Question

学习任务了解岩浆的形成原因与岩浆的演化方式

Answer 1

一、部分熔融

自然界中分布着各种各样的岩浆岩，现有岩石名称就有1100余种，其中除了那些由变质交代形成的具岩浆岩外貌的岩石外，多由岩浆活动形成。根据地震地质和高温高压实验，液态岩浆可由固相的上地幔和地壳经过部分熔融而成。导致上地幔和地壳中熔出岩浆的原因主要有：

（1）温度的升高：接近于熔融温度时的岩石由于温度进一步升高就会发生熔融，一般来说，易熔的低熔物质先熔融，而难熔的则后熔。所以，在一定的温压下熔融作用总是局部的部分熔融；一旦形成了一定数量的熔浆之后，由于重力、应力等因素，较轻的、活动性大的熔体就会向低压区移聚，形成岩浆房。

（2）压力的降低：在深处由于压力大，温度虽很高，但不一定能导致岩石熔融，因为岩石体系的初始熔融温度随压力升高而增大。但若因构造断裂，导致压力突然降低，就有可能达到初熔温度，使岩石发生部分熔融，形成岩浆。

（3）成分变化：由于水和CO₂等流体加入上地幔中，可使岩石初始熔融温度大为降低，产生岩浆。

在20世纪30年代，对岩浆的认识存在一元论和二元论之争。前者认为自然界只有一种玄武岩浆，其他的岩浆都是由玄武岩浆派生的；后者认为岩浆有两种：一是玄武岩浆，二是花岗岩浆。它们在岩浆成因过程中起过重要作用。现在多认为，地球的原始岩浆是多样性的，其中有上地幔部分熔融物质产生的玄武岩浆，有大陆地壳的深熔作用所形成的花岗岩浆，还有安山岩浆、超基性岩浆、碱性岩浆等，不同的岩浆形成不同的岩浆岩。

二、岩浆的演化

如上所述，原始岩浆是多样性的，但其种类是有限的。要形成众多的岩浆岩，必须考虑到各种原始岩浆在其演化过程中的分异作用、同化混染作用及岩浆的混合作用等。

（一）分异作用

成分均匀的熔浆分离成成分不同的岩浆作用即为分异作用，按其作用的过程可分成岩浆分异作用和结晶分异作用。

1.岩浆分异作用

该作用可发生于地壳深处，也可发生于侵入和喷出过程中，该作用的方式是通过熔离作用、扩散作用和气体搬运作用来完成的。

（1）熔离作用：也称分液作用。是指原成分均匀的岩浆，在温度降低的情况下，分离成若干种成分不同、互不混溶的岩浆。从自然现象和实验得知，硅酸盐熔浆与金属硫化物熔浆间，在岩浆早期阶段已存在分异现象。如超基性岩中的浸染状、串球状铬铁矿；基性岩中的透镜状硫化铜镍等，是由熔离作用形成的。

（2）扩散作用：在岩浆的活动过程中，由于不同部位散热情况不同。于是在熔体中产生温度梯度，难熔的高熔点组分会自发向温度低的部位扩散。一般情况是温度低的部位难熔组分溶度加大。因此岩体边缘与中心部位浓度不一样，难熔铁、镁组分不断向边缘扩散。如某些酸性侵入体的基性边缘、石英捕虏晶的暗色矿物环圈可能是这样形成的。

（3）气运作用：是指岩浆所含的气体在岩浆分异过程中搬运和携带了某些组分一起运移，从而使岩浆成分发生改变的一种分异作用。该作用可使岩体上部富集含挥发分的矿物，形成多孔状和伟晶状的上部带。

携带不同物质的气体不仅使岩浆成分改变，而且还起着携带金属元素的作用。并能使所携带的金属元素呈挥发化合物，向着压力低的方向运移，通常富集在岩体的顶部。因此气运作用被认为是形成花岗岩体、碱性岩体顶部内、外接触带中W、Sn、Be、Nb、Ta、TR等金属矿产的主要成矿因素。

2.分离结晶作用

也称结晶分异作用。是指岩浆随温度的逐渐下降，将按一定顺序先后结晶出不同矿物，从而不断改变岩浆成分，结晶形成各种各样的岩浆岩，分异总趋向是愈到晚期，岩浆愈向富硅、富碱方向演化。

（1）重力分异作用：是结晶分异作用的主要方式，它是指岩浆中晶出的晶体，若其与残浆存在密度差，且岩浆黏度又允许重力作用发生时，这些晶体就会在残浆中下沉和上浮，分别集中，发生分异，形成不同成分的岩浆岩。自然界大型的层状基性侵入体（基性-超基性岩体）是重力分离作用的良好实例，层状侵入体具有以下特点：①岩性上具明显的垂直分带，总体来看，岩体下部为超镁铁岩，中部为辉长岩，上部是浅色辉长岩、斜长岩、闪长岩甚至花岗岩。②重力分离作用岩石具填间结构、嵌晶结构、镶嵌结构等。图1-11-1为含铬铁矿堆积岩的形成示意图，其中下部可见包含结构与嵌晶结构。③具类似沉积岩的层理构造，多是水平的，也有交错层理。韵律性层理也很发育，表现为岩性在剖面上多次重复出现。

图1-11-1 含铬铁矿堆积岩的形成示意图

（2）摩擦作用和流动分异作用：是岩浆及其已析出的晶体在流动时与围岩发生摩擦而使晶体滞留边部，或岩浆在结晶作用的同时有流动发生，致使晶体向中央高速带集中。如辉长岩-苏长岩岩墙中心的苦橄岩便是由该作用形成的。

（3）压滤作用：是指已经部分结晶的岩浆，在受到构造运动的应力时，残浆与早先析出的晶体分离的作用，导致残浆向压力减少的方向迁移，形成贯入体。有人用这种作用来解释某些岩体裂隙和围岩裂隙中形成的岩脉和矿脉。

（二）同化混染作用

同化作用是指岩浆熔化了围岩及捕虏体，使围岩或捕虏体的成分、结构、构造发生变化并逐渐消失于岩浆中的作用；混染作用是指岩浆由于熔化或溶解了围岩，使岩浆受到混染而改变了本身的成分。同化作用与混染作用两者是互补关系，不会单独存在。

（1）同化混染的过程主要是熔化、交代的过程。其规模及强度主要决定于岩浆热的状态，一般表现为：①岩浆可以熔化比自己熔点低的矿物集合体，使熔体总成分发生改变；②岩浆不能熔化比自己熔点更高的围岩，但可以与其发生反应；③与岩浆相适应的围岩物质可以保存于岩浆之中。

（2）影响同化混染的作用因素很多，主要有：①岩浆侵入时的地质条件，褶皱带的同化混染作用往往比稳定区较强烈，构造断裂活动越频繁、复杂，同化混染作用越强烈。②岩浆源的深度、容积和岩体的形状、成分及所处的冷凝阶段岩浆源越深，容积越大、形状越不规则、挥发组分含量越多，同化混染作用就越强。③围岩的成分及构造条件围岩成分与岩浆成分相差越悬殊，构造破碎或节理裂隙越发育，混染作用就越强。④岩浆中挥发组分含量越多，同化混染作用就越强。

（3）同化混染作用在岩石的成分、构造、结构上反映明显，表现为：①岩体的边缘或顶部可有围岩的碎块或捕虏体，岩体和围岩呈渐变接触关系，成分上有变化，有混染岩发育，或有他生矿物存在。②岩石的颜色和结构、构造变化大，常具捕虏体（晶）构造、斑杂构造、条带构造，斜长石具反环带构造等。

（三）混合作用

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。其主要特征是出现矿物之间明显的不平衡现象，如两种成分差别较大的斜长石同时存在；斜长石或石英被辉石包裹；橄榄石出现在花岗岩中等。

综上所述，岩浆岩形成是一个复杂的多种作用的过程，这几种作用常常是共同存在相互依赖。如麦克拜尼（A.R.Mcbirney，1980）根据模拟岩浆岩的结晶冷却实验提出，在火山下部的岩浆房，由于上部及边缘接触的围岩温度低，因而有矿物较早晶出，且附着于岩浆房内壁，从而使熔体成分变为酸性，密度变小，上升至岩浆房的上部，下部为基性熔浆。由于上述作用不断发生，使岩浆房中出现了岩体分带现象，形成两种不混溶的岩浆，根据火山通道的部位不同，就出现不同成分的岩浆喷出地表的现象（图1-11-2）。

图1-11-2 火山下面岩浆分带示意图

（据A.R.Mcbirney，1980）