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1、高级岩浆岩石学（1）,莫宣学2012.2.,引 言,当前地学发展的总形势高级岩石学的基本内容高级岩浆岩石学的基本内容,地学发展的机遇与挑战,当前我们正处在一个以地球系统科学为旗帜的新的地学革命的时代，这对我国地学的发展，既是一个重大的挑战，又是一个极为宝贵的机遇。由于众所周知的原因，上世纪60年代初期我们失去了在以板块构造为旗帜的地学革命中发展我国地学的宝贵机遇，遭受了重大损失，落后了几十年，这次一定要抓住。只有这样，我国地学才能迎头赶上世界先进水平。,地球系统科学的基本点,地球系统科学，就是将地球当作一个统一的大系统，研究地球整体运动的规律及各圈层间的相互作用；两大主题：地球动力学及全球气候
2、变化；三大基本任务是：在认识地球的基础上，开发资源、改善环境、减轻灾害。无疑，新的地学革命将是一场内容深刻、影响深远的革命。,高级岩石学的基本内容,高级岩石学主要研究岩石的成因、形成演化；地球动力学意义；在资源环境方面的实际意义与应用。属于岩理学范畴。高级岩石学按其研究对象可划分为：高级高级岩浆岩石学、高级沉积岩石学、高级变质岩石学。,高级岩浆岩石学的内容与方法,1.岩浆岩成因学（岩浆的起源与演化）2.岩浆岩的地球动力学意义（1）岩石探针（研究地球内部）（2）大地构造的记录3.岩浆岩石学在利用资源、改善环境、减轻灾害方面的意义,前期基础：大学岩浆岩石学（含实验）；物理化学（热力学、相平衡、化学
3、 动力学）；流体力学学习方法；考试方式,推荐重点阅读文献：邓晋福等，2005，岩石成因、构造环境与成矿作用，北京：地质出版社邓晋福，1987，岩石相平衡及岩石成因，武汉：中国地质大学出版社Best, M.G., 2003, Igneous and Metamorphic Petrology, Blackwell, N.Y.Wilson, M. 1989，Igneous Petrogenesis: A Global Tectonic Approach. Chapman & Hall: London.Carmichael, I. S. E., Turner, F. J. and J. Verhoo
4、gen, 1974, Igneous Petrology. McGraw-Hill Company, New YorkIUGS火成岩分类学委员会，火成岩分类命名（中译本，1991），北京：地质出版社Hugh R. Rollison，岩石地球化学（1993版中译本，2000），中国科技大学出版社10. Condie, K.C., 1997, Plate Tectonics and Crustal Evolution (4th Edition), Butterworth- Heinemann, OxfordFaure, G., 1986, Principles of Isotope Geology
5、, 2nd edition, New York: WileyDepaolo, J. D., 1988, Neodymium Isotope Geochemistry: An Introduction. Spring-Verlag, New York郑永飞 陈江峰，2000, 稳定同位素地球化学，北京：科学出版社肖庆辉等，2002，花岗岩研究思维与方法，北京：地质出版社赵海玲，1995，岩浆物理性质及流体动力学，武汉：中国地质大学出版社莫宣学，2011，岩浆与岩浆岩：地球“深部探针”与演化记录，自然杂志，33（4）,第一章 岩浆岩的成因,岩浆是在地下形成的含挥发分的高温粘稠硅酸盐（少数为碳酸盐）
6、熔融体。由岩浆冷凝固结而成的岩石称为岩浆岩或火成岩（又分为喷出岩与侵入岩）。岩浆作用实质上是地球各层圈之间，特别是壳幔之间、岩石圈软流圈之间相互作用的结果。岩浆是地球各层圈之间物质和能量交换的重要载体。,研究岩浆作用与岩浆岩的意义,火成岩及其所携带的深源岩石包体被当之无愧地称作探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”(window)。它们的时间坐标，为人们研究地球深部的演化过程提供了可能。火成岩也是板块运动过程与大地构造事件的记录。通过火成岩的研究，可以恢复古板块构造格局，追溯大地构造演化历史。对于满足人类对利用资源、保护环境、减轻灾害的需求，有着重要的意义。,自然界为什么会形
7、成多种多样的岩浆岩？主要取决于两种基本的作用过程：岩浆的起源；岩浆的演化。对岩浆岩成因机制的研究，是揭示岩浆作用与构造运动、深部过程之间内在联系的关键环节。因此，它是岩浆岩石学研究的核心内容之一。,1.岩 浆 的 起 源,岩浆起源，就是在合适的温、压条件下地壳或上地幔发生部分熔融，产生原生岩浆的作用过程。原生岩浆与进化（演化）岩浆（Primary magma vs. evolved magma),1.导致固体地幔/地壳发生部分熔融的原因（1）地温异常：由于软流圈上隆、地幔柱上升、或板块俯冲引起地温异常，超过源岩的固相线温度（即起始熔融温度）。（2）挥发份的加入：由于挥发份的加入使源岩的固相线温
8、度降低。三种体系。（3）压力改变：由于地幔对流、拆沉、去根作用或大断裂诱发的减压熔融；在某些情况下，增压也可以引起部分熔融，增压熔融。,地温梯度的升高,挥发份引起源岩固相线温度降低,2.影响原生岩浆类型、成分的主要因素 （1）源岩及源区的性质和组成； （2）起源温度与熔融程度； （3）起源压力与深度； （4）挥发份的类型及含量。,2.岩 浆 的 演 化,岩浆演化，就是原生岩浆通过各种作用派生为多种多样进化岩浆及岩浆岩的过程。母岩浆与子岩浆（派生岩浆） (Parental magma vs. derivative magma),岩 浆 的 演 化,岩浆演化机制主要有: 1.岩浆分异作用：又可分为
9、: 结晶分异作用（分离结晶作用） 扩散作用 液态不混溶作用 气运作用、压滤-扩容作用等 2.同化混染作用 3.岩浆混合作用,岩浆的发生与分异,3.岩浆过程的物理作用,岩浆过程的物理作用的研究，是过去岩浆岩石学研究的薄弱环节，近些年来取得了许多重要进展。其主要内容，是研究岩浆从源区到地表的运动规律，包括熔体与源区分离、聚合成岩浆团，岩浆的上升与传输，岩浆房内作用，岩浆的侵位（emplacement），岩浆的喷发等作用。对岩浆过程的物理作用的研究，直接涉及岩浆的运动学与动力学，进而涉及一些地球动力学问题，因而有重要意义。流体力学是研究岩浆运动的理论基础。,4.主要岩浆岩的成因,1.各类玄武岩的成因
10、2.花岗岩类的成因3.安山岩的成因4.一些特殊岩石的成因（金伯利岩、碳酸岩、碱性岩、钾质超钾质岩、埃达克岩）,玄武岩柱状节理 指示平稳厚层玄武岩流 层面冷却均匀收缩所致,横断面平均5.67边 内角多半约120,福建 龙海 牛头山,TASMANIA AUST,垂直柱体的底面 指示岩流面 古地形面,拉斑玄武岩(TH) 碱性玄武岩(AB)橄榄石 无 或少并有Opx反应边 少或多 并无Opx反应边普通辉石 低Ca 贫T i 高Ca Ti Al 可具砂钟构造斜方辉石 Br 或 Hyp 不含斜长石 An50-An80 An40-An60斜长石 (同斑晶) An20-60单斜辉石 Aug+Pig Aug/T
11、i-Aug橄揽石 无 可有 富Si K玻璃 富Na玻璃 或Q/Q+Af组合(相当低共熔Gr),两类玄武岩 在岩相学上的鉴别,斑 晶 基 质,填 隙 物,说明：从岩相上鉴别两类玄武岩 是对玄武岩类型的最终鉴定 如果用主量或微量元素区别玄武岩类型结果 与岩相学有矛盾则以岩相学为准 因为化学上准则是由岩相特征确切的玄武岩类型外推的 两类玄武岩在起源演化上各异 因此必需区分它们 上表中Pig要用EPMA测定 其他皆可光学识别,San Nep Zeo,Cpx,Q,Opx,Ne,Ol,Pl,SiO2 %,Na2O+K2O+%,AB,TH,45 50 55,54321,Q-TH,Nep,Ol-Bas,Alk
12、=0.37(SiO2-39),SiO2 %,(Na2O+K2O)%,AB,TH,54321,45 50 55,两类玄武岩 在化学上的区别,(Macdonad C A & Katasula T 1964 J P),Alk = 0.37(SiO2-39),Cpx,Q,Opx,Ne,Ol,Pl,玄武岩系统四面体图解 ( norm ) (Yoder H S & Tilley C E 1962 JP),近似的低压热界面存在于无水 10kb 含水/氧化环境,TH和AB间过渡玄武岩,埃 达 克 岩 Adakite ( 1978, Kay R W ), 分离作用等岩浆作用无法解释其TE规律,是钠质中酸性岩套(
13、suite) 是据化学元素习性对岩石的描述和标设它向钙碱性岩系演化 是地球冷却的标志,SiO2 56%( 5672 ) 基本上不与 Bas Gab 共生 CA : Pl + Hb Bi Pyr FeTi OxideAl2O3 15 %MgO 常6 %Na2O / K2O 1低 Y 18 ppm 低 HREE ( Yb 20 Sr / Y40 +Eu 异常 +Sr 异常高 Nd (t) 0.51236低 Sri 常 0.704 / 0.704 8,大洋沉积物参与熔融上升时受幔壳混染,Pl 熔融所致,榴辉岩 榴闪岩熔融 残留Gt Pyr Hb所致,埃 达 克 岩, 以 “高r低” 为主要微量元素特
14、征 定义中酸性岩石 为埃达克岩 在岩石分类学上能否成立 是值得商榷的,第二章 岩浆岩的地球动力学意义,1. 岩浆岩的深部“探针”作用,岩浆作用实质上是地球各层圈之间，特别是壳幔之间、岩石圈软流圈之间相互作用的结果。岩浆是地球各层圈之间物质和能量交换的载体。火成岩及其所携带的深源岩石包体被当之无愧地称作探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”(window)。,地幔橄榄岩,下地壳麻粒岩,“岩石探针”可以获得那些深部信息？,反演壳幔的物质组成与结构，建立区域壳幔岩石学（柱状）剖面。反演壳幔的热结构和热状态。估算地壳厚度及岩石圈厚度，及其空间变化。反演软流圈顶面埋深及起伏、软流圈的温
15、度、压力、熔浆含量、物质状态等。反演壳幔的氧化-还原状态。反演壳幔深部流体特征，研究地幔交代作用。记录壳、幔成分及上述各种性质随时间的变化，反演壳幔深部过程。,“岩石探针” 可以提供时间坐标，这个优点是其它深部探测方法所不具备的。因此，将地球物理方法与“岩石探针”方法有机地结合起来，才是探测地球深部的有效途径。,中国东部新生代玄武岩浆起源条件,青藏高原构造简图,青藏岩石圈类型,冈底斯带的地壳结构,盐湖霍尔,冈底斯带4条南北向 中生代早新生代 岩浆岩大剖面,萨嘎措勤,日喀则尼玛,朗县聂荣,冈底斯带北部与 冈底斯带南部的地壳一样，都是初生地壳 , 冈底斯带中部的地壳 是成熟的元古宙地壳， 相当于拉
16、萨地块的基底。,Reworked/ancient crust,Juvenile crust,Juvenile crust,冈底斯带两类地壳的形成演化示意图,古太平洋板块俯冲开始于J2180MaBP,莫霍面35km,110 km,200 km,地 面,俯冲的太平洋洋壳,火山岩 1100-650,底垫玄武岩浆 1350,底辟橄榄岩1450,脱 水,花岗岩 700,地 壳500,地 幔,E,W,华南大陆 (白垩纪 距今1.4-0.8亿年),本模型 据下列资料设计： 野外调研-30余个花岗岩复式岩体 10余个火山盆地 /剖面 /沉积盆地 1000余块标本 /薄片研究 500余个主量 /微量元素测试 300余个同位素数据,太平洋,俯冲带位于台湾中央山脉东侧裂谷,俯冲的太平洋洋壳,华南晚中生代时期花岗岩浆起源: 消减-伸展模型的第2阶段 (K),J Q,太平洋海底磁异常与年龄,(Stanley et al 2007),浙闽白垩纪镁铁质岩墙群: 伸展构造环境的岩石学标志,丽水-政和-大埔断裂以东沿海地区 分布着大规模K1岩墙群特别是宁波 温州 福州 德化 泉州和厦门地区 累计长度远超过1500km其中长英质岩墙群数量 远大于镁铁质,浙江 舟山 董传万摄供,
