IgneousPetrology

授課教員：馬昌前教授

cqma@

火成巖巖石學

巖石構成了地球內部乃至其他天體的固體部分，它記錄了過去發(fā)生的地質事件，提供了地球和行星歷史的資料。對巖石的性質、成分、成因和歷史的理解就成為認識地球歷史的關鍵。第一章緒論：巖石分布和野外關系巖石：是天然產(chǎn)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。

判斷：

石油方解石水泥隕石花崗巖

rocks一、巖石與巖石學

野外地質：野外關系巖相學：結構、構造、礦物成分巖石化學：巖石化學成分巖石物理：巖石的物理性質巖石成因：巖石形成條件和機理（含實驗巖石學研究）巖石大地構造和地球動力學：對構造背景、地球深部組成和過程的指示意義巖石學過程的資源環(huán)境效應：與金屬成礦作用和油氣成藏的關系，非金屬礦產(chǎn)，火山災害等巖石學

Petrologypetros+logos=studyofrocks

法國SaintGoussaut花崗巖體深部形態(tài)的地球物理勘察（Ameglio&Vigneresse,1999)火成巖（Igneousrocks）—巖漿冷凝、固結而成（又稱巖漿巖，Magmaticrocks)，包括侵入巖和噴出巖（火山巖）沉積巖（Sedimentaryrocks）—由水、風、冰川等介質搬運的巖石碎屑或生物遺骸累積石化而成變質巖（Metamorphicrocks）—由于溫度、壓力等的變化而使先前的巖石（巖漿巖、沉積巖）改變而成（正、副變質巖ortho-metamorphicvs

para-metamorphic）三大類巖石與巖石循環(huán)火成論的倡導者巖石循環(huán)

(therockrecycle)火成巖沉積巖變質巖巖石循環(huán)（therockcycle):三大類巖石的相互轉換二、地球內部的巖石與深部過程大洋殼厚度:10km地層相對均一=蛇綠巖套（ophiolitesuite）:

Sedimentspillowbasaltsheeteddikesmoremassivegabbroultramafic(mantle)大陸殼厚度較大:20-75km平均~35km成分變化大：平均成分相當于花崗閃長巖

地球內部的巖石地幔：橄欖巖Peridotite(ultramafic)MajorsubdivisionsoftheEarth.Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.地核:鐵鎳合金外核：液態(tài)內核：固態(tài)巖石在地殼中的分布花崗巖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%與巖石圈板塊運動的關系:

夏威夷火山鏈的例子MantleHotSpotVolcanoSeeKehew,3-8Hawaii10.312.020.6Midway27.219.943.442.448.155.256.259.60-5ConvergentPlateBoundaryCurrentPlateMotion夏威夷火山鏈火山島年齡（Ma)A.L.Wegener(1880-1930)的大陸漂移思想和后來的板塊構造學說可從火成巖上提供證據(jù)例如：白堊世，南美與非洲大陸分離，大西洋開始打開的證據(jù)相似的化石巴西和納米比亞海岸地層比較（兩側都可對比的135－130Ma雙峰式火山巖—酸性火山巖和大陸溢流玄武巖是南大西洋最初開始裂解的標志）（Milneretal.,1995,JournalofVolcanologyandGeothermalresearch,69:137-157)玄武巖石英粗面巖相似的火山巖組合三、巖漿作用與社會1、金屬成礦作用2、火成巖與油氣藏3、非金屬礦產(chǎn)和寶玉石4、火山地質災害（引自周新民）巖漿活動使周緣斷裂活動加強或產(chǎn)生新斷裂、劈理、節(jié)理以及其它構造裂縫并連通先前存在的孔縫，改善圍巖儲滲性能火成巖與油氣的關系松遼盆地渤海灣盆地鄂爾多斯盆地四川盆地二連盆地準噶爾盆地塔里木盆地熱促進油氣生成和儲層的儲集性能

，致密巖石作為蓋層；多孔火山巖和裂縫發(fā)育的火成巖作為儲層

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（Herculaneum）和龐培（Pompeii）兩鎮(zhèn)被毀滅，僅龐培城，死亡就近2萬人.火山災害龐培廢墟與維蘇威火山火山的全球分布世界范圍內大約有1500座火山，主要分布于環(huán)太平洋和洋中脊我國的活動火山

吉林長白山天池火山；云南騰沖火山；黑龍江五大連池火山等。最近一次噴發(fā)發(fā)生在距今200-300年前。目前具有潛在噴發(fā)危險。我國火山監(jiān)測臺網(wǎng)分布圖四、巖漿的產(chǎn)生和性質在俯沖帶地幔和地殼的部分熔融與巖漿產(chǎn)生（一）巖漿的產(chǎn)生（二）巖漿和熔體的性質巖漿:熔體

+晶體

+氣體.熔體:硅酸鹽成分為主，溫度

800-1300оС,壓力

103-10-1

MPa,粘度

102-1012

Pa?s,密度2.2g/cm3

（流紋巖）－2.8g/cm3

（玄武巖）.晶體:

大小

10-7-10-1m,數(shù)量密度可達

1017m-3,含量可達

95%，但一般含量大于25％巖漿流動性差.氣體:

H2O-60-95,CO2-0-35%,

質量分數(shù)0.1-7%.特性:高粘度,且粘度與化學成分、溫度和揮發(fā)份有關，巖漿的上升和侵位運動受巖漿性質和地殼環(huán)境控制（壓力差、密度差）巖漿相-I單相系統(tǒng)（巖漿＝熔體）二相系統(tǒng)（巖漿＝熔體＋氣泡）巖漿相-II二相系統(tǒng)（巖漿＝熔體＋橄欖石晶體）二相系統(tǒng)（巖漿＝兩種成分不同的不混熔熔體）四相系統(tǒng)（巖漿＝熔體＋氣泡兩種晶體）常見火山巖的噴發(fā)溫度（巖漿溫度）巖石類型溫度（

C）流紋巖700－900英安巖800－1100安山巖950－1200玄武巖1000－1250

典型粘度值(Pas)

水 0.01

甘油 1

玄武巖熔體 100

安山巖熔體 104

濕流紋巖熔體(5%H2O) 105

干流紋巖熔體(800oC) 1011

地幔軟流圈物質 1018巖漿粘度影響因素：化學成分和熔體結構：SiO2含量越高，粘度越大；溫度：溫度高，粘度低水含量：含量高，粘度低晶體含量：含量高，粘度低密度與成分和溫度Silicatemeltviscosity成網(wǎng)陽離子高，粘度大變網(wǎng)陽離子高，粘度小成分、溫度和水含量的影響compositionandtemperature

Waterinrhyolite

Arrheniuslaw=moexp{E/RT}

E=activationenergy(Joulesmole–1)R=gascontent(JoulesK–1mole–1)T=temperature(K)

mo=pre-exponentialconstant(Pas)晶體含量的影響Einstein-RoscoeEquation

=

l(1-cX)-2.5

l=meltviscosityc=coefficient(1.67usedformagmas)X=volumefractionofcrystals

硅酸鹽熔體的解聚作用DepolymerizationofSilicateMelts

五、巖漿巖的野外關系花崗巖侵入變沉積巖－圍巖Fig3.12,3.13巖漿噴出地表或從火山口涌出——火山巖（噴出巖）（包括熔巖和火山碎屑巖）巖漿在地表以下深處冷凝結晶——侵入巖（深成巖、淺成巖）兩類巖石的差別，核心是由巖漿冷凝快慢的差別形成的快速冷卻緩慢冷卻課后作業(yè)：總結火山巖和侵入巖在野外關系、結構構造和礦物成分等方面的差別DykeTransportv=(dP/dz)

w2/12mvisvelocitywishalfwidth(0.5-1m)misviscositydP/dzispressuregradientQ=(dP/dz)Lw3/12mQisflowrateLisdykebreadth

dP=Pc–rmgZ

Pcischamberpressure(1-10MPa)

rmismagmadensity(2700)Zisdepthtosource(5-10km)Basaltv~1m/s為什么有的侵入，有的噴出？侵位深度巖漿冷卻位置地下野外特征侵入巖地表噴出巖與圍巖的接觸關系整合侵入體不整合侵入體侵入體形態(tài)和大小巖基、巖株、巖盆、巖蓋、巖床、巖墻等淺成相中深成相深成相陸相火山巖海相火山巖熔巖流、火山錐、火山頸、次火山巖、火山－沉積巖等火成巖的野外關系分類

1．侵入巖(intrusiverocks)的野外關系（產(chǎn)狀）（1）整合侵入體與不整合侵入體

(2）據(jù)巖體的形態(tài)大小分為：巖基(Batholith)：面積大于100km2，可達數(shù)萬km2，大巖基多為花崗質巖體巖株(stock)：面積小于100km2的侵入體，巖株邊緣常有一些不規(guī)則的樹枝狀巖體沖入圍巖中，被稱為巖枝巖床(sill)：又稱巖席，是厚薄均勻、近水平產(chǎn)出的整合的板狀侵入體巖墻(dike)：是一種厚度穩(wěn)定，近于直立的不整合的板狀侵入體，長為寬的幾十倍甚至幾千倍，厚度一般為幾十cm到幾十m巖盆(lopolith)：為中央略微下凹，呈盆狀的整合侵入體。厚度與直徑之比大致為1:10—1:20巖蓋(laccolith)：為一種蘑菇狀的整合侵入體火成巖產(chǎn)狀示意圖3_17出露的巖基巖基巖墻巖盆巖蓋巖床捕虜體整合侵入體不整合侵入體巖株

2.噴出巖(extrusiverock)的野外產(chǎn)狀

A．火山錐(volcaniccone)：

由熔巖和火山碎屑巖組成，中心為火山口(volcanicvent)或破火山口(caldera)火山碎屑錐(cindercone)：以爆發(fā)為主時，堆積物以火山碎屑巖為主，這類噴發(fā)作用以粘度大、揮發(fā)組分含量高的酸性巖漿常見混合錐(mixedcone)：以爆發(fā)與寧靜式相間噴發(fā)時，火山碎屑物質約占30—50％，熔巖與碎屑在火口處混合堆積熔巖錐(lavacone)：主要由熔巖組成，火山碎屑物<10%，原始坡度2－10°，呈盾形，又稱盾(形)火山(shieldcone)熔巖錐火山錐B．熔巖流(lavaflow)：巖漿以較平靜的溢流方式噴出地表，噴發(fā)物多為粘度較小的超基性到中性的巖漿，酸性者少見。溢流出的巖漿可形成面狀的熔巖被、熔巖臺地、線狀的熔巖流C．巖鐘、巖針、巖穹(volcanicdome)：多以侵出的方式噴出。粘度較大、缺少揮發(fā)組分、失去流動性的中酸性和堿性熔巖火山活動的晚期形成這類產(chǎn)狀D.火山頸(volcanicneck)：是火山錐被剝蝕后，出露的火山管道中的充填物?；鹕筋i在淺部一般直徑較大，向深處縮小，上部喇叭狀，中部筒狀，下部墻狀。充填物多為火山碎屑巖、熔巖，碎屑熔巖、熔結火山碎屑巖等。

熔巖流巖鐘巖針火山頸火山的大小火山爆發(fā)指數(shù)（Volca