巖漿巖石學和巖石學

第一章緒論

巖石（rock）是天然產(chǎn)出的、具有一定結(jié)構(gòu)構(gòu)造的礦物（或者火山玻璃、膠體、生物遺骸）的集合

體；是構(gòu)成地殼和上地幔的固態(tài)部分；是地質(zhì)作用的產(chǎn)物。

巖漿巖——又叫火成巖，由巖漿作用形成的巖石，是地殼或者上地幔中的巖漿噴出地表或者侵入在

地殼內(nèi)形成的，例如花崗巖，玄武巖

沉積巖——由沉積作用形成的，分布于地殼表層，占大陸面積的75%以及大部分的海底沉積，例如

砂巖，礫巖

變質(zhì)巖——由變質(zhì)作用形成的，多在地殼深處，與巖漿巖一起占地殼體積的95%。例如大理巖。

表1-1三大類巖石野外特征對比簡表

野外特征

火成巖沉積巖變質(zhì)巖

1.形成火山及各類熔巖流1.呈層狀產(chǎn)出，并經(jīng)歷分選作1.巖石中的礫石、化石或晶體受到

2.形成巖脈、巖墻、巖株及巖基用了破壞

等形態(tài)并切割圉巖2.巖層表面可以出現(xiàn)波痕、交2.碎屑或晶體顆粒拉長.巖石具定

3.對圍巖有熱的影響.致使其錯層、泥裂等構(gòu)造向構(gòu)造.但也有少數(shù)無定向構(gòu)造的

雨結(jié)晶，發(fā)生相互反應及顏色3.巖層在橫向上延續(xù)范闈很大變質(zhì)巖

改變4.沉積巖地質(zhì)體的形態(tài)可能與3多數(shù)分布于造山帶、前寒武紀地

4在與圍巖接觸處火成巖體邊河流、三角洲、沙洲、沙壩的范盾中

部有細粒的淬火邊圉相近4.可以分布于火成巖體與困巖的

5.除火山碎屑巖外，巖體中無5沉積巖的固結(jié)程度有差別，接觸帶

化石出現(xiàn)有些甚至是未固結(jié)的沉積物5.巖石的面理方向與區(qū)域構(gòu)造線

6.多數(shù)火成巖無定向構(gòu)造，礦方向一致

物顆粒成相互交織排列6.大范圍的變質(zhì)巖分布區(qū)巖石的|

變質(zhì)程度有逐漸改變的現(xiàn)象

巖石循環(huán)

地球圈層結(jié)構(gòu)

地球的內(nèi)部物質(zhì)組成

第二章巖漿及巖漿作用

1巖漿(magma)

巖漿是上地幔或地殼部分熔融的產(chǎn)物，絕大多數(shù)巖漿成分以硅酸鹽為主，含有揮發(fā)分，也可以含有

少量固體物質(zhì)，是高溫粘稠的熔融體。巖漿噴出地表形成的火成巖稱為噴出巖(extrusiverocks);

侵入于地殼中的稱為侵入巖(intrusiverocks)。

2巖漿性質(zhì)

口碰鹽成分妁巖漿-------最普通，襲主要的

<日破.睢Jk巖榮60年代坦?！加楔D

mF玨咬鹽成分妁巖漿Y金屬，辜S匕物若承L

金~展r司S匕揚？j-漿.，色加*和

Jf基*一城區(qū)有長陽礦漿

(1)揮發(fā)分(volatile)：占幾%的分量，包括H20、C02、F、Cl、B、S03等。其含量取決于溫

壓條件，溫度愈低、壓力愈高，則揮發(fā)份的溶解度愈高。因此，深成巖富揮發(fā)分而噴出巖貧揮發(fā)

分。

揮發(fā)份的作用：A.降低粘度，使得巖漿易于流動；B.可以降低礦物的熔點，延長結(jié)晶時間，甚

至結(jié)晶出含有揮發(fā)份的礦物

(2)溫度：由基性熔巖到酸性熔巖溫度降低，從1225c降到730C,溫度與成分(特別是Si02)

含量有關(guān)?；詭r漿：1000-1200°C中性巖漿:900-1000°C酸性巖漿：600-700°C

溫度的獲得：

a.直接測量(光學測溫器，熱電偶測溫器),

b.高溫高壓實驗，

c.熱力學溫壓計計算。

(3)粘度(viscosity):取決于多種因素：

a.巖漿的酸度(SiO2含量)，越酸性則粘度越大；

b.巖漿的溫度，越高溫則粘度越低；

c.巖漿中的揮發(fā)分可促進(Si04)聚合體分解，降低粘度；注：巖漿愈基性、溫度愈高、含揮發(fā)份

愈多，粘度愈小；巖漿愈酸性、溫度愈低、含揮發(fā)份愈少，粘度愈大。

d.巖漿中包含的晶屑和巖屑數(shù)量，所謂“晶粥”。

(4)密度(density)：

通常含鐵鎂礦物比例越高則密度越高(超鎂鐵巖),而硅鋁礦物的密度則比較低(花崗巖)。板塊

俯沖消減一主動與被動；下地殼和巖石圈地幔由于硅鋁質(zhì)巖漿的抽取一拆沉(delamination)回到地

幔。

3、巖漿形成與運移

巖漿形成的兩個最基本的條件是：①要有源區(qū)的巖石，即巖漿發(fā)生之前已經(jīng)存在于地幔或地殼

的巖石作為熔融巖漿的母巖；②要有足夠熱能的積累。3.時間積累4其他因素

A、巖漿分凝

巖漿分凝(magmasegragation)是指熔融的巖漿液滴從源區(qū)巖石的粒間分離集中的作用

B、巖漿上升侵位的機制有以下幾類：

1.圍巖向下位移

底辟作用

頂蝕作用

火口沉陷作用(cauldronsubsidence)是代表環(huán)形雜巖體特征的一?種侵位機制

2.圍巖向上位移

3

第三章火成巖的性質(zhì)綜述

一、火成巖的礦物組成及與化學成分

一、火成巖礦物的類型分類：

(1)據(jù)礦物的成分和顏色：

a、鐵鎂礦物(喑色礦物)：富含F(xiàn)e,Mg,Ti,Cr(類質(zhì)同相)，顏色比較深，如01,Py,Hb,

Bi,Gt等：由超基性巖-基性巖-中性巖-酸性巖鐵鎂礦物含量減少并且種類變化。

b、硅鋁礦物(淺色礦物)：富含K、Na、Ca的硅酸鹽礦物及石英等，包括堿性長石、斜長石、石

英、似長石、白云母等。似長石類不能與石英共存。

(2)據(jù)原生礦物在巖石中的含量：

a、主要礦物：b、次要礦物：c、副礦物：

(3)據(jù)礦物成因：

a、原生礦物：直接從巖漿中結(jié)晶的礦物。

B、巖漿期后礦物：

C、巖漿前期礦物：

(4)：根據(jù)實際礦物種類

長英質(zhì)

鎂鐵質(zhì)

二、火成巖化學成分

a、主要元素(majorelements)：對碳酸鹽巖漿而言，以CaO和C02為主；對硅酸鹽巖漿而言，

Si02為主，其次有A1203,FeO,CaO,MgO,Na20,K20等，為主要元素，占95%以上。

燒失量：

b、微量元素(traceelements)：包括稀土元素(REE)和同位素(isotopes),總量不足1%,但對研究

巖漿成因最重要。微量元素包括Rb、Sr、Ba、Cs等LIL(largeionlithophileelements—即大

離子侵蝕元素)，及REE、Th、U、Ce、Pb、Zr、Hf,Ti、Nb、Ta等高場強元素(HFS,high

fieldstrengthelements),同位素有K-Ar,Rb-Sr,Sm-Nd,Lu-Hf,Re-Os、U-Th-Pb等放射性同

位素及0、S等穩(wěn)定同位素。現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展使微量元素和同位素地球化學研究成為可能。

三礦物成分與化學成分的關(guān)系:

礦物成分與化學成分及結(jié)晶環(huán)境密切相關(guān)?；瘜W成分是第一控制，決定了火成巖的基本礦物組

成，而結(jié)晶環(huán)境則決定了礦物的大小、數(shù)量、顆粒之間的相互關(guān)系等。

1、Si02：是火成巖分類的最重要的依據(jù)，Si02多則出現(xiàn)富Si02的淺色礦物如石英和長石，

石英出現(xiàn)是巖漿Si02過飽和的標志（Si02游離）；Si02含量低的巖石則以暗色礦物為

主，如橄欖石、輝石、角閃石、黑云母等，或含較多的似長石。

從礦物中SiO2的相對含量而言，硅酸鹽礦物可分為兩組，一組稱SiO2飽和礦物，可與

石英共生，如輝石、長石、角閃石、云母類礦物；另一組稱SiO2不飽和礦物，不能與石

英共生，如富鎂橄欖石、似長石等。這是因為在平衡結(jié)晶的條件下，橄欖石（如鎂橄欖石）

或似長石（如霞石Ne）與熔體中的Si02反應分別生成頑火輝石或鈉長石。當巖漿中

SiO2過剩（過飽和）時，巖石中會出現(xiàn)Si02飽和礦物與石英共生，而Si02不足（不飽和）

時會出現(xiàn)SiO2不飽和礦物，而不出現(xiàn)石英。SiO2含量適當（飽和）時，則僅出現(xiàn)SiO2

飽和礦物。

由于火成巖中SiO2與其他氧化物存在協(xié)變關(guān)系，所以從超基性巖到酸性巖，隨SiO2的

漸增，巖石中的鎂鐵礦物由多到少，淺色礦物漸增，石英由無到有。在超基性巖獷（Si02）

<45%,富FeO、MgO,而貧K20、Na20,因此在礦物成分上鎂鐵礦物占主要地位（色率》

90）,主要由橄欖石和輝石組成。在基性巖中，獷（Si02）=45%?53%,FeO、MgO較超

基性巖減少，A1203、CaO含量增加，因此礦物成分為輝石與基性斜長石共生，鎂鐵礦物

的體積分數(shù)40%?90%（一般為40%?70%）。在中性巖中，w（Si02）增53-66%,FeO、

MgO、CaO均較前減少，K20、Na20的含量相對增加，因此在中性巖中常為角閃石與中性

斜長石共生，喑色礦物減少，色率在15?40之間。酸性巖中獷（Si02）>66%,FeO、

MgO.CaO大大減少，而K20、Na20顯著增加，因此鉀長石、酸性斜長石、石英為主要礦

物，暗色礦物多為黑云母，色率小于15。

閃

石

花

N花

崗

英

英

K崗

巖

輝

閃

巖

閃

工

氏K

科

巖*

2、Na20+K20：二者的總量（全堿）基本上決定了長石的種類和含量（斜長石與堿性長石的相

對含量）；而Na20與K20的相對含量決定了堿性長石中鉀質(zhì)長石（透長石、正長石和微

斜長石）和鈉質(zhì)長石（歪長石、鈉質(zhì)斜長石）的相對多少。霓石、鈉閃石、霞石富鈉。

5

(3<33.3-9>9

鈣堿性緘性過堿性

堿性帳石較酸性巖石普遍出現(xiàn)

斜長石普遍偏酸性巖石基性巖

石英普遍最酸性巖石不

似長石不<5%>5%

含Na（競石、霓輝石）或Ti（鈦

輝石或普通輝石或

輝石）的輝石.含Na閃石（鈉

閃石

閃石閃石、鈉鈣閃石、棕閃石）

?1V-8堿度不同的巖柒巖中礦物組合特征

。<3.3a=3?3?9">9

鈣堿性試性過硬性

1?在較酸性的外方中才出嵬破性

1.睢性長石〈衲長石，歪氏石或鼻長石）普遍同于所在號石中

長石

2?斜民石普遍存在2.斜長石成分比同類鈣堿性異要2.斜長石只出現(xiàn)在基件巖中，甚至在基

偏1?程性巖中也不見

3.住中股性巖中常見石英3.有英只在最]?性的甘石中出現(xiàn)3.不含石英

4?不出現(xiàn)以氏64.似長石僅山現(xiàn)在SiOg不?和4.似長石普遍出現(xiàn)，含生>5%

的胃石中，含猛〈5%

5.輝石為譽通伊有，斜方輝行，角!5.輝石通常富含詰（JK石.竟理石）政含鈦〈H肝石），角閃行為俯閃石.忱鈣

閃石為普通角內(nèi)萬|閃石、株閃石、不出現(xiàn)著方熱石

6.Z母在酸性舒中為特把礦物6.在裝住用地性巖中累公母（訴作柱）十分常見

7.無理物百7.梟榴石通常見礦物

8.不出現(xiàn)黃睫&俄礦物，也不出8?不出現(xiàn)貧珪富鈣礦物，有堿也8?卅現(xiàn)貧硅富鈣的礦物（原生方解而、黃

現(xiàn)磁性火山俄璃，的出現(xiàn)宙硅火山火山玻璃氏石）及堿性火山玻璃

強強

而最常用的方法有兩種：

（1）里特曼（組合）指數(shù)（3）:3=[w（K20+Na20）2]/[w（SiO2）-43]

6<3.3者稱為鈣堿性巖，6=3.3?9者為堿性巖，6>9者為過堿性巖。

（2）SiO2-（Na20+K20）圖解：該圖解是較常使用的堿度系列劃分圖解（可將火成巖劃

分為堿性系列（A）和亞堿性系列（S）。再劃分為拉斑玄武巖系列和鈣堿性系列用二圖。

OlNJ」

405060To

^(SKXI/%

圖4Tw(SiO2)-w(K20+Na20)A—堿性系列；S—亞堿性系列;

圖4-2jr(Na20+K20)-獷(FeO+Fe203-MgO)(AFM)圖

虛線為拉斑玄武巖系列(空心圈為冰島火山巖投點)；實線為鈣堿性系列(實心點

為蘇格蘭火山巖投點)；單位為;T—拉斑玄武巖系列；C一鈣堿性系列

c、CaO：決定一些富Ca礦物的多少，如鈣質(zhì)斜長石、富鈣輝石(透輝石、普通輝石)、普通角閃石

和綠簾石。

d、MgO：決定一些富Mg礦物的多少,如橄欖石、輝石、普通角閃石和黑云母

e、A1203：與長石、石榴石、堇青石、白云母等關(guān)系密切。

(1)過鋁質(zhì)巖石Al2O3>(CaO+K±O+Na2O),特征礦物是白云母、黃玉、電氣

石、鉆鋁一鐵鋁榴石、剛玉.紅柱石或矽線石。

(2)偏鋁質(zhì)巖石(K/O+NazO)VAlzO*V(CaO+K=O+NaaO)。出現(xiàn)的鋁硅酸

鹽礦物是黑云母、角內(nèi)石和黃長石。

(3｝亞鋁質(zhì)巖石A^O.SCNatO+K1O)?主要含鋁礦物是長石和似長石。

(4)過堿質(zhì)巖石AltO,<(N?1O+K,O),ALO.VKz。較少見.以出現(xiàn)堿性鐵鎂

質(zhì)礦物為特征，例如，斃輝石、黃石、鈉閃石、堿鉉內(nèi)石和斜紅閃石等。

7

四、主要造巖礦物的成巖意義:

正

石

花

花

閃

撤

純

微

、?((

儺

撤

長

長

崗

英

崗

((楨

瞰

長

梗

(C《(*

輝

玄

安

英

蚊

相

欖

沈

巖

巖

巖

巖

閃

閃

巖?

糧

輝

〈

綠

武

我

安

英

面

敘

玄

博

長

長

巖

長

巖

巖

安

巖

巖

若

5武

111縹

巖

巖

巖

))巖

巖

巖

巖

))》)

)))

袋

外

圖1V-4號漿號礦物成分變化簡圖

(據(jù)A.S.Adams,1965)

注：花崗內(nèi)長省的?出巖本書果用,英安巖”,石英閃長巖的嘖出巖本書采用“石英安山巖”

8

（1）橄欖石olivine（01）

a.化學成分：（Mg、Fe）2（SiO4）。Fo（鎂橄欖石）和及（鐵橄欖石）混溶組成，含Ni,Cr

（含量可指示巖漿是不是地幔原始巖漿）。島狀結(jié)構(gòu)，比重大。

b.超鎂鐵巖的主要組分（橄欖巖，二輝橄欖巖），基性巖中可有少許（橄欖玄武巖）

c.橄欖石形成于地幔條件，鎂橄欖石比鐵橄欖石形成于更高的溫度，與游離Si02（石英）不共生，

因此成為Si為不飽和巖漿的標志（F。有時被頑火輝石一Si可飽和一包圍，是不平衡結(jié)構(gòu)）。

Mg2SiO4+SiO2=Mg2（Si206）（頑火輝石）。Fa有時可與少量石英共生。

d.橄欖石有時在噴出巖中有環(huán)帶結(jié)構(gòu)（核Fo）,但遠不如斜長石明顯。橄欖石在中溫非氧化條件下

蝕變成綠色礦物:綠泥石+含蒙脫石層的混層礦物的組合；橄欖石在低溫氧化條件下蝕變成紅

色礦物伊丁石（針鐵礦為主的含蒙脫石層的混層礦物的集合體）o

⑵輝石pyroxene（Py,Opx-Cpx）：鏈狀結(jié)構(gòu)，柱狀。

a.分為斜方輝石和單斜輝石

b」斜方輝石|：（Mg,Fes）2（Si206）,貧Ca。分布于鈣堿性巖中，與堿性巖無關(guān)，是由頑火輝石

—鐵輝石構(gòu)成的連續(xù)類質(zhì)同象系列。根據(jù)頑火輝石（En）的百分比含量又可分為：

頑火輝石：En>90%；