第1章 绪论和岩浆与岩浆作用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩 石 学,Petrology,1.,课程的性质,2.,课程的内容和讲授方式,3.,目的和要求,一、,岩石及其成因分类,1,、岩石的概念,岩石,(rock),：,是由天然产出的矿物或类似矿物的物质（如有机质、玻璃、非晶质）组成的固体集合体。,2,、岩石的成因分类与岩石的循环转化,按岩石的形成作用过程划分为：,a.,火成岩：,占地壳体积的,66,b.,沉积岩：,占地壳体积的,8,c.,变质岩：,占地壳体积的,20,绪 论,三大岩类之间的循环转换,Magma,岩石在地球上的分布,1,、岩石学的概念,基础岩石学包括岩相学,(petrography),和岩理学,(,petrogenesis,),两部分，,岩相学,是以研究岩石的颜色、野外产状、结构构造、矿物成分和化学成分及岩石分类命名为主；,岩理学,则是将岩相学的知识与实验研究和理论分析相结合，通过归纳和演绎对各类有关岩石的成因、形成演化和构造背景进行研究。,二、,岩石学及其发展简史,岩石学：,研究岩石的物质组成、结构构造、成因、共生组合、分布规律及与矿产和岩石圈演化等关系的一门独立学科。,2,、岩石学的发展简史,大致可分为,4,个阶段：,（,1,）显微镜前时期,（,2,）显微镜时期（,19,世纪后半期）建立了岩类学,（,3,）显微镜后时期（,20,世纪,60,年代）建立了岩理学,（,4,）现代岩石学,20,世纪,90,年代以来,二、,岩石学及其发展简史,三、岩石学研究的目的和意义,1,、了解地球的形成与演化历史,2,、寻找矿产资源：固体矿产、油气资源,3,、为解决工程地质、地震、火山灾害、环境的变化等问题提供重要依据。,四、岩石学的研究方法,1,、野外调查取样：,研究岩石地质体的产状、岩性、接触关系、构造特点、成矿作用、地质制图、测制地质剖面、照相素描、采集样品等；,2,、室内测试分析：,显微镜鉴定、地球化学样品测试、同位素测试、矿物学和矿物化学精细研究，等；,3,、室内实验模拟：,针对研究的内容开展相应的实验模拟；,4,、资料归纳分析,:,得出结果与结论。,主要的教学参考书,路凤香,.2002.,岩石学,.,地质出版社,Winter,J.D.,2001.An introduction to igneous and metamorphic petrology.Prentice Hall,697pp,.,贺同兴，卢良兆，李树勋，兰玉琦 主编,.,变质岩岩石学,.,北京：地质出版社，,1987.,林景仟主编,.1995.,火成岩岩类学与岩理学,.,地质出版社,.,邱家骧主编，,1985.,岩浆岩岩石学,.,地质出版社,夏文杰，曾允孚 主编,.,沉积岩石学,.,北京：地质出版社，,1986,梁桂香，王东坡 主编,.,沉积岩石学,.,长春：吉林科学技术出版社，,1995,第一篇 火成岩岩石学,Igneous Petrology,现代火山产生的构造环境,活动陆缘,岛弧,陆内,-,热点,东非裂谷,-,扩张中心,洋中脊,-,热点,（太平洋）,洋中脊,-,热点（大西洋）,热液浸染状矿床,伟晶岩矿床,热液脉状矿床,火成岩的成矿作用,火山喷发的剖面,火山灰的平面分布,美国圣海伦斯火山,1980,年火山喷发的景象,火山作用与环境,主要是研究岩浆的起源、运移、演化和结晶成岩过程，以及火成岩的产状、结构构造、物质成分、分类命名、岩石共生组合、成岩机理及与构造、矿产和岩石圈演化等关系的一门独立学科。,火成岩岩石学的概念,目的与要求,掌握火成岩的分类命名及不同类型火成岩的特征与成因,2.,了解火成岩形成过程所涉及的基本作用与原理,3.,初步掌握如何运用物理,-,化学的一些基本原理来解决岩浆形成与演化方面的问题,4.,了解火成岩共生组合及其岩石大地构造学意义,第一章,岩浆及岩浆作用,1.,岩浆的产生,2.,岩浆的概念,3.,硅酸盐岩浆的化学成分,4.,岩浆的物理性质,岩浆作用及火成岩,火成岩的产状与相,1,）岩浆产生的部位,1.,岩浆的产生,地球内部结构的细分,地幔（,Mantle,）,:,橄榄岩,（,Peridotite,(ultramafic),）,上地幔（,Upper,）,to 410 km,(,橄榄石,尖晶石,),低速带（,Low Velocity Layer,）,60-220 km,过渡带（,Transition Zone,）：,410-660km,波速迅速增加,（,spinel,perovskite,）,下地幔（,Lower Mantle,）：,660-2898km,地震波的波速逐渐增加,1.,岩浆的产生,2,）岩浆形成的基本条件,A.,源区岩石,B.,热能的积累,-,温度 的升高,C.,压力的降低,D.,挥发组分的加入,A.,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?,）,B.,温度升高,（,Increase the temperature,）,地球中的热源（,Heat Sources in the Earth,）,外界行星的撞击,放射性元素衰变产生的热,热流（热的物质流或热流体）的加入,热传递方式（,Heat Transfer,）,传导（,Conduction,）,辐射（放射性）（,Radiation,）,对流（,Convection,）,C.,压力降低（,Lower the pressure,）,地幔底辟上升减压熔融：可达,30%,D.,挥发组分的加入,（,Add volatiles,，,especially H,2,O),大 洋 地 壳,洋 壳,:,沉积物,0.5 km,玄武岩,+,岩墙群,辉长岩,橄榄岩,黑 烟 囱,:,富硫热水泥流,t=350,几百种物种,食硫生物,(,管状蠕虫、爬行类、虾、蚌,-),遨游洋底,:,70,年代,6,艘深海潜艇,下沉,3000 m,300,大气压,洋脊,玄武岩,:,涌出量,1.5,百亿吨,/,年,贫,K,Ti,Fe,P,富,Ca,中国东南晚中生代岩石圈消减和玄武岩浆底侵诱发巨量长英质岩浆模式图,玄武质岩浆,(,底侵作用,),底辟的橄榄岩,侵入岩,火山岩,花岗质岩浆,（部分熔融作用）,莫霍面,100 km,200 km,地 面,脱水作用,下拖的洋壳,(,纵向未设比例，参考,Hildreth,1981;Tatsumi,et al.,1995),2.,岩浆的概念,2.,岩浆的概念,岩浆（,Magma,）：,是天然形成于上地幔或地壳深部，含有少量挥发分和固体物质、粘稠的、以硅酸盐为主要成分的高温熔融体。,提 示,：,（,1,）岩浆产生的部位：,（,2,）岩浆的物理属性：,（,3,）岩浆的化学属性：,3.,硅酸盐岩浆的化学成分,自然界中,绝大多数,硅酸盐,岩浆,极少量,金属硫化物岩浆,金属氧化物岩浆（矿浆）,碳酸岩岩浆,岩浆化学成分的确定：,（,1,）,由火成岩的化学分析结果判断,（,2,）,通过现代火山喷发的熔岩流取样分析确定,3.,硅酸盐岩浆的化学成分,1,）常量元素：,O,、,Si,、,Al,、,Fe,、,Mg,、,Ca,、,Na,、,K,、,Mn,、,Ti,、,P,、,H,、,C,等，其中,O,最多。在岩浆结晶过程中这些元素相互结合，组成各种矿物。,岩浆的主要化学成分通常以氧化物形式来表示：,如,SiO,2,、,TiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,FeO,、,MnO,、,MgO,、,CaO,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,P,2,O,5,、,H,2,O,、,CO,2,等。但实际上在岩浆中这些元素并非以氧化物形式存在，而多是呈离子、原子或离子团的形式存在，如：,Mg,2,、,Na,+,、,SiO,4,4-,。,1,）常量元素,：（,含量大于,0.1%,）,硅酸盐岩浆化学成分以,SiO,2,含量最多，在岩浆中,SiO,2,的含量与其它氧化物之间存在一定的消长关系（举例）,。,根据,SiO,2,含量将硅酸盐岩浆分成,4,种类型：,（,1,）酸性岩浆,SiO,2,63,（,wt%,）,（,2,）,中性岩浆,SiO,2,52,63,（,wt%,）,（,3,）,基性岩浆,SiO,2,45,52,（,wt%,）,（,4,）,超基性岩浆,SiO,2,45,（,wt%,）,3.,硅酸盐岩浆的化学成分,2,）微量元素和稀土元素,（,含量小于,0.1%,）,微量元素：,Li,、,V,、,Cr,、,Co,、,Ni,、,Cu,、,Pb,、,Th,、,U,、,Zn,、,Rb,、,Sr,、,Ba,、,Zr,、,Nb,、,Ta,、,Au,、,Ag,、,Pt,、,W,、,Sb,、,Bi,、,Sn,稀土元素：,La,、,Ce,、,Pr,、,Nd,、,Sm,、,Eu,、,Gd,、,Tb,、,Dy,、,Ho,、,Er,、,Tm,、,Yb,、,Lu,（,Y,）,这些元素在岩浆中含量虽然很少，但在一定条件下可以富集形成许多重要金属矿产。,3.,硅酸盐岩浆的化学成分,3,）挥发分：,主要是,H,2,O,和,CO,2,，,其次是,SO,2,、,SO,3,、,CO,、,N,2,、,HCl,、,Cl,2,、,F,、,H,2,S,、,CH,4,，,其总量一般,3 km),2,）侵入岩,(intrusive rocks),5.,岩浆作用及火成岩,（,1,）火山岩的特点：,a.,结晶程度差或呈玻璃,b.,含水矿物少或无,（,2,）广义火山岩包括：,a.,火山熔岩：,由火山管道或裂隙溢流出地表的岩浆冷,凝形成的岩石（狭义火山岩）。,b.,次火山岩：,与火山活动有关的超浅成侵入岩。,c.,火山碎屑岩：,由火山爆发所产生的各种火山碎屑物,堆积、胶结而成的岩石。,3,）火山岩（喷出岩）,(extrusive rocks),5.,岩浆作用及火成岩,1,）侵入岩的产状,A.,依据：侵入岩与围岩的接触关系,类型：整合侵入体,不整合侵入体,B.,依据：侵入体的形态、大小,类型：岩基（,batholith,）：,面积大于,100km,2,岩株（,stock,）：,面积小于,100km,2,岩盆（,lopolith,）：,呈盆状的整合侵入体,岩床（,sill,）（,岩席）：厚度小，面积大，整合侵入,岩墙（,dike,）：,不整合板状侵入体,C.,依据：侵入体的侵位深度,类型：浅成相：,0-3km,中深成相：,3-10km,深成相：大于,10km,6.,火成岩的产状与相,岩基,岩盖 岩盆,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.H.Freeman.San Francisco.,2,）火山岩的产状与相,6.,火成岩的产状与相,广义火山岩,2,）火山岩的产状与相,A.,火山喷发类型,划分依据：火山通道的形状,a.,透熔式（面式）喷发：大面积、不规则,b.,裂隙式（线式）喷发：窄而长的通道,c.,中心式（点式）喷发：颈状管道,B.,产状,火山锥：,由熔岩和火山碎屑岩组成，中心为火山口或,破火山口,熔岩流：,岩浆以平静的溢流方式喷出地表。多为粘度,较小的超基性到中性的岩浆,岩钟、岩针、岩穹：,多以侵出的方式喷出,火山颈：,是火山锥被剥蚀后，出露的火山管道中的充,填物,次（潜）火山岩：,与火山岩同源，且为侵入产状的岩,体,.,侵入深度一般小于,0.5km.,火山,-,沉积岩：,是火山活动叠加沉积作用的产物,火山岩和侵入岩的产状,火山锥,岩颈,岩墙,岩床,火山锥,玛,珥湖,火山凝灰环,火山凝灰锥,Structures and Field Relationships,与一个中心火山口有关的火山台地,Volcanic landforms associated with a central vent(all at same scale).,Structures and Field Relationships,Figure 4-7.,火山熔岩穹隆的剖面示意图,Schematic cross section through a lava dome,.,Structures and Field Relationships,破火山口的发展过程,Development of the Crater Lake caldera,.,a.,玛珥湖,b,.,火山凝灰环,c.,火山锥,b,c,a,Pyroclastic,Deposits,火成碎屑沉积,Figure 4-18.,Types of,pyroclastic,flow deposits.,a.,垂直爆发坍塌或普林尼式柱状坍塌：,collapse of a vertical explosive or,plinian,column that falls back to earth,and continues to travel along the ground surface.,b.,横向爆发：,Lateral blast,such as occurred at Mt.St.Helens in 1980.,c.,低压沸腾：,“,Boiling-over”of a highly gas-charged magma from a vent.,d.,热穹隆坍塌：,Gravitational collapse of a hot dome(Fig.4-18d).,Figure 4-15,.,Ash cloud and deposits of the 1980 eruption of Mt.St.Helens.,a.,照片：,Photo of Mt.St.Helens vertical ash column,May 18,1980(courtesy USGS).,b.,灰云的垂直剖面：,Vertical section of the ash cloud showing temporal development during first 13 minutes.,c.,火山灰沉积平面图：,Map view of the ash deposit.Thickness is in cm.,Figure 4-19.,一个典型浮岩流的剖面：,Section through a typical ignimbrite,showing basal surge deposit,（,基浪沉积）,middle flow,and upper ash fall cover.,Tan blocks represent pumice,and purple represents denser,lithic,fragments.,Structures and Field Relationships,灰降沉积,碎屑流沉积,碎屑涌浪沉积,侵入岩、浅成岩、火山岩的区别,结 构 构 造,深成岩,显晶质结构 块状构造,浅成岩,斑状结构 块状构造,火山岩,斑状、玻璃质 气孔、杏仁、,流 纹构造,我们应该掌握什么？,岩石学的概念及三大岩类之间的循环与转换,岩石学研究的目的与方法,岩浆的概念与性质*,岩浆作用的概念,火成岩的产状*,火山口,火山岩,岩床,岩墙,岩颈,