巖漿系統(tǒng)的復(fù)雜性

ComplexityofMagmaSystem中國地質(zhì)大學(xué)（北京）羅照華luozhaohua001@126.com2019.12.01云南·昆明新時(shí)代高校地球科學(xué)教學(xué)改革與創(chuàng)新研討會(huì)內(nèi)容巖漿系統(tǒng)的基本屬性凍結(jié)巖漿房的活化寬譜系巖墻群（WSDS）巖漿系統(tǒng)的成熟度由復(fù)雜性引出的話題一、巖漿系統(tǒng)的基本屬性Zellmer&Annen,2008傳統(tǒng)的巖漿定義Naturallyoccurringmobilerockmaterial,generatedwithintheEarthandcapableofintrusionandextrusion,fromwhichigneousrocksarethoughttohavebeenderivedthroughsolidificationandrelatedprocesses.Itmayormaynotcontainsuspendedsolids(suchascrystalsandrockfragments)and/orgasphases.(Garyetal.,1973)Moltenrockmaterial;alwayscontainsameltinwhichtherearedissolvedvolatilesandcommonlysuspendedcrystals.（Best,2013）火成巖理論科學(xué)化過程中的改變WilsonM.1993巖漿是一種基本地球物質(zhì)；巖漿=熔體，晶體是熔體固結(jié)過程的產(chǎn)物，流體是巖漿固結(jié)過程的副產(chǎn)品；巖漿是一種理想系統(tǒng)，所有巖漿過程都可以用平衡熱力學(xué)解釋；不符合平衡熱力學(xué)的現(xiàn)象不是巖漿系統(tǒng)的本質(zhì)屬性。流行火成巖理論中的巖漿定義地殼深部或上地幔物質(zhì)部分熔融而產(chǎn)生的熾熱熔融體。其成分以硅酸鹽為主，并溶解有揮發(fā)分。巖漿具有一定的黏度。它在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或其他內(nèi)力的影響下，可以侵入地殼或噴出地表，經(jīng)冷卻固結(jié)后形成各種火成巖。（地質(zhì)辭典，1981）是在地?；虻貧ど钐幮纬桑瑹霟帷⒄吵?，以硅酸鹽為主要成分，含有揮發(fā)分和晶體的熔融體。巖漿可以全部由液相的熔體組成，也可以是熔體、固體物質(zhì)（晶體或巖石碎塊）和揮發(fā)分的混合物。盡管巖漿以硅酸鹽成分為主，但也發(fā)現(xiàn)有碳酸鹽等成分的巖漿。（桑隆康，馬昌前.2012）巖漿的溫度(t)在此表中，基性玄武巖巖漿溫度最高，其次為安山質(zhì)巖漿，流紋質(zhì)巖漿溫度最低。巖漿的粘度（η）（viscosity）巖漿的粘度與多種因素相關(guān)，如巖漿的成分、結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及所含的揮發(fā)分等都對(duì)粘度的大小有影響。巖漿中SiO2、Al2O3、Cr2O3含量高，可使粘度增大，最明顯的影響是SiO2，據(jù)測定，純橄欖巖熔體粘度為0.03-0.1Pa·s；輝長蘇長巖熔體為0.7-25Pa·s，閃長巖熔體為3.8-25Pa·s（它們的SiO2含量分別為38%，47%，和60%左右）。超基性巖低于基性巖約3個(gè)數(shù)量級(jí)。巖漿中揮發(fā)分含量巖漿上升和侵位的主要控制因素式中w為巖墻寬度，g為重力加速度，h為巖漿黏度，Dr為巖漿與圍巖之間的密度差Rubin,1995重定義巖漿巖漿是一種至少由熔體、固體、流體等三個(gè)端元子系統(tǒng)組成的復(fù)雜性動(dòng)力系統(tǒng)，每兩個(gè)端元子系統(tǒng)相互結(jié)合形成熔體-固體、熔體-流體和流體-固體等三個(gè)二元系，分別相當(dāng)于傳統(tǒng)理論中的巖漿系統(tǒng)（巖漿成巖系統(tǒng)，或狹義巖漿系統(tǒng)）、巖漿成礦系統(tǒng)和水-巖（流體-巖石）相互作用系統(tǒng)。羅照華，2011,羅照華等,2007，2014二、凍結(jié)巖漿房的活化斑晶與基質(zhì)的關(guān)系苦橄巖中的橄欖石晶體群底墊高溫巖漿導(dǎo)致熱活化Couchetal.,2001流體輸入導(dǎo)致活化羅照華等，2010三、寬譜系巖墻群（WSDS）池際尚，1960關(guān)鍵科學(xué)問題及其基本解沒有演化關(guān)系:

每一種脈巖都起源于特定源區(qū)巖石的部分熔融，巖漿沒有經(jīng)過明顯的演化，是原生、近原生巖漿固結(jié)的產(chǎn)物不止一種原生巖漿:

多種源區(qū)巖石達(dá)到了固相線溫度小體積:

深部供熱不足于保持源區(qū)巖石持續(xù)熔融，形成的巖漿需要快速分離，并使源區(qū)巖石重新回到固相線以下近同時(shí)侵位:

深部熱能傳遞速率極快，巖石圈處于瞬時(shí)伸展環(huán)境，緊接著強(qiáng)烈擠壓源區(qū)物質(zhì)成分與巖石圈結(jié)構(gòu)羅照華等，2006，巖石學(xué)報(bào)熔融曲線:1–飽和水花崗巖固相線(據(jù)Patino

Douce&McCarthy,1998),2–飽和水英云閃長巖固相線,3–角閃石分解曲線,4–英云閃長巖脫水熔融曲線(以上曲線據(jù)Patino

Douce,2005),5–飽和水玄武巖固相線(據(jù)Falloon&Green,1989,轉(zhuǎn)引自Leeman&Harry,1993),6–干玄武巖固相線(據(jù)Thompson,1975,轉(zhuǎn)引自Leeman&Harry,1993),7-虧損地幔橄欖巖熔融體系(據(jù)Asimowetal,2004),其中左邊的粗實(shí)線為飽和水橄欖巖固相線,右邊粗實(shí)線為干橄欖巖固相線,藍(lán)色細(xì)線為不同水活度條件下橄欖巖固相線,棕色虛線為地幔橄欖巖絕熱底辟上升曲線(基于150km深度軟流圈頂界溫度為1340℃和絕熱底辟溫度梯度為0.3℃/km),紅色點(diǎn)線為不同地?zé)崽荻鹊牡販厍€.a.華北克拉通巖石圈-軟流圈結(jié)構(gòu)剖面[據(jù)Gaoetal(1998),樊祺誠等(1998),史蘭斌等(2000)資料編繪],b.根據(jù)文獻(xiàn)資料編繪的實(shí)驗(yàn)相圖,c.柴達(dá)木地區(qū)巖石圈結(jié)構(gòu)剖面[據(jù)鄧晉福等(1995)修改].脈巖組合的多源區(qū)巖漿成因模型拆沉作用與多源區(qū)、近同時(shí)、低程度部分熔融四、巖漿系統(tǒng)的成熟度F=C-P+2F≠C-P+2據(jù)Zellmer&Annen（2008）修改巖漿過程的時(shí)間尺度TurnerandCosta,2007兩類極端的巖漿系統(tǒng)金伯利巖巖漿系統(tǒng)弧巖漿系統(tǒng)巖漿演化的時(shí)空結(jié)構(gòu)羅照華（2013）五、由復(fù)雜性引出的話題火成巖成因：火成巖的地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)約束不再是可以忽略！巖漿相關(guān)礦床的成因：“一分為二”還是“合二不為一”模型？火成巖產(chǎn)出環(huán)境：是元素判別圖解還是火成巖組合分析？……1、火成巖成因Marsh,2013Verma，1997過程比來源更重要對(duì)于封閉體系：A→B→C→D，僅憑D的同位素比值如何判別它的源區(qū)？對(duì)于開放體系：來自EM1和EM2源區(qū)的混合流體導(dǎo)致HIMU源區(qū)部分熔融形成的巖漿與DMM源區(qū)巖漿發(fā)生混合，巖漿來自于哪個(gè)源區(qū)？地質(zhì)體系絕大部分為開放體系！