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1、据火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素,绪论,一、岩浆岩石学的发展历史岩类学(Petrography)岩理学(Petrogenesis)现代岩石学(Modern Petrology),岩石学发展的原因,二、当代岩浆岩石学的发展特点与重点研究领域岩石圈全球变化Petrology-Materials Science of the Universe(Wyllie,2000),绪论,岩石学往哪儿去？,I am confident that petrology,embracing mineralogy and geochemistry in varied tectonic environments,fi
2、rmly rooted in geophysics,has a promising,productive future in helping to unravel Earth Processes.-Wyllie,2000-,三、我国岩浆岩石学的研究状况岩类学-岩理学-现代岩石学与国外先进水平的对比未来的发展方向与研究重点,绪论,绪论,四、岩石学发展的回顾地质学重大科学争论对岩石学发展的影响实验、测试技术发展与岩石学的进步全球构造与岩石学,我们不需要纯岩石学家，但需要懂岩石学的地质学家。那么，岩石学，还有构造地质学、地层学等还是独立的学科吗？,第一章 某些基本概念,引言 1.地球的内部结构 2.
3、地球的分异 3.压力和温度随深度的变化 4.地球上火成岩的分布 5.地球的演化 岩浆和岩浆作用,侵入岩和火山岩的区分产状,火成岩的产状,Figure 4-22.a.Radial dike swarm around Spanish Peaks,Colorado.After Knopf(1936),Geol.Soc.Amer.Bull.,47,1727-1784.b.Eroded remnant of a volcanic neck with radial dikes.Ship Rock,New Mexico.From John Shelton(1966)Geology Illustrated.W
4、.H.Freeman.San Francisco.,火山岩的产状与相,广义火山岩,1.地球的内部结构,大陆地壳（Continental Crust）厚度（Thicker）:20-90 km 平均厚度（average）35 km成分变化大平均成分（Average）花岗闪长质（granodiorite）,地球内部结构的细分,纵波（P）和横波（S）随深度变化的情况（引自Kearey and Vine，1990）,2.地球中火成岩的分布,1.洋中脊（Mid-ocean Ridges）2.陆内裂谷（Intracontinental Rifts）3.岛弧（Island Arcs）4.活动大陆边缘（Acti
5、ve Continental Margins）5.弧后盆地（Back-arc basins）,6.洋岛玄武岩（Ocean Island basalts）7.各种各样的陆内火成岩（Miscellaneous Intra-Continental Activity）金伯利岩（kimberlites），碳酸岩（carbonatites），斜长岩（anorthosites）.,板块构造-火成岩成因（Plate Tectonic-Igneous Genesis）,3.Evolution of the EarthBox-model(Jacobsen and Wasserburg,1979),The oute
6、rmost layers of the Earth can be divided by their physical properties into lithosphere and asthenosphere.,The lithosphere(from the Greek,lithos,stone)is the rigid outermost layer made of crust and uppermost mantle.The lithosphere is the plate of the plate tectonic theory.The asthenosphere(from the G
7、reek,asthenos,devoid of force)is part of the mantle that flows,a characteristic called plastic behavior.It might seem strange that a solid material can flow.A good example of a solid that flows,or of plastic behavior,is the movement of toothpaste in a tube.The flow of the asthenosphere is part of ma
8、ntle convection,which plays an important role in moving lithospheric plates.,Plate Tectonic-Igneous Genesis,1.Mid-ocean Ridges2.Intracontinental Rifts3.Island Arcs4.Active ContinentalMargins,5.Back-arc Basins6.Ocean Island Basalts7.Miscellaneous Intra-Continental Activitykimberlites,carbonatites,ano
9、rthosites.,New achievements after the traditional plate tectonics,Deep subductionOblique subductionTerrane tectonicsThurst tectonicsExtensional tectonicsMetamorphic core complexPost-orogenic extensionEtc.,Planetary science&Anti-plate tectonics,岩浆和岩浆作用,岩浆的概念岩浆的形成与运移岩浆的性质岩浆的分异、混合和同化作用现代火山活动,岩浆的概念,岩浆（M
10、agma）：1.上地幔或地壳部分熔融的产物 2.绝大多数岩浆成分：硅酸盐为主，含有少量挥发分，也可含有少量固体物 3.高温粘稠的熔融体岩浆作用（Magmatism）：当岩浆产生后，在通过地幔和/或地壳上升到地表或近地表的途中，发生各种变化的复杂过程.侵入岩（intrusive rocks)喷出岩(extrusive rocks),岩浆的类型.原生岩浆（primary magma)：岩浆形成后成分未发生变化玄武岩浆、花岗质岩浆、安山岩浆.派生岩浆(derivative magma):母岩浆:能够通过各种作用产生派生岩浆的独立的液态岩浆派生岩浆：由母岩浆演化形成的岩浆,2.岩浆的形成与运移,岩浆的
11、形成（magama formation)岩浆的分凝(magma segregation)岩浆的上升和侵位(magma ascent and emplacement)火口沉陷作用（cauldron subsidence),岩浆的形成,岩浆形成的基本条件源区岩石热能的积累-温度的升高压力的降低挥发组分的加入,源区岩石如何确定,深源包体火成岩化学成分反演高温高压实验,地幔岩石是如何熔融的（How does the mantle melt?）,1)温度升高（Increase the temperature）,压力降低（Lower the pressure）地幔底辟上升减压熔融：可达 30%,3)挥发组
12、分的加入（Add volatiles，especially H2O),岩浆的分凝,概念：是指熔融的岩浆液滴从源区岩石的粒间分离集 中的作用.控制因素：熔体分数（即部分熔融程度）源区的渗透性 熔体的密度与残留固体的密度差产生的浮力 残留固体与熔体的流变性质（粘度）源区的范围,岩浆的上升和侵位,岩浆上升的动力密度差和由于张开裂隙而发生的减压作用平衡浮力高度：当岩浆上升至与其密度相当的围岩时，岩浆体停止移动形成侵入岩。这一位置可称为平衡浮力高度,岩浆的上升和侵位,机制 1.底辟作用 A.底辟上升和侵位是连续的过程 B.底辟侵位的主要驱动力岩浆 的浮力和热动力 C.演化阶段：早期穹隆阶段 中期底辟上升
13、阶段 晚期侧向挤段阶段 D.特征：岩体的内部组构与产状 与围岩的片理产状一致，岩体没根，整合岩体,2.顶蚀作用过程：热的岩浆上升，引起顶部围岩被 挖蚀、炸裂，在顶部围岩炸裂块 体下沉的同时，岩 浆侵入到裂隙中，如此反复，岩浆可 实现向上迁移、侵 位.特征：不整合岩体，斑杂 构造等,3.岩墙扩展作用,含义：指的是岩浆在压力的驱驶下，注入围岩裂隙，并通过挤压围岩使其扩展成狭窄的岩浆通道（岩墙），并沿该通道上升。例子：洋壳中的辉绿岩岩墙环境：张性,火口沉陷作用(cauldron subsidence),代表环形杂岩体特征的一种侵位机制,3.岩浆的性质,岩浆的密度：与成分、压力、温度有关岩浆的粘度：与
14、成分、结构、压力、温度、所含的 挥发组分有关；影响岩浆上升的速度、火成岩的结构 构造、产状等.岩浆的温度：喷出熔岩温度的估计值：玄武岩类：1100-1300oC左右 玄武安山岩类：1000-1100oC左右 流纹岩：780-790 oC左右岩浆中的挥发组分：H2O-99%；CO2、CH4、SO2（高温）、H2S（低温）等,4.岩浆的分异、混合和同化作用,分异作用 1.概念：原成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下，依 靠本身的演化，最终产生不同组分的火成岩的作用.2.类型：岩浆分异作用：未发生相的分离 扩散作用温度差 熔离作用物化条件的变化 岩浆分异作用：发生了结晶相和流体相的分离 分离结
15、晶作用重力作用 气体搬运作用溶解、过饱和、减压、沉淀,原生岩浆的判别及研究意义 1）含地幔岩包体 2）Mg#及微量元素（Cr、Ni）丰度 3）岩浆在地下滞留时间短，结晶程度低 意义反演岩浆源区的温压条件和组成,实例：岩体的边部暗色组分的富集对流岩浆房中的侧壁结晶分异作用,扩散作用,富集不相容元素可以形成同心带状,a.花岗岩中的晶洞 b.不对称的带状伟晶岩墙.c.具有花岗岩外壳的不对称的带状伟晶岩墙,气体搬运作用实例,不混熔熔体（Immiscible Liquids）,Cool X=nAt 1960oC，出现两种液相 2 liquids o and pp=2 F=1,熔离作用,花岗质岩浆房底部出
16、现玄武岩枕状堆积体,玄武岩和流纹岩呈互层状,矿物分离结晶的顺序鲍文反应系列,鲍文反应系列的岩石学意义,1）纵向：解释岩浆中矿物结晶顺序2）横向：解释岩浆中矿物共生规律，两个系列结晶温度 相当的矿物可以共生3）解释暗色矿物间的反应边结构和斜长石正环带结构4）玄武质岩浆经分离结晶作用可逐步形成酸性岩浆,分离结晶形成的堆积结构,f点：岩浆平衡结晶过程1.f点总体成分与结晶终了的产物？2.g点和i点矿物结晶和岩浆演化情况？,Forsterite-镁橄榄石Enatatite-顽火辉石Cristobalite-方英石Tridymite-鳞石英,橄榄石（Mg2SiO4)+SiO2=斜方辉石(Mg2Si2O6
17、)反应边结构,分离结晶（Fractional crystallization）:斜长石正环带结构的成因：,特点：结晶出的晶体与残余的岩浆发生分离，任一温度时，由于晶体的移出，使结晶矿物的成分等于熔体成分。理论上讲，最后一滴熔体成分应为1118点，即结晶出Ab。但实际上自然界当中是不存在这样情况的，最终结晶结束的点接近1118点。主要是因为所结晶出的斜长石不能理想化的立刻与熔浆分离，会存在一定的反应关系后再分离。,同化混染作用：岩浆和围岩或捕虏体之间的热和物质成分交换，岩浆成分发生变化的过程.岩浆混合作用：由两种不同成分的岩浆以不同的比例混合，产生一系列过渡类型岩浆的作用.,岩浆混合作用（Mag
18、ma Mixing）,（1）概念*：由两种或两种以上的不同成分的岩浆以不同的比例混合，形成一系列过渡类型岩浆的作用。（2）识别标志*：1）混合不彻底时，基性端元和酸性端元及二者间的过渡岩石同时出现；在岩体中可见到一些基性端元的岩石团块、微粒包体等 2）矿物间出现明显的不平衡现象：两种成分差别较大的斜长石的共存等 3）混合彻底：对于一套岩石来说，端元组分与混合组分在 Harker-type 变异图上应该呈一条直线,吉林临江蚂蚁河岩体岩浆混合作用的野外证据（形成时代225Ma),实例分析,邯郸涉县符山岩体矿物的不平衡现象岩浆混合作用辉长岩:An50闪长岩：An=30-50（From Chen et
19、 al.,2007.Lithos),实例分析,同化混染作用(assimilation),（1）概念*：岩浆熔化或溶解围岩或捕虏的围岩碎块，将改变岩浆的成分，当熔化或溶解较彻底时，称同化作用；不彻底时可有未熔物质的残留，称为混染作用。（2）同化混染的可能方式：1）岩浆熔化比自己熔点低的围岩物质，使熔体的总成分发生改变。2）岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，只能通过离子交换反应，改变围岩及捕虏体成分，使之达到平衡。3）与岩浆相适应的围岩物质可在岩浆中保持稳定，如玄武岩中的地幔橄榄岩包体。,（3）同化混染作用的鉴别标志*：1）出现的部位：主要出现在大型侵入体的边缘带，与围岩之间常形成渐变过渡带；2）
20、在同化混染带，常含有围岩的捕虏体或捕虏晶，出现不平衡矿物和不平衡结构，如花岗岩中出现硅辉石；3）岩石的结构、构造不均一，出现斑杂构造。,鉴别和评价混染作用的方法：,一般来说，同位素是最好的方法大陆地壳相对富集 87Sr/86Sr 和亏损143Nd/144Nd,From Chen et al.,2009-CMP,9-21238U 234U 206Pb(l=1.5512 x 10-10 a-1)9-22235U 207Pb(l=9.8485 x 10-10 a-1)9-23232Th 208Pb(l=4.9475 x 10-11 a-1)U-Th-Pb 体系作为大陆混染的指示器尤其有效 All a
21、re incompatible LIL elements,so they concentrate strongly into the continental crust,Detecting and assessing assimilation,提示：（1）自然界中火成岩类型复杂多样的原因之一，就是与岩浆演化有关。（2）岩浆演化过程中，所涉及到的作用往往是多种作用的结合。比如，岩浆的同化混染作用和岩浆的分离结晶作用可能是同时发生的；分离结晶作用和更原始岩浆的再注入可能是同时发生的。AFC：assimilation+Fractional crystallization Fractional crystallization+recharge of more primitive magma,5.现代火山活动,研究意义 1.现代火山活动与现今构造 2.岩浆物化性质的研究 3.火山活动与防灾减灾分布：板块边界-岛弧和陆缘（2/3）、洋脊，少数为 板内我国的情况：云南的腾冲（160年）、吉林的长白山（1903年）、黑龙江的五大连池（1721年），等等.,现代火山的分布情况,现代火山产生的构造环境,洋中脊-热点（太平洋）,洋中脊-热点（大西洋）,
