1、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66b. 沉积岩：占地壳体积的8c. 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
2、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、 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 petr
4、ology. 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,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,主要是研究岩浆的起源、运移、
5、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
6、（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
7、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 H2O),大
8、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 m300 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,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
9、 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
10、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SiO2 、TiO2、 Al2O3 、Fe2O3 、 FeO 、 MnO、 MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、H2O、CO2 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： Mg2、 Na +、SiO44-。,1）常量元素： （含量大于0.1%）硅酸盐岩浆化学成分以SiO2含量最多，在岩浆中SiO2的含量与其它氧化物之间存在一定的消长关系（举例）。 根据SiO2含量将硅酸盐岩浆分成4种类型： （1）酸性岩浆 SiO2 63（wt%） （2）中性岩浆 SiO2
11、 5263（wt%） （3）基性岩浆 SiO2 4552（wt%） （4）超基性岩浆 SiO2 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H2O和CO2 ，其次是 SO2、 SO3 、 CO 、
12、N2、HCl、Cl2、F、H2S 、CH4 ，其总量一般10。挥发分通常溶解在岩浆中，溶解度随压力增加而增大，随温度的增加而降低。例如： 流纹质岩浆：900、5108Pa 时 含10%的H2O900、1105Pa 时 含0.5%的H2O 火山爆发和岩浆热液矿产与挥发分有关,3. 硅酸盐岩浆的化学成分,4. 岩浆的物理性质,1）岩浆的温度：（1） 喷出熔岩的温度：通常：7001250基性熔岩：10251225酸性熔岩：735890 （2）岩浆温度的获得方法：a. 直接测量法：测量正在喷发的熔岩流的温度b. 火成岩的熔化法：c.玻璃包裹体熔融均一法测温法d. 矿物温度计计算法,2）岩浆的粘度：（1
13、）粘度：是液体或半流体流动的难易程度。单位：Pa.S（帕斯卡秒，相当于20 度时水的粘度的1000 倍）。（2）影 响 粘 度 的 因 素 a.氧化物：SiO2, Al2O3, Cr2O3 的存在使粘度增加，尤其SiO2。 因此，基性岩粘度小，以溢流为主；酸性岩粘度大，多以爆发形式为主。 b. 挥发份：其存在将显降低岩浆粘度。挥发份增加，粘度降低。 c. 温度：温度升高，粘度降低。 d.固体物质含量：其数量越多，岩浆粘度就越大。 e.压力：对于不含水的干岩浆，压力升高，粘度增加。对于富水岩浆，较为复杂：,4. 岩浆的物理性质,I. 压力增加,挥发份溶解度增加,粘度降低; II. 压力达到一定值
14、,挥发份饱和,粘度随压力升高而增加.,压力,粘度,饱和点,3） 岩浆的密度影响因素：（1）化学成分：基性岩浆密度大，酸性岩浆密度小；（2）压力增加，岩浆密度增大。例如：玄武质岩浆 p=1105pa时，2.63g/cm3p=17108pa时，2.90g/cm3（3）熔体中含水时，岩浆密度降低。,4. 岩浆的物理性质,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，直至最终固结成岩，发生各种复杂的变化过程，这一过程就称为岩浆作用。（1）侵入地壳之中侵入作用侵入岩(intrusive rocks)（2）喷出地表火山作用 喷出岩(extrusive rocks),5. 岩浆作用及火成岩,1
15、） 岩浆作用（Magmatism）,火成岩的产状,火山喷发,（1）深成岩的特点：a. 矿物颗粒较粗b. 有含水矿物 （2）侵入体：某一成分岩浆一次侵入活动形成的具有独立形态的单一地质体 （3）杂岩体 ：是多次侵入形成的单成分或复成分的岩体 （4） 侵入岩根据其形成深度，可将其划分为：a. 浅成岩（03 km）b. 深成岩（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
16、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100km2岩株（stock）：面积小于100km2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
17、10km,6. 火成岩的产状与相,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
18、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,Struc
19、tures 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 ca
20、ldera.,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.
21、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
22、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,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*,
