1、高級巖漿巖石學(xué)（1）莫宣學(xué)2012.2.引 言當(dāng)前地學(xué)發(fā)展的總形勢高級巖石學(xué)的基本內(nèi)容高級巖漿巖石學(xué)的基本內(nèi)容地學(xué)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)當(dāng)前我們正處在一個以地球系統(tǒng)科學(xué)為旗幟的新的地學(xué)革命的時代，這對我國地學(xué)的發(fā)展，既是一個重大的挑戰(zhàn)，又是一個極為寶貴的機(jī)遇。由于眾所周知的原因，上世紀(jì)60年代初期我們失去了在以板塊構(gòu)造為旗幟的地學(xué)革命中發(fā)展我國地學(xué)的寶貴機(jī)遇，遭受了重大損失，落后了幾十年，這次一定要抓住。只有這樣，我國地學(xué)才能迎頭趕上世界先進(jìn)水平。地球系統(tǒng)科學(xué)的基本點(diǎn)地球系統(tǒng)科學(xué)，就是將地球當(dāng)作一個統(tǒng)一的大系統(tǒng)，研究地球整體運(yùn)動的規(guī)律及各圈層間的相互作用；兩大主題：地球動力學(xué)及全球氣候變化；三大基本

2、任務(wù)是：在認(rèn)識地球的基礎(chǔ)上，開發(fā)資源、改善環(huán)境、減輕災(zāi)害。無疑，新的地學(xué)革命將是一場內(nèi)容深刻、影響深遠(yuǎn)的革命。 高級巖石學(xué)的基本內(nèi)容高級巖石學(xué)主要研究巖石的成因、形成演化；地球動力學(xué)意義；在資源環(huán)境方面的實(shí)際意義與應(yīng)用。屬于巖理學(xué)范疇。高級巖石學(xué)按其研究對象可劃分為：高級高級巖漿巖石學(xué)、高級沉積巖石學(xué)、高級變質(zhì)巖石學(xué)。高級巖漿巖石學(xué)的內(nèi)容與方法1.巖漿巖成因?qū)W（巖漿的起源與演化）2.巖漿巖的地球動力學(xué)意義（1）巖石探針（研究地球內(nèi)部）（2）大地構(gòu)造的記錄3.巖漿巖石學(xué)在利用資源、改善環(huán)境、減輕災(zāi)害方面的意義前期基礎(chǔ)：大學(xué)巖漿巖石學(xué)（含實(shí)驗(yàn)）；物理化學(xué)（熱力學(xué)、相平衡、化學(xué) 動力學(xué)）；流體力學(xué)學(xué)

3、習(xí)方法；考試方式推薦重點(diǎn)閱讀文獻(xiàn)：鄧晉福等，2005，巖石成因、構(gòu)造環(huán)境與成礦作用，北京：地質(zhì)出版社鄧晉福，1987，巖石相平衡及巖石成因，武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社Best, M.G., 2003, Igneous and Metamorphic Petrology, Blackwell, N.Y.Wilson, M. 1989，Igneous Petrogenesis: A Global Tectonic Approach. Chapman & Hall: London.Carmichael, I. S. E., Turner, F. J. and J. Verhoogen, 1974, I

4、gneous Petrology. McGraw-Hill Company, New YorkIUGS火成巖分類學(xué)委員會，火成巖分類命名（中譯本，1991），北京：地質(zhì)出版社Hugh R. Rollison，巖石地球化學(xué)（1993版中譯本，2000），中國科技大學(xué)出版社10. Condie, K.C., 1997, Plate Tectonics and Crustal Evolution (4th Edition), Butterworth- Heinemann, OxfordFaure, G., 1986, Principles of Isotope Geology, 2nd editio

5、n, New York: WileyDepaolo, J. D., 1988, Neodymium Isotope Geochemistry: An Introduction. Spring-Verlag, New York鄭永飛 陳江峰，2000, 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)，北京：科學(xué)出版社肖慶輝等，2002，花崗巖研究思維與方法，北京：地質(zhì)出版社趙海玲，1995，巖漿物理性質(zhì)及流體動力學(xué)，武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社莫宣學(xué)，2011，巖漿與巖漿巖：地球“深部探針”與演化記錄，自然雜志，33（4）第一章 巖漿巖的成因巖漿是在地下形成的含揮發(fā)分的高溫粘稠硅酸鹽（少數(shù)為碳酸鹽）熔融體。由巖漿冷凝固結(jié)而成的

6、巖石稱為巖漿巖或火成巖（又分為噴出巖與侵入巖）。巖漿作用實(shí)質(zhì)上是地球各層圈之間，特別是殼幔之間、巖石圈軟流圈之間相互作用的結(jié)果。巖漿是地球各層圈之間物質(zhì)和能量交換的重要載體。 研究巖漿作用與巖漿巖的意義火成巖及其所攜帶的深源巖石包體被當(dāng)之無愧地稱作探測地球深部的“探針”（lithoprobe）和“窗口”(window)。它們的時間坐標(biāo)，為人們研究地球深部的演化過程提供了可能?；鸪蓭r也是板塊運(yùn)動過程與大地構(gòu)造事件的記錄。通過火成巖的研究，可以恢復(fù)古板塊構(gòu)造格局，追溯大地構(gòu)造演化歷史。對于滿足人類對利用資源、保護(hù)環(huán)境、減輕災(zāi)害的需求，有著重要的意義。 自然界為什么會形成多種多樣的巖漿巖？主要取決于

7、兩種基本的作用過程：巖漿的起源；巖漿的演化。對巖漿巖成因機(jī)制的研究，是揭示巖漿作用與構(gòu)造運(yùn)動、深部過程之間內(nèi)在聯(lián)系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，它是巖漿巖石學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。1.巖 漿 的 起 源巖漿起源，就是在合適的溫、壓條件下地殼或上地幔發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生原生巖漿的作用過程。原生巖漿與進(jìn)化（演化）巖漿（Primary magma vs. evolved magma)1.導(dǎo)致固體地幔/地殼發(fā)生部分熔融的原因（1）地溫異常：由于軟流圈上隆、地幔柱上升、或板塊俯沖引起地溫異常，超過源巖的固相線溫度（即起始熔融溫度）。（2）揮發(fā)份的加入：由于揮發(fā)份的加入使源巖的固相線溫度降低。三種體系。（3）壓力改變：由

8、于地幔對流、拆沉、去根作用或大斷裂誘發(fā)的減壓熔融；在某些情況下，增壓也可以引起部分熔融，增壓熔融。地溫梯度的升高揮發(fā)份引起源巖固相線溫度降低2.影響原生巖漿類型、成分的主要因素 （1）源巖及源區(qū)的性質(zhì)和組成； （2）起源溫度與熔融程度； （3）起源壓力與深度； （4）揮發(fā)份的類型及含量。 2.巖 漿 的 演 化巖漿演化，就是原生巖漿通過各種作用派生為多種多樣進(jìn)化巖漿及巖漿巖的過程。母巖漿與子巖漿（派生巖漿） (Parental magma vs. derivative magma)巖 漿 的 演 化巖漿演化機(jī)制主要有: 1.巖漿分異作用：又可分為: 結(jié)晶分異作用（分離結(jié)晶作用） 擴(kuò)散作用 液態(tài)

9、不混溶作用 氣運(yùn)作用、壓濾-擴(kuò)容作用等 2.同化混染作用 3.巖漿混合作用巖漿的發(fā)生與分異3.巖漿過程的物理作用巖漿過程的物理作用的研究，是過去巖漿巖石學(xué)研究的薄弱環(huán)節(jié)，近些年來取得了許多重要進(jìn)展。其主要內(nèi)容，是研究巖漿從源區(qū)到地表的運(yùn)動規(guī)律，包括熔體與源區(qū)分離、聚合成巖漿團(tuán)，巖漿的上升與傳輸，巖漿房內(nèi)作用，巖漿的侵位（emplacement），巖漿的噴發(fā)等作用。對巖漿過程的物理作用的研究，直接涉及巖漿的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)，進(jìn)而涉及一些地球動力學(xué)問題，因而有重要意義。流體力學(xué)是研究巖漿運(yùn)動的理論基礎(chǔ)。 4.主要巖漿巖的成因1.各類玄武巖的成因2.花崗巖類的成因3.安山巖的成因4.一些特殊巖石的成因

10、（金伯利巖、碳酸巖、堿性巖、鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖、埃達(dá)克巖）玄武巖柱狀節(jié)理 指示平穩(wěn)厚層玄武巖流 層面冷卻均勻收縮所致橫斷面平均5.67邊 內(nèi)角多半約120 福建 龍海 牛頭山TASMANIA AUST垂直柱體的底面 指示巖流面 古地形面 拉斑玄武巖(TH) 堿性玄武巖(AB)橄欖石 無 或少并有Opx反應(yīng)邊 少或多 并無Opx反應(yīng)邊普通輝石 低Ca 貧T i 高Ca Ti Al 可具砂鐘構(gòu)造斜方輝石 Br 或 Hyp 不含斜長石 An50-An80 An40-An60斜長石 (同斑晶) An20-60單斜輝石 Aug+Pig Aug/Ti-Aug橄攬石 無 可有 富Si K玻璃 富Na玻璃 或Q/Q

11、+Af組合(相當(dāng)?shù)凸踩跥r)兩類玄武巖 在巖相學(xué)上的鑒別斑 晶 基 質(zhì)填 隙 物說明：從巖相上鑒別兩類玄武巖 是對玄武巖類型的最終鑒定 如果用主量或微量元素區(qū)別玄武巖類型結(jié)果 與巖相學(xué)有矛盾則以巖相學(xué)為準(zhǔn) 因?yàn)榛瘜W(xué)上準(zhǔn)則是由巖相特征確切的玄武巖類型外推的 兩類玄武巖在起源演化上各異 因此必需區(qū)分它們 上表中Pig要用EPMA測定 其他皆可光學(xué)識別San Nep ZeoCpxQOpxNeOlPlSiO2 %Na2O+K2O+%ABTH45 50 5554321Q-THNepOl-BasAlk=0.37(SiO2-39)SiO2 %(Na2O+K2O)%ABTH5432145 50 55兩類玄武巖

12、 在化學(xué)上的區(qū)別(Macdonad C A & Katasula T 1964 J P)Alk = 0.37(SiO2-39)CpxQOpxNeOlPl玄武巖系統(tǒng)四面體圖解 ( norm ) (Yoder H S & Tilley C E 1962 JP)近似的低壓熱界面存在于無水 10kb 含水/氧化環(huán)境TH和AB間過渡玄武巖埃 達(dá) 克 巖 Adakite ( 1978, Kay R W ) 分離作用等巖漿作用無法解釋其TE規(guī)律是鈉質(zhì)中酸性巖套(suite) 是據(jù)化學(xué)元素習(xí)性對巖石的描述和標(biāo)設(shè)它向鈣堿性巖系演化 是地球冷卻的標(biāo)志SiO2 56%( 5672 ) 基本上不與 Bas Gab 共

13、生 CA : Pl + Hb Bi Pyr FeTi OxideAl2O3 15 %MgO 常6 %Na2O / K2O 1低 Y 18 ppm 低 HREE ( Yb 20 Sr / Y40 +Eu 異常 +Sr 異常高 Nd (t) 0.51236低 Sri 常 0.704 / 0.704 8大洋沉積物參與熔融上升時受幔殼混染 Pl 熔融所致榴輝巖 榴閃巖熔融 殘留Gt Pyr Hb所致埃 達(dá) 克 巖 以 “高r低” 為主要微量元素特征 定義中酸性巖石 為埃達(dá)克巖 在巖石分類學(xué)上能否成立 是值得商榷的 第二章 巖漿巖的地球動力學(xué)意義1. 巖漿巖的深部“探針”作用巖漿作用實(shí)質(zhì)上是地球各層圈之

14、間，特別是殼幔之間、巖石圈軟流圈之間相互作用的結(jié)果。巖漿是地球各層圈之間物質(zhì)和能量交換的載體?；鸪蓭r及其所攜帶的深源巖石包體被當(dāng)之無愧地稱作探測地球深部的“探針”（lithoprobe）和“窗口”(window)。 地幔橄欖巖下地殼麻粒巖“巖石探針”可以獲得那些深部信息？反演殼幔的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)，建立區(qū)域殼幔巖石學(xué)（柱狀）剖面。反演殼幔的熱結(jié)構(gòu)和熱狀態(tài)。估算地殼厚度及巖石圈厚度，及其空間變化。反演軟流圈頂面埋深及起伏、軟流圈的溫度、壓力、熔漿含量、物質(zhì)狀態(tài)等。反演殼幔的氧化-還原狀態(tài)。反演殼幔深部流體特征，研究地幔交代作用。記錄殼、幔成分及上述各種性質(zhì)隨時間的變化，反演殼幔深部過程?！皫r石探針

15、” 可以提供時間坐標(biāo)，這個優(yōu)點(diǎn)是其它深部探測方法所不具備的。因此，將地球物理方法與“巖石探針”方法有機(jī)地結(jié)合起來，才是探測地球深部的有效途徑。中國東部新生代玄武巖漿起源條件青藏高原構(gòu)造簡圖青藏巖石圈類型 岡底斯花崗巖顯示存在著兩類地殼，一類是年青的新生地殼，分布在岡底斯南帶和北帶的主體部分 ，即主碰撞帶前沿（Nd(t)和Hf (t) 均為正值，分別為2.3+5.3， + 6.3+14.7) ；另一類是經(jīng)過多次再循環(huán)形成的成熟的古元古代中元古代地殼，主要分布在岡底斯中帶（Nd(t)為負(fù)值， -5.3-17.3； 模式年齡TDM=1.2 Ga ; 2.0-2.5 Ga ） 。兩類地殼岡底斯帶的地殼

16、結(jié)構(gòu)鹽湖霍爾 岡底斯帶4條南北向 中生代早新生代 巖漿巖大剖面薩嘎措勤 日喀則尼瑪 朗縣聶榮 岡底斯帶北部與 岡底斯帶南部的地殼一樣，都是初生地殼 , 岡底斯帶中部的地殼 是成熟的元古宙地殼， 相當(dāng)于拉薩地塊的基底。 Nd(t)Hf(t) TDMCReworked/ancient crustJuvenile crustJuvenile crust岡底斯帶兩類地殼的形成演化示意圖古太平洋板塊俯沖開始于J2180MaBP莫霍面35km110 km200 km地 面俯沖的太平洋洋殼 火山巖 1100-650底墊玄武巖漿 1350 底辟橄欖巖1450脫 水花崗巖 700地 殼500地 幔EW華南大陸 (白堊紀(jì) 距今1.4-0.8億年)本模型 據(jù)下列資料設(shè)計： 野外調(diào)研-30余個花崗巖復(fù)式巖體 10余個火山盆地 /剖面 /沉積