巖漿巖巖石學(xué)_第一章_緒論

1、 Igneous Petrology 火成巖巖石學(xué)火成巖巖石學(xué) 巖石構(gòu)成了地球內(nèi)部乃至其巖石構(gòu)成了地球內(nèi)部乃至其他天體的固體部分，它記錄了過(guò)他天體的固體部分，它記錄了過(guò)去發(fā)生的地質(zhì)事件，提供了地球去發(fā)生的地質(zhì)事件，提供了地球和行星歷史的資料。和行星歷史的資料。對(duì)巖石的性對(duì)巖石的性質(zhì)、成分、成因和歷史的理解就質(zhì)、成分、成因和歷史的理解就成為認(rèn)識(shí)地球歷史的關(guān)鍵。成為認(rèn)識(shí)地球歷史的關(guān)鍵。第一章第一章 緒緒 論：巖石分布和野外關(guān)系論：巖石分布和野外關(guān)系是天然產(chǎn)出的，由一種或多種礦物顆粒、火山玻璃和生物遺骸等構(gòu)成的固態(tài)集合體。 判斷：判斷： 石 油 方解石 水泥 隕石 花崗巖 rocks一、巖石與巖石學(xué)

2、一、巖石與巖石學(xué) 野外地質(zhì)：野外地質(zhì)： 野外關(guān)系野外關(guān)系巖相學(xué)：巖相學(xué)： 結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分 巖石化學(xué)：巖石化學(xué)：巖石化學(xué)成分巖石化學(xué)成分巖石物理：巖石物理：巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì)巖石成因：巖石成因：巖石形成條件和機(jī)理（含實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究）巖石形成條件和機(jī)理（含實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究）巖石大地構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)：巖石大地構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)：對(duì)構(gòu)造背景、地球深部對(duì)構(gòu)造背景、地球深部組成和過(guò)程的指示意義組成和過(guò)程的指示意義巖石學(xué)過(guò)程的資源環(huán)境效應(yīng)：巖石學(xué)過(guò)程的資源環(huán)境效應(yīng)：與金屬成礦作用和油氣與金屬成礦作用和油氣成藏的關(guān)系，非金屬礦產(chǎn)，火山災(zāi)害等成藏的關(guān)系，非金屬礦產(chǎn)，火山災(zāi)害等巖石

3、學(xué)巖石學(xué) Petrologypetros + logos = study of rocks 法國(guó)法國(guó)Saint Goussaut花崗巖體深部形態(tài)的地球物理勘察花崗巖體深部形態(tài)的地球物理勘察（Ameglio & Vigneresse,1999) 火成巖（火成巖（Igneous rocks）巖漿巖漿冷凝、固結(jié)而成（又稱巖漿巖，冷凝、固結(jié)而成（又稱巖漿巖，Magmatic rocks)，包括侵入巖和，包括侵入巖和噴出巖（火山巖）噴出巖（火山巖） 沉積巖（沉積巖（Sedimentary rocks） 由水、風(fēng)、冰川等介質(zhì)搬運(yùn)的由水、風(fēng)、冰川等介質(zhì)搬運(yùn)的巖石碎屑或生物遺骸累積石化而成 變質(zhì)巖（變

4、質(zhì)巖（Metamorphic rocks） 由于溫度、壓力等的變化而使先前由于溫度、壓力等的變化而使先前的巖石（巖漿巖、沉積巖）改變而的巖石（巖漿巖、沉積巖）改變而成（正、副變質(zhì)巖成（正、副變質(zhì)巖ortho-metamorphic vs para-metamorphic）三大類巖石與巖石循環(huán)火成論的倡導(dǎo)者火成論的倡導(dǎo)者巖石循環(huán)(the rock recycle)火成巖火成巖沉積巖沉積巖變質(zhì)巖變質(zhì)巖 巖石循環(huán)巖石循環(huán)（the rock the rock cycle):cycle):三大類三大類巖石的相互轉(zhuǎn)巖石的相互轉(zhuǎn)換換二、地球內(nèi)部的巖石與深部過(guò)程大洋殼厚度: 10 km地層相對(duì)均一=蛇綠巖套（

5、 ophiolite suite）: Sedimentspillow basaltsheeted dikesmore massive gabbroultramafic (mantle)大陸殼厚度較大: 20-75 km 平均 35 km成分變化大：平均成分相當(dāng)于花崗閃長(zhǎng)巖Major subdivisions of the Earth. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.花崗巖花崗巖10.4%閃長(zhǎng)巖閃長(zhǎng)巖花崗閃長(zhǎng)巖花崗閃長(zhǎng)巖 11.2%正長(zhǎng)巖正長(zhǎng)巖 0.4%玄武巖、輝

6、長(zhǎng)巖玄武巖、輝長(zhǎng)巖角閃巖、榴輝巖角閃巖、榴輝巖42.5%橄欖巖橄欖巖 0.2%與巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)的關(guān)系與巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)的關(guān)系: :夏威夷火山鏈的例子 Mantle Hot Spot Volcano See Kehew, 3-8 Hawaii 10.3 12.0 20.6 Midway 27.2 19.9 43.4 42.4 48.1 55.2 56.2 59.6 0-5 Current PlateMotion夏威夷火山鏈夏威夷火山鏈 火山島年齡火山島年齡 （Ma)A.L. Wegener(1880-1930)的大陸漂移思想和后來(lái)的板塊構(gòu)造的大陸漂移思想和后來(lái)的板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)可從火成巖上提供證據(jù)學(xué)說(shuō)

7、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(kāi)始打開(kāi)的證據(jù)例如：白堊世，南美與非洲大陸分離，大西洋開(kāi)始打開(kāi)的證據(jù)相似的化石相似的化石巴西和納米比亞海岸地層比較（兩側(cè)都可對(duì)比的巴西和納米比亞海岸地層比較（兩側(cè)都可對(duì)比的135130Ma雙雙峰式火山巖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(kāi)始裂酸性火山巖和大陸溢流玄武巖是南大西洋最初開(kāi)始裂解的標(biāo)志）（解的標(biāo)志）（Milner et al., 1995, Journal of Volcanology and Geothermal research,69:137-157)玄武巖玄武巖石英粗面巖石英粗面巖相似的火山巖組合 三、

8、巖漿作用與社會(huì)1 1、金屬成礦作用、金屬成礦作用2 2、火成巖與油氣藏、火成巖與油氣藏3 3、非金屬礦產(chǎn)和寶玉石、非金屬礦產(chǎn)和寶玉石4 4、火山地質(zhì)災(zāi)害、火山地質(zhì)災(zāi)害（引自周新民）火成巖與油氣的關(guān)系火成巖與油氣的關(guān)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(zhǔn)噶爾盆地塔里木盆地 維蘇威（維蘇威（Vesuvius）火山是歐洲大陸唯一的活火山，它最著）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)生在公元名的一次噴發(fā)發(fā)生在公元79年八月二十四日，當(dāng)時(shí)古羅馬的年八月二十四日，當(dāng)時(shí)古羅馬的赫庫(kù)蘭尼姆（赫庫(kù)蘭尼姆（Herculaneum）和龐培（）和龐培（Pompeii）兩鎮(zhèn)被毀滅，）兩鎮(zhèn)被毀滅，

9、僅龐培城，死亡就近僅龐培城，死亡就近2萬(wàn)人萬(wàn)人 .火山災(zāi)害火山災(zāi)害龐培廢墟與維蘇威火山火山的全球分布世界范圍內(nèi)大約有世界范圍內(nèi)大約有1500 座火山，主要分布于環(huán)太平洋和洋中脊座火山，主要分布于環(huán)太平洋和洋中脊我國(guó)的活動(dòng)火山我國(guó)的活動(dòng)火山 吉林長(zhǎng)白山天池火山；吉林長(zhǎng)白山天池火山； 云南騰沖火山；云南騰沖火山； 黑龍江五大連池火山黑龍江五大連池火山 等。等。 最近一次噴發(fā)發(fā)生在距今最近一次噴發(fā)發(fā)生在距今200-300200-300年前。目前具有潛在噴年前。目前具有潛在噴發(fā)危險(xiǎn)。發(fā)危險(xiǎn)。 四、巖漿的產(chǎn)生和性質(zhì)在俯沖帶地幔和地殼的部分熔融與巖漿產(chǎn)生在俯沖帶地幔和地殼的部分熔融與巖漿產(chǎn)生（一）（一）

10、巖漿的產(chǎn)生巖漿的產(chǎn)生（二）巖漿和熔體的性質(zhì)p巖漿巖漿: : 熔體熔體 + + 晶體晶體 + + 氣體氣體. . 熔體熔體: : 硅酸鹽成分為主，溫度硅酸鹽成分為主，溫度 800-1300 800-1300 , , 壓力壓力 10103 3 -10 -10-1-1 MPaMPa, , 粘度粘度 10102 2 -10-101212 PaPas,s,密度密度2.2 g/cm2.2 g/cm3 3 （流紋巖）（流紋巖）2.8 g/cm2.8 g/cm3 3 （玄武巖）（玄武巖）. . 晶體晶體: : 大小大小 1010-7-7-10-10-1 -1 m, m, 數(shù)量密度可達(dá)數(shù)量密度可達(dá) 101017

11、17 m m-3-3, , 含量可達(dá)含量可達(dá) 95 %95 %，但一般含量大于，但一般含量大于2525巖漿流動(dòng)性巖漿流動(dòng)性差差. . 氣體氣體: : HH2 2O - 60-95, COO - 60-95, CO2 2- 0-35%- 0-35%, , 質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.1-7 %.0.1-7 %.p特特 性性: : 高粘度高粘度, ,且粘度與化學(xué)成分、溫度和揮且粘度與化學(xué)成分、溫度和揮 發(fā)份有關(guān)，巖漿的上升和侵位運(yùn)動(dòng)受巖漿性質(zhì)發(fā)份有關(guān)，巖漿的上升和侵位運(yùn)動(dòng)受巖漿性質(zhì)和地殼環(huán)境控制（壓力差、密度差）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）單相系統(tǒng)（巖漿熔體）二相系

12、統(tǒng)（巖漿熔體氣泡）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)（巖漿熔體橄欖石晶體）二相系統(tǒng)（巖漿二相系統(tǒng)（巖漿兩種成分不同的不混熔熔體）兩種成分不同的不混熔熔體）四相系統(tǒng)（巖漿熔體氣泡四相系統(tǒng)（巖漿熔體氣泡兩種晶體）兩種晶體）常見(jiàn)火山巖的噴發(fā)溫度（巖漿溫度）巖石類型巖石類型溫溫 度度 （ C C）流紋巖700900英安巖8001100安山巖9501200玄武巖10001250 典型粘度值典型粘度值 (Pa s)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(zhì)

13、 1018巖漿粘度影響因素：巖漿粘度影響因素：化學(xué)成分和熔體結(jié)構(gòu)：化學(xué)成分和熔體結(jié)構(gòu)：SiO2含量越高，粘度越大；含量越高，粘度越大；溫度：溫度高，粘度低溫度：溫度高，粘度低水含量：含量高，粘度低水含量：含量高，粘度低晶體含量：含量高，粘度低晶體含量：含量高，粘度低密度與成分和溫度Silicate melt viscosity成網(wǎng)陽(yáng)離子高，粘度大成網(wǎng)陽(yáng)離子高，粘度大變網(wǎng)陽(yáng)離子高，粘度小變網(wǎng)陽(yáng)離子高，粘度小成分、溫度和水含量的影響成分、溫度和水含量的影響composition and temperature Water in rhyolite Arrhenius law = oexp E/RT

14、E = activation energy (Joules mole 1 ) R = gas content (Joules K 1 mole 1) T = temperature (K) o o = pre-exponential constant (Pa s)晶體含量的影響晶體含量的影響Einstein-Roscoe Equation = l (1 - cX)-2.5 l = melt viscosity c = coefficient (1.67 used for magmas) X = volume fraction of crystals 硅酸鹽熔體的解聚作用Depolymeriza

15、tion of Silicate Melts 五、 巖漿巖的野外關(guān)系花崗巖侵入花崗巖侵入變沉積巖圍巖變沉積巖圍巖Fig 3.12, 3.13巖漿噴出地表或從火山口涌出巖漿噴出地表或從火山口涌出火山巖（噴出巖）（火山巖（噴出巖）（包括熔巖和火包括熔巖和火山碎屑巖）山碎屑巖）巖漿在地表以下深處冷凝結(jié)晶巖漿在地表以下深處冷凝結(jié)晶侵入巖侵入巖 （深成巖、淺成巖）（深成巖、淺成巖）兩類巖石的差別，核心是由巖漿兩類巖石的差別，核心是由巖漿冷凝快慢冷凝快慢的差別形成的的差別形成的快速冷卻快速冷卻緩慢冷卻緩慢冷卻課后作業(yè)：課后作業(yè)：總結(jié)火山巖和侵入巖在野外關(guān)系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和總結(jié)火山巖和侵入巖在野外關(guān)系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

16、和礦物成分等方面的差別礦物成分等方面的差別Dyke Transportv = (dP/dz) w2/12 v is velocity w is half width (0.5 -1 m) is viscosity dP/dz is pressure gradientQ = (dP/dz) Lw3/12 Q is flow rate L is dyke breadth dP = Pc r rmgZ Pc is chamber pressure (1- 10 MPa) r rm is magma density (2700) Z is depth to source (5-10 km)Basalt

17、 v 1 m/s為什么有的侵入，有的噴出？ 1 1侵入巖侵入巖(intrusive rocks)(intrusive rocks)的野外關(guān)系（產(chǎn)狀）的野外關(guān)系（產(chǎn)狀）（1 1）整合侵入體與不整合侵入體）整合侵入體與不整合侵入體(2(2）據(jù)巖體的形態(tài)大小分為：）據(jù)巖體的形態(tài)大小分為：巖基巖基(Batholith)(Batholith)：面積大于面積大于100km100km2 2，可達(dá)數(shù)萬(wàn)，可達(dá)數(shù)萬(wàn)kmkm2 2，大巖基多，大巖基多為花崗質(zhì)巖體為花崗質(zhì)巖體巖株巖株(stock)(stock)：面積小于面積小于100km100km2 2 的侵入體，巖株邊緣常有一些不的侵入體，巖株邊緣常有一些不規(guī)則的

18、樹枝狀巖體沖入圍巖中，被稱為巖枝規(guī)則的樹枝狀巖體沖入圍巖中，被稱為巖枝巖床巖床(sill)(sill)：巖墻巖墻(dike)(dike)：巖盆巖盆(lopolith(lopolith) )：巖蓋巖蓋(laccolith(laccolith) )：火成巖產(chǎn)狀示意圖3_17巖株 2.2.噴出巖噴出巖(extrusive rock)(extrusive rock)的野外產(chǎn)狀的野外產(chǎn)狀 A A火山錐火山錐(volcanic cone)(volcanic cone)： 由熔巖和火山碎屑巖組成，中心為火山口(volcanic vent)或破火山口(caldera)以爆發(fā)為主時(shí)，堆積物以火山碎屑巖為主，這類

19、噴發(fā)作用以粘度大、揮發(fā)組分含量高的酸性巖漿常見(jiàn)以爆發(fā)與寧?kù)o式相間噴發(fā)時(shí)，火山碎屑物質(zhì)約占3050，熔巖與碎屑在火口處混合堆積主要由熔巖組成，火山碎屑物10%，原始坡度210，呈盾形，又稱巖漿以較平靜的溢流方式噴出地表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(jiàn)，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(jiàn)。溢流出的巖漿可形成面狀的。溢流出的巖漿可形成面狀的熔巖被熔巖被、熔巖臺(tái)地熔巖臺(tái)地、線狀的熔線狀的熔巖流巖流多以侵出的方式多以侵出的方式噴出。粘度較大、缺少揮發(fā)組分、失去流動(dòng)性的噴出。粘度較大、缺少揮發(fā)組分、失去流動(dòng)性的中酸性和堿中酸性和堿性熔巖火山

20、活動(dòng)的晚期性熔巖火山活動(dòng)的晚期形成這類產(chǎn)狀形成這類產(chǎn)狀是火山錐被剝蝕后，出露的火是火山錐被剝蝕后，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(jié)火山碎屑巖等。屑巖、熔巖，碎屑熔巖、熔結(jié)火山碎屑巖等。 火山的大小火山的大小火山爆發(fā)指數(shù)（ Volcanic Explosivity Index， VEI）, 是衡量火山爆發(fā)強(qiáng)度的參數(shù)，其中包括了噴發(fā)物體積、噴發(fā)柱高度、火山持續(xù)時(shí)間等因素. （after Bill Menke,2005, /users/menke/HAZARDS/volcanoes.ppt )小 結(jié)1 1、巖石與巖石學(xué)、巖石與巖石學(xué)2 2、地球內(nèi)部巖石與深部過(guò)程、地球內(nèi)部巖石與深部過(guò)程3 3、巖漿作用與社會(huì)、巖漿作用與社會(huì)4 4、巖漿的