岩浆岩构造(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第五节、岩浆岩构造广义的岩浆岩构造既包括了各种不同类型岩浆岩体形成与演化的大地构造环境与岩浆岩的大地构造意义，又囊括了岩浆岩体的形态、产状、内部结构等特点方面的内容。由于前者在更大程度上隶属于大地构造学的研究范畴，这里重点对后者加以论述。由于岩浆岩体构造的特殊性与复杂性，尤其古老克拉通与不同时期造山带内深成侵入体构造属性的复杂性，所以长期以来关于岩浆岩体的构造特点及其成因机制一直是人们关注且有争论的课题。这里仅概要介绍岩浆岩体构造的一些基本认识与近期研究的主要进展。一、 喷出岩体及其原生构造喷出岩体有三种基本类型：熔岩被、熔岩流和火山锥。它们的出现受岩浆喷出方式、熔岩

2、性质和熔岩构造形态的差别控制。 熔岩被：规模巨大、范围广泛、但厚度与成分相对稳定且产状平缓的喷出岩体。覆盖面积达到数千乃至数十万平方公里，厚度可以达到数千米。熔岩被形成方式主要是镁铁质玄武岩的裂隙式喷发。比如峨眉山玄武岩，其覆盖面积可以达十几万平方公里，遍布四川、云南、贵州等省。熔岩流：一种呈带状或舌状展布、多局限于宽阔的河谷或低洼地带的熔岩体。熔岩流一般规模小，长度、宽度与厚度变化都很大，而且产状也常有一定变化，受局部地形影响显著。熔岩流是由中心式喷发形成的岩体。 火山锥：围绕火山口呈锥状堆积着的火山喷发物。火山锥的形态与规模决定于火山喷发的规模、强度与熔岩的物理性质。火山锥是典型中心式喷发

3、的产物。根据火山喷发的组成与性质，火山锥包括：火山渣锥、火山碎屑锥、熔岩锥和复合锥四种基本类型。在喷出岩体形成过程中，岩浆由液态熔浆冷凝固结形成喷出岩，并形成一些喷出岩体特有的构造型式，这些构造称为原生构造。喷出岩体的原生构造是以岩浆喷出地面到岩浆冷凝所形成的各种构造。喷出岩体的原生构造广泛应用于确定岩层的顶底面、确定熔岩流动方向，恢复火山机构。（1） 流线和流面构造火山岩体的流线和流面构造与侵入岩体流线和流面的成因类似。流线由针状、柱状矿物及长条状火山碎屑定向排列形成。它可以指示熔岩流的相对流动方向。流面是由片状，板状矿物以及扁平状火山碎屑定向排列形成的。流面大致与火山熔岩流底面平行。（2）

4、 流纹构造流纹构造是由于熔浆流动而形成的。是由不同颜色的条带或矿物以及拉长的气孔等呈平行排列的一种构造。流纹构造可以指示熔岩的流动面产状，它主要发育在流纹岩等酸性或碱性火山熔岩中。（3） 气孔构造和杏仁构造岩浆从火山口溢出时，由于温度降低，岩浆中的挥发分向外逸出，有的被存留在冷凝的火山岩中，形成圆形、串珠状、管状及不规则形状的气孔，把这种气孔叫气孔构造；如果气孔构造内被方解石、沸石等矿物等充填，就成为杏仁构造。气孔构造和杏仁构造多分布在火山岩层的顶部且平行底层面（图2-5-1）。图2-5-1气孔及杏仁构造a 熔岩中气孔形态、分布与岩层顶底关系（据E. S. Hills, 1972）；b 管状气

5、孔分叉指向岩层底面（据R. R. Schrock, 1948）（4） 绳状构造熔岩流的表面外壳受其下流动着的熔岩流影响形成的绳状卷曲构造叫绳状构造。它代表了熔岩的顶面。（5） 枕状构造枕状构造是海底火山喷发形成的一种构造（图2-5-2）。特点为顶部是椭圆形的凸形表面，而底面是平坦的。枕状构造由玻璃质的外壳和显晶质的内核组成；枕状构造内部有气孔构造和放射节理。气孔构造主要在枕状构造的边缘部位。图2-5-2枕状构造Fig. 2-5-2 Pillow structures from pillow lavaa-基性熔岩中的岩枕；b-岩枕中龟裂及气孔；1-玻璃质；2-微晶；3-显晶质；4-放射状裂隙；5

6、-边部气孔2 火山岩体的原生破裂构造熔岩流在冷凝收缩过程中形成垂直于熔岩流表面的破裂构造，并把熔岩分割呈多边形柱状体称为柱状节理。有些柱状体的长轴呈环状、半环状或放射状排列（图2-5-3）。二、侵入岩体及其原生构造深源岩浆侵入到地壳深部，但未出露地表而形成侵入岩体。侵入岩体的产状、构造及内部构造特点，不仅与岩浆自身特点有关，而且与岩浆就位的深度、环境、围岩的构造等有着密切的联系。 依据侵入岩体与围岩的产状关系特点，可以识别出两种基本型式。整合侵入体的形态产状与围岩层理或片理具有协和性，而不整合侵入岩体的边界往往切穿围岩的面状构造。无论整合侵入岩体，还是不整合侵入岩体，它们的形态、规模和产状都有

7、很大的变化。在整合侵入岩体中，岩体顺层呈板状分布构成岩床（规模、厚度小，成分以镁铁质为主，也有其它成分的岩床）；岩体呈透镜状上凸下平，称为岩盖；呈新月型或马鞍状时称为岩鞍（规模较小，常为酸性和碱性岩体）；规模巨大的岩体呈盆状出现时称为岩盆（直径可达上百公里，厚度达上千米，常由镁铁质、超镁铁质与碱性岩构成）。在不整合侵入岩体中，规模巨大，面积达数百或上万平方公里的岩体称为岩基。岩基组成多为花岗质成分，而且常常为由多成分、不同阶段就位的岩体（单元）构成的复式岩体 图2-5-3 a-以侵入岩体为中心的放射状岩墙群；b-平行岩墙群Fig. 2-5-3 a-Radiative dyke warms ar

8、ound an intrusive body; b-parallel dyke swarms图2-5-4 a-锥状岩席和 b-环状岩墙的立体图Fig. 2-5-4 Block diagrams of coned sheets and ringed dyke swarms（超单元）（高秉璋等，1991）。这类岩体的构造特点与侵位机制，将在下文详述。成分单一、规模较小、形状变化较大，平面上多为圆形的岩体称为岩珠；具有树杈状分布的岩体称为岩枝，这些岩体普遍规模较小，可以是由长英质到超镁铁质各类岩石组成；切层延伸呈板状的侵入体称为岩墙。岩墙很少作为单一侵入体产生，普遍情况是多条岩墙相互伴生，构成岩墙群

9、（图2-5-3a, b）岩墙群内的岩墙可以多种不同组合型式出现。岩墙平行排列构成平行式岩墙群（图2-5-3b），它的形成往往与区域构造应力场有直接联系。岩墙群可以以一个侵入体为中心，组成放射状岩墙群、锥状岩墙群（图2-5-4a）或环状岩墙群（图2-5-4-2），它们的出现直接受岩浆岩体上侵过程中产生的局部应力场制约。图2-5-5锥状岩席和环状岩墙形成的应力状态分布剖面图（据Anderson，1936）Fig. 2-5-5 Stress patterns for the formation of coned sheets and ringed dyke swarms (from Anderson

10、, 1936)M-岩浆房；虚线与细线代表主应力迹线；粗实线代表最大剪应力迹线图2-5-6 侵入岩体立体图（据Hills）Fig. 2-5-6 Block diagram of an intrusive body (from Hills, 1972)M-边缘冲断层，有的含有细晶岩；F-流面和叶理；L-线状流动构造；Q-横节理，有的贯入细晶岩；Str-拉伸面，围岩中发育有平行岩体接触面的片理关于锥状岩席和环状岩墙的成因，Anderson（1936）作了较详细的解释。他在实际地质工作的基础上，分析了形成锥状岩席和环状岩墙的应力状态，绘制了应力迹线图解（图2-5-5）。如图所示，岩浆上升侵位过程中，对

11、上覆围岩造成强大的挤压力。此时，最大主应力迹线如图中细实线所示，自岩浆房向外呈辐射状，因此形成剖面上呈锥状的张裂系，被岩浆充填形成锥状岩席。岩浆冷凝结晶过程中，使得上升时对上覆围岩造成的压力逐渐减小，最大主应力迹线如图中虚线所示，近平行于岩体与围岩的接触界面，最小主应力迹线如细实线所示与接触界面近于垂直。图中的粗实线代表与最大主应力迹线相交约30方位的剪应力迹线方向形成的剪裂面，经岩浆充填后形成环状岩墙。侵入岩体是一种特殊的地质体，其特殊性在于岩体侵位与变形改造作用的复杂性。岩浆从炽热的熔浆逐渐冷凝、结晶形成侵入岩体。在此过程中岩体经历了一种降温过程，而围岩则经历了升温-降温过程。为此，在侵位

12、过程中不仅岩体自身，而且围岩都具有显著的力学性质变化与变形机制转变（岩体由流动变形经塑性变形过渡到脆性变形）并形成了相应的构造型式与构造组合。岩浆岩体侵位与冷凝过程中形成的构造型式称为原生构造。对于岩浆岩体（尤其大规模岩体更显著）常常保留的原生构造包括了原生流动构造、原生破裂构造与塑性变形构造。1 侵入岩体的原生流动构造由于岩浆向上运移以及岩浆活动时与围岩的摩擦作用，引起岩浆各部分流速发生变化，导致早期结晶的柱状矿物、片状矿物、析离体和捕掳体定向排列，形成两种主要的流动构造：线状流动构造和面状流动构造（图2-5-6）。（1） 线状流动构造线状流动构造简称流线。主要是针状、柱状、长条状矿物（角闪

13、石、辉石、长石等）、长条状析离体和捕掳体等长轴呈定向平行排列称为流线。岩浆早期流动过程中，早期结晶的矿物、析离体和捕掳体悬浮在未冷凝的岩浆中由于岩浆流速的变化，使不同方向分布的早期晶出矿物、析离体和捕掳体趋近定向平行排列。好象漂浮在河流中的木材顺流而下的情景，河流中部流速大于靠近岸边的流速，导致不同方向的木材定向排列。流线一般平行岩浆流动的方向。反映岩浆的流动状态，但不能反映出岩浆流动指向。（2） 面状流动构造面状流动构造简称流面。主要由岩浆结晶出的片状、板状矿物（云母、长石等）、扁平状析离体和捕掳体，在流动时平行阻力最大的围岩接触面方向排列而成面状构造。面状流动构造有时是由不同成分的矿物相对

14、集中而成层状或带状，所以又叫流层。 流面的形成与岩浆流动有关。由于岩浆运移过程中与围岩的摩擦作用以及向外挤压作用，使已冷凝结晶的片状、板状矿物及析离体和捕掳体平行围岩接触面排列。所以面状流动构造常发育在侵入岩体的边部和顶部。在侵入岩体中的流动构造发育程度是不同的，它受很多因素的影响。如岩浆组成成分的不同反映出的粘度和流速的不同、结晶分异程度的不同、接触面形态和位置的不同、侵入岩体的大小和深浅不同，流动构造发育的程度和明显的程度也就不同。所以，有的岩体流动构造较发育，而有的岩体则不发育；有的岩体流线发育且明显，有的岩体流面发育。流线代表岩浆流动的总趋势，但它不能表明围岩接触面的产状位置。流面则能

15、表明围岩接触面的产状位置，但不能指示相对流动的趋势。如果侵入岩体中的流线和流面都发育时，流线常包含在流面之内。观测时应先找流面，在流面上找流线。流面平行围岩接触面，所以利用它可恢复岩体的形状。 同构造片麻岩或就位片麻岩（Besthe等，1979）就是过渡转变阶段形成的一种典型岩石类型。岩石的基本特点是（高秉璋等 ，1991）：片麻理和构造变形带发育在岩体边部，但都不进入附近的围岩里；边缘片麻岩与岩体内部为渐变过渡关系，片麻状构造由边部向中心逐渐消失；接触变质晕围岩发生了片理化。岩体的片麻理和围岩的片理都平行岩体接触面，构成一种整合协调关系。片麻理的矿物发生了明显的构造变形，碎裂矿物往往发生了错

16、位移动，具有花岗结构或花岗变晶结构。对于同构造片麻岩，过去一般把它看成是岩浆流动造成的，称为流状花岗岩，或者把它归因于混合岩化（高秉璋等，1991）。其中出现的一些强烈变形现象，如典型的眼球状构造、矿物拉伸线理、捕掳体的压扁拉长、鞘褶皱等是由于在岩浆侵位过程中的早期阶段，岩体边部虽已固结成外壳。但其内部仍为热的熔融体，因此其外壳仍处于具有较高温度的塑性状态。而岩体的围岩也因岩浆侵入带来的热而处于塑性、半塑性状态。此时岩浆的内部压力将大于外部的静水压力，一方面会对四周围岩发生向外的挤压力；另一方面会因岩浆由深部向浅部运移时相对于围岩运动而形成剪切力，并使岩浆物质发生构造分异，形成片麻状构造。3侵

17、入岩的原生破裂构造岩浆冷却是个缓慢过程，不论岩浆体大小，总是由边缘向内部逐渐冷凝。开始在接触围岩附近先冷凝成硬壳，由于冷凝层的收缩，硬壳内开始发育有规律排列的破裂构造称为原生破裂构造。 Cloos在研究花岗岩体的破裂构造过程中，根据原生破裂构造与原生流动构造之间的关系，将原生破裂构造划分下列几种（图2-5-7）：（1） 横节理（Q节理）横节理的节理面与流线相垂直。产状较陡，节理面粗糙，没有擦痕面，可能是由于未冷凝的岩浆向上挤压作用产生的侧向水平拉伸作用形成的。属于张节理性质。横节理常被残余岩浆和岩浆期后热液物质充填。（2） 纵节理（S节理）纵节理面平行流线而垂直流面。节理产状较陡，节理面也较粗

18、糙并不显擦痕，可能是岩浆上冲，岩体产生的拉伸作用形成的。其性质也是张节理，但不如横节理发育，节理内可充填残余岩浆和岩浆期后热液物质。（3） 层节理（L节理）层节理面平行流面和流线，节理面产状平缓，多发育在岩体的顶部并与接触面平行。可能是由于岩浆在垂直围岩接触面冷却收缩而产生的破裂构造，所以也是张节理性质。常被细晶岩或伟晶岩脉充填。（4） 斜节理（D节理）斜节理面与流线和流面都斜交，是两组共轭的X型节理。节理面光滑，常见错动，节理面上擦痕和镜面发育。斜节理常发育在岩体顶部，可能是由于挤压作用导致的共轭剪切作用形成的，所以斜节理属剪节理性质。节理内常被岩脉和矿脉充填。图2-5-7岩浆岩体中的原生节

19、理（据Cloos，1922）Fig. 2-5-7 Primary joints in an intrusive body (from Cloos, 1922)F-流线；L-层节理；S-纵节理；Q-横节理；A-岩脉；Str-斜节理或平缓正断层（5） 边缘张节理在侵入岩体陡倾的边缘接触带内发育一组向岩体中心倾斜的斜列式的张节理称为边缘张节理。这种张节理的形成是由于未冷凝的岩浆向上运动而对已凝固的岩体边缘产生差异运动所致。边缘张节理可延伸到围岩中并被岩脉和矿脉充填。 （6） 边缘逆断层在深成侵入岩体陡倾斜侧出现的逆断层叫边缘逆断层。边缘逆断层的位移量很小，但是效应较大。Cloos认为是岩浆上升过程中

20、，岩体边缘形成的剪切破裂面发育而成。沿边缘逆断层本身还可能产生次一级的羽状剪节理。此外在岩体顶部由于侧向拉伸而形成顶部平缓正断层（图2-5-7）。三、花岗岩体构造与侵位机制花岗岩体侵位机制研究是侵入岩体研究中发展最迅速的一个重要方面。尤其80年代以来，随着花岗岩区区域地质填图的发展，已从单纯的花岗岩岩石学的研究向着花岗岩体岩石学、地球化学、岩体构造与侵位机制的综合研究方面逐步深入。我国地质学家对于花岗岩体构造与侵位机制的深入研究，主要始于80年代末期。洪大卫（1984）和高秉璋、高维敬等人（1987）考察了对花岗岩区地质研究程度较高的国家与地区的研究方法、思想方法和基本工作方法。肖庆辉等（19

21、88）综合国际地学界对于花岗岩地质研究的几个重要方面，编译了国外花岗岩体构造研究一书，介绍了最近20年以来国外学者对花岗质深成侵入体构造与侵位机制研究的重要进展与有关方面的代表论著。1986年-1990年原地质矿产部组织完成了花岗岩类区1：5万区域地质填图方法的研究工作，并继之开展了新一轮的花岗岩区1：5万区域地质调查工作，为推动我国在侵入体构造与侵位机制方面的研究工作奠定了基础对于侵入岩体的侵位机制，Grout（1945）首先提出底辟侵位机制。Billings（1954）概括了三种基本侵位作用型式：顶蚀作用、强力注入作用和花岗岩化作用。肖庆辉等（1988）高秉璋等（1991）和万天丰（199

22、9）对于花岗质侵入岩体侵位机制研究的现状分别进行了论述。普遍认为Castro（1987）对于深成侵入体侵位机制的概括是比较客观的。总结出岩体的侵位机制包括：隆起作用、底辟作用、气球膨胀作用、顶蚀作用、火山口沉陷作用与岩墙扩展作用。 隆起作用：由于炽热的熔浆与冷的上覆围岩之间具有显著的密度差而致使出现重力失稳，造成岩浆上拱而上覆围岩发生褶皱形成穹隆。在隆起作用过程中，有密度差造成的重力失稳是其主要动力来源之一，但是常常相伴出现的区域构造应力场也具有积极作用，在背斜核部形成穹隆，而在向斜核部产生凹陷。底辟作用：下部岩浆熔体向上顶托、穿刺围岩并形成具有倒水滴状侵入体的作用过程称为底辟作用。倒水滴状底

23、辟构造与边缘向斜是底辟作用的典型构造型式。另外，底辟岩体周围早期向外陡倾的岩层，其褶皱的轴面比岩层面或岩层包络面陡；底辟岩体顶部的岩层为压扁型应变，但岩体与两侧围岩之间为剪切应变，具有拉伸线理、鞘褶皱和拉伸岩墙布丁构造等。 气球膨胀作用：侵入岩浆的膨胀或横向拓宽使围岩压扁、缩短而扩大岩体占据的空间。气球膨胀作用模式是Ramsay（1981）提出的，他合理地解释了大规模岩体或岩基的就位空间问题。一般认为（朱志澄、宋鸿林，1990），岩浆初始侵位时，只占现有体积的30-40%，而现有体积的大部分是由脉动上升的岩浆对先期固结的岩浆物质向四周推挤获得的。气球膨胀作用产生的岩体、构造特点与底辟岩体具有显

24、著的差异（图2-5-8）：（1） 岩体的平面形态多为圆形和椭圆形，立体形态多为蘑菇状或漏斗状；（2） 岩体发生横向拓宽，而围岩则发生整体压扁收缩。岩体横向拓宽的体积比初始体积大1-2倍以上。（3） 岩体周围围岩发生明显变形，围岩中具有平行于接触面的面状组构，面状组构的发育程度由接触面向外逐渐减弱，在接触面附近往往构成了片理级的面状组构；（4） 岩体内部具有平行接触面的面状组构，面状组构的发育程度由接触面向岩体中心递减，在岩体的边缘带发育最强，往往构成片麻状叶理；（5） 岩体内部的岩石类型呈同心环带或分带展布：分布在边缘的岩石，时代最老，成分偏于镁铁质，而中心带的岩石时代最年轻，成分偏于长英质；

25、 （6） 如果没有后期构造改造，岩体和围岩的应变型式都属整体压扁型；Flinn参数1K0；叶理和片理面上都没有拉伸线理；岩体内的应变强度由边部向中心递减；（7） 在岩体的边部发育了被细晶岩，伟晶岩等岩石充填的径向、环状和锥状的侵位裂隙；（8） 接触变质晕中的变斑晶与叶理为同构造生长。穹隆构造、底辟构造与气球膨胀岩体构造实际上是岩体侵位不同演化阶段，由于不同侵位机制及其转变形成一系列侵位构造型式。它们之间具有密切的成因联系。岩墙扩展作用：深部岩浆沿着断裂上升至地表浅部，在岩浆上升过程中岩浆运移的断裂或通道不断扩展、加宽，上升岩浆在浅部聚集形成大规模深成岩体。 （1） 平面形状为不规则状；（2）

26、一般没有内部构造；（3） 在侵位过程中围岩的作用是被动的。侵入作用以前的围岩在接触面附近并未被扰动；（4） 接触面弯曲，往往与围岩互相穿插；（5） 在岩体边缘常见有一些小规模顶蚀作用。岩墙扩展机制是大陆伸展构造环境中岩浆上升侵位的重要机制。岩浆沿着由应力各向异性产生的张性断裂上升。张性断裂切割深度可以很大（达40Km），并达到深部岩浆房。顶蚀作用：由热的岩浆在周围引起的热至爆裂及岩浆的裂块下沉的同时向裂隙中的侵入作用，其发育常常局限于不整合侵入岩体的边缘带附近。 顶蚀作用形成的岩体，在内接触带常有不规则状、棱角状且规模不等的捕掳体，捕掳体与岩浆之间的反应引起同化和混染现象。顶蚀岩体与围岩的接触

27、面常常呈凹凸不平状，一般不发育由侵位产生的定向组构（朱志澄、宋鸿林，1990）。火山口沉陷作用：这是基性深成岩体的典型侵位机制，指岩浆房顶盖塌陷而形成环状或锅状沉陷的岩浆侵位机制。岩体受伸展环境中的张性断裂控制，基性岩浆沿断裂上升定位于断裂的潜在空位中，基性岩浆冷却后形成环状断裂将岩体分割成环状断块。关于深成岩体的侵位机制，马昌前等（1994）将Castro（1987）等人提出的分类归纳为三种基本类型，即主动侵位作用、被动侵位作用与诱发侵位作用。主动侵位作用包括隆起作用、底辟作用和气球膨胀作用。在这几种侵位机制中，岩浆是以本身巨大的能量来开辟占据空间的；被动侵位作用包括岩墙扩展作用、顶蚀作用和火山口沉陷作用，岩浆是沿先存断裂或构造缺陷，或是在区域性伸展作用下被动式侵位的；诱发侵位作用是岩浆沿低角度张性断层带注入侵位的。 专心-专注-专业