第四章 岩浆的形成与演化(2-4).ppt

第四章 岩浆的形成和演化岩浆形成的框架图 岩浆的形成岩浆岩浆源区T. P. n.部分熔融岩浆形成的两个阶段：部分熔融、岩浆分凝一、部分熔融1、基本概念： 岩浆的形成地壳和上地幔固体物质在深部热流及流体作用下，当温度达到固相线温度时，相对低熔点物质（在共结点或最低点或固结线的某一位置）首先熔融，产生低熔点成分岩浆的作用 图示：ABC三元系中，X成分的原岩平衡熔融和分离熔融的成分演变路线图一、部分熔融2、熔融方式：（1）平衡熔融：从初熔到全熔，熔体一直在体系中并与固相平衡2）分离熔融：熔体产生后随即从体系中分离出来，不再与固相反应，产生低熔点成分熔体天然岩石的熔融类似于分离熔融（部分熔融）3、产物特点与源岩相比熔体更富含K、Na、Al、Si；贫Fe、Mg、Ca残余固相与之相反因此，通过部分熔融产生的岩浆比源岩更酸性 岩浆的形成一、部分熔融4、影响因素 A. 源区岩石 B. 热能的积累- 温度的升高 C. 压力的降低 D. 挥发组分的加入 F. 时间因素 源区岩石如何确定？ 深源包体 火成岩化学成分反演 高温高压实验 岩浆的形成 地幔岩石是如何熔融的? 温度升高 岩浆的形成 地幔岩石是如何熔融的? 压力降低: 地幔底辟上升, 减压熔融：可达 30% 岩浆的形成 地幔岩石是如何熔融的? 挥发组分的加入 岩浆的形成二、岩浆的分凝1、概念：熔融的液滴从源区岩石的粒间分离集中的作用.2、控制因素： 熔体分数（即部分熔融程度） 源区的渗透性 熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力 残留固体与熔体的流变性质（粘度） 源区的范围3、分凝过程：图示说明 岩浆的形成（4）二固相进一步熔融（1）低熔点组分初熔（2）低熔点组分进一步熔融分离 （3）C相消失全部进入熔体及岩浆分凝岩浆的分凝示意图三、岩浆源区（构造背景） 正常地区的地壳和上地幔不会发生部分熔融产生岩 浆，只有在那些有利的构造部位才能发生部分熔融 产生岩浆，即岩浆源区。

（1）大洋中脊的岩浆源区 （2）汇聚板块产生的岩浆源区 （3）大陆裂谷的岩浆源区 （4）地幔热点产生的岩浆源区 岩浆的形成 岩浆演化过程的复杂性 热力学岩浆体系是一个复杂的物理化学体系，岩浆结 晶和演化受物理化学规律（相律、鲍文反应系列）制约 流体动力学岩浆是一种粘性流体，许多岩浆作用过程 也是一种流 体动力学过程 岩浆演化的主要方式 分异作用、同化混染作用、混合作用 研究意义：岩浆起源、演化机理、地质现象解释等 岩浆的演化 岩浆的分异作用 基本概念和主要类型 原始成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下， 依靠本身的演化，最终产生不同组分的火成岩的作用 一、结晶分异作用（发生相分离） 二、由扩散产生的分异 三、熔离作用 四、气体搬运作用（发生相分离） 岩浆的分异作用 基本概念： 指由于岩浆中结晶的固相物质的分离而使残余岩浆 成分发生变化的作用 基本理论：鲍温反应系列、平衡结晶、分离结晶鲍温反应系列、平衡结晶、分离结晶 主要方式： 流动分异、重力分异、双扩散对流边界层分异（选讲）一、结晶分异作用 岩浆的分异作用一、结晶分异作用 橄榄石基性斜长石斜方辉石单斜辉石角闪石黑云母尖晶石温度升高方向钾长石白云母 石英酸性斜长石基中性斜长石中性斜长石不连续系列不连续系列连续系列连续系列鲍文反应系列 岩浆的分异作用一、结晶分异作用 鲍温反应系列的岩石学意义 可以解释岩浆中矿物的结晶顺序和共生规律； 两个系列结晶温度相当的矿物可以共生； 解释了暗色矿物间的反应边结构和斜长石的正环 带结构； 玄武质岩浆经分离结晶可逐渐形成较酸性的岩浆。

岩浆的分异作用 1) 流动分异 特点：主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，如 岩墙和岩脉中 原因：岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用， 导致结晶的矿物与熔体分离 规模：影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带一、结晶分异作用 岩浆的分异作用流动分异过程示意图 岩浆的分异作用一、结晶分异作用 2) 重力分异作用 a) 晶体的重力沉降分异，需要克服的因素： 岩浆对晶体的浮力 晶体与岩浆之间的粘滞摩擦力 岩浆上升的速度 b) 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 晶体直径（B）的大小和形态 岩浆的粘度 岩浆的分异作用一、结晶分异作用 2) 重力分异作用 晶体的沉降速度遵循： Stokes LawV = 矿物沉降速度 (cm/sec)g= 重力加速度 (980 cm/sec2) r = 球形颗粒的半径 (cm)rs= 固态球形颗粒的密度 (g/cm3)rl= 熔体的密度 (g/cm3)h = 熔体的粘度 ( poise-Pas)V2gr ()92=-rrhsl 岩浆的分异作用一、结晶分异作用 2) 重力分异作用 举例：玄武岩质熔体中 橄榄石 (rs = 3.3 g/cm3, r = 0.1 cm) 玄武质熔体 (rl = 2.65 g/cm3, h = 1000 poise) 橄榄石V = 29800.12 (3.3-2.65)/91000 = 1.3 10 -3 cm/sec 流纹质熔体中 or41 cm/year 角闪石 V = 2 x 10-7 cm/sec, or 6 cm/year 长石 V = 2 cm/year 注意：h 是变量与岩浆的冷却速度、挥发分等有关。

岩浆的分异作用加拿大北部地区的Muskox侵入体 岩浆的分异作用堆积结构正堆晶结构增生堆晶中堆晶结构 岩浆的分异作用一、结晶分异作用 3）双扩散对流边界层分异作用 含义：原来均一的岩浆，在成分梯度和温度梯度的 作用下，岩浆房中出现密度倒置现象，产生 重力失稳，形成层状对流 类型：层状对流岩浆房中的分异作用 无对流分层时的分异作用 对流岩浆房中的侧壁结晶分异作用 实例 : 解释具有多韵律特点的层状侵入体Double-diffusive convection situation A series of convecting layers 岩浆的分异作用二、扩散作用 扩散作用：是指在驱动力的作用下物质的转移过程 岩浆中物质扩散的驱动力： 浓度梯度或化学位梯度、温度梯度 扩散作用在岩浆分异中的意义所要考虑的因素： 在有效的时间内元素的扩散距离 由岩浆的冷却速度决定的有效扩散时间 实例：岩体的边部暗色组分的富集层状对流岩浆房中岩体的边部暗色组分的富集扩散分异 模式 岩浆的分异作用三、熔离作用 概念： 一种混容的液体，由于物化 条件的变化使之分为不混溶 的两种液体 证据或实例 在富铁的拉斑玄武岩中可见 到晚期的富硅的不混溶体 硫化物硅酸盐不 混溶体 碳酸岩霞石岩体系 岩浆的分异作用四、气(流)体搬运作用 气体搬运作用指岩浆中的挥发份，在岩浆分异过程中，搬运和携带 了某些组分一起运移，从而使岩浆成分发 生变化的一种分异作用。

岩浆中含有一定数量的挥发份, 其中水的含量最多.岩浆中水的溶解度随压力的增加而增大.岩浆上升导致压力下降, 促进流体和岩浆分离(气孔).岩浆中晶体物质的析出导致熔体减少,水的饱和度增高.许多学者认为稀有元素的成矿与这种作用有关.挥发分释放提高液相线温度 斑状结构 岩浆混合作用概念： 两种不同成分的岩浆以不同比例混合，产生一系列过渡类型岩浆的作用识别标志：1）混合不彻底的基性端元可在酸性端元熔岩中呈流变 特征的条带2） 岩体中可见到一些基性端元的岩石团块、微粒包体等3） 矿物间出现明显的不平衡现象-两种成分差别较大的 斜长石的共存、矿物间的交代结构发育等4） 岩石化学地球化学方面的证据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玄武岩和流纹岩呈互层状玄武岩和流纹岩呈互层状 同化混染作用概念 岩浆和围岩或捕虏体之间的热和物质成分交换，岩浆成分发 生变化的过程.同化混染的规模及强度： 取决于岩浆及围岩的热状态和组成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，只能通过离子交换反 应，改围岩及捕虏体成分，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，如玄武岩中 的地幔橄榄岩包体 同化混染作用鉴别标志： 1）主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩 之间 常形成渐变过渡带 2）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶， 出现不平衡矿物和不平衡结构 3）岩石的结构构造不均一，出现斑杂构造 4）常量、微量、同位素方法（ U-Th-Pb 87Sr/86Sr）。

注 意岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往是多种作用的结合，比如，岩浆的同化混染作用和岩浆的分离结晶作用可能是同时发生的；分离结晶作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。