第7章巖漿的演化

1、第五章 巖漿(ynjing)的演化巖漿的流變學性質巖漿的演化 巖漿的分異作用* 巖漿的混合(hnh)作用 巖漿的同化混染作用巖漿的上升與侵位*重點與難點共四十二頁一. 巖漿(ynjing)的流變學性質巖漿作用過程： 熱力學巖漿體系是一個復雜的物理化學體 系，巖漿的結晶和演化受物理化學 規(guī)律（相律、鮑文反應系列）制約 流體動力學巖漿是一種粘性流體，許多巖 漿作用過程也是一種流體動力學過程描述(mio sh)流體動力學性質的動力學參數(shù) 粘度（）：指剪切應力與應變速率的比值 密度（）： 屈服強度（o）：粘性流體可分為牛頓流體和非牛頓流體 非牛頓流體的特點是，只有施加的剪切應力超過某一臨界值 o時，才

2、開始持續(xù)的流動和變形， o稱為屈服強度共四十二頁二、 巖漿(ynjing)的演化 巖漿從源區(qū)分離之后(zhhu)，溫度、壓力等條件發(fā)生了改變，隨即開始了巖漿演化歷程，從原生巖漿演化出派生巖漿，生成了多種巖石。在巖漿轉變?yōu)閹r石的過程中都發(fā)生了什么作用呢？主要有：分異作用 巖漿混合作用 同化混染作用共四十二頁1、分異作用：原來成分均勻的巖漿，在沒有外 來物質加入的情況下，依靠巖漿 自身的演化(ynhu)，最終形成不同組成 的火成巖。主要包括(boku)：熔離作用擴散-對流作用分離結晶作用氣體搬運作用共四十二頁（1）熔離作用（ Liquid Immiscibility ） 是指原來(yunli)混溶

3、的熔體因物理（如溫度、壓力的變化）或化學（如第三種組分的加入）的原因分離為不混溶或混溶程度低的兩種熔體的過程。1、分異作用(zuyng)二、巖漿的演化共四十二頁方英石鱗石英頑火輝石鎂橄欖石巖漿(ynjing)熔離作用：圖中n點的演化軌跡玄武質熔體花崗質熔體的形成共四十二頁某些(mu xi)實例：Some Examples在富鐵的拉斑玄武巖中可見到晚期的富硅 的花崗質不混溶體硫化物硅酸鹽不混溶體 (massive sulfide deposits)月球玄武巖中的富鐵球粒存在(cnzi)于富硅富鉀的玻璃基質中共四十二頁 （2）擴散對流作用 含義：原來均一的巖漿，由于液態(tài)的巖漿體內部及其與相接觸的圍

4、巖間存在溫度梯度，導致產(chǎn)生成分梯度的作用。此時，熱量和物質通過液液界面進行擴散對流，使高熔點的組分向著低溫的熔體邊部遷移，冷凝(lngnng)較早，形成較基性富含高熔點組分的的邊緣帶；而低熔點的組分則向高溫的熔體內部遷移，冷凝(lngnng)較晚，生成了較酸性富含低熔點組分的內部帶。1、分異作用(zuyng)巖漿中物質擴散的驅動力： 溫度梯度、濃度梯度或化學位梯度共四十二頁實例： 巖體的邊部暗色組分的富集對流巖漿房中的側壁結晶(jijng)分異作用 共四十二頁Schematic section through a rhyolitic magma chamber undergoing conve

5、ction-aided in-situ differentiation. After Hildreth (1979). Geol. Soc. Amer. Special Paper, 180, 43-75. 層狀對流巖漿(ynjing)房中共四十二頁1、分異作用(zuyng)（3）結晶分異作用(分離結晶作用) 概念：是指由于巖漿中結晶的固相物質的分離，使殘余(cny)巖漿成分發(fā)生變化的作用。 類型： A. 流動分異作用 B. 重力分異作用二、巖漿的演化共四十二頁A. 流動分異作用(zuyng)特點：主要發(fā)生在流速變化較大的巖漿通道內，如巖墻和巖脈中原因：巖漿與上侵通道側壁圍巖間的粘滯摩擦作用使

6、流速從通道中心向邊緣降低，導致礦物晶體向流速高的中心帶集中，使結晶的礦物與熔體分離規(guī)模：影響有限，大巖體僅限于巖體與圍巖的接觸帶（3）結晶(jijng)分異作用1、分異作用共四十二頁流動分異作用(zuyng)的特點： Flow segregation相對位移顆粒分散壓力圍巖共四十二頁B. 重力分異作用 早結晶的礦物因其與巖漿之間的密度差下沉到巖漿房的底部，或上浮到巖漿房頂部。影響晶體能否從巖漿中沉降分離的因素(yn s)： 晶體與巖漿的密度差 晶體直徑（B）的大小 巖漿的粘度礦物分離結晶的順序鮑文反應系列（3）結晶(jijng)分異作用共四十二頁礦物分離結晶的順序(shnx)鮑文反應系列oli

7、vineCalcic plagioclaseMg pyroxeneMg-Ca pyroxeneamphibolebiotite(Spinel)Temperaturepotash feldspar muscovite quartzalkalic plagioclaseCalci-alkalic plagioclasealkali-calcic plagioclaseBowens Reaction SeriesDiscontinuousSeriesContinuousSeries共四十二頁鮑文反應系列(xli)的巖石學意義1）縱向：解釋巖漿中礦物結晶順序2）橫向：解釋巖漿中礦物共生規(guī)律，兩個系列結

8、晶溫度 相當?shù)牡V物可以共生3）解釋暗色礦物間的反應邊結構和斜長石正環(huán)帶結構4）玄武質巖漿經(jīng)分離結晶作用(zuyng)可逐步形成酸性巖漿橄欖石基性斜長石斜方輝石單斜輝石角閃石黑云母（尖晶石）溫度升高方向鉀長石白云母石 英 酸性斜長石不連續(xù)系列連續(xù)系列基中性斜長石中性斜長石共四十二頁分離結晶形成的堆積結構共四十二頁共四十二頁晶體(jngt)的沉降速度遵循：Stokes LawV= 礦物沉降速度 (cm/sec)g= 重力加速度 (980 cm/sec) r = 球形顆粒(kl)的半徑 (cm)rs= 固態(tài)球形顆粒的密度 (g/cm3)rl= 熔體的密度 (g/cm3)h= 熔體的粘度 (1 c/c

9、m.sec = 1 poise)V2gr()92=-rrhsl共四十二頁舉例(j l)： 玄武巖中的橄欖石：Olivine in basalt橄欖石 (rs = 3.3 g/cm3, r = 0.1 cm) 玄武質熔體 (rl = 2.65 g/cm3, h = 1000 poise)V = 29800.12 (3.3-2.65)/91000 = 0.0013 cm/sec共四十二頁舉例： 流紋質熔體：Rhyolitic melt h = 107 poise and rl = 2.3 g/cm3角閃石晶體(jngt) (rs = 3.2 g/cm3, r = 0.1 cm) V = 2 10-

10、7 cm/sec, or 6 cm/year 長石 (rl = 2.7 g/cm3) V = 2 cm/year則在104年時形成 200 m 厚的巖石 （冷卻形成巖株）假如晶體半徑為 0.5 cm，將會每年沉淀 0.65 m, 或6.5 km/ 104 年。共四十二頁橄欖石堆積造成的巖漿成分變化(in Hawaii) 萃取的橄欖石橄欖石聚集橄欖石抽出母巖漿刻度突變共四十二頁（4）氣體(qt)搬運作用Volatile Transport方式與過程：通過(tnggu)加熱圍巖而使蒸氣釋放隨著含有揮發(fā)組分（但不飽和）巖漿的上升和壓力釋放，巖漿最終變成飽和的蒸氣的巖漿 晚期階段的分離結晶作用1、分異

11、作用二、巖漿的演化共四十二頁晚期階段的分離(fnl)結晶作用 分離結晶使晚期熔體富含不相容元素(yun s)、 LILEs, 和非親石元素 很多元素進一步富集于蒸氣相中 隨著沸騰可以使元素進一步富集 得到一個硅酸鹽飽和的蒸氣相 +飽和蒸氣相 的晚期演化了的硅酸鹽熔體共四十二頁揮發(fā)分釋放(shfng)提高液相線溫度 斑狀結構壓力也許增加使頂部巖石產(chǎn)生裂隙蒸氣和熔體沿著裂隙貫入形成巖墻 Silicate melt quartz and feldspar small dikes of aplite Vapor phase dikes or pods of pegmatite共四十二頁富集不相容元素(

12、yun s)可以形成同心帶狀a. 花崗巖中的晶洞 b. 不對稱的帶狀偉晶巖墻. c.具有(jyu)花崗巖外殼的不對稱的帶狀偉晶巖墻共四十二頁2、巖漿(ynjing)混合作用（ Magma Mixing ）（1）概念：由兩種或兩種以上的不同成分的巖漿以不同的比例混合，形成一系列過渡類型巖漿的作用。（2）識別標志： 1）混合不徹底時，基性端元和酸性端元及二者間的過渡巖石同時出現(xiàn)；在巖體中可見到一些基性端元的巖石團塊、微粒包體等 2） 礦物間出現(xiàn)明顯的不平衡現(xiàn)象：兩種成分差別較大的斜長石的共存等 3）混合徹底：對于一套巖石來說，端元組分與混合組分在 Harker-type 變異(biny)圖上應該呈

13、一條直線共四十二頁花崗質巖漿(ynjing)房底部出現(xiàn)玄武巖枕狀堆積體玄武巖和流紋巖呈互層狀共四十二頁巖漿混合作用野外(ywi)證據(jù)共四十二頁3、同化(tnghu)混染作用(assimilation)（1）概念：巖漿熔化或溶解圍巖或捕虜?shù)膰鷰r碎塊，將改變巖漿的成分，當熔化或溶解較徹底時，稱同化作用；不徹底時可有未熔物質的殘留，稱為(chn wi)混染作用。（2）同化混染的可能方式： 1）巖漿熔化比自己熔點低的圍巖物質，使熔體的總成分發(fā)生改變。 2）巖漿不能熔化比自己熔點更高的圍巖，只能通過離子交換反應，改變圍巖及捕虜體成分，使之達到平衡。 3）與巖漿相適應的圍巖物質可在巖漿中保持穩(wěn)定，如玄武巖

14、中的地幔橄欖巖包體。共四十二頁（3）同化混染作用的鑒別標志： 1）出現(xiàn)的部位：主要出現(xiàn)在大型侵入體的邊緣帶，與圍巖之間常形成漸變過渡帶； 2）在同化混染帶，常含有圍巖的捕虜體或捕虜晶，出現(xiàn)不平衡(pnghng)礦物和不平衡(pnghng)結構，如花崗巖中出現(xiàn)硅輝石； 3）巖石的結構、構造不均一，出現(xiàn)斑雜構造。共四十二頁鑒別和評價(pngji)混染作用的方法：一般來說，同位素是最好的方法大陸(dl)地殼相對富集 87Sr/86Sr 和虧損143Nd/144Nd共四十二頁9-21238U 234U 206Pb(l = 1.5512 x 10-10 a-1)9-22235U 207Pb(l = 9.

15、8485 x 10-10 a-1)9-23232Th 208Pb(l = 4.9475 x 10-11 a-1)U-Th-Pb 體系作為大陸混染的指示器尤其(yuq)有效 All are incompatible LIL elements, so they concentrate strongly into the continental crustDetecting and assessing assimilation共四十二頁 本節(jié)提示： （1）自然界中火成巖類型復雜多樣的原因之一，就是與巖漿演化有關。 （2） 巖漿演化過程中，所涉及到的作用往往(wngwng)是多種作用的結合。比如，巖漿

16、的同化混染作用和巖漿的分離結晶作用可能是同時發(fā)生的；分離結晶作用和更原始巖漿的再注入可能是同時發(fā)生的。AFC：assimilation + Fractional crystallization Fractional crystallization + recharge of more primitive magma共四十二頁三、巖漿(ynjing)的上升和侵位巖漿上升的動力密度差和由于張開(zhn ki)裂隙而發(fā)生的減壓作用平衡浮力高度：當巖漿上升至與其密度相當?shù)膰鷰r時，巖漿體停止移動形成侵入巖。這一位置可稱為平衡浮力高度共四十二頁A.底辟上升和侵位是連續(xù)的過程B.底辟侵位的主要驅動力巖漿的浮

17、力和熱動力C. 演化階段：早期穹隆階段、中期(zhngq)底辟上升階段、晚期側向擠斷（氣球膨脹）階段D. 特征：巖體的內部組構及產(chǎn)狀與圍巖的片理產(chǎn)狀一致，巖體沒根，整合巖體1、底辟作用(zuyng)三、巖漿的上升和侵位共四十二頁演化階段：早期穹隆(qinglng)階段中期底辟上升階段晚期側向擠斷（氣球膨脹）階段底辟作用的3個演化(ynhu)階段共四十二頁過程：熱的巖漿上升，引起頂部圍巖被挖蝕、炸裂，在頂部圍巖炸裂塊體下沉的同時，巖漿侵入到裂隙中，如此反復(fnf)，巖漿可實現(xiàn)向上遷移、侵位。特征：巖體與圍巖層理面產(chǎn)狀相切，形成不整合侵入體，巖體邊緣有棱角狀、不規(guī)則狀圍巖捕虜體等。2、頂蝕作用(zuyng)三、巖漿的上升和侵位共四十二頁3、巖墻擴展(kuzhn)作用（dike propagation）含義：是巖漿在壓力的驅駛下，注入圍巖裂隙，并通過擠壓圍巖使其擴展成狹窄(xizhi)的巖漿通道（巖墻），并沿該通道上升。環(huán)境：張性斷裂、裂隙例子：輝綠巖巖墻三、巖漿的上升和侵位共四十二頁4、火口沉陷(chnxin)作用(cauldron subsidence)代表(dibio)環(huán)形雜巖體特征的一種侵位機制三、巖漿的上升和侵位共四十二頁 我們(w men)應該掌握什么？概念：巖漿分異作用* 同化混染作用 巖漿混合作用鮑文反