岩石学-11-精品文档.ppt
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1、岩浆岩岩石学岩浆岩岩石学西北大学地质系西北大学地质系赖绍聪赖绍聪2005年年4月月第十一章第十一章 岩浆矿物的结晶作用岩浆矿物的结晶作用 自然界岩浆的结晶过程、岩浆岩中矿物共生规律、结构构造以及岩浆岩成因自然界岩浆的结晶过程、岩浆岩中矿物共生规律、结构构造以及岩浆岩成因等一系列问题,除与地质条件密切相关外,也服从一定的物理化学原理。等一系列问题,除与地质条件密切相关外,也服从一定的物理化学原理。 喷出岩和大多数侵入岩是在地表或离地表不远的地表浅部形成的,所以在低喷出岩和大多数侵入岩是在地表或离地表不远的地表浅部形成的,所以在低压下硅酸盐系统相平衡的实验研究对理解岩浆矿物结晶作用具有重大意义。压
2、下硅酸盐系统相平衡的实验研究对理解岩浆矿物结晶作用具有重大意义。第一节第一节 一元系相图及其岩石学意义一元系相图及其岩石学意义 一元系是指研究对象只有一种纯物质,即独立组分数一元系是指研究对象只有一种纯物质,即独立组分数C1。在此只介绍石。在此只介绍石英的相图。英的相图。 石英(石英(SiO2)的相图及其岩石学意义)的相图及其岩石学意义: 1、相图特点、相图特点 L为熔体;为熔体;Cr为方石英;为方石英;Tr为磷石英;为磷石英; -Q为为石英;石英; -Q为为 石英;石英;TC为柯石英。为柯石英。 2、岩石学意义、岩石学意义 (1)磷石英()磷石英(Tr)、方石英在低压高)、方石英在低压高温下
3、稳定,侵入岩中不出现,仅见于火山温下稳定,侵入岩中不出现,仅见于火山岩中,有时准稳态见于低温环境中,是低岩中,有时准稳态见于低温环境中,是低压的指示矿物。压的指示矿物。 (2)石英和石英和石英:酸性火山岩和超石英:酸性火山岩和超浅成岩中常见浅成岩中常见石英假象,因为这种岩浆温石英假象,因为这种岩浆温度高,在地下压力较大的情况下,石英首度高,在地下压力较大的情况下,石英首先结晶,形成高温先结晶,形成高温石英;而同种成分的侵石英;而同种成分的侵入岩则温度较低,且石英是最晚期结晶的入岩则温度较低,且石英是最晚期结晶的产物,因此为产物,因此为石英石英。 (3)柯石英是高压环境的指示矿物)柯石英是高压环
4、境的指示矿物。第二节第二节 二元系相图及其岩石学意义二元系相图及其岩石学意义一、一、AbAn系统系统 这是一个固态无限混溶相图。固态溶液又称固溶体,它的特点是,两个端这是一个固态无限混溶相图。固态溶液又称固溶体,它的特点是,两个端元组分可以任意比例混合,组成固体的均一相。如斜长石系列,橄榄石系列。元组分可以任意比例混合,组成固体的均一相。如斜长石系列,橄榄石系列。 1、相图特点、相图特点:固相区,液相区,固液共存区,固相线,液相线。固相区,液相区,固液共存区,固相线,液相线。 (1)双变面:在液相区,自由度)双变面:在液相区,自由度 FCP12112,即温度,即温度与组成可以任意改变。因此,也
5、叫双变量区或双变面。与组成可以任意改变。因此,也叫双变量区或双变面。 (2)单变线:固、液两相处于平衡状态,)单变线:固、液两相处于平衡状态,F2211,即温度与,即温度与组成只有一个可以独立改变,而另一个只能随之作相应的改变,才能维持固、组成只有一个可以独立改变,而另一个只能随之作相应的改变,才能维持固、液两相平衡。因此,也叫单变平衡曲线或单变线。液两相平衡。因此,也叫单变平衡曲线或单变线。 (3)杠杆原理)杠杆原理 2、结晶过程、结晶过程 (1)平衡结晶过程)平衡结晶过程 (2)分离结晶作用:分离)分离结晶作用:分离结晶作用的影响表现为:结晶作用的影响表现为: a.延长结晶作用的过程;延长
6、结晶作用的过程; b.残余液相中更加富钠残余液相中更加富钠(Ab);); c.降低结晶作用的终结温度。降低结晶作用的终结温度。 3、熔融作用、熔融作用 在熔融过程的某一个温度上,在熔融过程的某一个温度上,熔浆的组分比较富钠熔浆的组分比较富钠(Ab),而),而难熔的固相残余物比较富难熔的固相残余物比较富An,温,温度越高,熔浆中越富度越高,熔浆中越富An。因此,。因此,固相组分越富固相组分越富An,起始熔融的温,起始熔融的温度越高。度越高。4、水水压压对对相相图图的的影影响响 5、岩石学意义、岩石学意义 (1)富钠组分的熔浆可以通过两种方式形成,一是比较富)富钠组分的熔浆可以通过两种方式形成,一
7、是比较富An矿物集合体矿物集合体的部分熔融;二是比较富的部分熔融;二是比较富An组分熔浆的分离结晶作用。组分熔浆的分离结晶作用。 (2)环带结构的形成)环带结构的形成 水压的影响:正环带(不平衡结晶);反环带(水压增大);韵律环带水压的影响:正环带(不平衡结晶);反环带(水压增大);韵律环带(水压波动)。(水压波动)。 岩浆的冷却速度和岩浆的冷却速度和过冷度也是形成环带的重过冷度也是形成环带的重要因素。要因素。a.非常缓慢冷却无环带;非常缓慢冷却无环带;b.较快速冷却正环带;较快速冷却正环带;c.快速冷却,由于大量固快速冷却,由于大量固相的晶出放出较多的相变相的晶出放出较多的相变焓,致使岩浆温
8、度回升焓,致使岩浆温度回升形成反环带;形成反环带;d.极快速冷却无环带。极快速冷却无环带。 二、二、OrAb系统系统 1、相图特点、相图特点 (1)Af碱性长石区碱性长石区 (2)Orss固熔体固熔体Abss固熔体共存区,固熔体分离曲线(不混熔曲线)固熔体共存区,固熔体分离曲线(不混熔曲线) (3)Or具有不一致熔融性质:即首先晶出另一种矿物,然后晶出矿物与熔浆具有不一致熔融性质:即首先晶出另一种矿物,然后晶出矿物与熔浆反应再生成该矿物,如在靠近反应再生成该矿物,如在靠近Or 一端,随温度下降首先晶出白榴石(一端,随温度下降首先晶出白榴石(Lc),然后),然后Lc与熔浆反应再生成与熔浆反应再生
9、成Or (4)最低点最低点M:M点是固相线与液相线的交点,它将相图分为两个部分,这点是固相线与液相线的交点,它将相图分为两个部分,这两个部分各自与两个部分各自与Ab-An系统类似。在系统类似。在M点处是两相平衡(液相点处是两相平衡(液相Af碱性长石)。碱性长石)。有的文献中把最低点有的文献中把最低点M作为结晶作用终结时的温度和组成,或者被描述成起始熔作为结晶作用终结时的温度和组成,或者被描述成起始熔浆的组成一定为最低点的组成,这是错误的。浆的组成一定为最低点的组成,这是错误的。M点两旁的两个部分与点两旁的两个部分与Ab-An系统系统一样,结晶作用进行时,固相与液相的组成均向着一样,结晶作用进行
10、时,固相与液相的组成均向着M点的方向变化,但液相组成点的方向变化,但液相组成不一定都终结于不一定都终结于M点,通常情况下,在没有达到点,通常情况下,在没有达到M点时,结晶作用就终止了点时,结晶作用就终止了2、结晶过程、结晶过程3、水压的影响:随、水压的影响:随PH2O加大加大(1) Lc结晶区大大缩小,当结晶区大大缩小,当PH2O2.5Kb时,时,Lc结晶区消失,结晶区消失,Or变为一致变为一致熔融性质。因此,深成岩中不出现熔融性质。因此,深成岩中不出现Lc(2)液相线和固相线温度大大降低,液相线和固相线温度大大降低,M点向点向Ab一端移动一端移动(3)PH2O对不混熔线影响小,对不混熔线影响
11、小,PH2O升高,曲线略有上升升高,曲线略有上升(4)当当PH2O3.6Kb时,固相线与不混熔曲线相交切,系统由时,固相线与不混熔曲线相交切,系统由“具最低点的具最低点的固熔体体系固熔体体系”转变为转变为“具共结点的固熔体体系具共结点的固熔体体系”,“最低点最低点M”转变为转变为“共结共结点点E”,共结点,共结点E为三相共存(液相为三相共存(液相OrssAbss),为不变平衡),为不变平衡4、熔融作用、熔融作用(1)PH2O3.6Kb后,为具共结点的固熔体体系,其熔融过程不一后,为具共结点的固熔体体系,其熔融过程不一样,以上图为例,凡是组成点位于样,以上图为例,凡是组成点位于MN之间的岩石,其
12、起始熔融的之间的岩石,其起始熔融的温度是一定的,即达温度是一定的,即达TE时起熔,起始熔浆的组成也是固定的,即时起熔,起始熔浆的组成也是固定的,即相当于共结点相当于共结点E的组成的组成(3)而成分点位于而成分点位于AbM和和NOr之间的碱性长石集合体,其熔融过之间的碱性长石集合体,其熔融过程与程与AbAn体系类似体系类似5、岩石学意义、岩石学意义 在喷出与浅成条件下形成的碱性长石温度高,常常只有一种碱在喷出与浅成条件下形成的碱性长石温度高,常常只有一种碱性长石存在;而在深成条件下碱性长石形成的温度低,常常有富性长石存在;而在深成条件下碱性长石形成的温度低,常常有富Or与富与富Ab两种碱性长石共
13、生两种碱性长石共生三、三、DiAn(透辉石钙长石)系统(透辉石钙长石)系统 该系统相当于简化的基性岩浆(玄武质岩浆体系)。该系统相当于简化的基性岩浆(玄武质岩浆体系)。 1、相图特点、相图特点: (1)分区:)分区:L; Di+L; An+L; Di+An (2)共结点:三相共存,)共结点:三相共存,F2310; 为不变点,温度与组成都不为不变点,温度与组成都不能变,直到结晶结束,熔浆耗尽。能变,直到结晶结束,熔浆耗尽。 (3)共结比:)共结比:58 : 42Di : An 2、结晶过程、结晶过程: (1)X1点点辉长结构辉长结构 (2)X2点点煌斑结构煌斑结构 (1)X3点点辉绿结构间粒结构
14、间粒间隐结构间隐结构辉绿结构间粒结构间粒间隐结构间隐结构 3、熔融过程、熔融过程: 4、水压的影响:、水压的影响: 水压升高,液相线温度降低,共结点向水压升高,液相线温度降低,共结点向An方向移动。方向移动。 5、岩石学意义、岩石学意义: (1)假设)假设PH2O12kb,相当于,相当于67km的中深成相,其共结比为的中深成相,其共结比为 Di : An 50 : 50 ,玄武质岩浆的成分大体与此类似,如,玄武质岩浆的成分大体与此类似,如X点。因此,侵入条件下:点。因此,侵入条件下:辉长结构;喷出条件下:辉绿、间粒、间隐等。从而可以解释基性深成岩与喷辉长结构;喷出条件下:辉绿、间粒、间隐等。从
15、而可以解释基性深成岩与喷出岩尽管成分相似,但结构不同。出岩尽管成分相似,但结构不同。 (2)中深成条件下,)中深成条件下,PH2O发生脉动式波动,则其共结比变化于发生脉动式波动,则其共结比变化于4060之间,对于之间,对于An=50%的辉长岩来说,将造成一时的辉长岩来说,将造成一时Py大量晶出,一时大量晶出,一时An大量晶出,大量晶出,形成典型的韵律式层理。形成典型的韵律式层理。 (3)在结晶过程中,如果)在结晶过程中,如果PH2O增加,则液相线下降增加,则液相线下降已晶出已晶出Py、Pl熔熔蚀;若蚀;若PH2O下降,则液相线上升,导致结晶作用加速进行。下降,则液相线上升,导致结晶作用加速进行
16、。 (4)即使是含暗色矿物大于)即使是含暗色矿物大于90的超镁铁质岩,开始熔融时,首先熔的超镁铁质岩,开始熔融时,首先熔融出的应是低共熔成分熔浆融出的应是低共熔成分熔浆玄武岩浆。只有熔融程度很高时,才能形成超镁玄武岩浆。只有熔融程度很高时,才能形成超镁铁质熔浆。铁质熔浆。四、四、DiAb(透辉石钠长石)系统(透辉石钠长石)系统 该系统相当于简化的花岗岩(酸性岩浆)流纹质岩浆体系。该系统相当于简化的花岗岩(酸性岩浆)流纹质岩浆体系。 1、相图特点、相图特点: (1)分区:)分区:L; Di+L; Ab+L; Di+Ab (2)共结点:三相共存,)共结点:三相共存,F2310; 为不变点,温度与组
17、成为不变点,温度与组成都不能变,直到结晶结束,熔浆耗尽。都不能变,直到结晶结束,熔浆耗尽。 (3)共结比:)共结比:4 : 96Di : Ab2、结晶过程、结晶过程: (1)X1点点 (2)X2点点 (1)X3点点 3、熔融过程、熔融过程:4、岩石学意义、岩石学意义: (1)E点的位置解释了为什么酸性岩中暗色矿物量虽少,但常结晶较点的位置解释了为什么酸性岩中暗色矿物量虽少,但常结晶较早,自形较好。早,自形较好。 (2)酸性岩中暗色矿物少,并且暗色矿物与浅色矿物有一定比例,色)酸性岩中暗色矿物少,并且暗色矿物与浅色矿物有一定比例,色率率10。 (3)大陆地壳升温熔融,首先熔出的应是花岗岩浆,因为
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