巖漿過程和火成巖地質(zhì)-翻譯中出

1、第一篇 巖漿過程前言所有涉及巖石的液態(tài)或熔融態(tài)的現(xiàn)象稱為巖漿過程。在地球深處的熔融或部分熔融態(tài)的巖石叫做巖漿；如果是通過火山爆發(fā)噴出表面的，被稱為熔巖。巖漿作用過程包括了：巖漿從先前固態(tài)源巖，在一定溫壓條件下變?yōu)閹r漿巖漿運(yùn)移再到巖漿結(jié)晶形成火成巖這樣一個(gè)完整的過程。雖然這些步驟可能會(huì)重疊，但它能方便地將巖漿過程分為獨(dú)立的三個(gè)過程進(jìn)行討論：1.熔融過程，如加熱熔融、減壓熔融、沖擊熔融、以及加揮發(fā)分熔融；2.巖漿運(yùn)移過程，如滲流，巖脈注入，巖體侵位，與火山噴發(fā)；3.巖漿分異過程，如分離結(jié)晶，巖漿的同化、混染。變質(zhì)過程與巖漿過程的區(qū)別在于：礦物不發(fā)生熔融反應(yīng)而形成新的巖石，在水熱作用過程中，液相組成

2、中占主導(dǎo)地位的是水或者其他高揮發(fā)性組分，而不是熔融的成巖礦物。巖漿過程是巖石循環(huán)必不可少的組成部分；它導(dǎo)致了我們觀察到的火成巖的廣泛多樣性，并且構(gòu)成了地球或類地行星地幔和地殼分異的基本過程。地球的表面反映了來自深部的物源和深部的過程；巖漿過程通過將地球深部的物質(zhì)帶到地表，給地質(zhì)學(xué)家和地球化學(xué)家們提供了約束地球內(nèi)部物質(zhì)組成的、礦物學(xué)的以及熱特性等方面的重要信息。在地球上，巖漿過程與板塊構(gòu)造密切相關(guān)。巖漿作用的類型和由此形成的火成巖的類型是由特定的構(gòu)造環(huán)境決定。因此，它具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)、變質(zhì)沉積特征的古老的火成巖與現(xiàn)代的火成巖樣品相比較，可以確定古構(gòu)造環(huán)境。巖漿作用與它們最終形成的火成巖密切相關(guān)。玄武

3、質(zhì)巖漿作用是由地幔超美鐵組分部分熔融形成；在地球上，玄武質(zhì)巖漿作用可見于洋中脊、弧后盆地、大火成巖省、大陸裂谷、熱點(diǎn)以及俯沖帶。中酸性巖漿作用被限制在大陸地殼，在俯沖帶也很常見。許多經(jīng)濟(jì)意義重大的礦床都與硅酸巖漿活動(dòng)有關(guān)，這些被稱為巖漿礦床。熔融過程當(dāng)今對(duì)于理解巖漿過程的一個(gè)重要方面就是認(rèn)為地球內(nèi)部是固態(tài)物質(zhì)占主導(dǎo)地位的。但這一直不被認(rèn)可；早期地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為火山噴發(fā)的熔巖來自地球內(nèi)部一些永久熔融或玻璃狀層位。但是，地震波顯示地殼和地幔發(fā)射剪切波，這就要求他們是剛性的。我們也知道，地球內(nèi)部巖漿源區(qū)是很熱的，玻璃質(zhì)是很難保存下來的。地幔淺部的巖漿密度比固態(tài)巖石的要小，所以會(huì)很快分離上升而不是儲(chǔ)存在下

4、面很長的時(shí)間，并且地幔深處的壓力足夠大，能保證它們?cè)诤芨叩臏囟认氯匀痪S持在固態(tài)。因此，巖漿熔融的區(qū)域不僅僅是巖漿被提取的地方，而是包括巖漿通過固態(tài)巖石的部分熔融作用產(chǎn)生的地方。通常的經(jīng)驗(yàn)是，一個(gè)固態(tài)物質(zhì)被熔化，首先增加它的溫度到熔化點(diǎn)，然后繼續(xù)供熱，將固體轉(zhuǎn)化為液體。然后我們可能會(huì)想象，巖石熔化也是通過對(duì)源巖加熱或通過熱流進(jìn)入巖石熔融區(qū)，這樣的話，我們就被直覺所誤導(dǎo)了。地球內(nèi)部的主要熔融過程是減壓熔融和加水熔融，兩者發(fā)生都不需要加熱，因?yàn)轵?qū)動(dòng)巖石在特定環(huán)境下熔融的能源已經(jīng)存在源區(qū)物質(zhì)中。此外，巖石的相位關(guān)系比理解一個(gè)單一的熔點(diǎn)更為復(fù)雜，如環(huán)境條件下的冰。首先，即使對(duì)于一個(gè)純粹的物質(zhì)，如冰，或某

5、些特定礦物體系，熔融溫度是壓力的函數(shù)。對(duì)于大多數(shù)物質(zhì)，熔融溫度隨壓力增大而增大。再者，天然巖石不是純物質(zhì)，而是幾種礦物的混合物，每一種礦物又都是許多化學(xué)成分的固溶體。即使在恒定壓力下，這也會(huì)導(dǎo)致熔融溫度擴(kuò)大到部分熔融溫度的一個(gè)范圍。某種巖石開始隨著溫度的增加而融化的點(diǎn)，稱為固相點(diǎn)，在不同的壓力下的點(diǎn)連起來的軌跡就是固相線。隨著溫度的升高，熔體和最后晶體消失的點(diǎn)，稱為液相點(diǎn)，在不同壓力下，這些點(diǎn)的連線就構(gòu)成液相線。對(duì)于大多數(shù)在地幔中常見的組分的固相線和液相線見圖1.這些曲線為熔融的提供了一個(gè)環(huán)境，因?yàn)樗鼈冿@示了地幔巖石部分熔融的壓力和溫度條件，以及在不同構(gòu)造區(qū)域中實(shí)際發(fā)生的溫度。在地球上一個(gè)給定

6、的位置以下幾百公里深處，溫度梯度被分為2個(gè)區(qū)間。巖石圈一般包括整個(gè)地殼和上地幔的一部分，足夠冷，可以看作剛性物質(zhì)。巖石圈可以變形，但垂直運(yùn)動(dòng)是有限的，因此，巖石圈熱傳導(dǎo)的主要方式是熱傳導(dǎo)。通過熱傳導(dǎo)的的地?zé)醾鬟f導(dǎo)致巖石圈維持一個(gè)大的熱梯度；溫度隨深度的增加而增加（每公里約16攝氏度）或更多。隨著溫度的升高，地幔巖石的塑性強(qiáng)度或粘度逐漸減小, 從而地?zé)釋?duì)流熱傳導(dǎo)的效率會(huì)更高。對(duì)流熱傳導(dǎo)傾向于驅(qū)動(dòng)的垂直溫度梯度朝著一個(gè)在壓力變化而不增加或減少熱量的值靠攏，這個(gè)值就是絕熱梯度，對(duì)于地幔來說是10K每GPa.在這個(gè)部分的地幔中，對(duì)流是熱傳輸?shù)闹饕绞?，并且表現(xiàn)出近絕熱的溫度梯度，這部分地幔被稱為軟流圈

7、。在軟流圈內(nèi)，通常用地幔潛溫度來定量表示它的溫度。地幔潛溫指的是假設(shè)沒有巖石圈，外推絕熱梯度到地表得到的溫度。上地幔的潛在溫度，通過對(duì)洋中脊樣品分析認(rèn)為在1250到1400攝氏度之間，然而像（夏威夷）熱點(diǎn)潛在溫度可能高達(dá)1500攝氏度。巖石圈的溫度梯度和熱流是由巖石圈的年齡和厚度決定的。對(duì)于一個(gè)正常的潛在溫度1350攝氏度，如圖1，顯示了洋中脊的熱分布，其中巖石圈只有10-30km，軟流圈溫度分布幾乎延伸到地面。需要注意的是，此溫度曲線與橄欖巖固相線相交。圖1還繪制了一個(gè)古老的海洋熱剖面和約100公里厚的巖石圈以及一個(gè)穩(wěn)定的大陸熱剖面和150公里厚的巖石圈，這兩者都穿過了橄欖巖水飽和的固相線但

8、遠(yuǎn)低于橄欖巖的干的固相線。減壓熔融 減壓熔融驅(qū)動(dòng)著洋中脊、熱點(diǎn)、弧后盆地的玄武質(zhì)火山噴發(fā)，并可能在一定程度上有助于了解俯沖有關(guān)的島嶼弧和大陸弧過程。為了了解減壓熔融，我們很有必要考慮地球的熱結(jié)構(gòu)，地幔巖相的相關(guān)關(guān)系，以及軟流圈的物質(zhì)迅速上涌(這個(gè)上涌過程非?？?，沒有與周圍的物質(zhì)發(fā)生明顯的熱交換)。能使周圍的物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)得速度足夠快，卻與周圍環(huán)境無顯著熱交換的軟流圈垂直流動(dòng)的存在。地球表面冷，冷得使熔融的巖石變得不穩(wěn)定。在超過幾百公里的深處，地球內(nèi)部到處都是足夠高的溫度、圍壓下，地幔巖石至少會(huì)部分熔融。然而，在這些深處，壓力高到足以使得固相線溫度高于現(xiàn)代軟流層溫度。換句話說，在軟流圈雖然溫度隨著壓力

9、的增加而增加（約10K/GPa），但是地幔巖石的干固相線溫度增加的更快，約130K/GPa. 相反的,如果在軟流圈的固態(tài)物質(zhì)向上流動(dòng)的速度比熱傳導(dǎo)出來的速度快的話，它就會(huì)降溫。上升的物質(zhì)會(huì)達(dá)到固相線溫度，從而開始融化。因此，我們期望在巖石圈界限擴(kuò)展到允許軟流圈最小冷卻上涌找到玄武巖漿。這是在大洋中脊、大陸裂谷的發(fā)育情況（見圖一）。在較高溫度或更高的潛在地幔水含量，軟流圈的溫度會(huì)在較高壓力下穿過橄欖巖的固相線，即使是在一個(gè)厚的巖石圈下面，絕熱上升的地幔物質(zhì)也會(huì)發(fā)生部分熔融。這是夏威夷等熱點(diǎn)地區(qū)的情況，以及大型火成巖省如Ontong-Java高原或Columbia River溢流玄武巖。在任何特定

10、的環(huán)境中，是否發(fā)生減壓熔化都取決于潛在的溫度、源巖的含水量，以及在何種程度上的巖石圈減薄或允許軟流層溫度梯度延伸接近地表。重要的是，我們要認(rèn)識(shí)到，減壓熔化是部分熔融的一個(gè)過程；總有一個(gè)殘留在地幔的固體殘留體，雖然一個(gè)完全液態(tài)的巖漿可以從殘留體中分離，這是巖漿運(yùn)移的結(jié)果而不是完全的熔融。在固相線以上繼續(xù)減壓的話，部分熔融也會(huì)持續(xù)，并且達(dá)到一個(gè)較高的熔融程度。因此，產(chǎn)生的巖漿的體積或通量取決于以確定是否熔化發(fā)生在第一個(gè)地方，以及作為通過熔融區(qū)域的地幔源巖的流動(dòng)速率的相同的變量。流體誘發(fā)部分熔融在俯沖帶，一個(gè)冷板的老的大洋巖石圈俯沖到地幔，并誘發(fā)地幔楔發(fā)生向下的流動(dòng)。橄欖巖的干固相線的形狀和減壓熔融

11、表明，熔融被期望是發(fā)生在薄的巖石圈下，在那里地幔是熱的，并且流動(dòng)方向向上的。俯沖帶可能并不顯示這些特征，但地球上絕大多數(shù)的最知名的火山和幾乎所有的危險(xiǎn)的都形成上述俯沖帶。顯然，在這樣的地質(zhì)背景下發(fā)生了大量的熔融。這主要是通過俯沖的海洋沉積物的水引入地幔楔和熱液蝕變洋殼的結(jié)果。在高壓下，當(dāng)水可以很容易地溶解在巖漿中時(shí)，它會(huì)作為流體通量圖一表明橄欖巖水的飽和固相線比橄欖巖干固相線低幾百度。中度的水含量，熔融開始于兩個(gè)濕固相曲線界限之間。加水熔融的過程低于它的干固相線，但如果在濕固相線以上的，稱為流體誘發(fā)部分熔融它是地球上源巖漿作用的第二有效的方式。俯沖帶巖漿活動(dòng)是復(fù)雜的，但一般來說，對(duì)基本要素上是

12、存在共識(shí)的。俯沖板塊仍相對(duì)較冷，只有沉積組分被認(rèn)為是直接熔融的，形成一個(gè)液態(tài)的可運(yùn)移上升到上覆地幔楔淺部，并改變了地幔楔物質(zhì)組成。在稍大的深度，板片的玄武質(zhì)成分進(jìn)行了一系列的脫水反應(yīng)形成一種富含水的液體。橄欖巖中含水礦物的穩(wěn)定性極限不同于玄武巖，所以這種流體從板片中提取出來立即進(jìn)入到上覆部分冷的地幔楔中，它也可能凍結(jié)在某個(gè)地方或者創(chuàng)造一個(gè)富水的地幔源區(qū)。然而，隨著板片進(jìn)一步的向下俯沖，或如果流體可以遷移入足夠遠(yuǎn)的熱的地幔楔內(nèi)部，這些物質(zhì)穿過含水固相線和就會(huì)發(fā)生部分熔化從而產(chǎn)生弧玄武巖。在遠(yuǎn)離板塊邊界和熱點(diǎn)的地方，通過傳導(dǎo)加熱，火山作用和巖漿侵入也會(huì)發(fā)生，那么就需要一個(gè)新的機(jī)制，除了減壓熔融和流

13、體誘發(fā)熔融。這些地點(diǎn)包括大量的流紋巖火山巖形成的系統(tǒng)，如加利福尼亞的長谷。源區(qū)物質(zhì)是嵌入在巖石圈的（都太冷，不利于減壓熔融），在一個(gè)穩(wěn)定的長期的地?zé)岘h(huán)境，低于水飽和固相線。因此，最有可能的機(jī)制就是傳導(dǎo)直接加熱。為什么在一個(gè)地方比在另一個(gè)地方傳導(dǎo)更多的熱量？一般的回答是：回到地幔中減壓融化。地球化學(xué)和地球物理證據(jù)通常表明，雖然板內(nèi)火山活動(dòng)的主要來源是地殼，但是往往有地幔組分的參與。玄武巖漿底侵作用是使得熱流集中到地殼的一個(gè)特定區(qū)域的最有效的方式。因?yàn)樾鋷r的結(jié)晶溫度高于1000攝氏度，而大陸地殼的巖石（在水的參與下）可以在700攝氏度開始融化。很明顯，地殼熔融是地殼底部大量玄武巖到達(dá)地殼的一個(gè)可

14、能的結(jié)果。如果玄武巖侵入地殼的過程中同化混染了周圍地殼巖石，那么這個(gè)過程可以被描述為一個(gè)影響玄武巖的分異過程，以及影響圍巖的熔融過程。巖漿運(yùn)移 巖漿從熔融的區(qū)域運(yùn)移到巖漿侵位或噴發(fā)的地方是一個(gè)基本的巖漿現(xiàn)象。事實(shí)上，熔巖和火山灰噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰是火山活動(dòng)最大的危害。大部分發(fā)生在地球內(nèi)部的熔融過程是部分熔融過程，產(chǎn)生一種混合的液態(tài)物質(zhì)和殘留礦物。不知何故，這種混合物的液體成分是殘留體通過物理分離得到的，并且輸送到較淺的深度。例如，一個(gè)洋中脊玄武巖10%熔融比例，要求其地幔產(chǎn)生100%液態(tài)物質(zhì)，因?yàn)橐后w和殘留體已被熔體遷移所分離。事實(shí)上，不存在熔體和殘留體分離的情況下，成巖過程將無法驅(qū)動(dòng)地球地幔和

15、地殼的分異，并無法產(chǎn)生許多火山噴發(fā)的現(xiàn)象。 探討巖漿輸運(yùn)的若干機(jī)制，但所有這些都是由相同的力量驅(qū)動(dòng)的：重力作用在浮力的熔化或熔融混合氣體的相對(duì)殘余礦物或巖石。也就是說，當(dāng)一塊巖石發(fā)生部分熔融，至少在今天地球內(nèi)部發(fā)生的最大熔融的壓力下，液體密度比圍巖的密度要小。如果一個(gè)途徑是允許它這樣做的話，重力會(huì)導(dǎo)致熔體上升運(yùn)移。這樣的途徑可以建立在粒間孔隙流動(dòng)的基礎(chǔ)上，如果液體形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)沿著部分熔融巖石的邊界運(yùn)移，或通過打開上覆圍巖一個(gè)裂縫，形成一個(gè)管道供熔體運(yùn)移流動(dòng)。同時(shí)，部分熔融的熔體的密度比未熔融的周圍巖石要小，因此熔體會(huì)底劈上升，或者整個(gè)部分熔化區(qū)向上流動(dòng)。最后，由于熔體中含有溶解的揮發(fā)

16、物，在到達(dá)地殼是壓力減小，溶解氣體組分會(huì)形成氣泡。這導(dǎo)致熔體密度下降，浮力增加，使得熔體更快的上升，氣泡繼續(xù)生長。最終的結(jié)果可能是氣泡破碎，巖漿開始互相接觸，噴發(fā)出的微小的火山玻璃碎片稱為火山灰。孔隙中的流動(dòng)熔體分離過程的初始階段推測大概是通過多孔流動(dòng)的。對(duì)地幔巖石的部分熔融的本質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)表明，在地幔溫度下以及部分熔融程度很小的情況下，熔融相會(huì)沿著由殘留固體組成晶體的邊界的網(wǎng)狀小管進(jìn)行運(yùn)移。從而，熔體建立了一個(gè)相互連接的網(wǎng)絡(luò)，通過它可以相對(duì)于固體進(jìn)行遷移。這種多孔流動(dòng)是由壓力梯度驅(qū)動(dòng)的，主要是由于重力亦或是由于剪切力迫使圍巖產(chǎn)生形變，并通過巖漿的粘度的和圍巖的滲透進(jìn)行抵制。雖然確切的關(guān)系是未知

17、的，滲透性是熔體存在的一個(gè)遞增的函數(shù)，這樣，更多的熔體可以運(yùn)移通過一個(gè)熔體存在的區(qū)域。滲流算是熔體遷移的一個(gè)很慢的過程，在下地幔條件下，滲流被認(rèn)為是允許熔體和固體之間保持連續(xù)化學(xué)平衡的方式。這樣的化學(xué)平衡，在某些情況下，會(huì)導(dǎo)致額外的熔融和局部熔體分?jǐn)?shù)的增加。因?yàn)檫@種通透性、流量的增加會(huì)導(dǎo)致更多的額外的熔融，就會(huì)造成滲流系統(tǒng)演變成一個(gè)集高孔隙率，卻嵌入在一個(gè)低的高通量、低流量矩陣內(nèi)，使其變得不穩(wěn)定。這個(gè)過程被認(rèn)為是在確定的洋中脊玄武巖的化學(xué)特征以及解釋我們觀察到的分布在大洋地幔露頭的巖石類型之前，玄武質(zhì)巖漿的快速提取的一個(gè)非常重要的過程。底劈作用除了部分熔融中的熔體與固體的相對(duì)流動(dòng)之外，大多數(shù)部

18、分熔融產(chǎn)生的熔體可以遷移到周邊區(qū)域去。當(dāng)大量的部分熔融產(chǎn)物因?yàn)樽陨淼臒崃W(xué)性質(zhì)或熔融引起的浮力從而向上流動(dòng)，這被稱為底辟。我們對(duì)許多巖漿底辟作用意義不清楚不明確，它有可能是巖漿活動(dòng)的一個(gè)組成部分，在浮力驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)于洋中脊下，但是，總的來說，沒有必要解釋洋脊或者軸巖漿噴發(fā)的存在。在俯沖板片附近可能會(huì)存在含水的或者部分熔融物質(zhì)的強(qiáng)烈的上升流動(dòng)，這可能有助于解釋在這種構(gòu)造地質(zhì)背景下大量的熔融和巖漿侵位，但是，這種解釋是有爭議的。對(duì)底辟作用最有可能的是解釋是目前我們所觀察到的場的關(guān)系，本質(zhì)上是花崗巖體在大陸地殼的侵位。脈狀注入在巖石圈中，多孔流動(dòng)變成了一種低效率的移動(dòng)方式, 低溫和熱流傳導(dǎo)意味著緩慢通

19、過巖石圈的熔體將開始凍結(jié)。發(fā)生在軟流層的逆轉(zhuǎn)滲透性的反饋，以及消除熔體管道，在這管道里熔體能夠與圍巖反應(yīng)。另外，礦物的塑性強(qiáng)度隨溫度的降低而增加，而寄主礦物卻無法壓縮或擴(kuò)展以適應(yīng)熔體分?jǐn)?shù)的變化。另一方面，這使得分壓不斷積累而不是釋放出去。隨著壓力的減小，不同的應(yīng)力將破壞塑性使得裂縫擴(kuò)展。因此，在較淺的深度，通過裂縫導(dǎo)管所產(chǎn)生熔體的流動(dòng)成為了熔體遷移的主要方式。這個(gè)過程被稱為巖脈注入，火成巖的板狀體，最終凍結(jié)在稱為巖墻的裂縫相關(guān)的管道里。巖脈注入的本質(zhì)，是一個(gè)事件過程。它需要的壓力建立在一個(gè)失敗的點(diǎn)之上，它需要一個(gè)大的熔體池，以便突然流入巖脈縫隙中和保持裂紋尖端的應(yīng)力。另一方面，多孔流動(dòng)是一個(gè)連

20、續(xù)的過程，從多孔流動(dòng)到巖脈注入，這在某種程度上是來自軟流圈向巖石圈過渡，因此存在一個(gè)可能的位置為熔體池的積累做為臨時(shí)儲(chǔ)存庫。這是巖漿房形成的一個(gè)機(jī)制，而巖漿房正是發(fā)生巖漿分異過程的重要場所。噴發(fā)當(dāng)巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物在地球內(nèi)部，以熔巖或火山灰的形式，運(yùn)移到地表，并在地表噴發(fā)，噴發(fā)的地點(diǎn)被稱為火山。這就是火山作用過程，清楚地涉及熔體的運(yùn)移。巖漿分異過程地球上大量的火成巖組成的多樣性源于巖漿的演化，一旦巖漿從形成的熔融源區(qū)遷移到達(dá)足夠淺的地方，就開始結(jié)晶。從源區(qū)分離之后的這一系列作用于原始巖漿的過程統(tǒng)稱為巖漿分異，包括了部分結(jié)晶，同化外部物質(zhì)，以及各種巖漿之間的混合。在熔融過程中，正如熔體相的組成區(qū)別于

21、殘留相的組成，允許部分熔融分離化學(xué)組分，因此，在分異過程中形成的晶體成分不同于液體中形成的，所以，質(zhì)量平衡會(huì)造成巖漿在其冷卻和結(jié)晶過程中，巖漿組分發(fā)生演化。在結(jié)晶過程中，液相線是第一批晶體結(jié)晶出來時(shí)的溫度，而固相線則是指最后一滴液體凍結(jié)時(shí)的溫度。分離結(jié)晶在一個(gè)特定的地區(qū)，一套巖漿巖形成的主要過程往往是分離結(jié)晶。這是一個(gè)冷卻、晶體從液體中生長出來以及在化學(xué)和物理上分離的過程。深成火成巖是堆晶積累的結(jié)果，如下洋殼和層狀基性侵入巖。在不同階段、在一系列或一組具有可與之相關(guān)的結(jié)晶相的剩余液體中取樣。如圖3所示，一套從大西洋中脊出來的玄武質(zhì)玻璃的組成，顯示了分離順序，顯示橄欖石分離，接著是橄欖石和斜長石

22、，最后是橄欖石、斜長石和輝石。下地殼和上地幔的大洋中脊包括了這樣的礦物組合：分別是純橄欖巖，橄長巖，輝長巖。因此，在這種情況下，分離結(jié)晶過程從礦物學(xué)上解釋了形成于分離結(jié)晶的深成巖以及形成于流體演化到爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的火山巖。從相同的原始巖漿開始演化，無論是通過持續(xù)的沿特定的液相線的演化還是沿由分餾狀況決定的不同的液相線進(jìn)行，最后造成的巖石的多樣性。決定一給定流體分餾去世的重要變量是：巖漿房的壓力、水的活度以及氧化狀態(tài)。同化與巖漿混合一些火成巖表現(xiàn)出的組分關(guān)系，結(jié)構(gòu)，或其他的關(guān)系顯示，他們沒有通過分餾晶體從一個(gè)單一的原始巖漿進(jìn)行簡單的演化。許多其他的過程可能會(huì)影響到巖石圈的巖漿巖的演化。這些包括了不同

23、程度和在不同的條件下的同化作用和巖漿混合。一般來說，巖漿不會(huì)過熱的到達(dá)地表，例如，如果能量從巖漿中釋放出，那么他們?cè)谝合嗑€將開始結(jié)晶。另一方面，為了能使其融化，固體圍巖同化需要從巖漿中轉(zhuǎn)移能量。因此，同化和分離結(jié)晶通常是耦合發(fā)生在一起的，并且整個(gè)系統(tǒng)的能量守恒決定了同化圍巖的量與巖漿結(jié)晶出的量之間的平衡。同化作用可以很容易地改變巖漿的化學(xué)組成、同位素以及揮發(fā)成分組成，因?yàn)橛龅降膰鷰r可能比原始的侵入體更老，化學(xué)組成更演化，熱液蝕變程度更深。同化作用和巖漿混合作用過程的證據(jù)可能來自對(duì)火成巖巖石化學(xué)分析得出，但也可以通過發(fā)生不完全熔融的俘虜體或停止在板塊內(nèi)的巖漿體直接觀察得到。第二篇 火成巖地質(zhì)火成

24、巖地質(zhì)研究熔融巖石的發(fā)育、遷移、結(jié)晶和固化。1歷史發(fā)展在十八世紀(jì)末，盡管有大量的機(jī)會(huì)可以直接觀察從地中海地區(qū)活躍的火山噴發(fā)出來的物質(zhì)，但對(duì)一些巖石熔融成因的認(rèn)識(shí)是存在爭議的。一些人認(rèn)為巖石是從海里沉淀出的而另外的人則認(rèn)為巖石是由高溫的熔流體冷凝得到的，尤其是那些起源于火山爆發(fā)的巖石類型。在一些巖石類型具有巖漿成因被大家廣泛接受之后, 加之十九世紀(jì)中期受H. C. Sorby在偏光顯微鏡觀察方面的發(fā)展，導(dǎo)致大量的產(chǎn)狀、礦物類型和礦物組合以及火成巖的紋理結(jié)構(gòu)等描述性研究形式的產(chǎn)生。也許我們還在為和爾文理論在這個(gè)世界興起的林奈分類成功而感到印象深刻。巖石學(xué)家敏銳地發(fā)現(xiàn)一些潛在的，自然的，可以對(duì)大量的

25、巖石類型進(jìn)行分層分類的方案。原始巖漿來源于其它所有通過分異或運(yùn)移過程中遺留下來的，它的概念在巖石學(xué)這個(gè)系統(tǒng)中被強(qiáng)烈的串起來了。一個(gè)廣泛的地理分布的火成巖組成的綜合統(tǒng)計(jì)表，可以通過叫H.S的硅酸鹽分析師的努力變得可行。華盛頓在十九世紀(jì)，以及各種直接和間接的分類方法來處理這些數(shù)據(jù)已經(jīng)變得司空見慣了。這些方法中方法仍在使用并且嚴(yán)重依賴于主要的巖石形成時(shí)的氧化物的相對(duì)豐度和主要造巖礦物的數(shù)量和組成。值得注意的是，在地球上最豐富的元素是氧，在地球的常規(guī)報(bào)告所有元素豐度中，一直以氧化物作為氧的豐度。早期對(duì)火成巖的分類研究的困難在于如何處理玻璃或非晶質(zhì)、固化熔體的存在。在缺乏充分的化學(xué)分析，但了解個(gè)別礦物種

26、類的組成規(guī)律后，對(duì)于巖石學(xué)家來說，從相關(guān)的礦物組成比例來估計(jì)全巖的組成被證明是可行的。為了比較玻質(zhì)巖石類型與全晶質(zhì)礦物的成分組成，然而，得引入規(guī)范的礦物學(xué)概念，即給定的一組礦物進(jìn)行全巖分析，在理論的基礎(chǔ)上，這些礦物是從給定的巖漿中結(jié)晶出來的。結(jié)果，幾乎確定的組分的巖石的光譜清晰的顯示它們存在地球的表面，歸咎于它們完全或者只有部分結(jié)晶于先前的熔體。例如，冷卻速度是宏觀識(shí)別的晶體生長的關(guān)鍵因素，而這個(gè)速率會(huì)因?yàn)槿垠w在地殼深層的冷卻而減慢。巖石的類型是通過研究侵位以及侵入巖組成顆粒的大小劃分的，以及某些直接通過化學(xué)成分確定的巖石類型，如輝長巖-玄武巖-安山巖-流紋巖來，這一點(diǎn)是被大家接受的。赫頓在第

27、十八世紀(jì)做過高溫合成火成巖的早期嘗試，但是系統(tǒng)的、在控制的條件下進(jìn)行相關(guān)的研究，是上世紀(jì)第二十年代初由巖石學(xué)家在華盛頓卡耐基學(xué)院地球物理實(shí)驗(yàn)室完成的。受到動(dòng)力學(xué)和吉布斯相平衡的啟發(fā)，一個(gè)全面的改變復(fù)雜的一元，二元，三元的研究程序，和主要高階合成火成巖類型相關(guān)的硅酸鹽和氧化物系統(tǒng)啟動(dòng)了，該計(jì)劃在世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室仍在進(jìn)行中。經(jīng)過二十多年的努力，N. L.鮑文于1928總結(jié)發(fā)表了研究的進(jìn)展。這在物理化學(xué)原理的基礎(chǔ)上理解火成巖的成因，具有里程碑意義。在書中，Bowen強(qiáng)調(diào)分步結(jié)晶的重要性占巖組成的多樣性，這對(duì)巖石學(xué)思想具有一個(gè)開創(chuàng)性的影響。另一個(gè)特別重要的觀察到的現(xiàn)象是，玄武質(zhì)巖漿代表了液態(tài)組成的

28、高溫端元的頻譜。低溫度端元相當(dāng)于花崗巖和保存在偉晶中富水硅酸鹽流體。玄武巖分離結(jié)晶到達(dá)極限時(shí)，盡管沿著不同序列以及提取相的礦物種類不同，在所謂的巖石成因?qū)W的殘留系統(tǒng)必然導(dǎo)致殘余熔體的形成。系統(tǒng)的結(jié)晶相組成由長石、斜長石和石英的各種組合組成。在Bowen的書出版后的30年，一些重要的問題成為了巖石學(xué)的辯論的焦點(diǎn)，包括以下：1存在一個(gè)同其他所有的巖漿巖類型來自不同分異過程的單一的原始玄武巖巖漿嗎？2 鑒于對(duì)地球上不同地區(qū)的巖石分析發(fā)現(xiàn)，組成的多樣性趨勢(shì)，比如火山噴發(fā)的地理位置和和侵位的構(gòu)造環(huán)境，是由系統(tǒng)的控制的嗎？3 地球大陸上地殼最重要的巖石類型，花崗巖，是由玄武巖結(jié)晶分異的產(chǎn)物嗎，還是存在其他

29、的成因模式？在回答第一個(gè)問題時(shí)，我們從理論、實(shí)驗(yàn)和直接的觀測數(shù)據(jù)的組合來看，這個(gè)問題變得清晰起來，即使是特定的形成環(huán)境或多或少會(huì)受系統(tǒng)性的影響，不同的地球的時(shí)間和空間位置產(chǎn)生的原始巖漿是不同的。理解的關(guān)鍵過程涉及到把不同組成趨勢(shì)的成因歸咎于板塊構(gòu)造理論發(fā)展的結(jié)果。例如，分離結(jié)晶趨勢(shì)和其他的巖漿分異過程與特定類型的板塊邊界是一致的。不管是在擴(kuò)張的洋中脊或是在收縮的陸弧，在很大程度上反映了產(chǎn)生的熔體的源區(qū)物質(zhì)的性質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)的溶解量和相對(duì)比例，以及運(yùn)移到地表的途徑。關(guān)于第三個(gè)問題的討論是最激烈的，支持者主要是支持變質(zhì)交代成因和支持巖漿成因的。雖然預(yù)先存在的沉積巖和火成巖的發(fā)現(xiàn)花崗巖是有利于花崗巖

30、成因的證據(jù)，一般情況是，對(duì)于圍巖侵入體的高溫變質(zhì)的證據(jù)、巖漿結(jié)構(gòu)以及低溫下花崗巖組成的最終在巖石學(xué)殘留系統(tǒng)和結(jié)晶過程更偏向與巖漿成因模型。這一重要問題的后續(xù)研究顯示，不僅僅存在單獨(dú)的玄武質(zhì)母巖漿分離結(jié)晶的成因，許多花崗巖可能是由先前存在的大陸地殼熔融變質(zhì)物質(zhì)，與幔源玄武巖熔體發(fā)生混合，再重熔結(jié)晶而產(chǎn)生的。從廣義上說，花崗巖的成分代表了各種類型和混合巖的熔融溫度的最低產(chǎn)物，并且當(dāng)大陸地殼的溫度上升到一個(gè)適當(dāng)區(qū)域尺度上，地殼部分熔融和緊隨其后的花崗巖熔體運(yùn)移到淺部地殼的部分融合是一致的結(jié)果?；鸪蓭r最近的發(fā)展是顯著的。首先，利用已知的熱化學(xué)性質(zhì)對(duì)重要過程進(jìn)行系統(tǒng)的量化，這方面有增強(qiáng)的趨勢(shì)。相應(yīng)的焓熵

31、聚集、形成，和端元晶體的摩爾體積焓、熵和體積的變化，存在與在融合、熱容量、熱膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)過程中，并且液體和固溶體的活性成分關(guān)系，以及對(duì)結(jié)晶，玻璃狀，和液體狀態(tài)的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和其他物理屬性測量，已獲得了不錯(cuò)的勢(shì)頭。其次，對(duì)隕石月球和地球火成巖類型的比較研究，導(dǎo)致了我們從整體意義上對(duì)巖石行星的演化的共同認(rèn)知。最后，提高了對(duì)地球上其他區(qū)域的采樣技術(shù)，同時(shí)改善了分析痕量元素和同位素?cái)?shù)據(jù)的硬件設(shè)備，使得我們?cè)诶斫獾厍虻臅r(shí)間和空間上的變化組成和演化方面，取得了舉世矚目的進(jìn)步。現(xiàn)代火成巖地質(zhì)的框架將在第二部分中描述的更詳細(xì)。然而，我們應(yīng)該意識(shí)到，在我們的能力中，技術(shù)改進(jìn)，重現(xiàn)那些相當(dāng)于那些在地球發(fā)展的幾

32、乎任何階段溫度和壓力，隨著正在進(jìn)行中的太陽星云的增生，這些似乎肯定會(huì)深刻地改變我們?cè)谖磥韼资陮?duì)地球演化的概念。2產(chǎn)狀和構(gòu)造關(guān)系A(chǔ) 產(chǎn)狀火成巖存在若干多種形態(tài)。地表液態(tài)熔體中的性溶解性氣體的膨脹爆炸導(dǎo)致形成不同大小的物質(zhì)，從灰塵和沙子到快礫狀各種粒徑顆粒都有。對(duì)猛烈的火山爆發(fā)的直接研究當(dāng)然是危險(xiǎn)的和困難的，但相對(duì)溫和的噴發(fā)如圣海倫斯山火山在1980和1991的直接觀察，結(jié)合理論分析，和對(duì)流化氣體粒子系統(tǒng)模擬，使我們對(duì)導(dǎo)致火山噴發(fā)的行為有了合理透徹的了解。形成產(chǎn)狀和侵位特征的關(guān)鍵控制因素是，巖漿的組成及其相互聯(lián)系的性質(zhì)，如巖漿對(duì)比于導(dǎo)管的表面和之間的粘度和密度，揮發(fā)分的含量，去氣的速率。高流量的

33、巖漿柱的完全破壞，可以導(dǎo)致噴出物的巖石顆粒注入平流層，可能會(huì)對(duì)地球的氣候造成的長期影響。通常情況下，巖石類型有安山巖，英安巖和流紋巖。在地表，火山噴發(fā)柱的崩潰，但憑借浮力流動(dòng)的巖漿、巖石顆粒、和氣體可以穿越很遠(yuǎn)的距離，稱為為火山碎屑流或熔結(jié)凝灰?guī)r。隨后的凝固在一起的這些流動(dòng)的顆粒分離，并且被賦予鮮明的條紋紋理結(jié)構(gòu)。對(duì)這些碎屑噴發(fā)產(chǎn)物的詳細(xì)分析研究，揭示了保存在地下巖漿房的被困的熔融巖石的化學(xué)劃分，保存在地層中的或者沉積的底部相當(dāng)于巖漿房的頂部。化學(xué)區(qū)分已經(jīng)反映在巖漿分離結(jié)晶過程中，但存在額外的復(fù)雜性，如圍巖對(duì)巖漿房周圍的部分混染和元素液態(tài)中的Soret擴(kuò)散，響應(yīng)了巖漿房的長期的熱梯度。層間碎屑

34、沉積和火山熔巖是比較粘稠的巖漿流積累的結(jié)果，如在火山弧或在火山瀑布如圣海倫斯火山。更具爆炸性巖漿活動(dòng)是地形凹陷的特征，如在新西蘭北島的Lake-Taupo，盡管在最近一次大規(guī)模噴發(fā)的體積35立方公里，但那些地方實(shí)際上堆積物質(zhì)的量很少。相反，低粘度氣體量很少的玄武質(zhì)巖漿往往從細(xì)長的裂痕或積累在相當(dāng)大的相對(duì)海拔低的平均坡度通風(fēng)口的側(cè)翼噴發(fā)，如夏威夷的Mauna Loa。極不穩(wěn)定的，裂隙率高的玄武巖熔巖可以形成大面積范圍的地形地貌豐富的玄武巖高原，如在美國西北部哥倫比亞河高原和印度西部的德甘高原。 火成巖體被困地下狹窄的范圍內(nèi)，脈狀通道可能是地層線路通過板塊與圍巖分層的交叉處，火山連接到大量典型的花

35、崗巖體，沒有明顯的與切割原有的巖層的邊界交叉，顯然，在地殼深處0.5-10公里會(huì)有更多的結(jié)晶。世界上與這些巖體相關(guān)的最重要的礦產(chǎn)資源經(jīng)濟(jì)包括Cu，Mo，Sn和Ag礦床，智利，玻利維亞，和美國西南部，以及南非和津巴布韋鉻和鉑族金屬礦床。而鉑鉻礦床往往集中在在輝長巖捕擄體內(nèi)的金屬合金和氧化物、硫化物。 從歷史上看，巖石學(xué)進(jìn)展對(duì)于我們理解輝長巖巖體起源和結(jié)晶序列有很大的幫助。假設(shè)保存在輝長巖巖體的礦物結(jié)晶序列是指導(dǎo)巖漿分異結(jié)晶重要過程，那么必須得迅速爆發(fā)，否則根據(jù)推斷的話，基本上會(huì)均勻冷卻成為火山巖。經(jīng)濟(jì)意義的刺激也導(dǎo)致了在理解侵入體結(jié)晶過程，從流體動(dòng)力學(xué)理論及實(shí)際應(yīng)用的巨大的進(jìn)展。這是邊界層效應(yīng)產(chǎn)

36、生的強(qiáng)制冷卻圍巖的特別重要的過程，成分不同的巖漿分離或脈沖混合、分層，分別在巖漿房不同部位的硅酸鹽熔體熱成分和擴(kuò)散系數(shù)對(duì)比。B板塊構(gòu)造火成巖類型與特定的擴(kuò)張和匯聚板塊邊界是一致的。事實(shí)上，這些獨(dú)特的巖石類型在古代地層中的存在已被用來推斷板塊邊界存在，如今這些都沒有保留下來。板塊構(gòu)造的某些形式也可能發(fā)生在金星上，但在其他行星上，如火星和月球上的熔融過程和獨(dú)立于板塊構(gòu)造的和巖漿遷移過程，在地球上也可能是顯著存在的。新洋殼的生成主要發(fā)生在 “洋中脊”和“弧后”，這種地殼表面特點(diǎn)基本上是廣布著溢流出的玄武巖。近地表約三分之二都是由玄武巖，沉積巖厚度很薄。在洋中脊，近地表的玄武巖熔體結(jié)晶引起了一系列噴發(fā)

37、，巖脈和深成物質(zhì)覆蓋在提取出的巖漿之上。新形成的巖石運(yùn)移到遠(yuǎn)離脊，冷卻在通道內(nèi)，最終被擠壓盜邊界，它一般是通過俯沖回到地球內(nèi)部的。 然而，老的洋殼片（稱為蛇綠巖）偶爾暴露在海拔高的大陸地殼，如在阿曼，巴布亞新幾內(nèi)亞，和紐芬蘭，與海洋板塊的直接采樣相結(jié)合的研究，有助于確定新的海洋地殼的生成模型。 板塊匯聚邊緣的巖漿活動(dòng)是僅次于洋中脊的。從總體上來看，巖漿活動(dòng)的存在是有點(diǎn)令人驚訝的，考慮到上地幔的局部冷卻和巖石圈在俯沖帶巖俯沖通道向下插。俯沖板片脫水，將水釋放到上覆的地幔楔，發(fā)生部分熔融，從而產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿。另外，一起在板塊碰撞帶內(nèi)熔融產(chǎn)生廣泛的巖石類型從玄武巖到安山巖、英安巖和流紋巖。這些主要巖

38、石類型，反映了源區(qū)物質(zhì)所在的板塊碰撞的類型。 了解火山活動(dòng)是依據(jù)我們對(duì)地球的板塊構(gòu)造存在在孤立的“熱點(diǎn)”的研究發(fā)展，如夏威夷、Gal´apagos島嶼，和塔希提島。雖然板塊匯聚邊緣巖漿活動(dòng)主導(dǎo)了玄武巖的組成，以及各種其他類型的巖石，尤其是堿性玄武巖，但在熱點(diǎn)地方也存在這些巖石類型，雖然量相當(dāng)少，但都是由同源的母巖漿結(jié)晶分異出來的。熱點(diǎn)的出現(xiàn)，被用來作為一個(gè)獨(dú)立的和絕對(duì)的板塊運(yùn)動(dòng)的參考體系。地球內(nèi)部的熱點(diǎn)的巖漿通道似乎幾乎是獨(dú)立于板塊運(yùn)動(dòng)，而與此運(yùn)動(dòng)的上地幔對(duì)流傳輸有關(guān)。已經(jīng)提出的觀點(diǎn)認(rèn)為，熱點(diǎn)源最終生根于熱邊界層，如上部和下部地?；蚝酸＿吔纾?900公里深）之間的過渡區(qū)。熱點(diǎn)活動(dòng)與板

39、塊構(gòu)造的直接關(guān)系不是很清楚，雖然一些熱點(diǎn)會(huì)引發(fā)板塊表面分裂和擴(kuò)散，并在洋中脊傳播一段時(shí)間。一般的觀點(diǎn)認(rèn)為，構(gòu)造板塊的形成和破壞是地幔散熱周期的主要模式，而熱點(diǎn)活動(dòng)的最終機(jī)制則是地核散熱。然而，盡管周圍的熱點(diǎn)與板塊構(gòu)造作用的關(guān)系具有不確定性，這種類型的巖漿活動(dòng)必須被視為一個(gè)太陽系范圍內(nèi)的巖漿活動(dòng)最常見的表現(xiàn)形式，而對(duì)這類巖漿活動(dòng)的理解是揭示行星內(nèi)熱物質(zhì)運(yùn)移規(guī)律最重要的環(huán)節(jié)。至少在地球上，基于獨(dú)特的同位素特征，熱點(diǎn)巖漿活動(dòng)已經(jīng)被納入巖漿活動(dòng)的一部分，其中1 Ga為再循環(huán)俯沖板塊在地幔中的停留時(shí)間。單一地理區(qū)域內(nèi)存在巖石類型的多樣性發(fā)生在陸內(nèi)裂谷，如東非大裂谷，從埃塞俄比亞延伸到贊比亞。陸內(nèi)裂谷將成

40、為新的洋盆。在裂谷初始階段，高堿性熔巖和碳酸鹽巖和極端富集相關(guān)的微量元素，如鑭系元素，Nb，Zr和Hf等特征。陸內(nèi)裂谷巖漿與洋中脊巖漿之間的微量元素和同位素地球化學(xué)方面的對(duì)比，已作為區(qū)分上地幔源區(qū)物質(zhì)不同成分和異質(zhì)性的證據(jù)。但考慮到洋殼和陸殼下的地幔的長期隔離，這就意味著地球內(nèi)部對(duì)流存在約束，所以這是一個(gè)有爭議的問題。3巖漿來源本世紀(jì)初，關(guān)于玄武巖源區(qū)物質(zhì)性質(zhì)，存在著一些分歧，主要有兩種主流觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)認(rèn)為，玄武巖組成，需要源區(qū)全熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，源區(qū)物質(zhì)是高鎂低硅的，只需要部分熔融也能產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿的組成。現(xiàn)在一系列的證據(jù)更傾向于后者的觀點(diǎn)（1）實(shí)驗(yàn)研究（2）高溫高壓材

41、料測試（3、4）上地幔殘留體在地殼斷裂內(nèi)的發(fā)現(xiàn)，和利用地球物理對(duì)地震波在地球地幔中的傳播的研究。源區(qū)占主導(dǎo)的巖石類型是橄欖巖。然而，已知的細(xì)節(jié)，特別是從上地幔，至少在大陸上，有證據(jù)證明榴輝巖是由玄武巖結(jié)晶出來的，或是部分與寄主橄欖巖，在超臨界流體局部通道導(dǎo)致含水礦物如角閃石、金云母的形成。在過去的30年中，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的方法已被用來模擬從不同條件的橄欖巖源區(qū)物質(zhì)形成的玄武質(zhì)巖漿類型，目前的技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到超過25 Gpa的壓力和2000攝氏度的超高溫高壓研究范圍。主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備有氣和固體壓力機(jī)，多級(jí)壓力機(jī)，和在地幔深度壓力相當(dāng)于地核-地幔分邊界，金剛鉆頭已被使用。這些研究中出現(xiàn)了一些重大的重大問題：

42、1 在低壓力下，橄欖巖的固相到液相線范圍超過了600C，部分熔融是造成溫度增加超過橄欖巖的固相線的最可能結(jié)果；巖漿的密度相對(duì)于固體較低導(dǎo)致巖漿受浮力影響而上升。2 在高壓力下，橄欖巖的液相線更接近固相線，熔體和固體之間的密度差急劇減少，導(dǎo)致中性甚至負(fù)浮力，熔體更容易共融。從廣義上講，隨著壓力的增加，熔融的產(chǎn)物范圍從苦橄巖到玄武巖到科馬提巖。3在低壓范圍內(nèi)，熔融所產(chǎn)生的組合物的取決于熔融發(fā)生的確切壓力，連同熔體的百分比產(chǎn)生的相對(duì)比例和揮發(fā)物的總量，這一點(diǎn)已被證明。我們?cè)诘蒯Ｈ廴跔顟B(tài)，特別是在脊與熱點(diǎn)，有可能由橄欖巖部分融合形成的小批量的巖漿這些問題上，有了更多的認(rèn)識(shí)。明顯與這些觀察結(jié)果有關(guān)的問題

43、是，在什么樣的深度和條件環(huán)境溫度超過橄欖巖的固相線，這個(gè)溫度作為地球的不同的時(shí)間和地點(diǎn)的作用是什么，以及這些局部變化是怎樣變化的？第四部分將繼續(xù)討論這些問題，但在這個(gè)階段，我們得回到俯沖帶過程的性質(zhì)對(duì)于檢驗(yàn)揮發(fā)物在上地幔的潛在作用這個(gè)問題上。巖石類型的變化可以服務(wù)于判斷潛在的源區(qū)物質(zhì)在板塊碰撞帶的類型，包括在俯沖巖石圈地幔楔刮擦層的沉積物部分。種巖石圈表層的巖漿層由玄武巖組成，并且地幔橄欖巖上覆于此層。通過在許多與俯沖帶相關(guān)的火山弧觀測，事實(shí)上最大量的巖石類型為安山巖，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)家試圖在60、70年代確定的沉積物和玄武質(zhì)層俯沖巖石圈單層或一些組合物質(zhì)中直接熔融來產(chǎn)生安山巖巖漿。然而，盡管俯沖巖

44、石圈相對(duì)年輕和熱的，可能小于10Ma，單對(duì)于俯沖帶環(huán)境來說這通常是不對(duì)的。在這些大多數(shù)活動(dòng)的系統(tǒng)中，安山巖通常是在相對(duì)低的壓力源，主要由玄武質(zhì)巖漿或地幔橄欖巖部分熔融通過分離結(jié)晶形成的。然而，與釋放超臨界流體進(jìn)入上覆地幔橄欖巖一起，溶解了元素如K，Cs，Rb，Ba，Sr，Pb的沉積物和俯沖巖石圈的玄武質(zhì)層，導(dǎo)致橄欖巖的固相線的降低，并且受到引入流體和微量元素加入的影響，地幔成分長期發(fā)生著改變。然而，從詳細(xì)的微量元素和同位素特征的證據(jù)表明，安山巖最有可能的由年輕（小于10Ma）的俯沖巖石圈上層部分發(fā)生部分熔融而形成。這可能在太古宙俯沖帶是比較常見的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)周圍的地幔的溫度和俯沖巖石圈的溫度都是

45、很高的。簽于二氧化碳和水對(duì)橄欖巖產(chǎn)生的熔體的影響，值得注意的是，發(fā)生在上地幔的這些揮發(fā)物的次固相線的壓力范圍，導(dǎo)致相對(duì)分離結(jié)晶。例如，水可以存儲(chǔ)在角閃石，含水鈣鋁硅酸鹽和軸承和在壓力小于6.5 GPa云母結(jié)構(gòu)中，而CO2是儲(chǔ)存在壓力大于1.5 GPa碳酸中。在上地幔內(nèi)的相對(duì)較深的水平，由于相的關(guān)系，在相對(duì)較深的層次上，水選擇性殘留。然而，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明，對(duì)水合相在高壓下（大于5 GPa）的穩(wěn)定性，其他的水合硅酸鹽和氧化物可能是穩(wěn)定的，所以相對(duì)分離的問題仍然沒有解決。一般來說，顯然硅酸質(zhì)巖漿相比于安山質(zhì)巖漿，不能由地幔橄欖巖部分熔融直接產(chǎn)生。和許多產(chǎn)生島弧、洋中脊和熱點(diǎn)環(huán)境的巖石類型一樣，都

46、是由玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶產(chǎn)生的。然而同樣清楚的是，在局部地區(qū)，大陸和海洋地殼固態(tài)物質(zhì)已超標(biāo)了，從花崗巖到安山巖，導(dǎo)致了一系列硅質(zhì)熔體成分的生成?，F(xiàn)在討論的問題是：使?jié)撛诘膸r漿初始物質(zhì)產(chǎn)生熔融的熱源在是什么。4熱源和熔化過程對(duì)地球內(nèi)部熱流量的測驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)直接測定巖漿的噴發(fā)溫度研究表明，一般來說，非轉(zhuǎn)換帶的地?zé)崽荻葟牡貧さ缴系蒯Ｗ兓禐?0-30攝氏度每公里，而像內(nèi)華達(dá)州和猶他州省斷陷盆地和山脈等地區(qū)洋脊頂15公里，溫度可以達(dá)到100攝氏度或更高。主要的熱量來源于地球內(nèi)部元素放射性衰變釋放的能量。雖然放射性產(chǎn)生的熱量隨時(shí)間呈指數(shù)衰減，從地球內(nèi)部到表層的熱傳導(dǎo)效率是至關(guān)重要的因素，它決定了地幔溫度的變

47、化，以及發(fā)生局部熔融的可能性。要充分了解地球的熱演化，取決于對(duì)地核的逐漸凝固的過程、核幔分異的持續(xù)時(shí)間以及對(duì)地球能量的繼承過程和一些短周期滅絕核素衰變能量的釋放等方面的了解。在地球內(nèi)部任何給定的壓力下，存在顯著的韌性流動(dòng)，因此當(dāng)溫度超過了當(dāng)局部固相線溫度2/3時(shí)通過對(duì)流傳導(dǎo)熱量便成為可能。流動(dòng)的發(fā)生，在很大程度上取決于如熔體組成的確切參數(shù)，如氧逸度和揮發(fā)物含量。板塊運(yùn)動(dòng)的存在可以看作是上地幔對(duì)流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜的結(jié)果。溫度梯度在對(duì)流運(yùn)動(dòng)的存在時(shí)更近絕熱在上涌地幔物質(zhì)和小于橄欖巖的干固相線溫度梯度。局部固相可能開始發(fā)生熔融，決定于地幔上升發(fā)生在什么深度，以及上升地幔如何快速地產(chǎn)生塑性變形。通過熔化潛在

48、的熱能量吸收會(huì)導(dǎo)致地幔下降率增加，但是進(jìn)一步減壓會(huì)導(dǎo)致熔融比率增大。橄欖巖的熔融過程和結(jié)果是復(fù)雜的、也是我們研究的主體部分。巖漿的微量元素對(duì)于平衡過程或者分離結(jié)晶的熔融確切的性質(zhì)是非常敏感的。此外，熔體從殘余固體中逸出的階段，是對(duì)比熔體的粘度和密度、固體的多孔性以及滲透率的函數(shù)。特別令人感興趣的是，很小的熔體組分能逃脫的固體殘留物，是因?yàn)橹卮笤胤逐s可以在這些條件下發(fā)生。橄欖巖的絕熱減壓熔融被認(rèn)為是洋中脊環(huán)境、熱點(diǎn)以及大陸裂谷中熔體形成的最重要的一個(gè)過程。將揮發(fā)性物質(zhì)引入上地幔的一個(gè)重要角色是應(yīng)用在俯沖帶環(huán)境中。可以認(rèn)為玄武巖在大陸環(huán)境的局部固相線溫度是低于玄武巖的液相線的，這將會(huì)導(dǎo)致圍巖的局

49、部熔融。玄武巖巖漿凝固過程中釋放的熱量足以導(dǎo)致對(duì)周圍的地殼巖石溫度的提高，使其發(fā)生熔融。玄武巖在中下洋殼和地殼的通道已經(jīng)大量持續(xù)的形成，尤其是在地殼裂谷環(huán)境，如盆地、新西蘭的Taupo裂谷，以及冰島，流紋質(zhì)火山似乎是地殼熔融的結(jié)果。我們可能把地殼的分異過程看作是主要受到地球內(nèi)部過程和地幔熱交換的結(jié)果。幔源玄武巖和地殼成分之間的直接化學(xué)作用也經(jīng)常被挖掘，但是，使用的微量元素和同位素分析已經(jīng)檢測到各國的玄武巖巖漿房，如美國西北部的巖漿房。在大陸地殼的其他類型的熔融是已知的，除了如介紹的玄武巖巖漿的熱源。有足夠的摩擦熱，可以釋放在地殼的逆沖板塊，過去的一個(gè)結(jié)果不僅產(chǎn)生激烈的局部變形，但也發(fā)生熔融。比

50、摩擦熔化更一般的意義是減壓熔融，其中一個(gè)必要的前體條件是地殼增厚，如發(fā)生在大陸的，碰撞形成的喜馬拉雅山脈，由上地幔增厚的大陸根部傳導(dǎo)加熱，然后是地殼的侵蝕和反彈。如果熱損失是不足以應(yīng)付的抬升速率，然后地殼的固相線溫度可能超標(biāo)；近年來青藏高原的流紋質(zhì)火山活動(dòng)被認(rèn)為是由于這種熔融事件產(chǎn)生的。5分異過程復(fù)雜的相平衡極具代表性的簡化了火山巖的空間組成和火成巖的本質(zhì)的研究，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)巖石本身，在一定范圍內(nèi)控制壓力、溫度、氧逸度或揮發(fā)富集等條件，與平衡結(jié)晶相比，近似地得到了預(yù)期的分餾的主要趨勢(shì)。通過一個(gè)具體的例子, 系統(tǒng)的許多基本原則可以簡化顯示與鐵橄欖石橄欖石用于說明目的。橄欖石的固溶體是在許多玄武質(zhì)巖

51、石常見的結(jié)晶階段，了解這一階段的組成，特別是在火成巖地質(zhì)的熱意義具有重要的意義。液體組成的結(jié)晶過程，圖4中所示,進(jìn)行逐步冷卻,在T溫度下,首先結(jié)晶的是Z,以鐵鎂比值相對(duì)于熔體為0.3為特征。隨著進(jìn)一步的冷卻，提供的結(jié)晶相在任何時(shí)候與共存的熔體的交換組成部分保持平衡， 沿斜線向組成發(fā)生變化，熔體向晶相逐漸轉(zhuǎn)變。當(dāng)初始熔融的組合物幾乎全部都結(jié)晶，剩下的無窮小殘留熔體將在B相中和A相居多，鐵鎂比相對(duì)于熔體來說仍然是0.3.在分離結(jié)晶的條件下，由于每個(gè)晶粒形成核在冷卻過程中進(jìn)一步與熔體重新平衡，熔體可以被驅(qū)動(dòng)朝著純橄欖石的成分進(jìn)發(fā)。如果假設(shè)關(guān)于固體和液體的解決方案出爐，然后計(jì)算涉及從晶體過渡熱容和焓的

52、差異化，就可以知道與冰點(diǎn)降低的一般方程的相位圖的形式和性質(zhì)：事實(shí)上，我們已經(jīng)找到在結(jié)晶的橄欖石和固體溶液組分，以及天然巖漿的活度系數(shù)比，在很寬的范圍內(nèi)保持幾乎恒定的天然成分，以至于一個(gè)給定的橄欖石晶體和熔體的平衡度，可以由相鄰的值的偏差之間的比例來確定，并且?guī)r漿巖的范圍可以通過那些可能已與橄欖石為主的地幔橄欖巖源物質(zhì)平衡，從而進(jìn)行詳細(xì)的厘定。另一個(gè)主要的造巖硅酸鹽相，介于鈣長石與鈉長石成分之間的固溶體，在巖漿的溫度下不斷接近理想狀態(tài)。在火成巖中的斜長石成分和模型的性質(zhì)是連續(xù)可變，結(jié)合相對(duì)容易與這些成分可能與偏光顯微鏡測定的在斜長石成分選擇重要因素一般為圍巖分級(jí)指標(biāo)。巖石形成的硅酸鹽和氧化物也在

53、分化和分類方面取得了顯著的不連續(xù)的反應(yīng)。例如氧化鎂-二氧化硅系統(tǒng)在低壓下，早期的鎂橄欖石和頑火輝石二氧化硅之間的包晶反應(yīng)對(duì)于熔體的形成尤為重要。如橄欖石從熔體中分離，在分離結(jié)晶條件下會(huì)導(dǎo)致熔體朝著共熔組分路徑進(jìn)行。在均衡條件下，完全由熔體結(jié)晶為橄欖石和斜方輝石的組合。而對(duì)于分步結(jié)晶，通過純粹的頑火輝石將導(dǎo)致一種頑火輝石+石英混合序列的純鎂橄欖石巖石組合。一些天然存在的巖石類型如斜方輝石邊+橄欖石核，是自然系統(tǒng)中的包晶反應(yīng)的持久性的證據(jù)，但眾所周知，在FeO濃度很大的情況下，含鐵輝石成分包晶轉(zhuǎn)變?yōu)楣踩劬?，將?dǎo)致鐵橄欖石+石英穩(wěn)定組合在低壓下缺乏穩(wěn)定性。在各種四元和五元系統(tǒng)的相位關(guān)系作為類似天然火

54、成巖的成分如低壓力，如CaO-MgO-Al2O3-SiO2加上Na2O，至少在調(diào)查中是已知的，并且一些重要的原則已經(jīng)很好的建立了。單斜輝石橄欖石斜長石組合是劃分自然組成空間在低壓力的兩大體積的關(guān)鍵。在普遍下降遠(yuǎn)離連接這些階段的平面共析面與線的溫度，與其他氧化物的分別由SiO2組成，因此，構(gòu)成平面的熱量，雖然在接近平面時(shí)玄武質(zhì)巖漿可能開始結(jié)晶，分步結(jié)晶衍生融化成為進(jìn)一步從另一個(gè)空間中除去的成分，以組合作為結(jié)束可能包括石英或似長石等。廣義的巖石分類為堿性和偏堿性，反映該低壓熱分重要性的重要性，圖一其中的軌跡是分界線。在高壓下，加入橄欖石和斜長石，使得整個(gè)組成變得不如加入鋁輝石和尖晶石那么穩(wěn)定，并且

55、在低壓力的情況下，分離結(jié)晶的成分的趨勢(shì)可以是非常不同的。適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系是已知的，只有在初步的方式，但似乎反映了在這些較高的壓力下，在這些較高的壓力的分?jǐn)?shù)結(jié)晶的巖石套房是已知的一些地方。其中之一是第三紀(jì)火山巖如英國西北部北大西洋裂谷，在一個(gè)相對(duì)較厚的大陸地殼底部玄武巖漿演化的早期階段的結(jié)果。在熔融和分異過程中，另一個(gè)重要的變量是水的活度。H2O的存在對(duì)頑火輝石的不一致熔融結(jié)晶過程的重要影響非常明顯的。并且角閃石（或云母）的穩(wěn)定的結(jié)晶相可以改變?nèi)垠w成分的變化趨勢(shì) 。實(shí)驗(yàn)所需的努力映射出的相位關(guān)系對(duì)于了解硅酸鹽熔體和晶體熔體平衡的熱力學(xué)具有巨大作用。除了分步結(jié)晶，在發(fā)展的火成巖的多樣性方面的重要性，

56、至少有2個(gè)其他過程是眾所周知的。第一個(gè)是硅酸鹽硅酸鹽和硅酸鹽碳酸液態(tài)不混溶現(xiàn)象。特別是在系統(tǒng)具有豐富的堿和鐵，并觀察到的共存形式的熔體分別富集FeO，氧化鈣，以及二氧化硅和三氧化二鋁等。雖然許多類型的月球和陸地的火成巖巖漿房的晚期事件普遍存在，似乎并沒有在大體積的巖石上產(chǎn)生的顯著的整體效果。相反，有明確的證據(jù)表明，碳酸巖巖漿成因碳酸鹽硅酸鹽液態(tài)不混溶作用尤為顯著，如那些在大陸裂谷堿性巖漿強(qiáng)烈相關(guān)的事件。其次可以操作的主要過程是同化與分離結(jié)晶相結(jié)合的過程。這個(gè)過程已經(jīng)被證明具有特別困難的特點(diǎn)，因?yàn)楦鶕?jù)不同性質(zhì)的巖漿，會(huì)引起一些可能發(fā)生的事件的發(fā)生。大量被同化混染的巖漿將組成具有新的組成特點(diǎn)的混合

57、物，但如果熔融-結(jié)晶平衡發(fā)生，然后根據(jù)各相的結(jié)晶在同化的即時(shí)性，將所得成分未必對(duì)同化物質(zhì)造成影響。此外，它是可能的選擇性同化低熔點(diǎn)的具有特定混染物成分，而不是全部都混染，并且在玄武巖巖漿與大陸地殼物質(zhì)的相互作用中，這些不直接進(jìn)入研究的成分或其特征，并不總是眾所周知的。6成分的長期變化在過去的30年中，新的巖石類型的重要發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致我們不得不承認(rèn)，地球內(nèi)部爆發(fā)的熔體是存在差異的。在太古代的地形特征的巖石類型稱為“科馬提巖”， 與其他的玄武質(zhì)巖石相比，非常高的MgO含量和相對(duì)較低Al2O3, CaO, TiO2, Na2O, and K2O含量，在成分上接近橄欖巖。熔體表面無水的液相線溫度壓力都在1

58、500到1600C之間，或比目前大多數(shù)正在爆發(fā)鎂質(zhì)熔巖至少高300400C。最初，這些巖石被認(rèn)為是初始橄欖巖母巖漿接近40%的大程度的部分熔融，產(chǎn)生的。并且?guī)r石學(xué)家傾向于認(rèn)為，在地球太古宙期間，高的液相線溫度是證明高溫環(huán)境存在最直接的證據(jù)。雖然這一點(diǎn)可能是真實(shí)的，融化程度尚不清楚，可能與科馬提巖形成的條件類似。此外，一些巖石學(xué)家認(rèn)為，科馬提巖最初包含大量水，這就意味著它的噴發(fā)溫度會(huì)更低。目前只有一塊比太古代年輕的柯馬提巖石，因此，這似乎是在何種條件下地幔發(fā)生了熔化在地質(zhì)時(shí)間變化的明確證據(jù)。在更一般的條件，在4.55Ga-4Ga的地質(zhì)歷史時(shí)期，大陸上的火山巖是很難保存下來的，因此我們對(duì)臨近的星體上，如月球，在此時(shí)期發(fā)生的事件就非常感興趣。大家認(rèn)為，缺乏綜合陸地早期的記錄這段時(shí)期內(nèi)，伴隨著大型小行星大撞擊地球事件，使得地殼循環(huán)加快，其結(jié)果是所有的地殼形成后馬上又通過地幔對(duì)流而消失了。火成巖地質(zhì)在我們理解月球的演化和成因方面發(fā)揮了重要的作用，并在技術(shù)和技能方面的改進(jìn)在地面研究中得到了很好的效果。此外，我們可以預(yù)見，要解開其他類地行星的起源的話，在很大程度上取決于火成巖地質(zhì)的發(fā)展。月球的一般進(jìn)化史是眾所周知的，雖然有許多有趣的細(xì)節(jié)仍有待澄清 。例如，月亮廣泛的早期熔融（熱源未知）在約4.5 Ga，可能與主要的外部（發(fā)生巖漿結(jié)晶分異作用的地方）的形成有關(guān)。密度相