第7章巖漿的演化

1、第五章 巖漿(ynjing)的演化巖漿的流變學(xué)性質(zhì)巖漿的演化 巖漿的分異作用* 巖漿的混合(hnh)作用 巖漿的同化混染作用巖漿的上升與侵位*重點(diǎn)與難點(diǎn)共四十二頁(yè)一. 巖漿(ynjing)的流變學(xué)性質(zhì)巖漿作用過程： 熱力學(xué)巖漿體系是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)體 系，巖漿的結(jié)晶和演化受物理化學(xué) 規(guī)律（相律、鮑文反應(yīng)系列）制約 流體動(dòng)力學(xué)巖漿是一種粘性流體，許多巖 漿作用過程也是一種流體動(dòng)力學(xué)過程描述(mio sh)流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 粘度（）：指剪切應(yīng)力與應(yīng)變速率的比值 密度（）： 屈服強(qiáng)度（o）：粘性流體可分為牛頓流體和非牛頓流體 非牛頓流體的特點(diǎn)是，只有施加的剪切應(yīng)力超過某一臨界值 o時(shí)，才

2、開始持續(xù)的流動(dòng)和變形， o稱為屈服強(qiáng)度共四十二頁(yè)二、 巖漿(ynjing)的演化 巖漿從源區(qū)分離之后(zhhu)，溫度、壓力等條件發(fā)生了改變，隨即開始了巖漿演化歷程，從原生巖漿演化出派生巖漿，生成了多種巖石。在巖漿轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石的過程中都發(fā)生了什么作用呢？主要有：分異作用 巖漿混合作用 同化混染作用共四十二頁(yè)1、分異作用：原來成分均勻的巖漿，在沒有外 來物質(zhì)加入的情況下，依靠巖漿 自身的演化(ynhu)，最終形成不同組成 的火成巖。主要包括(boku)：熔離作用擴(kuò)散-對(duì)流作用分離結(jié)晶作用氣體搬運(yùn)作用共四十二頁(yè)（1）熔離作用（ Liquid Immiscibility ） 是指原來(yunli)混溶

3、的熔體因物理（如溫度、壓力的變化）或化學(xué)（如第三種組分的加入）的原因分離為不混溶或混溶程度低的兩種熔體的過程。1、分異作用(zuyng)二、巖漿的演化共四十二頁(yè)方英石鱗石英頑火輝石鎂橄欖石巖漿(ynjing)熔離作用：圖中n點(diǎn)的演化軌跡玄武質(zhì)熔體花崗質(zhì)熔體的形成共四十二頁(yè)某些(mu xi)實(shí)例：Some Examples在富鐵的拉斑玄武巖中可見到晚期的富硅 的花崗質(zhì)不混溶體硫化物硅酸鹽不混溶體 (massive sulfide deposits)月球玄武巖中的富鐵球粒存在(cnzi)于富硅富鉀的玻璃基質(zhì)中共四十二頁(yè) （2）擴(kuò)散對(duì)流作用 含義：原來均一的巖漿，由于液態(tài)的巖漿體內(nèi)部及其與相接觸的圍

4、巖間存在溫度梯度，導(dǎo)致產(chǎn)生成分梯度的作用。此時(shí)，熱量和物質(zhì)通過液液界面進(jìn)行擴(kuò)散對(duì)流，使高熔點(diǎn)的組分向著低溫的熔體邊部遷移，冷凝(lngnng)較早，形成較基性富含高熔點(diǎn)組分的的邊緣帶；而低熔點(diǎn)的組分則向高溫的熔體內(nèi)部遷移，冷凝(lngnng)較晚，生成了較酸性富含低熔點(diǎn)組分的內(nèi)部帶。1、分異作用(zuyng)巖漿中物質(zhì)擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力： 溫度梯度、濃度梯度或化學(xué)位梯度共四十二頁(yè)實(shí)例： 巖體的邊部暗色組分的富集對(duì)流巖漿房中的側(cè)壁結(jié)晶(jijng)分異作用 共四十二頁(yè)Schematic section through a rhyolitic magma chamber undergoing conve

5、ction-aided in-situ differentiation. After Hildreth (1979). Geol. Soc. Amer. Special Paper, 180, 43-75. 層狀對(duì)流巖漿(ynjing)房中共四十二頁(yè)1、分異作用(zuyng)（3）結(jié)晶分異作用(分離結(jié)晶作用) 概念：是指由于巖漿中結(jié)晶的固相物質(zhì)的分離，使殘余(cny)巖漿成分發(fā)生變化的作用。 類型： A. 流動(dòng)分異作用 B. 重力分異作用二、巖漿的演化共四十二頁(yè)A. 流動(dòng)分異作用(zuyng)特點(diǎn)：主要發(fā)生在流速變化較大的巖漿通道內(nèi)，如巖墻和巖脈中原因：巖漿與上侵通道側(cè)壁圍巖間的粘滯摩擦作用使

6、流速?gòu)耐ǖ乐行南蜻吘壗档?，?dǎo)致礦物晶體向流速高的中心帶集中，使結(jié)晶的礦物與熔體分離規(guī)模：影響有限，大巖體僅限于巖體與圍巖的接觸帶（3）結(jié)晶(jijng)分異作用1、分異作用共四十二頁(yè)流動(dòng)分異作用(zuyng)的特點(diǎn)： Flow segregation相對(duì)位移顆粒分散壓力圍巖共四十二頁(yè)B. 重力分異作用 早結(jié)晶的礦物因其與巖漿之間的密度差下沉到巖漿房的底部，或上浮到巖漿房頂部。影響晶體能否從巖漿中沉降分離的因素(yn s)： 晶體與巖漿的密度差 晶體直徑（B）的大小 巖漿的粘度礦物分離結(jié)晶的順序鮑文反應(yīng)系列（3）結(jié)晶(jijng)分異作用共四十二頁(yè)礦物分離結(jié)晶的順序(shnx)鮑文反應(yīng)系列oli

7、vineCalcic plagioclaseMg pyroxeneMg-Ca pyroxeneamphibolebiotite(Spinel)Temperaturepotash feldspar muscovite quartzalkalic plagioclaseCalci-alkalic plagioclasealkali-calcic plagioclaseBowens Reaction SeriesDiscontinuousSeriesContinuousSeries共四十二頁(yè)鮑文反應(yīng)系列(xli)的巖石學(xué)意義1）縱向：解釋巖漿中礦物結(jié)晶順序2）橫向：解釋巖漿中礦物共生規(guī)律，兩個(gè)系列結(jié)

8、晶溫度 相當(dāng)?shù)牡V物可以共生3）解釋暗色礦物間的反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)和斜長(zhǎng)石正環(huán)帶結(jié)構(gòu)4）玄武質(zhì)巖漿經(jīng)分離結(jié)晶作用(zuyng)可逐步形成酸性巖漿橄欖石基性斜長(zhǎng)石斜方輝石單斜輝石角閃石黑云母（尖晶石）溫度升高方向鉀長(zhǎng)石白云母石 英 酸性斜長(zhǎng)石不連續(xù)系列連續(xù)系列基中性斜長(zhǎng)石中性斜長(zhǎng)石共四十二頁(yè)分離結(jié)晶形成的堆積結(jié)構(gòu)共四十二頁(yè)共四十二頁(yè)晶體(jngt)的沉降速度遵循：Stokes LawV= 礦物沉降速度 (cm/sec)g= 重力加速度 (980 cm/sec) r = 球形顆粒(kl)的半徑 (cm)rs= 固態(tài)球形顆粒的密度 (g/cm3)rl= 熔體的密度 (g/cm3)h= 熔體的粘度 (1 c/c

9、m.sec = 1 poise)V2gr()92=-rrhsl共四十二頁(yè)舉例(j l)： 玄武巖中的橄欖石：Olivine in basalt橄欖石 (rs = 3.3 g/cm3, r = 0.1 cm) 玄武質(zhì)熔體 (rl = 2.65 g/cm3, h = 1000 poise)V = 29800.12 (3.3-2.65)/91000 = 0.0013 cm/sec共四十二頁(yè)舉例： 流紋質(zhì)熔體：Rhyolitic melt h = 107 poise and rl = 2.3 g/cm3角閃石晶體(jngt) (rs = 3.2 g/cm3, r = 0.1 cm) V = 2 10-

10、7 cm/sec, or 6 cm/year 長(zhǎng)石 (rl = 2.7 g/cm3) V = 2 cm/year則在104年時(shí)形成 200 m 厚的巖石 （冷卻形成巖株）假如晶體半徑為 0.5 cm，將會(huì)每年沉淀 0.65 m, 或6.5 km/ 104 年。共四十二頁(yè)橄欖石堆積造成的巖漿成分變化(in Hawaii) 萃取的橄欖石橄欖石聚集橄欖石抽出母巖漿刻度突變共四十二頁(yè)（4）氣體(qt)搬運(yùn)作用Volatile Transport方式與過程：通過(tnggu)加熱圍巖而使蒸氣釋放隨著含有揮發(fā)組分（但不飽和）巖漿的上升和壓力釋放，巖漿最終變成飽和的蒸氣的巖漿 晚期階段的分離結(jié)晶作用1、分異

11、作用二、巖漿的演化共四十二頁(yè)晚期階段的分離(fnl)結(jié)晶作用 分離結(jié)晶使晚期熔體富含不相容元素(yun s)、 LILEs, 和非親石元素 很多元素進(jìn)一步富集于蒸氣相中 隨著沸騰可以使元素進(jìn)一步富集 得到一個(gè)硅酸鹽飽和的蒸氣相 +飽和蒸氣相 的晚期演化了的硅酸鹽熔體共四十二頁(yè)揮發(fā)分釋放(shfng)提高液相線溫度 斑狀結(jié)構(gòu)壓力也許增加使頂部巖石產(chǎn)生裂隙蒸氣和熔體沿著裂隙貫入形成巖墻 Silicate melt quartz and feldspar small dikes of aplite Vapor phase dikes or pods of pegmatite共四十二頁(yè)富集不相容元素(

12、yun s)可以形成同心帶狀a. 花崗巖中的晶洞 b. 不對(duì)稱的帶狀偉晶巖墻. c.具有(jyu)花崗巖外殼的不對(duì)稱的帶狀偉晶巖墻共四十二頁(yè)2、巖漿(ynjing)混合作用（ Magma Mixing ）（1）概念：由兩種或兩種以上的不同成分的巖漿以不同的比例混合，形成一系列過渡類型巖漿的作用。（2）識(shí)別標(biāo)志： 1）混合不徹底時(shí)，基性端元和酸性端元及二者間的過渡巖石同時(shí)出現(xiàn)；在巖體中可見到一些基性端元的巖石團(tuán)塊、微粒包體等 2） 礦物間出現(xiàn)明顯的不平衡現(xiàn)象：兩種成分差別較大的斜長(zhǎng)石的共存等 3）混合徹底：對(duì)于一套巖石來說，端元組分與混合組分在 Harker-type 變異(biny)圖上應(yīng)該呈

13、一條直線共四十二頁(yè)花崗質(zhì)巖漿(ynjing)房底部出現(xiàn)玄武巖枕狀堆積體玄武巖和流紋巖呈互層狀共四十二頁(yè)巖漿混合作用野外(ywi)證據(jù)共四十二頁(yè)3、同化(tnghu)混染作用(assimilation)（1）概念：巖漿熔化或溶解圍巖或捕虜?shù)膰鷰r碎塊，將改變巖漿的成分，當(dāng)熔化或溶解較徹底時(shí)，稱同化作用；不徹底時(shí)可有未熔物質(zhì)的殘留，稱為(chn wi)混染作用。（2）同化混染的可能方式： 1）巖漿熔化比自己熔點(diǎn)低的圍巖物質(zhì)，使熔體的總成分發(fā)生改變。 2）巖漿不能熔化比自己熔點(diǎn)更高的圍巖，只能通過離子交換反應(yīng)，改變圍巖及捕虜體成分，使之達(dá)到平衡。 3）與巖漿相適應(yīng)的圍巖物質(zhì)可在巖漿中保持穩(wěn)定，如玄武巖

14、中的地幔橄欖巖包體。共四十二頁(yè)（3）同化混染作用的鑒別標(biāo)志： 1）出現(xiàn)的部位：主要出現(xiàn)在大型侵入體的邊緣帶，與圍巖之間常形成漸變過渡帶； 2）在同化混染帶，常含有圍巖的捕虜體或捕虜晶，出現(xiàn)不平衡(pnghng)礦物和不平衡(pnghng)結(jié)構(gòu)，如花崗巖中出現(xiàn)硅輝石； 3）巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不均一，出現(xiàn)斑雜構(gòu)造。共四十二頁(yè)鑒別和評(píng)價(jià)(pngji)混染作用的方法：一般來說，同位素是最好的方法大陸(dl)地殼相對(duì)富集 87Sr/86Sr 和虧損143Nd/144Nd共四十二頁(yè)9-21238U 234U 206Pb(l = 1.5512 x 10-10 a-1)9-22235U 207Pb(l = 9.

15、8485 x 10-10 a-1)9-23232Th 208Pb(l = 4.9475 x 10-11 a-1)U-Th-Pb 體系作為大陸混染的指示器尤其(yuq)有效 All are incompatible LIL elements, so they concentrate strongly into the continental crustDetecting and assessing assimilation共四十二頁(yè) 本節(jié)提示： （1）自然界中火成巖類型復(fù)雜多樣的原因之一，就是與巖漿演化有關(guān)。 （2） 巖漿演化過程中，所涉及到的作用往往(wngwng)是多種作用的結(jié)合。比如，巖漿

16、的同化混染作用和巖漿的分離結(jié)晶作用可能是同時(shí)發(fā)生的；分離結(jié)晶作用和更原始巖漿的再注入可能是同時(shí)發(fā)生的。AFC：assimilation + Fractional crystallization Fractional crystallization + recharge of more primitive magma共四十二頁(yè)三、巖漿(ynjing)的上升和侵位巖漿上升的動(dòng)力密度差和由于張開(zhn ki)裂隙而發(fā)生的減壓作用平衡浮力高度：當(dāng)巖漿上升至與其密度相當(dāng)?shù)膰鷰r時(shí)，巖漿體停止移動(dòng)形成侵入巖。這一位置可稱為平衡浮力高度共四十二頁(yè)A.底辟上升和侵位是連續(xù)的過程B.底辟侵位的主要驅(qū)動(dòng)力巖漿的浮

17、力和熱動(dòng)力C. 演化階段：早期穹隆階段、中期(zhngq)底辟上升階段、晚期側(cè)向擠斷（氣球膨脹）階段D. 特征：巖體的內(nèi)部組構(gòu)及產(chǎn)狀與圍巖的片理產(chǎn)狀一致，巖體沒根，整合巖體1、底辟作用(zuyng)三、巖漿的上升和侵位共四十二頁(yè)演化階段：早期穹隆(qinglng)階段中期底辟上升階段晚期側(cè)向擠斷（氣球膨脹）階段底辟作用的3個(gè)演化(ynhu)階段共四十二頁(yè)過程：熱的巖漿上升，引起頂部圍巖被挖蝕、炸裂，在頂部圍巖炸裂塊體下沉的同時(shí)，巖漿侵入到裂隙中，如此反復(fù)(fnf)，巖漿可實(shí)現(xiàn)向上遷移、侵位。特征：巖體與圍巖層理面產(chǎn)狀相切，形成不整合侵入體，巖體邊緣有棱角狀、不規(guī)則狀圍巖捕虜體等。2、頂蝕作用(zuyng)三、巖漿的上升和侵位共四十二頁(yè)3、巖墻擴(kuò)展(kuzhn)作用（dike propagation）含義：是巖漿在壓力的驅(qū)駛下，注入圍巖裂隙，并通過擠壓圍巖使其擴(kuò)展成狹窄(xizhi)的巖漿通道（巖墻），并沿該通道上升。環(huán)境：張性斷裂、裂隙例子：輝綠巖巖墻三、巖漿的上升和侵位共四十二頁(yè)4、火口沉陷(chnxin)作用(cauldron subsidence)代表(dibio)環(huán)形雜巖體特征的一種侵位機(jī)制三、巖漿的上升和侵位共四十二頁(yè) 我們(w men)應(yīng)該掌握什么？概念：巖漿分異作用* 同化混染作用 巖漿混合作用鮑文反