第7章-岩浆的演化课件.ppt

1、第五章第五章 岩浆的演化岩浆的演化 岩浆的流变学性质岩浆的流变学性质 岩浆的演化岩浆的演化 岩浆的分异作用岩浆的分异作用*岩浆的混合作用岩浆的混合作用 岩浆的同化混染作用岩浆的同化混染作用 岩浆的上升与侵位岩浆的上升与侵位*重点与难点重点与难点一.岩浆的流变学性质岩浆的流变学性质 岩浆作用过程：岩浆作用过程：热力学热力学岩浆体系是一个复杂的物理化学体岩浆体系是一个复杂的物理化学体 系，岩浆的结晶和演化受系，岩浆的结晶和演化受物理化学物理化学 规律规律（相律、鲍文反应系列）制约（相律、鲍文反应系列）制约 流体动力学流体动力学岩浆是一种粘性流体，许多岩岩浆是一种粘性流体，许多岩 浆作用过程也是一种

2、浆作用过程也是一种流体动力学流体动力学过程过程 描述流体动力学性质的动力学参数描述流体动力学性质的动力学参数 粘度（粘度（）：）：指剪切应力与应变速率的比值指剪切应力与应变速率的比值 密度（密度（）：）：屈服强度（屈服强度（o）：粘性流体可分为粘性流体可分为牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 非牛顿流体的特点是，只有施加的剪切应力超过某一临界值非牛顿流体的特点是，只有施加的剪切应力超过某一临界值 o时，才开始持续的流动和变形，时，才开始持续的流动和变形，o称为称为屈服强度屈服强度二、二、岩浆的演化岩浆的演化 岩浆从源区分离之后，岩浆从源区分离之后，温度、压力温度、压力等条等条件发生了改变

3、，随即开始了岩浆演化历程，件发生了改变，随即开始了岩浆演化历程，从原生岩浆演化出派生岩浆，生成了多种岩从原生岩浆演化出派生岩浆，生成了多种岩石。在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什石。在岩浆转变为岩石的过程中都发生了什么作用呢？么作用呢？主要有：主要有：分异作用分异作用 岩浆混合作用岩浆混合作用 同化混染作用同化混染作用1、分异作用：、分异作用：原来成分均匀的岩浆，在没有外原来成分均匀的岩浆，在没有外 来物质加入的情况下，依靠岩浆来物质加入的情况下，依靠岩浆 自身的演化，最终形成不同组成自身的演化，最终形成不同组成 的火成岩。的火成岩。主要包括：主要包括：熔离作用熔离作用 扩散扩散-对流作用对流

4、作用 分离结晶作用分离结晶作用 气体搬运作用气体搬运作用（1）熔离作用（）熔离作用（）是指原来混溶的熔体因物理是指原来混溶的熔体因物理（如温度、（如温度、压力的变化）压力的变化）或化学或化学（如第三种组分的加（如第三种组分的加入）入）的原因分离为不混溶或混溶程度低的的原因分离为不混溶或混溶程度低的两种熔体的过程。两种熔体的过程。1、分异作用、分异作用二、岩浆的演化二、岩浆的演化方英石鳞石英鳞石英顽火辉石镁橄榄石岩浆熔离作岩浆熔离作用：图中用：图中n n点的演化轨点的演化轨迹迹玄武质熔体玄武质熔体花岗质熔花岗质熔体的形成体的形成某些实例：某些实例：Some Examples 在富铁的拉斑玄武岩中

5、可见到晚期的富硅在富铁的拉斑玄武岩中可见到晚期的富硅 的花岗质不混溶体的花岗质不混溶体 硫化物硫化物硅酸盐不混溶体硅酸盐不混溶体 (massive sulfide deposits)月球玄武岩中的富铁球粒存在于富硅富钾月球玄武岩中的富铁球粒存在于富硅富钾的玻璃基质中的玻璃基质中 （2）扩散对流作用）扩散对流作用 含义：含义：原来均一的岩浆，由于液态的岩浆体内原来均一的岩浆，由于液态的岩浆体内部及其与相接触的围岩间存在温度梯度，导致产部及其与相接触的围岩间存在温度梯度，导致产生成分梯度的作用。此时，热量和物质通过液生成分梯度的作用。此时，热量和物质通过液液界面进行扩散对流，使高熔点的组分向着低温

6、液界面进行扩散对流，使高熔点的组分向着低温的熔体边部迁移，冷凝较早，形成较基性富含高的熔体边部迁移，冷凝较早，形成较基性富含高熔点组分的的边缘带；而低熔点的组分则向高温熔点组分的的边缘带；而低熔点的组分则向高温的熔体内部迁移，冷凝较晚，生成了较酸性富含的熔体内部迁移，冷凝较晚，生成了较酸性富含低熔点组分的内部带。低熔点组分的内部带。1 1、分异作用、分异作用岩浆中物质扩散的驱动力：岩浆中物质扩散的驱动力：温度梯度、浓度梯度或化学位梯度温度梯度、浓度梯度或化学位梯度实例：实例：岩体的边岩体的边部暗色组分的部暗色组分的富集对流富集对流岩浆房中的侧岩浆房中的侧壁结晶分异作壁结晶分异作用用 Schem

7、atic section through a rhyolitic magma chamber undergoing convection-aided in-situ differentiation.After Hildreth(1979).Geol.Soc.Amer.Special Paper,180,43-75.层状对流岩浆房中层状对流岩浆房中1、分异作用分异作用（3）结晶分异作用）结晶分异作用(分离结晶作用分离结晶作用)概念：概念：是指由于岩浆中结晶的固相物质是指由于岩浆中结晶的固相物质的分离，使残余岩浆成分发生变化的作用。的分离，使残余岩浆成分发生变化的作用。类型：类型：A.流动分异作用

8、流动分异作用 B.重力分异作用重力分异作用二、岩浆的演化二、岩浆的演化A.流动分异作用流动分异作用特点：特点：主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，如岩墙和主要发生在流速变化较大的岩浆通道内，如岩墙和岩脉中岩脉中原因：原因：岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用使流速岩浆与上侵通道侧壁围岩间的粘滞摩擦作用使流速从通道中心向边缘降低，导致矿物晶体向流速高的中从通道中心向边缘降低，导致矿物晶体向流速高的中心带集中，使结晶的矿物与熔体分离心带集中，使结晶的矿物与熔体分离规模：规模：影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带影响有限，大岩体仅限于岩体与围岩的接触带（3）结晶分异作用）结晶分异作用1、分异作

9、用分异作用流动分异作用的特点：流动分异作用的特点：Flow segregation流动方向相对位移相对位移颗粒分散压力颗粒分散压力围岩围岩B.重力分异作用重力分异作用 早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下早结晶的矿物因其与岩浆之间的密度差下沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部。l 影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素：影响晶体能否从岩浆中沉降分离的因素：晶体与岩浆的密度差晶体与岩浆的密度差 晶体直径（晶体直径（B）的大小）的大小 岩浆的粘度岩浆的粘度 矿物分离结晶的顺序矿物分离结晶的顺序鲍文反应系列鲍文反应系列（3）结晶分异作用）结晶分异作用 矿物分离结晶的

10、顺序矿物分离结晶的顺序鲍文反应系列鲍文反应系列olivineCalcic plagioclaseMg pyroxeneMg-Ca pyroxeneamphibolebiotite(Spinel)Temperaturepotash feldspar muscovite quartzalkalic plagioclaseCalci-alkalic plagioclasealkali-calcic plagioclasel鲍文反应系列的岩石学意义鲍文反应系列的岩石学意义1）纵向纵向：解释岩浆中矿物结晶顺序解释岩浆中矿物结晶顺序2）横向：横向：解释岩浆中矿物共生规律，两个系列结晶温度解释岩浆中矿物共生

11、规律，两个系列结晶温度 相当的矿物可以共生相当的矿物可以共生3）解释暗色矿物间的反应边结构和斜长石正环带结构解释暗色矿物间的反应边结构和斜长石正环带结构4）玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆橄榄石橄榄石基性斜长石基性斜长石斜方辉石斜方辉石单斜辉石单斜辉石角闪石角闪石黑云母黑云母（尖晶石）（尖晶石）温度升高方向温度升高方向钾长石钾长石白云母白云母石石 英英 酸性斜长石酸性斜长石基中性斜长石基中性斜长石中性斜长石中性斜长石分分离离结结晶晶形形成成的的堆堆积积结结构构层状侵入体层状侵入体岩浆房中岩浆岩浆房中岩浆分异与矿物分分异与矿物分离结晶过程离结晶

12、过程晶体的沉降速度遵循：晶体的沉降速度遵循：Stokes LawV=矿物沉降速度矿物沉降速度(cm/sec)g=重力加速度重力加速度(980 cm/sec)r=球形颗粒的半径球形颗粒的半径(cm)s=固态球形颗粒的密度固态球形颗粒的密度(g/cm3)l=熔体的密度熔体的密度(g/cm3)=熔体的粘度熔体的粘度(1 c/cm.sec=1 poise)V2gr()92=-sl举例：举例：玄武岩中的橄榄石：玄武岩中的橄榄石：Olivine in basalt 橄榄石橄榄石(s=3.3 g/cm3,r=0.1 cm)玄武质熔体玄武质熔体(l=2.65 g/cm3,=1000 poise)V=29800

13、.12(3.3-2.65)/91000=0.0013 cm/sec举例：举例：流纹质熔体：流纹质熔体：Rhyolitic melt =107 poise and l=2.3 g/cm3 角闪石晶体角闪石晶体(s=3.2 g/cm3,r=0.1 cm)V=2 10-7 cm/sec,or 6 cm/year 长石长石(l=2.7 g/cm3)V=2 cm/year 则在则在104年时形成年时形成 200 m 厚的岩石厚的岩石（冷却形成（冷却形成岩株）岩株）假如晶体半径为假如晶体半径为 0.5 cm，将会每年沉淀，将会每年沉淀 0.65 m,或或6.5 km/104 年。年。萃取的橄榄石萃取的橄榄

14、石橄榄石聚集橄榄石聚集橄榄石抽出橄榄石抽出母母岩岩浆浆刻度突变刻度突变（4）气体搬运作用）气体搬运作用Volatile Transport方式与过程：方式与过程：1.通过加热围岩而使蒸气释放通过加热围岩而使蒸气释放2.随着含有挥发组分（但不饱和）岩浆的上随着含有挥发组分（但不饱和）岩浆的上升和压力释放，岩浆最终变成饱和的蒸气升和压力释放，岩浆最终变成饱和的蒸气的岩浆的岩浆3.晚期阶段的分离结晶作用晚期阶段的分离结晶作用1、分异作用、分异作用二、岩浆的演化二、岩浆的演化晚期阶段的分离结晶作用晚期阶段的分离结晶作用 挥发分释放提高液相线温度挥发分释放提高液相线温度 斑状结构斑状结构 压力也许增加压

15、力也许增加使顶部岩石产生裂隙使顶部岩石产生裂隙 蒸气和熔体沿着裂隙贯入形成岩墙蒸气和熔体沿着裂隙贯入形成岩墙 Silicate melt quartz and feldspar small dikes of aplite Vapor phase dikes or pods of pegmatite富集不相容元素富集不相容元素可以形成同心带状可以形成同心带状2、岩浆混合作用（岩浆混合作用（Magma Mixing）（1）概念：）概念：由两种或两种以上的不同成分的岩浆以由两种或两种以上的不同成分的岩浆以不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。（2

16、）识别标志：）识别标志：1）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间的过渡）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间的过渡岩石同时出现；在岩体中岩石同时出现；在岩体中可见到一些基性端元的岩石团块、可见到一些基性端元的岩石团块、微粒包体等微粒包体等 2）矿物间出现明显的不平衡现象：矿物间出现明显的不平衡现象：两种成分差别较大的两种成分差别较大的斜长石的共存等斜长石的共存等 3）混合彻底：混合彻底：对于一套岩石来说，端元组分与混合组分对于一套岩石来说，端元组分与混合组分在在 Harker-type 变异图上应该呈一条直线变异图上应该呈一条直线岩浆混合作用岩浆混合作用野外证据野外证据3、同化混染作用

17、、同化混染作用(assimilation)（1）概念：）概念：岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎块，将改岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎块，将改变岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不变岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不彻底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。彻底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。（2）同化混染的可能方式：）同化混染的可能方式：1）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分发生改变。发生改变。2）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子交换反应，改变

18、围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。3）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄武岩中的地幔橄榄岩包体。武岩中的地幔橄榄岩包体。（3）同化混染作用的鉴别标志：）同化混染作用的鉴别标志：1 1）出现的部位：）出现的部位：主要出现在大型侵入体的边缘带，与围主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩之间常形成渐变过渡带；岩之间常形成渐变过渡带；2）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现）在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现不不平衡矿物和不平衡结构平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石；，如

19、花岗岩中出现硅辉石；3）岩石的结构、构造不均一岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。，出现斑杂构造。一般来说，同位素是最好的方法一般来说，同位素是最好的方法 大陆地壳相对富集大陆地壳相对富集 87Sr/86Sr 和亏损和亏损143Nd/144Nd9-21238U 234U 206Pb(l l=1.5512 x 10-10 a-1)9-22235U 207Pb(l l=9.8485 x 10-10 a-1)9-23232Th 208Pb(l l=4.9475 x 10-11 a-1)U-Th-Pb 体系体系作为大陆混染的指示器尤其有效作为大陆混染的指示器尤其有效 All are incompat

20、ible LIL elements,so they concentrate strongly into the continental crust 本节提示：本节提示：（1）自然界中火成岩类型复杂多样的原因之一，）自然界中火成岩类型复杂多样的原因之一，就是与岩浆演化有关。就是与岩浆演化有关。（2）岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往是多岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往是多种作用的结合。比如，岩浆的同化混染作用和岩种作用的结合。比如，岩浆的同化混染作用和岩浆的分离结晶作用可能是同时发生的；分离结晶浆的分离结晶作用可能是同时发生的；分离结晶作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。作用和更原始岩浆

21、的再注入可能是同时发生的。AFC：assimilation +Fractional crystallization Fractional crystallization+recharge of more primitive magma三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位 岩浆上升的动力岩浆上升的动力密度差和由于张开裂隙而密度差和由于张开裂隙而发生的减压作用发生的减压作用 平衡浮力高度：平衡浮力高度：当岩浆上升至与其密度相当当岩浆上升至与其密度相当的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一位置可称为位置可称为平衡浮力高度平衡浮力高度A.底辟上升和侵位是连

22、续的过程底辟上升和侵位是连续的过程B.底辟侵位的主要驱动力底辟侵位的主要驱动力岩浆岩浆的浮力和热动力的浮力和热动力C.演化阶段：早期穹隆阶段、中演化阶段：早期穹隆阶段、中期底辟上升阶段、晚期侧向挤期底辟上升阶段、晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段断（气球膨胀）阶段D.特征：岩体的内部组构及产状特征：岩体的内部组构及产状与围岩的片理产状一致，岩体与围岩的片理产状一致，岩体没根，整合岩体没根，整合岩体1、底辟作用、底辟作用三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位演化阶段：演化阶段：l 早期穹隆阶段早期穹隆阶段l 中期底辟上升阶段中期底辟上升阶段l 晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段晚期侧向挤断（气球膨胀）阶段

23、底辟作用的底辟作用的3个演化阶段个演化阶段过程：过程：热的岩浆上升，引起热的岩浆上升，引起顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩被挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂块体下沉的同顶部围岩炸裂块体下沉的同时，岩浆侵入到裂隙中，如时，岩浆侵入到裂隙中，如此反复，岩浆可实现向上迁此反复，岩浆可实现向上迁移、侵位。移、侵位。特征：特征：岩体与围岩层理面产岩体与围岩层理面产状相切，形成不整合侵入体，状相切，形成不整合侵入体，岩体边缘有棱角状、不规则岩体边缘有棱角状、不规则状围岩捕虏体等。状围岩捕虏体等。2、顶蚀作用、顶蚀作用三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位3、岩墙扩展作用（、岩墙扩展作用（dike propag

24、ation）含义：含义：是岩浆在压力的是岩浆在压力的驱驶下，注入围岩裂隙，驱驶下，注入围岩裂隙，并通过挤压围岩使其扩并通过挤压围岩使其扩展成狭窄的岩浆通道展成狭窄的岩浆通道（岩墙），并沿该通道（岩墙），并沿该通道上升。上升。环境：环境：张性断裂、裂隙张性断裂、裂隙例子：例子：辉绿岩岩墙辉绿岩岩墙三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位4、火口沉陷作用、火口沉陷作用(cauldron subsidence)代表环形杂岩体特征的一种侵位机制代表环形杂岩体特征的一种侵位机制三、岩浆的上升和侵位三、岩浆的上升和侵位 我们应该掌握什么？概念：岩浆分异作用概念：岩浆分异作用*同化混染作用同化混染作用 岩浆混合作用岩浆混合作用 鲍文反应系列及其岩石学意义鲍文反应系列及其岩石学意义*