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第 六 章 玄武岩类,火山岩的一般特点及分类 玄武岩类的基本特征及主要种属 玄武岩类的成因概述,1 火山岩的野外产状（火山岩相）,制作火山模型 Megan (7 岁) and John Mark (6 岁),第一节 火山岩的一般特点及分类,(E)次(潜)火山岩：与火山岩同源但为侵入产状的侵入体， 深度一般小于0.5km 特点： 同时代但时间稍晚； 同外貌但结晶稍好； 同空间但范围较大； 同成分但变化范围大。 (F)火山沉积岩：是火山作用叠加沉积作用的产物，一般远离火山口，由喷出岩、沉积火山碎屑火山碎屑沉积岩、沉积岩系组成。在水盆地、破火山口凹地中沉积，也可以与泥石流、冰川等堆积物伴生,火山岩根据形成环境可分为陆相和海相火山岩 陆相火山岩： 与下伏地层不整合， 风化壳发育， 与陆相动植物化石和陆相沉积岩共生 成分变化大，红顶绿底，柱状节理发育 海相火山岩： 与下伏地层整合， 风化壳不发育， 与海相生物化石和沉积岩 成分变化小，枕状构造（陆相水体中也有）,“红顶绿底” 火山岩的氧化作用,3 主量元素与火山岩类,after J. Johnson,火成岩TAS分类图（IUGS, 1989),4 流动特点与火山岩类,after J. Johnson,5 矿物成分与火山岩类,after J. Johnson,1 基本特征,第二节 玄武岩的基本特征及主要种属,玄武岩类：基性火山熔岩, w(SiO2)含量在45% 53% 之间 常见矿物：斜长石、辉石、橄榄石 常见产状：粘度小，形成熔岩流、熔岩被、枕状熔岩 分布特点：从古至今，从洋底到大陆,Basalt lava, by USGS,火成岩 TAS 分类图（IUGS, 1989),2、 系列划分 a,镁铁质岩浆系列,3、 系列划分 b,(一)Hy3，亚碱性系列玄武岩,1 Al2O316%,高铝玄武岩 2 Al2O3<16%,拉斑玄武岩系列 (1)有Q 石英拉斑玄武岩 (2)Ol<5%，橄榄拉斑玄武岩 (3)Ol2540，苦橄拉斑玄武岩,(二)Hy<3%,有Ol，无Ne, 过渡玄武岩,1 Ol<25% 橄榄玄武岩 2 Ol=2540,苦橄玄武岩,(三)有Ne，碱性玄武岩系列,1 Ne5%, Ol5%, Ol525， 碧玄岩 4 有Ne，Ol2540，碱性苦橄玄武岩,3、大洋盆地中两类主要的玄武岩,表 61,拉斑玄武岩和碱性玄武岩在岩石学和形成环境上的主要区别,拉斑玄武岩,碱性玄武岩,常为细粒和间粒结构,粒度较粗，为间粒辉绿结构,基 质,无橄榄石,常见橄榄石,单斜辉石为普通辉石，有时具易变辉石),钛辉石 (红色),斜方辉石（紫苏辉石）常见，可作为橄榄石反应边,无斜方辉石,无碱性长石,可出现填隙的碱性长石或似长石,填隙玻璃和石英常见,无填隙玻璃, 缺少石英,橄榄石少见, 无环带d, 可部分熔蚀,常见环带状橄榄石,斑 晶,或显示斜方辉石的反应边,斜方辉石不常见,缺少斜方辉石,常见早期的斜长石,斜长石不常见，若有也是晚期的,单斜辉石为普通辉石Clinopyroxene is pale brown augite,单斜辉石为钛辉石，具红色边缘,after Hughes (1982) and McBirney (1993).补充,Tholeiitic Basalt and Alkaline Basalt,构造环境,洋脊为主，可出现在洋岛、俯冲带,洋岛为主，可出现在俯冲带,AFM diagram: can further subdivide the subalkaline magma series into a tholeiitic and a calc-alkaline series,. AFM diagram showing the distinction between selected tholeiitic rocks from Iceland, the Mid-Atlantic Ridge, the Columbia River Basalts, and Hawaii (solid circles) plus the calc-alkaline rocks of the Cascade volcanics (open circles). From Irving and Baragar (1971). After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.,4、 岩相学与主要种属,主要结构：玄武岩一般为斑状结构，少量为无斑隐晶或玻璃质结构，基质的结构类型较多，主要有： 粗玄结构(间粒结构)：在不规则排列的长条状斜长石微晶形成的间隙中，充填有若干个粒状辉石与磁铁矿颗粒(冷却较缓慢条件下结晶) 间隐结构：杂乱排列的斜长石之间，全部被隐晶质或玻璃质充填, 拉斑玄武结构(间粒间隐结构)：介于前两者之间，充填物有辉石、磁铁矿、隐晶玻璃质 玻基斑状结构：基质完全由火山玻璃组成。,拉斑玄武岩（tholeiitic basalt） 主要矿物： 斜长石（浅色） 辉石（暗色） 赤铁矿,4、 岩相学与主要种属 亚碱性系列,Beartooth Mountains, by Kurt Hollocher, 2003,粗玄岩（dolerite） 全晶质 粗玄结构,长 6 mm,4、 岩相学与主要种属 亚碱性系列,细碧岩（spilite）,4、 岩相学与主要种属 亚碱性系列,杏仁状构造,高Na2O， 钠长石绿泥石 ？海底玄武岩受到富Na海水的作用,4、 岩相学与主要种属 碱性系列,碱性橄榄玄武岩 （alkali olivine basalt）,橄榄安粗岩（碱性橄榄玄武岩的变种） （mugearite）,（无紫苏辉石，含钛较高的普通辉石和透辉石，斜长石和碱性长石）,（斜长石为更长石）,4、 岩相学与主要种属 碱性系列,碱玄岩（tephrite）,from Banne dordanche, Monts Dore, France,角闪石,似长石,基质斜长石,w(Ne) 5%, w(Ol) < 5%, SiO2明显不饱和，碱含量高 含似长石、基性斜长石和含钛辉石,4、 岩相学与主要种属 碱性系列,碧玄岩（basanite）,w(Ne) 5%, w(Ol) 5%, SiO2明显不饱和，碱含量高 富橄榄石区别于碱玄岩,相关的超镁铁质火山岩,A. 常见组成 斑晶：橄榄石, 辉石 基质：橄榄石微晶, 辉石微晶, 基性玻璃 B. 常见类型 苦橄岩：化学成分与橄榄岩相当 玻基纯橄岩(麦美奇岩)：玻基斑状结构 科马提岩：常见枕状构造, 具独特的鬣刺结构和化学成分,玄武岩的熔融关系,液相线(liquidus) 固相线(solidus),玄武岩,晶体 熔体,熔体,第三节 玄武岩类的成因概述,1、岩浆起源,岩浆源区： 岩石圈地幔、软流圈 （二辉橄榄岩）,Note: 地幔岩石在“正常”的大洋地温梯度下不能熔融,after Wyllie, P. J. (1981). Geol. Rundsch. 70, 128-153.,固相线,液相线,部分熔融：岩石所处的物理状态位于固相线与液相线之间,熔融机制(1)：升温,“正常”的大洋岩石圈地温梯度,固相线,液相线,升温后，地温梯度向固相线平移,熔融机制(2)：减压,“正常”的大洋岩石圈地温梯度,固相线,液相线,减压后的地温梯度,熔融机制(3)：增加挥发份（尤其是H2O）,H2O饱和的固相线,地温梯度,干体系的固相线,大陆和大洋玄武岩形成机制的差异（含角闪石橄榄岩的部分熔融）,after Wyllie (1979). In H. S. Yoder (ed.), The Evolution of the Igneous Rocks. Fiftieth Anniversary Perspectives. Princeton University Press, Princeton, N. J, pp. 483-520.,大陆地盾区地温梯度,大洋地温梯度,角闪石分解曲线,金云母分解曲线,二辉橄榄岩 H2O饱和体系固相线,大陆地盾区：角闪石（含水矿物）在d 点分解释放出H2O ，使源区成为H2O体系，在e 点发生部分熔融,大洋：若源区本身为含H2O体系，则岩石在a 点部分熔融发生后；若源区本身为干体系，则在角闪石分解(b 点)和金云母分解(c 点)后变为含水体系,2、玄武岩的原生岩浆问题： 原生岩浆(primary magmas)：直接由地幔熔融产生的岩浆。 从地幔源区产生后，没有经过成分的改变，而直接上升到地表，即在上升过程中，既无分异，也无混合或同化混染。 演化岩浆（evolved magmas)：由原生岩浆演化而形成的岩浆 母岩浆（ parental magmas ）：能够通过各种作用(分异、同化、混染)产生派生岩浆的独立的液态岩浆。 它既可以是原生岩浆，也可以是演化岩浆。 派生岩浆(derivative magmas)：由母岩浆派生出来的岩浆。,(地幔)原生岩浆的性质,在地幔深部形成后没有受到过分离结晶和同化混染影响 识别标志（Criteria for primary magmas） 有最高的 Mg# (100Mg/(Mg+Fe) ，为真正的母岩浆 二辉橄榄岩实验表明： Mg# = 66-75 Cr 1000 ppm Ni 400-500 ppm,3、 玄武岩成分变异的原因 a,地幔源区成分的差异性（举例，源区Al与Mg含量不同）, 源区富 Al，岩浆先结晶钙长石（An），后结晶透辉石（Di），总体 An Di, 源区富 Mg，岩浆先结晶透辉石（Di），后结晶钙长石（An），总体 Di An,相同成分的地幔源区在不同的熔融条件(温度、压力、挥发份)下，可以产生不同成分的玄武岩,3、 玄武岩成分变异的原因 b,举例：压力的效应,Kushiro (1968), J. Geophys. Res., 73, 619-634.,硅过饱和,硅不饱和,硅高度不饱和,拉斑质,拉斑质,碱性,霞石,镁橄榄石,石英,Liquids and residuum of melted pyrolite,Figure After Green and Ringwood (1967). Earth Planet. Sci. Lett. 2, 151-160.,实验岩石学资料表明：,较浅部熔融有利于形成拉斑玄武岩 25% melting at <30 km tholeiite 25% melting at 60 km olivine basalt 较高度部分熔融有利于形成拉斑玄武岩 20 % melting at 60 km alkaline basalt 30 % melting at 60 km tholeiite,4、 玄武岩形成的构造环境 (图示),By European Space Agency,4、 玄武岩的构造环境（四大类）,洋中脊玄武岩,部分熔融程度高(20-30%), 不相容元素亏损, 一般出现拉斑玄武岩,大陆溢流玄武岩,部分熔融程度低, 不相容元素富集, 易出现碱 性熔浆; 随熔融程度的增高, 不相容元素的比例降低, 转而出现拉斑玄武岩质熔浆，常形成大火成岩省（LIPs）,大陆边缘玄武岩,熔融温度降低，熔融程度高，形成富含挥发份的熔浆. 结晶速度快，且伴随明显的结晶分 异作用，形成玄武岩-安山岩-英安岩组合,源区浅,源区深,富含挥发份,mid-ocean ridge basalt, MORB,continental flood basalt, CFB,continental margin basalt, CMB,洋岛玄武岩,ocean island basalt, OIB,源区深,部分熔融程度高, 来自软流圈, 可以出现拉斑玄武岩和碱性玄武岩,三个岩浆系列形成的构造环境比较,After Wilson (1989). Igneous Petrogenesis. Unwin Hyman - Kluwer,全球大火山岩省,Coffin et al. 2006 Oceanography,典型的大陆溢流玄武岩和大火成岩省,ProvinceAge (Ma) V (x106 km3) Duration (Ma)Flux (km3/y) Colum. River 16 1.3 1.50.1-0.9 Ethiopia31 1.0 1 NAMP57 1.0 1 Deccan 66 8.2 10.75-1.75 Etendeka132 1.0 1 or 5? Antarctica176 0.5 1? Karoo 183 2.0 0.5 - 1 CAMP201 1.0? 2.0 1 Kerguelen12015-24403.4-5.4 Ontong Java12036-761-5150,Adapted from various sources; Also see: Coffin & Eldholm 2004 Rev Geophys,