巖漿巖巖石學（Igneous

Petrology)張 寧

地勘樓

715，

:第

一

章緒

論1,巖石：是天然產出的,由一種或多種礦物顆粒、火山玻璃和生物遺骸等構成的固態(tài)集合體。有的巖石由一種礦物組成：如，灰?guī)r主要由方解石組成,石英砂巖主要由石英組成。有的巖石由多種礦物組成：如，花崗巖由:石英、長石和黑云母等組成。一、幾個基本概念2011-9-5一組美麗的礦物2，巖石學（Petrology）：是專門研究地殼、地幔及其它星體產出的巖石的分布、產狀、成分、結構、構造、分類、命名、成因、演化等方面的科學。隕石、月巖,火星巖等宇宙來源的巖石，也是巖石學的研究對象。a.巖類學：或稱描述巖石學或巖相學，它主要是研究巖石的產狀、分布、組成、分類、命名等方面的問題。b.巖理學：又稱理論巖石學或成因巖石學，它主要是研究巖石的形成條件及成因等方面的問題。3，火成巖:由地殼深處或上地幔中形成的高溫熔融的巖漿，在侵入

或噴出地表冷凝而成的巖石。或簡單地說，由巖漿冷凝固結而成的巖石稱為火成巖。也可稱之為巖漿巖。4，火成巖巖石學：又稱巖漿巖巖石學，是研究巖漿的

、運移、演化、結晶及巖漿巖的組成、結構、構造、產狀、分布、分類、命名、共生組

因機理及與構造、礦產關系等的一門獨立科學。5,

組成地殼的三大類巖石類型巖漿巖（Igneous

rocks）沉積巖（Sedimentary

rocks）變質巖（Metamorphic

rocks）巖漿巖:由地殼深處或上地幔中形成的高溫熔融的巖漿，在侵入

或噴出地表冷凝而成的巖石?；蚝唵蔚卣f，由巖漿冷凝固結而成的巖石稱為巖漿巖。也可稱之為火成巖。沉積巖(Sedimentary

rocks)：在地殼表部的巖石，在地球發(fā)展過程中，不可避免地要

到各種外力作用的剝蝕破壞，然后再把破壞產物在原地或經(jīng)搬運沉積下來，再經(jīng)過復雜的成巖作用等過程形成的巖石。沉積巖的形成過程一般可分：風化作用與剝蝕作用、搬用、沉積作用和固結成巖作用等四個階段。變質巖(Metamorphic

rocks)：由內力作用引起的巖石變化的作用稱為變質作用。無論什么巖石(巖漿巖、沉積巖)，由變質作用重新形成的巖石，就是變質巖。變質巖一方面受原巖的控制，而具有一定的繼承性，顯示出原巖的某些特征；一方面由于變質作用，而在礦物成分、結構和構造上又與原巖有明顯的差異3,三大巖石在巖石圈中的分布沉積巖7.9%變質巖27.4%巖漿巖64.7%花崗巖10.4%閃長巖花崗閃長巖11.2%正長巖

0.4%玄武巖、輝長巖角閃巖、榴輝巖42.5%橄欖巖

0.2%三大巖是可以相互轉化的--巖石的循環(huán).在地球

壓力作用下，巖漿沿著巖石圈的薄弱地帶侵入巖石圈上部或噴出地表，冷卻凝固形成巖漿巖。

露地表的巖漿巖經(jīng)風化作用形成沉積巖。同時，這些已經(jīng)生成的巖石，在一定的溫度和壓力下發(fā)生變質作用，形成變質巖。不管什么巖石，一旦進入高溫（大于700～800℃）狀態(tài)，巖石就將逐漸熔融成巖漿,巖漿在一定的條件下再次侵入或噴出地表，形成新的巖漿巖，并與其他巖石一起再次接受外力的風化、侵蝕、搬運和堆積。如此，周而復始，使巖石圈的物質處于不斷的循環(huán)轉化之中。6.三大巖石的循環(huán)火成巖沉積巖變質巖巖石學課程安排巖漿巖—張寧教授沉積巖—張寧教授變質巖—趙軍紅教授二、地球的巖石1，巖石圈：顧名思義，巖石圈是由巖石組成的，它包括全部的地殼和上地幔頂部。巖石圈的厚度不均一，平均厚度約為100公里。巖石圈記錄了過去發(fā)生的地質事件，提供了地球和行星歷史的資料。對巖石圈的了解，成為了認識地球歷史的關鍵。處于地球

構造最外層的巖石圈是地理環(huán)境的重要組成部分，由于位置的特殊性，巖石圈既與地球外部圈層直接相接觸，受到來自地球大氣、水、生物等外力作用的影響。如大氣中的氧與

等成分、大氣運動與熱力變化作用于地表的巖石、參與巖石的破壞與形成過程；水的循環(huán)與生物的作用參與地表形態(tài)塑造的過程等。巖石圈又與地球

圈層相交接，受到來自地球

內力作用的影響，如地殼運動、火山、

等。從而綜合性地影響著地表的物質組成和形態(tài)結構。另一方面，巖石圈又在不同程度上影響著大氣圈、生物圈與水圈。作為地理環(huán)境的組成部分，巖石圈表層是地球上生命賴以生存的物質基礎，是人類活動主要的場所，構成巖石圈的巖石、礦物和土壤是人類生活、生產不可缺少的自然資源。(地球的層圈構造地殼、地幔、地核）層圈名稱特征地殼巖石圈1.是由巖石組成的地球外殼。上部花崗質層（硅鋁層）平均密度為2.7g/cm3，下部玄武質層（硅鎂層）平均密度為3.3g/cm3。大陸地殼平均厚33km（最厚>70km），廣泛分布有沉積巖、巖漿巖、變質巖，最老的巖石

為38億年，具有硅鋁層和硅鎂層大洋地殼平均厚8km（最薄<3km），主要為玄武巖類及現(xiàn)代沉積物，只有硅鎂層沒有硅鋁層。是所有地質作用的場所，也是目前地質學研究的主要對象。莫霍面地幔上地幔為堅硬巖石，與地殼共同構成地球外表。60km±共同特征：為超鐵鎂質巖石。平均密度：3.5g/cm3軟流圈橫波

速度明顯降低，<10%的巖石處于熔融狀態(tài)，其強度降低、塑性增加，物質發(fā)生蠕變，并緩慢流動。是巖漿的發(fā)源地，也是構造運動的動力源。250km波速迅速增加，物質密度增大由3.64g/cm3增至4.64g/cm3。650km下地幔波速平緩增加，密度為5.1g/cm3，化學成分與上地幔相似，鐵的含量增加。

2900km

古登堡面地核外核平均密度10.5g/cm3，

縱波速度急劇降低橫波

，推測為液態(tài)，溫度約

3000℃，壓力大于3×1011Pa4642km過渡層縱波速度加快，推測其物質從液態(tài)過渡到固態(tài)5157km內核縱波突然加速，并出現(xiàn)由縱波轉換成橫波，表明物質為固態(tài)，平均密度12.9g/cm，與隕石相似推測內核物質主要成分為鐵、鎳，故稱為鐵鎳核。巖石圈是由地殼和上地幔組成，其下部為巖石圈下面是軟流圈。巖石圈的厚度不均一，因地而異。一般而言，大陸地殼的巖石圈厚度大于海洋地殼的巖石圈厚度。板塊理論是六十年代中期興起一種新的大地構造理論,它認為巖石圈的構造單元是板塊。全球整個巖石圈可被劃分為六塊：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、洋板塊和南極板塊。三，巖漿巖（火成巖）與板塊構造的關系六塊中，太平洋板塊完全由大洋巖石圈組成，其他5塊是由大洋巖石圈及大陸巖石圈組成。板塊

是穩(wěn)定的，地殼處于比較寧靜之中，而板塊之間的交界處是地殼運動激烈的地帶，經(jīng)常發(fā)生火山噴發(fā)、

、巖層的擠壓褶皺及斷裂。板塊運動：由于地幔的對流運動，使得漂浮在它上面的板塊也被帶動做水平運動及碰撞。當板塊互相碰撞時，密度較大的一邊會下降到另一邊下方，稱作俯沖，而發(fā)生俯沖的地區(qū)稱為俯沖帶或聚合性板塊交界。俯沖的過程中，高溫會將俯沖的板塊熔融形成巖漿,巖漿借由浮力緩緩上升，最后

成為巖漿庫。通常在

深處高溫高壓下的巖漿，與周圍環(huán)境處于平衡狀態(tài)。但一旦巖石圈發(fā)生破裂或產生壓力差，平衡被打破，巖漿就會上升。由于受到上覆地殼的擠壓，一部分巖漿在地殼深處緩慢冷卻結晶，一部分可以達到離地表較近的淺處較快冷卻結晶，或者沖破地殼以火山的方式噴溢出來迅速冷卻。人們根據(jù)板塊理論建立了全球巖漿作用模式,該模式認為，大多巖漿作用都分布在各個板塊的邊緣地帶，少數(shù)則分布在板塊

.世界范圍內大約有1500座火山，主要分布于環(huán)太平洋和洋中脊火山的全球分布熱點理論：大多數(shù)巖漿是通過板塊的邊界斷裂到達地表。但是，世界上約5%的巖漿作用位于板塊

，如

夏威夷群島火山。夏威夷群島離最近的板塊邊緣有3200公里。顯然用板塊理論釋解釋

是行不通的。熱點理論認為,夏威夷群島是由地球一個神秘的熱點而形成的。當太平洋板塊在這個熱點上移動時，板塊底層巖石就被熔化，最后變成巖漿作用及火山。這些神秘的“熱點”即

地幔柱：深部地幔熱對流運動中的一股上升的圓柱狀固態(tài)物質的熱塑性流，即從軟流圈或下地幔涌起并

巖石圈而成的熱地幔物質柱狀體。它在地表或洋底出露時就表現(xiàn)為“熱點”。熱點上的地熱流值大大高于周圍廣大地區(qū)，甚至會形成孤立的火山。這一理論成功地解釋了夏威夷群島形成的過程.夏威夷群島是一列連續(xù)噴發(fā)的火山鏈島，它一端連接著現(xiàn)代活火山，沿此鏈距離現(xiàn)代活火山越遠，其越老。這被認為是：當巖石圈板塊運動時，固定不動的地幔柱在板塊表面留下的熱點遷移的軌跡。位置固定不動的地幔柱熱點,在運動著的板塊之上勾畫出板塊運動的痕跡----夏威夷火山鏈火山鏈島中，各個火山島的自南向北有規(guī)律地逐漸變老。夏威夷的繩狀熔巖沉沒在珍珠港水下的亞利桑娜號四，巖漿巖（火成巖）與環(huán)境及資源1，影響全球氣候火山爆發(fā)時噴出的大量火山灰和火山氣體，對氣候造成極大的影響。因為在這種情況下，昏暗的白晝和狂風暴雨，甚至泥漿雨都會困擾當?shù)鼐用耖L達數(shù)月之久?；鹕交液突鹕綒怏w被噴到高空中去,它們就會隨風散布到很遠的地方。這些火山物質會遮住陽光,導致氣溫下降。此外,它們還會濾掉某些波長的光線,使得

和月亮看起來就像蒙上一層光暈,或是泛著奇異的色彩,尤其在日出和日落時能形成奇特的自然景觀。2，破壞環(huán)境火山爆發(fā)噴出的大量火山灰和暴雨結合形成泥石流能沖毀道路、橋梁,淹沒附近的鄉(xiāng)村和城市，使得無數(shù)人無家可歸。泥土、巖石碎屑形成的泥漿可象洪水一般淹沒了整座城市。巖石雖被火山灰云遮住了，但火山剛爆發(fā)時仍可看到被噴到半空中的巨大巖石?；鹕絿姲l(fā)產物－揮發(fā)份美國圣海倫火山當火山爆發(fā)時，伴隨著驚天動地的巨大轟鳴，石塊飛騰翻滾，熾熱無比的巖漿像條條兇殘無比的火龍，從噴涌而出，吞噬著周圍的一切，霎時間，方圓幾十里都被籠罩在一片濃煙迷霧之中。有時候，由于火山爆發(fā)，還能使平地頃刻間矗立起一座高高的大山，如赤道附近的乞力馬扎羅山和科托帕克希山就是這樣形成的；有時候，又能在瞬間吞掉整個村莊和城鎮(zhèn)。維蘇威（Vesuvius）火山是歐洲大陸唯一的活火山，它最著名的一次噴發(fā)發(fā)生在公元79年八月二十四日，當時古羅馬的赫庫蘭尼姆（Hercula

）和龐培（Pompeii）兩鎮(zhèn)被，僅龐培城，就近2萬人.火山：龐培廢墟與維蘇威火山從火山灰中發(fā)掘的龐培古城廢墟火山3，滋潤土地土地是世界最寶貴的資源，因為它能孕育出各種植物來供養(yǎng)萬物。如果火山爆發(fā)能給農田蓋上