/cm3,h h=1000 poise)V=29800.12(3.3-2.65)/91000=0.0013 cm/sec举例：25举例：举例：流纹质熔体：流纹质熔体：Rhyolitic melt h h=107 poise and r rl=2.3 g/cm3角闪石晶体角闪石晶体(r rs=3.2 g/cm3,r=0.1 cm)V=2 10-7 cm/sec,or 6 cm/year 长石长石(r rl=2.7 g/cm3)V=2 cm/year则在则在104年时形成年时形成 200 m 厚的岩石厚的岩石（冷却形成（冷却形成岩株）岩株）假如晶体半径为假如

18、晶体半径为 0.5 cm，将会每年沉淀，将会每年沉淀 0.65 m,或或6.5 km/104 年。年。举例：26l 矿物分离结晶的顺序鲍文（矿物分离结晶的顺序鲍文（Bowen,1928）反应系列）反应系列橄榄石橄榄石基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云母黑云母（尖晶石）（尖晶石）温度升高方向温度升高方向钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石不连续系列不连续系列不连续系列不连续系列连续系列连续系列连续系列连续系列基中性斜长石基中性斜长石中性斜长石中性斜长石 矿物分离结晶的顺序鲍文（Bowen,1928）反应系列27l鲍文反应系列的岩石学意义鲍文反

19、应系列的岩石学意义橄榄石橄榄石基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云黑云母母（尖晶石）（尖晶石）温度升高方向温度升高方向钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石不连续系列不连续系列不连续系列不连续系列连续系列连续系列连续系列连续系列基中性斜长石基中性斜长石中性斜长石中性斜长石1）解释岩浆中矿物结晶顺序2）解释岩浆中矿物共生规律，两个系列结晶温度相当的 矿物可以共生3）解释暗色矿物间的反应变结构和斜长石正环带结构4）玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆鲍文反应系列的岩石学意义橄榄石基性斜长石斜方辉石单斜辉石角闪28玄武岩浆分离玄武岩浆分离结晶作

20、用形成结晶作用形成的层状侵入体的层状侵入体玄武岩浆分离结晶作用形成的层状侵入体29分分离离结结晶晶形形成成的的堆堆积积结结构构分30橄榄石堆积造成的岩浆成分变化：橄榄石堆积造成的岩浆成分变化：橄榄石堆积造成的岩浆成分变化：橄榄石堆积造成的岩浆成分变化：1959 Kilauea eruption in Hawaii.1959 Kilauea eruption in Hawaii.萃取的橄榄石萃取的橄榄石橄榄石聚集橄榄石聚集橄榄石抽出橄榄石抽出母母岩岩浆浆刻度突变刻度突变橄榄石堆积造成的岩浆成分变化：1959 Kilauea er312、岩浆混合作用（岩浆混合作用（Magma Mixing）（1）

21、概概念念：由由两两种种或或两两种种以以上上的的不不同同成成分分的的岩岩浆浆以以不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。（2）识别标志：）识别标志：1）混混合合不不彻彻底底时时，基基性性端端元元和和酸酸性性端端元元及及二二者者间间的的过过渡渡岩岩石石同同时时出出现现；在在岩岩体体中中可可见见到到一一些些基基性性端端元元的的岩岩石石团团块块、微粒包体等微粒包体等 2）矿矿物物间间出出现现明明显显的的不不平平衡衡现现象象：两两种种成成分分差差别别较较大大的的斜长石的共存等斜长石的共存等 3）混混合合彻彻底底：对对于于一一套套岩岩石石来来说说，端端元

22、元组组分分与与混混合合组组分分在在 Harker-type 变异图上应该呈一条直线变异图上应该呈一条直线2、岩浆混合作用（Magma Mixing）（1）概念：32花岗质岩浆房底部出现玄花岗质岩浆房底部出现玄花岗质岩浆房底部出现玄花岗质岩浆房底部出现玄武岩枕状堆积体武岩枕状堆积体武岩枕状堆积体武岩枕状堆积体玄武岩和流纹岩玄武岩和流纹岩玄武岩和流纹岩玄武岩和流纹岩呈互层状呈互层状呈互层状呈互层状花岗质岩浆房底部出现玄武岩枕状堆积体玄武岩和流纹岩呈互层状333、同化混染作用同化混染作用(assimilation)（1）概念：）概念：岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎块，将改变岩浆熔化或溶解围岩或捕虏

23、的围岩碎块，将改变岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不彻岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不彻底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。（2）同化混染的可能方式：）同化混染的可能方式：1）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分发生改变。发生改变。2）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。3）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄

24、）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄武岩中的地幔橄榄岩包体。武岩中的地幔橄榄岩包体。3、同化混染作用(assimilation)（1）概念：岩浆34（3）同化混染作用的鉴别标志：）同化混染作用的鉴别标志：1）主主要要出出现现在在大大型型侵侵入入体体的的边边缘缘带带，与与围围岩岩之之间间常常形形成成渐渐变过渡带；变过渡带；2）在在同同化化混混染染带带，常常含含有有围围岩岩的的捕捕虏虏体体或或捕捕虏虏晶晶，出出现现不不平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石；平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石；3）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。

25、（3）同化混染作用的鉴别标志：35 本节提示：本节提示：（1）自自然然界界中中火火成成岩岩类类型型复复杂杂多多样样的的原原因因之之一一，就是与岩浆演化有关。就是与岩浆演化有关。（2）岩岩浆浆演演化化过过程程中中，所所涉涉及及到到的的作作用用往往往往是是多多种种作作用用的的结结合合。比比如如，岩岩浆浆的的同同化化混混染染作作用用和和岩岩浆浆的的分分离离结结晶晶作作用用可可能能是是同同时时发发生生的的；分分离离结结晶晶作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。AFC：assimilation +Fractional crystallization Frac

26、tional crystallization+recharge of more primitive magma 本节提示：36三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位岩浆上升的动力岩浆上升的动力密度差和由于张开裂隙而密度差和由于张开裂隙而发生的减压作用发生的减压作用平衡浮力高度：平衡浮力高度：当岩浆上升至与其密度相当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。这一的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一位置可称为位置可称为平衡浮力高度平衡浮力高度三、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37三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制A.底辟上升和侵位是连续的过程底辟上升和

27、侵位是连续的过程B.底底辟辟侵侵位位的的主主要要驱驱动动力力岩岩浆浆的浮力和热动力的浮力和热动力C.演演化化阶阶段段：早早期期穹穹隆隆阶阶段段、中中期期底底辟辟上上升升阶阶段段、晚晚期期侧侧向向挤挤断（气球膨胀）阶段断（气球膨胀）阶段D.特特征征：岩岩体体的的内内部部组组构构及及产产状状与与围围岩岩的的片片理理产产状状一一致致，岩岩体体没根，整合岩体没根，整合岩体1、底辟作用、底辟作用三、岩浆侵位机制A.底辟上升和侵位是连续的过程1、底辟作用38演化阶段：演化阶段：早期穹隆阶段早期穹隆阶段中期底辟上升阶段中期底辟上升阶段晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段底辟作用的底辟作用

28、的3个演化阶段个演化阶段演化阶段：底辟作用的3个演化阶段39过过程程：热热的的岩岩浆浆上上升升，引引起起顶顶部部围围岩岩被被挖挖蚀蚀、炸炸裂裂，在在顶顶部部围围岩岩炸炸裂裂块块体体下下沉沉的的同同时时，岩岩浆浆侵侵入入到到裂裂隙隙中中，如如此此反反复复，岩岩浆浆可可实实现现向向上上迁迁移、侵位。移、侵位。特特征征：岩岩体体与与围围岩岩层层理理面面产产状状相相切切，形形成成不不整整合合侵侵入入体体，岩岩体体边边缘缘有有棱棱角角状状、不不规规则则状围岩捕虏体等。状围岩捕虏体等。2、顶蚀作用、顶蚀作用三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制过程：热的岩浆上升，引起顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂403、

29、岩墙扩展作用（、岩墙扩展作用（dike propagation）含含义义：是是岩岩浆浆在在压压力力的的驱驱驶驶下下，注注入入围围岩岩裂裂隙隙，并并通通过过挤挤压压围围岩岩使使其其扩扩展展成成狭狭窄窄的的岩岩浆浆通通道道（岩岩墙墙），并并沿沿该该通通道道上升。上升。环境：环境：张性断裂、裂隙张性断裂、裂隙例子：例子：辉绿岩岩墙辉绿岩岩墙三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制3、岩墙扩展作用（dike propagation）含义：是414、火口沉陷作用、火口沉陷作用(cauldron subsidence)代表环形杂岩体特征的一种侵位机制代表环形杂岩体特征的一种侵位机制三、岩浆侵位机制三、岩浆侵位机制4、火口沉陷作用(cauldron subsidence)代424、岩浆形成的、岩浆形成的基本条件基本条件 A.源区岩石源区岩石 B.温度的升高温度的升高 C.压力的降低压力的降低 D.挥发组分的加入挥发组分的加入一、一、岩浆的产生岩浆的产生4、岩浆形成的基本条件 A.源区岩石一、岩浆的产生43