岩浆及岩浆岩的概念

如题所述

一、岩浆的概念

现代火山喷发时,将大量炽热的硅酸盐熔融物质喷出地表,形成熔岩流。伴随着熔岩流常常还有大量的挥发分喷发到大气中(图11-1)。岩浆是上地幔和地壳深处形成的,以硅酸盐为主要成分的炽热、黏稠、含有挥发分的熔融体(熔体)。少数情况下存在有碳酸盐岩浆、金属硫化物及金属氧化物岩浆,后者也称为矿浆。根据对现代火山的观察研究以及地质资料的综合分析,岩浆的基本特征归纳如下。

图11-1 现代火山喷发现象

1.岩浆的成分

天然熔岩流的成分是多种多样的,有玄武岩岩流、安山岩岩流、流纹岩岩流等。尽管名称很多,但它们的绝大部分化学组成都属硅酸盐类(除个别为碳酸岩、磁铁岩等岩浆外)。所以,岩浆的主要成分是硅酸盐。硅酸盐岩浆的化学成分常以氧化物形式表示,主要的氧化物为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O等,其中以SiO2含量最高,可高达40%~75%。不同成分的岩浆,其氧化物的含量也不同。但是,这些氧化物之间却存在着一定的内在联系。一般来说,随着SiO2含量的增高,K2O和Na2O随之升高;相反,MgO、FeO(Fe2O3)则随之降低。因此,SiO2的含量就成为划分岩浆岩化学成分类型的主导因素,它支配着其他氧化物含量的变化。

岩浆中还含有大量挥发分及成矿金属元素。挥发分的含量在岩浆中一般不超过6%,主要为水蒸气。根据现代火山观测资料,水蒸气(H2O)约占火山喷气成分的75%~90%,其次是CO2、CO、N2、SO2、SO3、H2S、HCl、HF等。在岩浆未喷发之前,处于地下深处的高温、高压条件下,挥发分溶解于岩浆中。由于挥发组分的存在,它可以降低岩浆的黏度,降低矿物的熔点;更有意义的是,随着结晶分异作用的进行,残余熔浆将越来越富含水。在一定条件下,挥发分能携带成矿金属元素或其化合物,在适宜的地方(常在岩体四周)形成各种气化—热液矿床。

2.岩浆的温度

地下深处的岩浆,无法直接测得其温度,一般由以下几种方法近似地确定:

(1)观察现代熔岩流的温度

观察表明,现代熔岩流的温度范围一般在700~1200℃范围内。其中基性火山熔岩温度高,在1025~1225℃之间;酸性熔岩温度低,如流纹岩仅有735~890℃。一般来说,熔岩流的温度总是比地下深处同成分的、正在结晶的岩浆高,这是因为地下深处的岩浆富含挥发分,挥发分可以使起熔温度和液相线温度明显下降。

(2)研究地质温度计,推测岩浆温度

根据某些造岩矿物的形成温度和相变温度,可间接推测岩浆结晶时的温度,例如:

方石英转变为鳞石英的温度为1470℃

正长石分解为白榴石和二氧化硅的温度为1170℃

普通角闪石出现暗化的温度为1050℃

大气压力下黑云母分解、暗化的温度为840~1050℃

鳞石英转变为β—石英的温度为870℃

棕色角闪石转变为绿色角闪石的温度为750℃

β—石英转变为α—石英的温度为573℃

(3)熔化岩浆岩的方法

通过岩浆岩的重熔和再结晶实验,也可得知其大致温度。如基拉韦厄火山的玄武岩,在一个大气压下熔融后,开始结晶的温度为1160~1235℃,完全结晶是1060℃,花岗岩的熔点为950±50℃。

(4)玻璃包体均一法测温

如均一法测得霞石岩中橄榄石均一温度为1220~1290℃,辉石为1120~1280℃;流纹岩中石英为790~1220℃,透长石为1100~1200℃。

(5)地质温度计及地质压力计

根据热力学、岩石物理化学及实验岩石学资料,利用能斯特分配定律,通过计算平衡共生矿物的共有成分分配函数,可以较准确地测定出矿物的大致结晶温度。如二长石温度计、二辉石温度计、钛铁氧化物温度计等。

3.岩浆的黏度

黏度是岩浆的重要性质之一。黏度是液体或半流体流动的难易程度,越难流动的物质黏度越大。岩浆的黏度主要与岩浆的成分(氧化物)、挥发分、温度和压力有关。

(1)氧化物

SiO2、Al2O3、Cr2O3的存在,将使黏度显著增加,尤以SiO2的含量影响最大。SiO2升高,黏度升高。所以,基性岩黏度小,以溢流为主;酸性岩黏度大,多以爆发形式为主。

(2)挥发分

挥发分的存在将显著降低岩浆的黏度,挥发分含量升高,黏度降低。

(3)温度

温度也是影响岩浆黏度的重要因素之一。温度升高,黏度下降。

(4)压力

压力对黏度的影响要复杂得多,对于不含水的干岩浆,则压力升高,黏度增加;但对于富水岩浆,由于压力升高可明显增加水在岩浆中的熔解度,因此,反而使黏度在一定压力区间内降低,当压力升高到一定程度,水在熔浆中的溶解已达饱和,水含量不再随压力升高而增加,这时压力进一步升高,岩浆的黏度则呈增高的趋势。

二、岩浆岩的概念

岩浆岩是指地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆,在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石,也可称之为火成岩。或简单地说,由岩浆冷凝固结而成的岩石称为岩浆岩(图11-2)。由于在岩浆冷却过程中会失去大量挥发分,所以岩浆的成分和岩浆岩不完全相同,岩浆岩是失去了大量挥发分的岩浆冷凝物。

岩浆岩通常分为喷出岩和侵入岩两大类。

1.喷出岩

喷出岩是指岩浆沿着构造裂隙上升,由火山通道喷出地表(溢流或爆发等)而形成的一种岩石。由火山喷溢流出的熔浆冷却而形成的岩石又叫熔岩(图11-3)。由于熔浆在地表条件下冷却很快,所以喷出岩结晶程度都比较差,甚至完全是玻璃质岩石。

2.侵入岩

侵入岩是指岩浆在地表以下不同深度部位冷凝而形成的一种岩石。由于冷却较慢,所以侵入岩的矿物结晶颗粒一般比较粗大,肉眼多能清楚地看出矿物结晶颗粒。侵入岩又可根据形成的深度不同进一步分为深成岩和浅成岩。深成岩多呈较大的岩体产出,浅成岩则常呈小岩体出现。

图11-2 野外观察到的岩浆岩

图11-3 熔岩的表面形态

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