Question

基本特征和常见的岩石种类

Answer 1

1.玄武岩系列划分

玄武岩的w（SiO₂）含量在45%～53%之间，属基性火山岩类。由于产出的构造环境和源区的差异，玄武岩的成分具较大的变化范围。

玄武岩系列的划分方法首先是根据碱度（δ）的大小或用SiO₂-Alk图分为亚碱性系列玄武岩（δ＜3.3）和碱性系列玄武岩（δ＞3.3）两类。其中的亚碱性系列玄武岩可以用AFM图（图4-3）或w（FeOt）/w（MgO）-w（SiO₂）图解（图4-2，当SiO₂含量范围较窄，没有派生的中、酸性火山岩时）进一步划分为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列。

近年来，另一个具独立意义的玄武岩系列，即钾玄岩系列逐渐受到重视。钾玄岩系列又称橄榄安粗岩系列或安粗岩系列，与玄武岩相当的岩石为粗面玄武岩和橄榄安粗岩（钾玄岩）。常与中酸性的安粗岩、富钾英安岩、富钾流纹岩共生。钾玄岩系列的识别最好是结合一套岩石组合的成分变异特征来进行。在SiO₂-Alk图中，钾玄岩系列主要落入碱性玄武岩系列的范围内，在AFM图中位于钙碱性系列岩石的位置，总体特征属钙碱性系列。在w（SiO₂）-w（K₂O）图中（图6-1），相当于玄武岩SiO₂含量的岩石，K₂O随SiO₂呈陡正斜率上升，Meen（1992）认为这与岩浆在高压岩浆房中的辉石结晶分异有关（反映地壳厚度大，莫霍面位置深）。而随SiO₂增加，K₂O随SiO₂呈负斜率降低，是中酸性组合钾玄岩的重要特征。

钾玄岩系列的化学成分特征是：Al₂O₃、Alk、K₂O及大离子亲石元素（P、Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U、LREE）的含量高，w（K₂O）/w（Na₂O）比值大，接近于1或大于1，TiO₂低，SiO₂饱和或不饱和，标准矿物中可出现Q或Ne分子。

不同系列玄武岩的主要鉴定特征见表6-1。

表6-1 玄武岩类的主要鉴定特征

2.常见的岩石种类

1）亚碱性系列

亚碱性系列包括拉斑系列和钙碱性系列，化学成分以富CaO、Al₂O₃、MgO、FeO、Fe₂O₃，贫碱［w（K₂O）+w（Na₂O）约4%］为特征。岩石中Na₂O一般大于K₂O，CaO较稳定（质量分数为10%±），MgO、FeO_T 变化较大。亚碱性系列中的钙碱性玄武岩一般K₂O、Na₂O偏高，而CaO、FeO_T和MgO较低，Al₂O₃较高。当w（Al₂O₃）＞16%～17%时，可称为高铝玄武岩。拉斑玄武岩的一个共同特征是，相对钙碱性的玄武岩贫碱、尤其是贫K₂O，低TiO₂。大洋拉斑玄武岩与大陆拉斑玄武岩相比，前者MgO、CaO稍富，明显低K₂O（w（K₂O）＜0.3%），具很高的x（Na）/x（K）（＞10）比值；后者相对富SiO₂和K₂O，贫Na₂O，x（Na）/x（K）（介于1.1～3.5之间）比值低。

矿物成分上以基性斜长石和辉石为主要组成，也常见橄榄石，副矿物可出现磁铁矿、钛铁矿、钒钛磁铁矿、镍黄铁矿、磷灰石、锆石等。橄榄石在玄武岩中比在辉长岩中更常见。这是因为橄榄石在镁铁质岩浆中常为首先晶出的矿物（很高压的情况例外），由于岩浆冷却太快，先晶出的橄榄石来不及与熔体中的SiO₂反应或反应不彻底，所以常作为斑晶的形式存在。

单斜辉石常见为普通辉石、透辉石和易变辉石，后一种仅见于基质中。

图6-1 钾玄岩系列的w（K₂O）对 w（SiO₂）图

斜方辉石含量较少，一般为紫苏辉石，且仅以斑晶形式产出。

斜长石具两个结晶世代，先结晶的斑晶An牌号较高，可达培长石，晚结晶的微晶An牌号一般比斑晶者低10～20号，主要为拉长石。另外，玄武岩中常见玄武质火山玻璃。

玄武岩中含两个不同世代结晶的矿物，一是在喷出之前在地下深处较高的压力条件下结晶，结晶粒度较大；另一是喷出地表后在地表低压和淬冷的条件下结晶的，结晶粒度较小（微晶）或来不及结晶形成火山玻璃。因此，玄武岩一般都具有斑状结构。由于基质是在地表=10⁵Pa）结晶固结的（图 5-2），斜长石微晶结晶要早于辉石微晶，所以辉石常充填在较自形的斜长石微晶粒间空隙内。由于岩浆冷凝速度的不同，斜长石粒间空隙充填的物质除辉石外，还可有火山玻璃，磁铁矿等，形成不同的基质结构：

（1）粗玄结构（intergranular texture）：又称间粒结构。在不规则排列的长条状斜长石微晶间隙中，充填若干个粒状辉石和磁铁矿物的细小颗粒。岩石为全晶质，是较缓慢冷却的条件下形成的（图6-2b）。

（2）间隐结构：充填于斜长石间隙中的物质为隐晶质-玻璃质。反映冷却速度较快（图6-2a）。

（3）间粒-间隐结构：又称拉斑玄武结构，是介于前二种结构之间的过渡结构，填隙物有辉石、磁铁矿物及玻璃质。

（4）玻基斑状结构：由于更快速的冷却，斜长石微晶来不及晶出，基质完全由火山玻璃组成（图6-2c），如果岩石中无斑晶或斑晶体积分数小于5%，则为玻璃质结构。

图6-2 不同冷却条件下玄武岩的结构

常见的构造是块状构造、杏仁构造，有时还可见熔渣状构造、绳状构造、柱状节理构造等。在海底和水下喷发的玄武岩，常具有特殊的枕状构造。

玄武岩一般以熔岩的方式产出，多形成大面积分布的熔岩流、熔岩被、熔岩台地或盾形火山锥。少数情况下形成火山碎屑岩，在火山口处形成火山碎屑锥。

玄武岩的野外定名主要依据是斑晶的成分和岩石的结构构造，如：橄榄玄武岩，橄榄石斑晶含量较多，伊丁玄武岩，橄榄石斑晶被伊丁石化；气孔或杏仁玄武岩，具气孔（或杏仁）构造；玻基玄武岩，基质为玻璃质结构；粗玄岩，基质具全晶质的粗玄结构。

室内定名一般以化学成分为准，较重要的种类有：

（1）拉斑玄武岩（tholeiitic basalt）：化学成分以SiO₂质量分数较高（平均＞49%），碱含量较低为特征。矿物成分主要由基性斜长石和贫钙辉石（易变辉石和紫苏辉石）以及富钙辉石（普通辉石和透辉石）组成。斑晶或标准矿物中有橄榄石时称橄榄拉斑玄武岩；Ol牌号达25～40时称苦橄玄武岩；标准矿物中出现石英时，称石英拉斑玄武岩。

（2）高铝玄武岩（high-alumina basalt）：化学成分特征是w（Al₂O₃）＞16%～17%。矿物成分与拉斑玄武岩相似，但斜长石含量较多，且牌号偏高。高铝玄武岩是钙碱性火山岩基性端元的典型岩类，多分布于造山带、岛弧和活动大陆边缘。

（3）粗玄岩（dolerite）：结晶程度较好，为全晶质，基质具粗玄结构，具喷出产状。

（4）玻基玄武岩（vitrobasalt）：由具特殊的玻基斑状结构（vitrophyric texture）得名，基质主要为褐色的玄武质玻璃，其中分布有少量的斜长石微晶，斑晶为辉石、基性斜长石和橄榄石。

（5）细碧岩（spilite）：是基性喷出岩的一种特殊类型，以钠长石和绿泥石矿物组合及较高的Na₂O含量为特征，有的可见基性斜长石、辉石等交代残余。其他矿物还有绿帘石、绿纤石、方解石、绢云母、石英等。岩石具间隐结构、间粒结构、间片结构（绿泥石等片状矿物充填在斜长石三角孔隙中），常见杏仁构造和枕状构造。在矿物成分和化学成分上均有别于正常玄武岩。细碧岩常与角斑岩及石英角斑岩共生，称为细碧角斑岩系或细碧角斑岩建造，是蛇绿岩套的组成部分。多数人认为细碧岩是海底喷发的玄武岩受富Na的海水作用，经低度变质形成的。

2）碱性系列

碱性玄武岩的矿物成分和化学成分变化范围都很大，突出的特征是富碱，其中w（K₂O）+w（Na₂O）均＞5%，最高可达9%；多数为w（Na₂O）＞w（K₂O）。与亚碱性玄武岩相比，富TiO₂（质量分数＞2%），高碱。碱性玄武岩在矿物成分上以含碱性长石、碱性暗色矿物、富钛辉石等为特征。如果岩石碱性较强时，则会出现似长石，通常不含贫钙辉石。

结构构造与亚碱性玄武岩相似，但更常见玻基斑状结构和玻基交织结构。

根据CIPW标准矿物霞石（Ne）和橄榄石（Ol）的含量，碱性玄武岩被划分为4个种类：

（1）碱性橄榄玄武岩（alkali olivine basalt）：是碱性玄武岩中分布较广泛的一类。Ne质量分数约0～5%，无紫苏辉石（Hy）或极少，斑晶、基质中常见橄榄石。辉石多为含钛较高的普通辉石，透辉石次之。斜长石与碱性长石共存，其中斜长石较自形，碱性长石（歪长石、透长石）自形较差。斜长石偏酸性，多为拉长石—中长石甚至更长石。霞石较少或无，但有标准矿物霞石（质量分数＜5%）。当标准矿物斜长石为中长石时，叫中长玄武岩，又称夏威夷岩（hawaiite），当斜长石为更长石时，叫橄榄粗安岩（mugeariite）。

（2）碱玄岩（tephrite）：w（Ne）＞5%，w（Ol）＜5%，无Hy，是SiO₂明显不饱和，碱含量很高的玄武质岩石。由基性斜长石、单斜辉石和似长石组成，可有少量橄榄石。其中单斜辉石主要为含钛辉石，似长石以霞石、白榴石为主。根据似长石种类不同可以分别命名为霞石碱玄岩和白榴碱玄岩等。

（3）碧玄岩（basanite）：w（Ne）＞5%，w（Ol）＞5%，也是SiO₂明显不饱和，碱较高的含似长石的碱性玄武岩。主要矿物是基性斜长石、橄榄石、单斜辉石和似长石。与碱玄岩不同的是富橄榄石（质量分数一般＞5%，可达25%）。斑晶为橄榄石和辉石，似长石主要存在于基质中。根据似长石种类不同可分为霞石碧玄岩和白榴碧玄岩等。

（4）石龙岩（shilongite）：目前仅见于我国黑龙江五大连池。SiO₂亦明显不饱和，富钾。与其他碱性玄武岩类岩石的重要区别是不含斜长石，而含碱性长石。岩石除主要矿物橄榄石、透辉石和透长石外，有时可出现白榴石。

3）钾玄岩系列

钾玄岩（shoshonite）：化学成分上w（SiO₂）＜53%，相对较富碱、Al₂O₃、K₂O和大离子亲石元素，2＞w（K₂O）/w（Na₂O）＞0.5，w（Fe₂O₃）/w（FeO）比值较高，而TiO₂较低，可以出现Ne标准矿物分子。斑晶矿物有橄榄石、单斜辉石和斜长石，其中单斜辉石富Ca而贫Ti和Fe，常具环带结构，斜长石为拉长石，常具有透长石边缘。基质主要由透长石、斜长石和单斜辉石组成，常含玻璃质。

3.相关的超镁铁质火山岩

喷出相的超镁铁质岩少见。岩石一般具有斑状结构，由橄榄石、辉石斑晶和微晶以及基性玻璃组成。重要种类有：

（1）苦橄岩（picrite）：呈喷出产状的苦橄岩往往产于玄武岩系的底部。矿物成分以橄榄石和辉石为主，其中橄榄石体积分数高达50%～70%，还可以含少量的斜长石、角闪石、金属矿物等。化学成分与橄榄岩相当。

（2）麦美奇岩（meymechite）：或称玻基纯橄岩，首次发现于西伯利亚的麦美奇河流域。岩石具玻基斑状结构，橄榄石是惟一的斑晶，基质为黑色的火山玻璃，有时含少量的钛普通辉石微晶。岩石的w（SiO₂）约为20%～38%。

（3）科马提岩（komatiite）：是1969年在南非阿扎尼亚马河太古代绿岩带下部首次发现的，由高镁橄榄石（Fo₉₀～Fo₉₅）、辉石及少量金属矿物和基性玻璃组成。常见枕状构造，具独特的鬣刺结构和化学成分。鬣刺结构（spinifex texture）的特点是橄榄石（或辉石）呈细长的锯齿状晶体（或骸晶），近于平行丛生，状如鬣刺草。在化学成分上以高w（MgO）（＞9%）、高w（CaO）/w（Al₂O₃）（比值＞1，但不是必备条件）、低碱［w（K₂O）＜0.9%］为特征。根据SiO₂和MgO的含量，科马提岩可分两类：①橄榄质科马提岩，w（SiO₂）＜44%，w（MgO）=20%～40%；②玄武质科马提岩：w（SiO₂）=44%～56%，w（MgO）=9%～20%，较拉斑玄武岩富镁［w（MgO）＞9%］而低铁、钛［w（TiO₂）＜0.9%］。