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岩浆(地壳深处形成的熔浆流体)

岩浆,地质学专业术语。火山在活动时不但有蒸汽、石块、晶屑和熔浆团块自火山口喷出,而且还有炽热粘稠的熔融物质自火山口溢流出来。前者被称为挥发分(volatilecomponent)和火山碎屑物质(volcaniclasticmaterial),后者则叫做熔岩流(lavaflow)。

目前,我们把这种产生于上地幔和地壳深处,含挥发分的高温粘稠的主要成分为硅酸盐的熔融物质称之为岩浆(Magma)。

还有一种解释为,岩浆(Magma)是指地下熔融或部分熔融的岩石。当岩浆喷出地表后,则被称为熔岩(Lava)。喷出地表的岩浆成为喷出岩(Extrusive rocks);侵入地壳中的称为侵入岩(Intrusive rocks)。

岩浆一般由以下几部分组成: 熔化形成的液体

从液体中结晶 的矿物

捕虏体和包裹体

岩浆中溶解的气体

根据现代火山喷溢而出的熔岩得知,硅酸盐是岩浆的主要成分。其中SiO的含量在8030%之间;金属氧化物如AlO、FeO、FeO、MgO、CaO、NaO等占2060%。其它如重金属、有色金属、稀有金属及放射性元素等,它们的总量不超过5%。此外,岩浆中还含有一些挥发性组分,其中主要是HO、CO、HS、F、Cl等。

岩浆的四种基本类型:

1.超基性岩浆 SiO含量<45%

2.基性岩浆 SiO含量45~53%

3.中性岩浆 SiO含量53~66%

4.酸性岩浆 SiO含量>66%

熔岩流在喷溢过程中,因压力骤降,挥发分会大量逸失,因此还不是真正的岩浆,仅是最接近于岩浆的物质。岩浆可以随地壳活动运移到地壳的不同深处冷凝结晶,也可以喷溢到地表冷凝固结。自岩浆的产生、上升到岩浆冷凝固结成岩的全过程称为岩浆活动或岩浆作用(magmatic action),喷出地表的岩浆活动叫做火山活动或火山作用。岩浆接触空气后会变为熔岩。

英文:volcanic action

由于地壳的保温作用,越向地心其温度越高。地核因高压呈固体状态。而地壳之下的高温物质呈液体状态就是岩浆。

溢出地表的岩浆,就像刚刚出炉的钢水,火红而炽热。据测定,岩浆的温度一般在900-1200℃之间,最高可达1400℃。

在晴朗的天气和良好透视的情况下,熔岩流的颜色和相应温度的关系为:

白色≥1150℃

金黄色≥1090℃

橙色≥900℃

亮的鲜红(樱桃红)≥700℃

暗红色≥550~625℃

隐约可见的红色≥475℃

岩浆岩的形成

岩浆岩主要有侵入和喷出两种产出情况。侵入在地壳一定深度上的岩浆经缓慢冷却而形成的岩石,称为侵入岩。侵入岩固结成岩需要的时间很长。地质学家们曾做过估算,一个2000米厚的花岗岩体完全结晶大约需要64000年;岩浆喷出或者溢流到地表,冷凝形成的岩石称为喷出岩。喷出岩由于岩浆温度急聚降低,固结成岩时间相对较短。1米厚的玄武岩全部结晶,需要12天,10米厚需要3年,700米厚需要9000年。可见,侵入岩固结所需要的时间比喷出岩要长得多。

黏度也是岩浆很重要的性质之一,它代表着岩浆流动的状态和程度。岩浆中SiO的含量对黏度影响最大,其次是AlO,CrO,它们的含量增高,岩浆黏度会明显增大。酸性岩中SiO,AlO的含量很高,因此,黏度也最大;溶解在岩浆中的挥发份可以降低岩浆的黏度、降低矿物的熔点,使岩浆容易流动,结晶时间延长;此外,岩浆的温度高,黏度相应变小;岩浆承受的压力加大,岩浆的黏度也增大。

岩浆岩中有一些自己特有的结构和构造特征,比如喷出岩是在温度、压力骤然降低的条件下形成的,造成溶解在岩浆中的挥发份以气体形式大量逸出,形成气孔状构造。当气孔十分发育时,岩石会变得很轻,甚至可以漂在水面,形成浮岩。如果这些气孔形成的空洞被后来的物质充填,就形成了杏仁状构造。岩浆喷出到地表,熔岩在流动的过程中其表面常留下流动的痕迹,有时好像几股绳子拧在一起,岩石学家称之为流纹构造、绳状构造。如果岩浆在水下喷发,熔岩在水的作用下会形成很多椭球体,称之为枕状构造。可见,这些特殊的构造只存在于岩浆岩中。

岩浆岩不论侵入到地下,还是喷出到地表,它们和周围的岩石之间都有明显的界限。如果岩浆沿着层理或片理等空隙侵入,常形成类似岩盆、岩床、岩盖等形状的侵入体,它们和围岩的接触面基本上和层理、片理平行,在地质学上称为整合侵入;如果岩浆不是沿着层理或片理侵入,而是穿过围岩层理或片理的断裂、裂隙贯入,这种情况形成的侵入体被称为不整合侵入体。人们通常所说的岩墙,就是穿过岩层近乎直立的板状侵入体,厚度一般为几十厘米到几十米,长度可以从几十米到数十公里,甚至数百公里。

由于岩浆岩和围岩有很密切的接触关系,因此,围岩的碎块常被带到岩浆中,成为岩浆的捕虏体。但是生物化石和生物活动遗迹在岩浆岩中是不存在的。在岩浆从上地幔或地壳深处沿着一定的通道上升到地壳形成侵入岩或喷出到地表形成喷出岩的过程中,由于温度、压力等物理化学条件的改变,岩浆的性质、化学成分、矿物成分也随之不断地变化,因此,在自然界中形成的岩浆岩是多种多样、千变万化的,如基性岩、中性岩、酸性岩,还有碱性岩、碳酸盐岩等岩类,也充分说明了岩浆成分的复杂多样性

形成火成岩的熔融或部分熔融的岩石,通常由硅酸盐液体组成,也有碳酸盐和硫化物的熔体。岩浆或在深处运移,或到达地表喷出,成为熔岩。悬浮的晶体和未熔融的岩石碎片可以在岩浆中搬运,溶解于其中的挥发分可以析出成为气泡,有些液体在运移过程中可以结晶。有几种相互关联的物理性质决定了岩浆的特性,包括化学成分、黏度、溶解的气体、温度。岩浆冷却时,有顺序地形成晶体,可以最简单地用鲍恩反应系列的形式表示出来。早期的高温晶体在低温时往往可以与液体反应形成另一些矿物。

通常认为反应系列有两种1.不连续反应系列,从高温到低温由橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石和黑云母组成;2.连续反应系列,以高温的富钙斜长石到低温的富钠斜长石为代表。结晶过程中可以发生各种变化而影响最终形成的岩石。这些变化包括早期晶体从液体中析出,而阻止了一种反应;岩浆冷却太快,来不及发生反应,形成这种矿物。

在今天的地球上,如果没有板块运动,火山不会喷发(早期地球的情形除外),地球内能仅通过岩石传导缓慢散发。随着地球自转越来越慢,板块运动和火山活动会逐渐平息,就像今天的月亮。(这是个更复杂的板块驱动力问题,这里暂不讨论)

今天的岩浆活动发源于大陆30km,洋壳6km以下。即软流层。但软流圈的物质并不是岩浆。软流圈在巨大的岩石静压力下呈半塑性状态。只有当压力降低,如地壳裂开时才转变为岩浆并朝着压力低的方向移动,如大洋裂谷。其二,当温度升高时也能形成岩浆,并把上覆岩层熔透而形成火山喷发。

所以岩浆作用的发源地的地质条件是

地壳(包括洋壳)开裂处。即洋中脊大裂谷。这里因压力降低导致火山喷发。

板块俯冲消亡带,即海沟岛弧系。这里因板块剧烈摩擦,压力、温度升高,导致火山爆发。这种火山能量极高。如印度尼西亚群岛的火山爆发。

两个大陆板块相撞处也有岩浆活动,不过这里的地壳很厚60公里左右,岩浆以侵入岩的形式冷却,很少有火山喷发。

岩浆岩的特征

岩浆岩有别于变质岩和沉积岩,其主要特征有。

1:岩浆岩大部分为块状的结晶岩石,部分为玻璃质岩石。具有玻璃质的岩石,一般是岩浆岩。

2:岩浆岩中有一些特有的矿物和结构构造,如霞石,白榴石等矿物和气孔构造和杏仁构造等。

3:岩浆岩体和围岩间一般有明显界限,呈现各种各样的形态于地层中,有的平行,有的切穿围岩的层理或片理,多具淬火边。

4:岩体中常含有围岩碎块,这些捕获的围岩碎块和围岩常遭受热变质作用。

在洋中脊钻透地壳{6-8km},安上两根大管子,一根用以灌入海水,另一根将喷出高温高压蒸汽,可用以发电,以此来开发岩浆热能。建造农作物温室,医疗温泉,发电取暖等等

原生岩浆

岩浆起源于上地幔和地壳深处,把直接来自地幔或地壳底层的岩浆叫原生岩浆。

岩浆岩种类虽然繁多,但原生岩浆的种类却极为有限,一般认为仅三、

四种而已。公认的有:超基性(橄榄)岩浆,基性(玄武岩浆),中性(安山岩浆)和酸性(花岗或流纹)岩浆。

1851年,Bonson曾提出有玄武岩浆和花岗岩浆两种原生岩浆的主张,但关于花岗岩浆的认识一直未受重视。戴里和鲍文等学者坚持认为只有一种玄武岩岩浆,而所有的岩浆岩都是由玄武岩浆派生出来的。这一理论无法解释地壳中大量存在花岗岩的事实。

1933年,列文生-列信格和肯尼迪根据花岗岩和玄武岩同为地壳中分布最广的岩浆岩这一事实,重新倡导花岗岩浆和玄武岩浆两种原生岩浆的论点。

二十世纪中期,环太平洋安山岩及阿尔卑斯超基性侵入岩的研究,使人们确信种类繁多的岩浆岩是由橄榄岩浆、玄武岩浆、安山岩浆和花岗岩浆通过复杂的演化而形成的。这几种原生岩浆是上地幔和地壳底部的固态物质在一定条件下通过局部熔融(重熔)产生的。

原生岩浆的成因有不同的机制:

1.玄武岩浆:上地幔物质(地幔岩)局部熔融的产物。在上地幔的不同深度上通过局部熔融产生三种主要岩浆:拉斑玄武岩浆约<15公里高、铝玄武岩浆15-35公里、碱性玄武岩浆35-75公里。从玄武岩浆中可以直接冷凝结晶成玄武岩和辉长岩;通过分异作用可以形成少量中性岩和酸性岩;通过重力结晶分异可以形成少量超基性岩。

2.花岗岩岩浆:大陆地壳深部物质重熔的产物。不同深度上可以形成性质稍有差异的花岗岩岩浆。在约10公里处形成活动性很弱的岩浆,许多巨型花岗岩岩基就是这种岩浆形成的;约在20公里深度上可形成活动性很强的岩浆,能够上侵至浅部甚至喷出地表。

花岗岩岩浆通过同化作用可形成中性岩和碱性岩;也有一些花岗岩是混合岩化作用形成的。

3.安山岩浆:玄武质洋壳到达海沟并向下俯冲深度达95公里时,玄武岩及其上覆的洋底沉积物发生局部熔融即可形成安山岩浆,安山岩在环太平洋地区分布广泛。

大陆内部的安山岩,是地壳深部局部熔融产生的,其深度约为60公里。

4.橄榄岩岩浆:上地幔物质大约在80~160公里的深度上局部熔融的产物。

其实关于原生岩浆及其起源的问题极其复杂,以上只是支持者较多的几种看法,其真正的形成机制尚待进一步研究。[5]

岩浆演化的基本过程是通过分异作用、同化作用和混合作用,由少数几种岩浆形成多种多样的岩浆岩。

分异作用主要有两种:熔离作用和结晶分异作用。

熔离作用是指原来均一的岩浆,随着温度和压力的降低或者由于外来组分的加入,使其分为互不混溶的两种岩浆。天然岩浆中硫化物、氧化物与硅酸盐熔体可以发生熔离作用。

矿物的结晶温度有高有低,因此,矿物从岩浆中结晶析出的次序也有先有后,这就是结晶分异作用。

同化作用又称同化混染作用。由于岩浆温度很高,并且有很强的化学活动能力,因此它可以熔化或溶解与之相接触的围岩或所捕虏的围岩块,从而改变原来岩浆的成分。若岩浆把围岩彻底熔化或溶解,使之同岩浆完全均一,则称同化作用;若熔化或溶解不彻底,不同程度的保留有围岩的痕迹(如斑杂构造等〕,则称混染作用。因同化和混染往往并存,故又统称同化混染作用。[4]

混合作用是由两种不同成分的岩浆以不同的比例混合,产生一系列过渡类型岩浆的作用。与同化混染相比,混合作用除受两种岩浆热状态的影响外,还受到两种岩浆的相遇机制、密度差等的制约。目前岩浆混合的相遇机制有3种:①新生岩浆周期性地从岩浆房底部注入,与原驻岩浆产生混合;②层状岩浆房中,相邻熔体层之间因对流作用产生混合;③在火山通道内,当岩浆喷发时,受岩浆上升惯力和岩浆黏滞力的共同作用使相邻岩浆层同时进入火山通道产生混合。此外,深部形成的岩浆进入不同成分的浅部岩浆房,也可以发生混合。

两岩浆热状态的差异的大小影响混合作用的方式和规模。熔点相近的岩浆相遇,有可能产生大规模的均匀混合,而熔点相差较大的岩浆相遇,如玄武岩浆注入酸性岩浆房中往往形成骤冷的枕状构造或淬碎的岩块。


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