巖漿巖石學(xué)試題及答案一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.鮑文反應(yīng)系列2.巖漿混合作用3.堆晶巖4.斑狀結(jié)構(gòu)5.過鋁質(zhì)巖石二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述巖漿分異作用的主要類型及其機(jī)制。2.對(duì)比基性巖（如玄武巖）與酸性巖（如花崗巖）的礦物組成差異，并說明其成因聯(lián)系。3.火山巖與侵入巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征有何差異？試從形成環(huán)境角度解釋其成因。4.埃達(dá)克巖的典型地球化學(xué)特征有哪些？其可能的成因機(jī)制是什么？5.何謂“火成巖的雙重性”？舉例說明其在巖石分類和成因研究中的意義。三、論述題（每題15分，共30分）1.論述巖漿起源的主要機(jī)制（如地幔減壓熔融、俯沖帶流體交代熔融、殼內(nèi)高溫熔融等）及其對(duì)應(yīng)的地球化學(xué)判別標(biāo)志。2.花崗巖類的成因分類（如I型、S型、A型、M型）及其鑒別特征（包括礦物組合、地球化學(xué)參數(shù)、源區(qū)性質(zhì)等）。四、綜合分析題（10分）某地區(qū)發(fā)現(xiàn)一套火山巖，其主量元素分析結(jié)果為：SiO?=58.6%，TiO?=1.2%，Al?O?=16.8%，F(xiàn)e?O?=5.2%，MgO=3.5%，CaO=5.1%，Na?O=3.8%，K?O=2.1%；微量元素分析顯示：Sr=450ppm，Y=18ppm，Yb=1.5ppm，La/Yb=12，Th=8ppm，Nb=10ppm；Sr-Nd同位素組成：??Sr/??Sr(i)=0.7045，εNd(t)=+4.2。試分析該火山巖的巖石類型、可能的構(gòu)造環(huán)境及成因機(jī)制，并說明依據(jù)。巖漿巖石學(xué)試題答案一、名詞解釋1.鮑文反應(yīng)系列：由美國(guó)巖石學(xué)家鮑文通過實(shí)驗(yàn)提出的巖漿結(jié)晶分異過程中礦物析出順序的理論模型。分為兩個(gè)分支：連續(xù)反應(yīng)系列（斜長(zhǎng)石系列），從基性（鈣長(zhǎng)石）到酸性（鈉長(zhǎng)石），成分連續(xù)漸變；不連續(xù)反應(yīng)系列（鐵鎂礦物系列），依次為橄欖石→輝石→角閃石→黑云母，每一步結(jié)晶的礦物與殘余巖漿發(fā)生反應(yīng)，成分突變。兩系列最終交匯于鉀長(zhǎng)石、白云母和石英，反映了巖漿演化中礦物結(jié)晶順序與成分變化的規(guī)律，是解釋巖漿分異作用和火成巖礦物組合的核心理論。2.巖漿混合作用：兩種或多種不同成分的巖漿在上升或就位過程中相互混合，形成成分介于端元之間的新巖漿的過程?；旌峡赏ㄟ^機(jī)械混合（如巖漿房?jī)?nèi)不同巖漿層的對(duì)流混合）或擴(kuò)散混合（巖漿間成分?jǐn)U散）實(shí)現(xiàn)。其巖石學(xué)標(biāo)志包括：礦物的不平衡結(jié)構(gòu)（如斜長(zhǎng)石的環(huán)帶、反應(yīng)邊）、同一巖石中出現(xiàn)兩種或多種成分差異顯著的礦物（如同時(shí)存在基性和酸性斜長(zhǎng)石）、地球化學(xué)數(shù)據(jù)（主量、微量元素及同位素）呈線性混合趨勢(shì)（如在Harker圖解上呈直線分布）。3.堆晶巖：在巖漿房底部或邊部，因重力分異作用使先結(jié)晶的礦物（如橄欖石、輝石、斜長(zhǎng)石等）下沉堆積，并被后期殘余巖漿膠結(jié)形成的巖石。其典型特征是發(fā)育堆晶結(jié)構(gòu)（自形-半自形的礦物顆粒緊密堆積，粒間充填少量基質(zhì)），礦物成分單一且粒度粗大（可達(dá)厘米級(jí)），常見于層狀侵入體（如南非布什維爾德雜巖體）。堆晶巖的成分反映了巖漿結(jié)晶早期的礦物組合，是研究巖漿分異過程的關(guān)鍵樣品。4.斑狀結(jié)構(gòu)：巖石中礦物顆粒大小懸殊，大顆粒（斑晶）與細(xì)?；螂[晶質(zhì)（基質(zhì)）并存的結(jié)構(gòu)。斑晶通常為巖漿在地下較深部位（或巖漿房）先結(jié)晶的礦物（如長(zhǎng)石、石英），基質(zhì)為巖漿上升至淺部或噴出地表后快速冷卻形成的細(xì)?；虿Ａз|(zhì)。斑狀結(jié)構(gòu)常見于淺成巖（如花崗斑巖）和火山巖（如安山巖），是區(qū)分侵入巖（全晶質(zhì)等粒結(jié)構(gòu)）與噴出巖（隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)）的重要標(biāo)志。5.過鋁質(zhì)巖石：鋁飽和指數(shù)（A/CNK=Al?O?/(CaO+Na?O+K?O)，摩爾比）大于1.1的火成巖。其源區(qū)通常富含泥質(zhì)或鋁硅酸鹽礦物（如黏土巖、片巖），部分熔融時(shí)帶入大量Al?O?。過鋁質(zhì)巖石常見白云母、石榴子石、電氣石等富鋁礦物，缺乏輝石（因Ca、Mg含量低），典型代表為S型花崗巖（如澳大利亞拉克倫褶皺帶的花崗巖）。過鋁質(zhì)特征是判別巖石源區(qū)（殼源泥質(zhì)巖部分熔融）的重要地球化學(xué)指標(biāo)。二、簡(jiǎn)答題1.巖漿分異作用的主要類型及其機(jī)制巖漿分異作用指原始巖漿在演化過程中，通過物理或化學(xué)過程形成成分不同的派生巖漿的作用，主要類型及機(jī)制如下：（1）分離結(jié)晶作用：巖漿冷卻時(shí)，不同礦物按鮑文反應(yīng)系列順序結(jié)晶，先結(jié)晶的礦物（如橄欖石、輝石）因密度大或重力作用下沉，與殘余巖漿分離，導(dǎo)致殘余巖漿成分向富硅、富堿方向演化（如玄武巖漿分離結(jié)晶可形成安山巖、流紋巖）。（2）擴(kuò)散分異作用：巖漿房?jī)?nèi)溫度梯度導(dǎo)致成分?jǐn)U散，如邊緣冷卻快，先結(jié)晶的礦物釋放的揮發(fā)分（H?O、CO?）和不相容元素（K、Rb、U）向中心擴(kuò)散，使中心巖漿更富集這些組分。（3）重力分異作用：巖漿中礦物與熔體密度差異導(dǎo)致礦物下沉或上浮，如橄欖石（密度3.3-3.5）下沉形成堆晶巖，而長(zhǎng)石（密度2.5-2.7）可能上浮形成淺色巖。（4）氣液分異作用：巖漿中揮發(fā)分（H?O、F、Cl）集中于巖漿房頂部，攜帶稀有金屬（Li、Be、Nb）和揮發(fā)性組分（B、P），形成偉晶巖或礦化脈（如花崗偉晶巖中的綠柱石）。（5）巖漿混合作用（廣義分異）：不同成分巖漿混合后，通過成分均一化形成新巖漿，其分異效果表現(xiàn)為端元巖漿特征的疊加（如基性巖漿與酸性巖漿混合形成中性巖漿）。2.基性巖與酸性巖的礦物組成差異及成因聯(lián)系基性巖（如玄武巖、輝長(zhǎng)巖）SiO?含量45%-52%，富Fe、Mg、Ca，貧Si、K、Na；酸性巖（如花崗巖、流紋巖）SiO?>65%，富Si、K、Na，貧Fe、Mg、Ca。兩者礦物組成差異如下：（1）鐵鎂礦物：基性巖以橄欖石（常見于超基性-基性巖）、輝石（單斜輝石為主）為主，含量30%-50%；酸性巖中鐵鎂礦物以黑云母、角閃石為主（含量<15%），罕見橄欖石、輝石（僅在偏基性的花崗巖中偶見）。（2）長(zhǎng)石類：基性巖以基性斜長(zhǎng)石（An>50，拉長(zhǎng)石-培長(zhǎng)石）為主，無或少量鉀長(zhǎng)石；酸性巖以酸性斜長(zhǎng)石（An<30，更長(zhǎng)石-鈉長(zhǎng)石）和鉀長(zhǎng)石（正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石）為主，鉀長(zhǎng)石含量常超過斜長(zhǎng)石。（3）石英：基性巖中無石英（SiO?不飽和）；酸性巖中石英含量>20%（SiO?過飽和）。成因聯(lián)系：基性巖多源于地幔橄欖巖的部分熔融（如軟流圈減壓熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿），熔體繼承地幔富Fe、Mg的特征；酸性巖多為殼源物質(zhì)（如沉積巖、變質(zhì)巖）部分熔融或基性巖漿經(jīng)分離結(jié)晶演化而來（殘余巖漿富Si、K、Na），或幔源巖漿與殼源巖漿混合的產(chǎn)物。3.火山巖與侵入巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造差異及成因（1）結(jié)構(gòu)差異：火山巖（噴出巖）因巖漿快速冷卻（地表或近地表），結(jié)晶時(shí)間短，多為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（如安山巖的交織結(jié)構(gòu)）、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)（如黑曜巖）或斑狀結(jié)構(gòu)（斑晶在地下緩慢結(jié)晶，基質(zhì)快速冷卻）；侵入巖（深成巖）因巖漿在地下緩慢冷卻（地殼深部），結(jié)晶充分，多為全晶質(zhì)等粒結(jié)構(gòu)（如花崗巖的中粗粒結(jié)構(gòu)），淺成巖可具斑狀結(jié)構(gòu)（如花崗斑巖，斑晶與基質(zhì)均為顯晶質(zhì)）。（2）構(gòu)造差異：火山巖常見氣孔構(gòu)造（氣體逸出留下空洞，如玄武巖的杏仁構(gòu)造）、流紋構(gòu)造（巖漿流動(dòng)導(dǎo)致礦物或玻璃質(zhì)定向排列，如流紋巖）、枕狀構(gòu)造（水下噴發(fā)時(shí)巖漿快速冷卻形成橢球狀堆積，如海底玄武巖）；侵入巖常見塊狀構(gòu)造（礦物均勻分布，無定向）、條帶構(gòu)造（礦物成分或粒度分層，如層狀侵入體的堆晶條帶）、原生節(jié)理（如花崗巖的水平節(jié)理、垂直節(jié)理）。成因解釋：火山巖形成于地表或近地表，冷卻速率快（可達(dá)103-10?℃/年），巖漿中的揮發(fā)分（H?O、CO?）快速逸出形成氣孔，流動(dòng)過程中礦物定向排列形成流紋；侵入巖形成于地下數(shù)千米（中深成巖）至數(shù)百米（淺成巖），冷卻速率慢（約1-10℃/年），巖漿有足夠時(shí)間結(jié)晶出等粒礦物，揮發(fā)分不易逸出，故構(gòu)造以塊狀為主。4.埃達(dá)克巖的地球化學(xué)特征及成因機(jī)制埃達(dá)克巖（Adakite）最初發(fā)現(xiàn)于阿留申群島（Aleutian），是一類具有特殊地球化學(xué)特征的中酸性火山巖/侵入巖，其典型特征包括：（1）主量元素：SiO?=56%-70%，Al?O?>15%（高鋁），MgO較低（<3%，但與幔源物質(zhì)混合時(shí)可>3%），Na?O>K?O（鈉質(zhì)）；（2）微量元素：高Sr（>400ppm，通常>600ppm），低Y（<18ppm）、Yb（<1.9ppm），高Sr/Y（>40，通常>60）、La/Yb（>20），無或弱Eu負(fù)異常（Eu/Eu=0.8-1.2）；（3）同位素：虧損地幔特征（如εNd(t)=+3至+10，??Sr/??Sr(i)=0.7030-0.7045），或受地殼混染時(shí)顯示殼源特征。成因機(jī)制：主流觀點(diǎn)認(rèn)為埃達(dá)克巖源于年輕（<25Ma）俯沖洋殼（玄武巖）的部分熔融。年輕洋殼熱流值高（俯沖時(shí)未完全冷卻），在80-120km深度（角閃巖相-榴輝巖相）發(fā)生脫水熔融，熔體中富集Sr（斜長(zhǎng)石分解釋放），但Y、Yb被殘留相中的石榴子石（Yb相容）、角閃石（Y相容）滯留，導(dǎo)致高Sr/Y比值。此外，增厚下地殼（如造山帶）的部分熔融（基性下地殼榴輝巖化后熔融）也可形成類似埃達(dá)克巖的巖石（稱為“大陸埃達(dá)克巖”），其同位素可能顯示殼源特征（如??Sr/??Sr(i)>0.7050）。5.火成巖的“雙重性”及其在分類和成因研究中的意義“雙重性”指火成巖同時(shí)具有“化學(xué)屬性”（主量、微量元素組成）和“巖石學(xué)屬性”（礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造），兩者共同決定其分類和成因。舉例：（1）分類中，僅依據(jù)SiO?含量（化學(xué)屬性）可將火成巖分為超基性（<45%）、基性（45%-52%）、中性（52%-65%）、酸性（>65%）；但結(jié)合礦物組合（巖石學(xué)屬性）可進(jìn)一步細(xì)分，如基性巖中，含橄欖石的為苦橄巖，含輝石+基性斜長(zhǎng)石的為輝長(zhǎng)巖，含玻璃質(zhì)的為玄武巖。（2）成因研究中，化學(xué)屬性（如稀土配分模式、同位素組成）指示源區(qū)性質(zhì)（地?；虻貧ぃ┖筒糠秩廴诔潭?；巖石學(xué)屬性（如斑狀結(jié)構(gòu)、堆晶結(jié)構(gòu)）指示巖漿演化過程（分離結(jié)晶、混合作用）。例如，某花崗巖的A/CNK=1.2（過鋁質(zhì)，化學(xué)屬性）且含電氣石（巖石學(xué)屬性），可推斷其源區(qū)為泥質(zhì)巖部分熔融（S型花崗巖）；若其εNd(t)=+5（虧損地幔特征，化學(xué)屬性）且含角閃石（巖石學(xué)屬性），則可能為I型花崗巖（幔源巖漿底侵導(dǎo)致下地殼熔融）。三、論述題1.巖漿起源的主要機(jī)制及其地球化學(xué)判別標(biāo)志巖漿起源的核心是巖石圈/軟流圈中某一源區(qū)巖石發(fā)生部分熔融，主要機(jī)制包括：（1）地幔減壓熔融：地幔巖（橄欖巖）因構(gòu)造抬升（如大陸裂谷、洋中脊）導(dǎo)致壓力降低，固相線溫度下降，當(dāng)溫度超過固相線時(shí)發(fā)生熔融。-判別標(biāo)志：熔體為玄武質(zhì)（SiO?=45%-52%），富集相容元素（MgO>8%，Ni>200ppm，Cr>500ppm），虧損不相容元素（如Nb、Ta相對(duì)富集，因橄欖巖中無Nb-Ta載體礦物）；同位素具虧損地幔特征（如洋中脊玄武巖MORB的εNd=+8至+10，??Sr/??Sr(i)=0.7020-0.7030）。（2）俯沖帶流體交代熔融：俯沖板片（洋殼+沉積物）釋放流體（H?O、CO?）或熔體，交代上覆地幔楔，降低其固相線，引發(fā)熔融。-判別標(biāo)志：熔體為島弧玄武巖（SiO?=50%-55%），富集大離子親石元素（LILE，如Rb、Ba、K），虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE，如Nb、Ta、Ti，因板片流體不攜帶HFSE）；同位素具殼源特征（如??Sr/??Sr(i)較高，εNd較低），因沉積物參與；稀土配分模式為輕稀土（LREE）富集（(La/Yb)N=5-15），重稀土（HREE）平坦（因殘留相含角閃石、石榴子石）。（3）殼內(nèi)高溫熔融：下地殼基性巖（如角閃巖、榴輝巖）因幔源巖漿底侵（提供熱量）或構(gòu)造擠壓增厚（放射性元素生熱）導(dǎo)致溫度超過固相線（>800℃），發(fā)生部分熔融。-判別標(biāo)志：熔體為花崗質(zhì)（SiO?>65%），富Si、K、Na，貧Mg、Fe；富集LREE和不相容元素（如Th、U、Pb），虧損HFSE（如Nb、Ta，因殘留相含石榴子石、金紅石）；同位素具殼源特征（如??Sr/??Sr(i)>0.7050，εNd(t)<0），稀土配分模式常具Eu負(fù)異常（斜長(zhǎng)石殘留）。（4）幔源巖漿與殼源巖漿混合：幔源玄武質(zhì)巖漿上升過程中與殼源長(zhǎng)英質(zhì)巖漿混合，形成中性巖漿（如安山巖）。-判別標(biāo)志：主量元素（如SiO?=55%-65%）、微量元素（如Sr、Y介于端元之間）呈線性混合趨勢(shì)；同位素（如Sr-Nd）在端元組成之間；礦物學(xué)顯示不平衡結(jié)構(gòu)（如斜長(zhǎng)石具核-幔-邊結(jié)構(gòu)，核為基性，邊為酸性）。2.花崗巖類的成因分類及鑒別特征花崗巖類按成因可分為I型、S型、A型、M型四類，鑒別特征如下：（1）I型花崗巖：源區(qū)為未經(jīng)歷過沉積作用的火成巖（下地殼基性巖或地幔衍生巖）部分熔融。-礦物組合：含角閃石、黑云母，無白云母、石榴子石（因源區(qū)貧Al）；斜長(zhǎng)石以中-更長(zhǎng)石為主（An=20-40），常見環(huán)帶。-地球化學(xué)：A/CNK=0.9-1.1（準(zhǔn)鋁質(zhì)），F(xiàn)eO/MgO較高（>2），稀土配分模式為L(zhǎng)REE富集，Eu負(fù)異常弱（因斜長(zhǎng)石部分熔融殘留少）；εNd(t)較高（+5至-5），??Sr/??Sr(i)較低（0.703-0.707）。-構(gòu)造環(huán)境：島弧或活動(dòng)大陸邊緣（如日本本州島花崗巖）。（2）S型花崗巖：源區(qū)為沉積巖（泥質(zhì)巖、雜砂巖）部分熔融（“S”指沉積巖Sedimentary源區(qū)）。-礦物組合：含白云母、石榴子石、電氣石（富Al），無角閃石（因源區(qū)貧Mg、Fe）；斜長(zhǎng)石以鈉長(zhǎng)石為主（An<20），鉀長(zhǎng)石含量高。-地球化學(xué)：A/CNK>1.1（過鋁質(zhì)），F(xiàn)eO/MgO較低（<2），稀土配分模式為L(zhǎng)REE富集，Eu負(fù)異常顯著（因斜長(zhǎng)石大量殘留）；εNd(t)較低（<-5），??Sr/??Sr(i)較高（>0.707）。-構(gòu)造環(huán)境：碰撞造山帶（如澳大利亞拉克倫褶皺帶花崗巖）。（3）A型花崗巖：源區(qū)為幔源巖漿分異或下地殼高溫（>900℃）低壓熔融（“A”指非造山Anorogenic）。-礦物組合：含堿性長(zhǎng)石（正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石）、鐵橄欖石、霓石、鈉閃石（富堿），無角閃石、黑云母（貧水）；石英呈高溫β-石英骸晶。-地球化學(xué)：SiO?=68%-78%，高堿（Na?O+K?O=7%-10%），高FeO/MgO（>10），高HFSE（Nb、Ta、Zr、Hf），低CaO、MgO；稀土配分模式為“海鷗型”（Eu負(fù)異常顯著，因斜長(zhǎng)石強(qiáng)烈分離結(jié)晶）；εNd(t)較高（+5至-3），??Sr/??Sr(i)較低（0.703-0.706）。-構(gòu)造環(huán)境：大陸裂谷、后造山伸展環(huán)境（如我國(guó)東南沿海晚中生代花崗巖）。（4）M型花崗巖：源區(qū)為地幔巖漿（基性巖漿）直接分異或與地殼物質(zhì)混合（“M”指幔源Mantle）。-礦物組合：含角閃石、黑云母，斜長(zhǎng)石為中長(zhǎng)石（An=30-50），偶見輝石；石英含量低（<20%）。-地球化學(xué)：A/CNK=0.8-