第四章巖漿形成與演化

第四章巖漿的形成和演化巖漿形成的框架圖

巖漿的形成巖漿巖漿源區(qū)T.P.n…...部分熔融巖漿形成的兩個階段：部分熔融、巖漿分凝一、部分熔融1、基本概念：

巖漿的形成地殼和上地幔固體物質(zhì)在深部熱流及流體作用下，當溫度達到固相線溫度時，相對低熔點物質(zhì)（在共結(jié)點或最低點或固結(jié)線的某一位置）首先熔融，產(chǎn)生低熔點成分巖漿的作用。

圖示：ABC三元系中，X成分的原巖平衡熔融和分離熔融的成分演變路線圖一、部分熔融2、熔融方式：（1）平衡熔融：從初熔到全熔，熔體一直在體系中并與固相平衡。（2）分離熔融：熔體產(chǎn)生后隨即從體系中分離出來，不再與固相反應，產(chǎn)生低熔點成分熔體。天然巖石的熔融類似于分離熔融（部分熔融）3、產(chǎn)物特點與源巖相比熔體更富含K、Na、Al、Si；貧Fe、Mg、Ca。殘余固相與之相反。因此，通過部分熔融產(chǎn)生的巖漿比源巖更酸性。

巖漿的形成一、部分熔融4、影響因素

A.源區(qū)巖石

B.熱能的積累-溫度的升高

C.壓力的降低

D.揮發(fā)組分的加入

F.時間因素源區(qū)巖石如何確定？深源包體火成巖化學成分反演高溫高壓實驗

巖漿的形成

地幔巖石是如何熔融的?

溫度升高

巖漿的形成

地幔巖石是如何熔融的?

壓力降低:地幔底辟上升,減壓熔融：可達30%

巖漿的形成

地幔巖石是如何熔融的?

揮發(fā)組分的加入

巖漿的形成二、巖漿的分凝1、概念：熔融的液滴從源區(qū)巖石的粒間分離集中的作用.2、控制因素：

熔體分數(shù)（即部分熔融程度）源區(qū)的滲透性熔體的密度與殘留固體的密度差產(chǎn)生的浮力殘留固體與熔體的流變性質(zhì)（粘度）源區(qū)的范圍3、分凝過程：圖示說明

巖漿的形成（4）二固相進一步熔融（1）低熔點組分初熔（2）低熔點組分進一步熔融分離

（3）C相消失全部進入熔體及巖漿分凝巖漿的分凝示意圖三、巖漿源區(qū)（構(gòu)造背景）

正常地區(qū)的地殼和上地幔不會發(fā)生部分熔融產(chǎn)生巖漿，只有在那些有利的構(gòu)造部位才能發(fā)生部分熔融產(chǎn)生巖漿，即巖漿源區(qū)。（1）大洋中脊的巖漿源區(qū)（2）匯聚板塊產(chǎn)生的巖漿源區(qū)（3）大陸裂谷的巖漿源區(qū)（4）地幔熱點產(chǎn)生的巖漿源區(qū)

巖漿的形成

巖漿演化過程的復雜性熱力學—巖漿體系是一個復雜的物理化學體系，巖漿結(jié)晶和演化受物理化學規(guī)律（相律、鮑文反應系列）制約流體動力學—巖漿是一種粘性流體，許多巖漿作用過程也是一種流體動力學過程

巖漿演化的主要方式分異作用、同化混染作用、混合作用研究意義：巖漿起源、演化機理、地質(zhì)現(xiàn)象解釋等

巖漿的演化

巖漿的分異作用

基本概念和主要類型

原始成分均勻的巖漿，在沒有外來物質(zhì)加入的情況下，依靠本身的演化，最終產(chǎn)生不同組分的火成巖的作用。一、結(jié)晶分異作用（發(fā)生相分離）二、由擴散產(chǎn)生的分異三、熔離作用四、氣體搬運作用（發(fā)生相分離）

巖漿的分異作用

基本概念：

指由于巖漿中結(jié)晶的固相物質(zhì)的分離而使殘余巖漿成分發(fā)生變化的作用?；纠碚摚乎U溫反應系列、平衡結(jié)晶、分離結(jié)晶主要方式：

流動分異、重力分異、雙擴散對流邊界層分異（選講）一、結(jié)晶分異作用

巖漿的分異作用一、結(jié)晶分異作用

橄欖石基性斜長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石白云母石英酸性斜長石基中性斜長石中性斜長石不連續(xù)系列連續(xù)系列鮑文反應系列

巖漿的分異作用一、結(jié)晶分異作用

鮑溫反應系列的巖石學意義

可以解釋巖漿中礦物的結(jié)晶順序和共生規(guī)律；兩個系列結(jié)晶溫度相當?shù)牡V物可以共生；解釋了暗色礦物間的反應邊結(jié)構(gòu)和斜長石的正環(huán)帶結(jié)構(gòu)；玄武質(zhì)巖漿經(jīng)分離結(jié)晶可逐漸形成較酸性的巖漿。

巖漿的分異作用

1)流動分異

特點：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，導致結(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一、結(jié)晶分異作用

巖漿的分異作用流動分異過程示意圖

巖漿的分異作用一、結(jié)晶分異作用

2)重力分異作用

a)晶體的重力沉降分異，需要克服的因素：巖漿對晶體的浮力晶體與巖漿之間的粘滯摩擦力巖漿上升的速度

b)影響晶體能否從巖漿中沉降分離的因素：晶體與巖漿的密度差晶體直徑（B）的大小和形態(tài)巖漿的粘度

巖漿的分異作用一、結(jié)晶分異作用

2)重力分異作用

晶體的沉降速度遵循：Stoke’sLawV =礦物沉降速度(cm/sec)g =重力加速度(980cm/sec2)r =球形顆粒的半徑(cm)rs =固態(tài)球形顆粒的密度(g/cm3)rl =熔體的密度(g/cm3)=熔體的粘度(poise-Pa·s)V2gr()92=-rrhsl

巖漿的分異作用一、結(jié)晶分異作用

2)重力分異作用舉例：玄武巖質(zhì)熔體中

橄欖石(rs=3.3g/cm3,r=0.1cm)

玄武質(zhì)熔體(rl=2.65g/cm3,h=1000poise)

橄欖石V=2·980·0.12(3.3-2.65)/9·1000=1.3×10-3cm/sec

流紋質(zhì)熔體中

or41cm/year

角閃石V=2x10-7cm/sec,or6cm/year

長石V=2cm/year

注意：h

是變量－與巖漿的冷卻速度、揮發(fā)分等有關(guān)。

巖漿的分異作用加拿大北部地區(qū)的Muskox侵入體

巖漿的分異作用堆積結(jié)構(gòu)正堆晶結(jié)構(gòu)增生堆晶中堆晶結(jié)構(gòu)

巖漿的分異作用一、結(jié)晶分異作用

3）雙擴散對流邊界層分異作用

含義：原來均一的巖漿，在成分梯度和溫度梯度的作用下，巖漿房中出現(xiàn)密度倒置現(xiàn)象，產(chǎn)生重力失穩(wěn)，形成層狀對流

類型：層狀對流巖漿房中的分異作用無對流分層時的分異作用對流巖漿房中的側(cè)壁結(jié)晶分異作用

實例:解釋具有多韻律特點的層狀侵入體Double-diffusiveconvectionsituationAseriesofconvectinglayers

巖漿的分異作用二、擴散作用

擴散作用：是指在驅(qū)動力的作用下物質(zhì)的轉(zhuǎn)移過程巖漿中物質(zhì)擴散的驅(qū)動力：濃度梯度或化學位梯度、溫度梯度擴散作用在巖漿分異中的意義所要考慮的因素：在有效的時間內(nèi)元素的擴散距離由巖漿的冷卻速度決定的有效擴散時間實例：巖體的邊部暗色組分的富集層狀對流巖漿房中巖體的邊部暗色組分的富集擴散分異模式

巖漿的分異作用三、熔離作用

概念：

一種混容的液體，由于物化條件的變化使之分為不混溶的兩種液體證據(jù)或?qū)嵗诟昏F的拉斑玄武巖中可見到晚期的富硅的不混溶體硫化物—硅酸鹽不混溶體碳酸巖—霞石巖體系

巖漿的分異作用四、氣(流)體搬運作用

氣體搬運作用指巖漿中的揮發(fā)份，在巖漿分異過程中，搬運和攜帶了某些組分一起運移，從而使巖漿成分發(fā)生變化的一種分異作用。巖漿中含有一定數(shù)量的揮發(fā)份,其中水的含量最多.巖漿中水的溶解度隨壓力的增加而增大.巖漿上升導致壓力下降,促進流體和巖漿分離(氣孔).巖漿中晶體物質(zhì)的析出導致熔體減少,水的飽和度增高.許多學者認為稀有元素的成礦與這種作用有關(guān).揮發(fā)分釋放提高液相線溫度?

斑狀結(jié)構(gòu)

巖漿混合作用概念：

兩種不同成分的巖漿以不同比例混合，產(chǎn)生一系列過渡類型巖漿的作用識別標志：1）混合不徹底的基性端元可在酸性端元熔巖中呈流變特征的條帶2）巖體中可見到一些基性端元的巖石團塊、微粒包體等3）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石的共存、礦物間的交代結(jié)構(gòu)發(fā)育等4）巖石化學地球化學方面的證據(jù)花崗質(zhì)巖漿房底部出現(xiàn)玄武巖枕狀堆積體玄武巖和流紋巖呈互層狀

同化混染作用概念巖漿和圍巖或捕虜體之間的熱和物質(zhì)成分交換，巖漿成分發(fā)生變化的過程.同化混染的規(guī)模及強度：

取決于巖漿及圍巖的熱狀態(tài)和組成同化混染的可能方式：

1）巖漿熔化比自己熔點低的圍巖物質(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更高的圍巖，只能通過離子交換反應，改圍巖及捕虜體成分，使之達到平衡

3）與巖漿相適應的圍巖物質(zhì)可在巖漿中保持穩(wěn)定，如玄武巖中的地幔橄欖巖包體

同化混染作用鑒別標志：

1）主要出現(xiàn)在大型侵入體的邊緣帶，與圍巖