巖漿作用和變質

1普通地質學PhysicalGeology河南理工大學資源環(huán)境學院InstituteofResources&Environment,HPU

鄭德順辦公室：資環(huán)樓408手機：郵箱：Autumn,20132巖漿作用和變質作用1巖漿作用★基本概念★火山作用★侵入作用★火成巖2變質作用★基本概念★基本類型★變質巖普通地質學31巖漿作用巖漿：上地幔和地殼深處形成的，以硅酸鹽為主要成分的熾熱、黏稠、含有揮發(fā)分的熔融體★基本概念火成巖：由巖漿冷卻固結形成的巖石41巖漿作用★基本概念噴出巖：由流出地表的巖漿（熔巖）冷卻固結的巖石火山碎屑巖：火山爆發(fā)時被氣體爆裂的熔巖碎塊，落到地表后膠結形成火山碎屑巖侵入巖：巖漿在地下上升、侵入結晶形成的巖石51巖漿作用★基本概念巖漿的成分：化學成分以SiO2為主，可占40%-75%，其它主要成分為Al2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O等。SiO2含量巖漿（中國）巖漿（西方）火成巖＜45%超基性超鎂鐵質苦橄巖45-52%基性鎂鐵質玄武巖52-65%中性中性安山巖＞65%酸性長英質流紋巖SiO2含量和K2O、Na2O正相關，與FeO、MgO負相關少量氣體（0.2%-3%），主要為水蒸氣和CO261巖漿作用★基本概念巖漿的溫度：溫度為650℃-1400℃，一般為800℃-1200℃。隨SiO2含量增加而降低（玄武質巖漿1020-1225℃，安山質巖漿900-990℃，流紋質巖漿735-890℃）巖漿的黏度：巖漿的成分和溫度（1）巖漿成分（酸度—正比和揮發(fā)分—反比）（2）溫度（反比）基性巖漿：溫度高、壓力小、稀酸性巖漿：溫度低、壓力大、稠71巖漿作用★火山作用非爆炸性噴發(fā)火山噴發(fā)強度爆炸性噴發(fā)巖漿寧靜地流出地表，不伴隨強烈爆炸的噴發(fā)方式伴隨有突然的、往往是災難性的猛烈爆炸的巖漿噴發(fā)方式81巖漿作用★火山作用裂隙噴發(fā)火山口類型中心噴發(fā)巖漿從伸長的裂隙噴出口噴發(fā)巖漿從一個管道狀中心噴出口噴發(fā)91巖漿作用★火山作用☆非爆炸性噴發(fā)熔巖噴泉：巖漿中氣體溶解度降低，形成氣泡上冒，迅速上升冒出地表巖漿性質：玄武質地質環(huán)境：洋中脊和洋島101巖漿作用★火山作用☆非爆炸性噴發(fā)熔巖席：玄武質巖漿流黏度非常小、流速非常快，流出的熔巖迅速大面積泛濫，形成覆蓋面積大而厚度薄的熔巖席111巖漿作用★火山作用☆非爆炸性噴發(fā)枕狀熔巖：中央裂谷流出的玄武質熔巖受到海水的迅速冷卻，黏度大為降低，不能迅速大面積泛濫，形成枕狀熔巖121巖漿作用★火山作用☆非爆炸性噴發(fā)繩狀熔巖：噴出口附近熔巖溫度高、溶解的氣體含量高，因而黏度低，流動迅速，形成薄的、具光滑的繩狀表面的繩狀熔巖131巖漿作用★火山作用☆非爆炸性噴發(fā)渣塊熔巖：當熔巖冷卻、溶解的氣體繼續(xù)丟失，其黏度逐漸增大，流速降低，熔巖流形成厚的、具粗糙不平的渣塊狀表面的渣塊熔巖141巖漿作用★火山作用☆非爆炸性噴發(fā)濺落錐：當氣體在冷卻的熔巖流中聚集，沖出固結的熔巖流表面形成噴出口噴出，噴出的熔巖滴濺落在噴出口周圍可堆積成濺落錐151巖漿作用★火山作用☆爆炸性噴發(fā)巖漿性質：安山質、流紋質地質環(huán)境：島弧-活動大陸邊緣或內部安山質和流紋質黏度大不易流出地表，在噴出前積聚了巨大的能量，一旦到達地表，壓力驟減，溶解其中的氣體迅速膨脹、逃逸，積聚的巨大能量得以釋放，而引起爆炸性噴發(fā)，噴出大量熾熱氣體和火山碎屑，同時伴隨地震、滑坡、海嘯等161巖漿作用★火山作用☆爆炸性噴發(fā)當上升的富硅、富含溶解氣體的巖漿到達地表，迅速減壓引起溶解氣體強烈膨脹，產生強烈上沖的稠密的熾熱氣體和火山碎屑混合物，在噴出口上方冷空氣中快速上升形成噴發(fā)柱；在噴發(fā)柱物質與周圍大氣圈密度相等的高度，噴發(fā)柱開始橫向伸展，形成蘑菇狀噴發(fā)云171巖漿作用★火山作用☆爆炸性噴發(fā)有時上升的巖漿達到地表迅速減壓引起溶解氣體強烈膨脹，以強烈橫向噴射的橫向沖擊波形式釋放能量，形成由熾熱氣體和火山碎屑混合物組成的驚人速度緊貼地面橫掃而過的火山碎屑流181巖漿作用★火山作用☆爆炸性噴發(fā)主要爆炸性噴發(fā)后，由于巖漿中溶解的氣體大為減少，能量大為降低，噴發(fā)轉變?yōu)槿蹘r流從噴出口流出的非爆炸性形式191巖漿作用★火山作用☆火山火山噴發(fā)形成的由熔巖和火山碎屑組成的地貌景觀火山錐火山口噴出口火山要素201巖漿作用★火山作用☆火山盾火山：低黏度的玄武質巖漿非爆炸中心噴發(fā)形成的，由熔巖流連續(xù)堆積形成的，具有寬闊頂面和平緩側翼的盾牌形大型火山主要類型頂緩翼陡211巖漿作用★火山作用☆火山主要類型火山渣錐：中心式噴發(fā)形成的由火山碎屑組成的錐形火山坡度較陡221巖漿作用★火山作用☆火山主要類型復合火山：由安山質火山碎屑和熔巖互層組成的錐形火山頂陡翼緩231巖漿作用★火山作用☆火山主要類型熔巖穹窿：由高黏度的安山質-流紋質熔巖緩慢擠出形成的穹狀或塔狀火山錐241巖漿作用★火山作用☆火山主要類型熔巖高原：由陸地裂隙噴發(fā)從大斷裂中涌出的黏度非常小、流速非?？?、很稀薄的玄武質熔巖泛流堆積而成，覆蓋面積廣大的臺地狀火山251巖漿作用★火山作用☆火山主要類型洋中脊：沿著洋中脊峰頂中央裂谷正在進行海底裂隙噴發(fā)，流出枕狀玄武巖261巖漿作用★火山作用271巖漿作用★火山作用281巖漿作用★侵入作用

深部巖漿向上運移，侵入周圍巖石中，當巖漿上升驅動力與負荷壓力相等時巖漿停止上升，而未沖破地表的巖漿活動侵入作用形成巖石稱侵入巖3km10km淺成侵入巖中深成侵入巖深成侵入巖29

巖漿侵入圍巖過程中伴生的作用有：（1）同化作用與混染作用☆巖漿熔融圍巖將圍巖改變成巖漿的一部分，稱同化作用☆巖漿總是沿破碎帶向上運移，在同化過程中，殘留在同化體中未被同化的圍巖，稱捕虜體☆巖漿因同化圍巖而改變了自已原有成分的作用，稱混染作用☆同化作用與混染作用互相伴生1巖漿作用★侵入作用30

巖漿侵入圍巖過程中伴生的作用有：（2）結晶分異作用

在巖漿冷凝過程中，按礦物熔點的高低依次結晶出不同成分的礦物，并形成不同種類的巖石的作用1巖漿作用★侵入作用連續(xù)反應系列：

部分先結晶的礦物同剩余巖漿發(fā)生作用，形成化學成分上連續(xù)變化，內部結構無根本變化的一系列相似礦物不連續(xù)反應系列：

部分先結晶的礦物同剩余巖漿發(fā)生作用，形成既有化學成分上的變化，又有內部結構顯著變化的一系列不同礦物美國巖石學家鮑溫將富含橄欖石的玄武巖重熔后，再讓其緩慢冷凝，證明了結晶分異過程311巖漿作用★侵入作用基性斜長石中性斜長石酸性斜長石321巖漿作用★侵入作用侵入巖的產狀331巖漿作用★火成巖（巖漿巖）由巖漿作用形成的侵入巖和噴出巖統(tǒng)稱為火成巖5252341巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆礦物成分從超鎂鐵質火成巖至長英質火成巖，硅鋁礦物石英、長石含量逐漸增加，鐵鎂礦物含量逐漸減少，顏色逐漸變淺暗色礦物：橄欖石、輝石、角閃石、黑云母淺色礦物：鉀長石、斜長石、石英超基性巖>75，基性巖35-75，中性巖20-35，酸性巖<20色率：暗色礦物在巖石中的體積百分含量351巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆結構▲有充分時間結晶的形成粗粒結構（>5mm）和中粒結構（1-5mm）；迅速噴出的具有細粒結構（1-0.1mm）甚至玻璃質結構（<0.1mm）；顆粒巨大，粒度>20mm時為偉晶結構；細粒以上均為顯晶質結構▲粒度越細，顏色越深，噴出巖結晶時間短，粒度細，較同成分侵入巖顏色深▲按礦物顆粒之間的相對大小，可分為等粒結構及不等粒結構▲不等粒結構中，粗大者稱為斑晶，細小者稱為基質。如果基質為隱晶質或非晶質，這種結構稱斑狀結構；如果基質為顯晶質，且基質的成分與斑晶的成分相同者，稱為似斑狀結構指火成巖中礦物的結晶程度、晶粒大小、形態(tài)及晶粒間的相互關系361巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆構造塊狀構造氣孔構造杏仁構造流紋構造枕狀構造柱狀構造37輝長巖閃長巖花崗巖玄武巖安山巖流紋巖1巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆代表性火成巖381巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆代表性火成巖391巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆火山碎屑巖火山碎屑巖是由火山碎屑落到地表后膠結形成火山彈火山礫2-50mm火山灰>50mm<2mm401巖漿作用★火成巖（巖漿巖）☆火山碎屑巖集塊巖火山礫巖凝灰?guī)r凝灰?guī)r412變質作用★基本概念變質作用：巖石在基本上處于固體狀態(tài)下，受到溫度、壓力及化學活動性流體的作用，發(fā)生礦物成分、化學成分、結構與構造變化的地質作用422變質作用★基本概念☆變質作用機制（1）變質結晶作用（揮發(fā)分逃逸或獲得）SiO2，CaCO3在溫度較低情況下，隨溫度升高，粒度增大，成為石英大理石，到一定程度后，會產生新的礦物，形成硅灰石大理巖SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑硅灰石Al[Si4O10](OH)8=2Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2O↑紅柱石高嶺石43（2）變形(體積變化)高溫高壓條件下，應變速率低→塑性變形→礦物定向排列和褶皺2變質作用★基本概念☆變質作用機制Mg2[SiO4]+Ca[Al2Si2O8]=CaMg2Al2[SiO4]3鎂橄欖石鈣長石石榴子石（3）交代作用K[AlSi3O8]+Na+=Na[AlSi3O8]+K+鉀長石鈉長石442變質作用★基本概念☆變質作用因素（1）溫度（150-900℃）<150沉積巖成巖作用；150-350很低級變質作用；350-550低級變質；550-650中級變質；>650高級變質

溫度升高意味著獲得了新的能量，礦物中質點活性增強，增加變質反應速率，可使原來的非晶質變?yōu)榫з|，原來小晶粒長大

溫度升高還會通過脫水反應、脫碳酸反應形成變質熱液作為催化劑、搬運劑和熱媒介對變質作用施加影響

溫度升高還會導致部分熔融而發(fā)生混合巖化452變質作用★基本概念☆變質作用因素（2）壓力負荷壓力：上覆巖柱定向壓力：構造運動462變質作用★基本概念☆變質作用因素（3）化學活動性流體以H2O、CO2為主，并含其他易揮發(fā)、易流動的物質主要來源有：#巖石粒間孔隙及巖石裂隙中所含以水為主的液體#許多造巖礦物，尤其是沉積巖中的礦物，其結構中含有較多H2O、CO2等揮發(fā)性物質，在溫度和壓力的作用下，其被分離出來#從巖漿中分泌和逃逸出來的成分#從地球深部物質中分泌出含K、Na、SiO2等化學成分的熱液472變質作用★基本類型☆動力變質作用主要控制因素為定向壓力主要變質機制為變形482變質作用★基本類型☆接觸變質作用主要控制因素為溫度和交代作用主要變質機制為變質結晶492變質作用★基本類型☆區(qū)域變質作用變質因素為溫度、負荷壓力、定向壓力和流體綜合作用的結果主要變形機制為變質結晶和變形高壓低溫環(huán)境正常地溫梯度環(huán)境高溫低壓環(huán)境502變質作用★基本類型☆區(qū)域變質作用高級區(qū)域變質伴隨的部分熔融產生的低熔物質與變質巖混合形成混合巖的大規(guī)模變質作用512變質作用★基本類型☆混合巖化作用變質作用向巖漿作用轉變的一種過渡性成巖作用。熔體和熱液沿著已形成的區(qū)域變質巖的裂隙或片理滲透、擴散、注入，甚至發(fā)生化學反應，在原先的變質巖石中形成一部分類似于由巖漿結晶而成的巖石，這種作用叫混合巖化作用，由混合巖化作用所形成的巖石，稱為混合巖基體（變質程度較高的各種片巖、片麻巖和斜長角閃巖）和脈體（熔體和熱液注入、交代而新形成的巖石，主要成分為石英和長石，顏色較淺）522變質作用★基本類型☆混合巖化作用532變質作用★變質巖變質礦物：在變質過程中產生了一些特征性的礦物，這些礦物只能由變質作用生成，不可能在沉積作用及巖漿作用中生成。變質礦物是變質巖的主要標志

屬于變質礦物的有：紅柱石、蘭晶石、十字石、矽線石、硅（矽）灰石、石榴子石、綠簾石、透閃石、陽起石、蘭閃石、透輝石、滑石、蛇紋石、石墨等。石榴子石十字石54綠簾石蛇紋石石墨軟玉（透閃石-陽起石）硬玉紅柱石2變質作用★變質巖55變晶結構巖石在固態(tài)條件下由重結晶作用和變質結晶作用所形成的結構2變質作用★變質巖☆變質巖的結構56粗粒變晶結構平均粒徑>3mm中粒變晶結構平均粒徑1—3mm細粒變晶結構平均粒徑<1mm顯微變晶結構根據晶粒大小等粒變晶結構不等粒變晶結構斑狀變晶結構根據顆粒相對大小2變質作用★變質巖☆變質巖的結構572變質作用★變質巖☆變質巖的結構巖石大致由等軸粒狀變晶顆粒組成花崗變晶結構58纖維變晶結構

主要由柱狀、針狀和纖維狀變晶礦物組成鱗片變晶結構

主要由滑石、綠泥石、云母等片狀礦物所組成2變質作用★變質巖☆變質巖的結構592變質作用★變質巖☆變質巖的結構變余結構