Question

火山岩类

Answer 1

镁铁质火山岩主要包括玄武岩及相关岩类，在火山岩TAS分类图中，狭义的玄武岩SiO₂ 45％～52％，Na₂O＋K₂O≤5％，相关岩类指在TAS分类图上同玄武岩区临近的、外表上同玄武岩类似的苦橄岩、玄武安山岩、粗面玄武岩、碧玄岩和碱玄岩等。

玄武岩可以产出在多种构造环境中，如洋中脊、岛弧、弧后盆地、洋岛、大陆裂谷带等。同时，玄武岩也出现于类地行星和月球上。玄武质岩浆来自地幔，玄武岩的化学成分及携带的幔源包体和捕虏晶矿物对了解地幔深部物质组成和过程具有重要意义。

（一）基本特征

玄武岩（basalt）主要由普通辉石、基性斜长石组成，也含有火山玻璃，玄武岩中常见矿物见表7－2。新鲜的玄武岩为黑色、黑灰色，风化后为灰绿色，氧化强的为紫红色，岩石气孔构造和杏仁构造发育，以斑状及无斑隐晶结构为主，基质多具微晶－隐晶质。

表7－2 玄武岩中常见矿物简表

◎橄榄石：在玄武岩中比在辉长岩中更常见，因橄榄石在镁铁质岩浆中常为首先晶出的矿物（很高压的情况除外），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，因此常作为斑晶的形式存在，但其边部或多或少会受到熔蚀。

◎辉石：玄武岩中常见，碱性玄武岩中通常为高钛普通辉石，多色性明显，环带发育。拉斑玄武岩中除普通辉石外，还含有低钙辉石（顽火辉石或易变辉石），易变辉石通常只出现于基质中，以小的2V角（＜30°）区别于其他辉石，顽火辉石通常只呈斑晶而不存在于基质中。

◎斜长石：为基性斜长石，斑晶和基质中斜长石为两个世代结晶产物，先结晶的斑晶An分子较高，可达培长石，晚结晶的微晶An牌号一般比斑晶者低10～20，主要为拉长石。

◎角闪石及黑云母：在玄武岩中少见，仅见于斑晶，且常有暗化边及熔蚀现象。

（二）结构构造及产状

玄武岩一般为斑状结构，少量为无斑隐晶质结构或玻璃质结构。具有斑状结构的玄武岩，其基质的结构也可用Di－An体系相图（见第五章）解释，由于基质是在地表（PH₂O＝105Pa）冷凝固结的，斜长石微晶结晶要早于辉石微晶，因此辉石常充填在较自形的斜长石微晶粒间空隙内。因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，构成不同的基质结构：

◎间粒结构（intergranular texture）：又称粗玄结构（doleritic texture）、粒玄结构。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7－7b）。

图7－7 不同冷却条件下玄武岩的结构

◎间隐结构（intersertal texture）：斜长石杂乱排列，充填于斜长石间隙中的物质为隐晶质－玻璃质。反映了冷却速度较快的条件（图7－7a）。

◎间粒－间隐结构：又称拉斑玄武结构（tholeiitic texture）。填隙物有辉石、磁铁矿物及玻璃质。是介于前二种结构之间的结构类型。

在更快速的冷却条件下，斜长石微晶来不及晶出，基质完全由火山玻璃组成，称玻基斑状结构（图7－7c），如岩石中无斑晶或斑晶小于5％，则为玻璃质结构。

玄武岩常见气孔构造、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。近地面熔岩流，表面构造主要呈两种类型：绳状熔岩和渣块熔岩。在海底及水下喷发的玄武岩，常具有特殊的枕状构造。

◎绳状熔岩（pahoehoe lava）：以具有光滑、波状起伏、褶皱的表面为特征，这是在运动过程中仍是可塑的熔融岩浆表面淬冷造成的。一般的绳状熔岩沿流动方向都呈弧形弯曲或呈链形排列，弧顶多指向熔岩流动方向。它是由流动性高的玄武岩外表冷却而内部仍处于熔融状态下形成的，气孔可超过总体积的20％，接近地表的绳状熔岩很容易被覆盖，后期被剥蚀暴露于地表时，有时很难同水下形成的枕状熔岩区分（见图3－22）。

◎渣状熔岩（aa lava）：“aa” 是夏威夷词汇，音 “阿阿”，用来描述表面粗糙的熔岩流。这种熔岩流中布满多孔带刺的熔岩碎块，称为 “渣块”。渣状熔岩是由于熔岩在流动过程中，表层熔岩不断固结，固结的表层随着熔岩的流动不断发生脆性破裂，形成“渣块”，“渣块” 又随同液体熔岩翻滚、粘结，形成翻花状，因此渣状熔岩又称为翻花熔岩。

绳状熔岩的末端可转换为渣状熔岩，绳状熔岩只在低粘度玄武熔岩中生成，而渣状熔岩却可以在玄武岩及其演化的岩浆（较高粘度）中形成。

◎枕状熔岩（pillow lava）：枕状熔岩呈椭球状，并叠加在一起，椭球的表面是玻璃质，内部有发射状构造，外形浑圆，状似枕头，是熔岩在水中迅速冷却、凝结而成。

玄武质熔体相对其他演化的岩浆具有低粘度低挥发分的特征，通常以夏威夷型（Hawaiian－type）喷发自火山口流出或以安静溢流式喷发到地表，形成低纵横比（低于1：50）的熔岩流。玄武岩也可呈斯通博利型（Strombolian－type）喷发，形成低爆炸性的火山碎屑岩。玄武岩在水中喷发通常形成枕状熔岩或席状岩流，可含玄武质碎屑岩。当玄武质岩浆接触到地表水或地下水时，突然的膨胀会形成舒尔特赛型（Surtseyan－type）喷发，产生环形或低平火山口。

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。厚层致密的玄武岩横截面通常发育柱状节理，主要是由于熔岩冷却均匀收缩的结果。

（三）镁铁质火山岩分类命名

能定量统计矿物成分或可以识别斑晶矿物的镁铁质火山岩，就可依据实际矿物含量，用QAPF分类图（图4－21）进行分类命名。对玻璃质或隐晶质的岩石，只能通过化学成分用火山岩TAS分类图进行分类（图4－22）。

1.野外及岩相学分类命名

玄武岩野外定名的主要依据是：斑晶的成分和岩石的结构构造。例如，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。

玄武岩的岩相学定名主要结合手标本和薄片中矿物识别和含量的统计来进行。可划分为以下四种常见的类型（表7－3）。

表7－3 玄武岩岩相学分类命名

（据Robin，2010，修改）

玄武岩相关岩类的岩相学特征如下：

◎苦橄岩（picrite）：SiO₂较玄武岩的低（属于超基性岩），含MgO高。含有较多的橄榄石，斜长石很少。

◎玄武安山岩（basaltic andesite）：矿物种类同玄武岩类似，但是斜长石含有更多的钠长石成分。详见第八章。

◎粗面玄武岩、碧玄岩和碱玄岩：通常含有碱性长石和似长石。

2.化学成分分类命名

许多玄武岩粒度很细，在镜下很难分辨出矿物，这类玄武岩通常只能通过化学成分来定名，即直接用岩石的化学成分投图或将化学成分换算成CIPW标准矿物后进行详细定名。其中，利用火山岩TAS分类图（图4－22）定名是最常用的方法。据此，可划分为碱性玄武岩系列和亚碱性玄武岩系列。

◎碱性玄武岩系列：TAS图解中，处于玄武岩区域之中，碱性－亚碱性分界线之上，无论是否含存在霞石，分离结晶向碱性程度更高的熔体粗面岩和响岩演化。碱性橄榄玄武岩是碱性玄武岩系列的代表。

◎亚碱性玄武岩系列：TAS图解中，处于玄武岩区域之中，碱性－亚碱性分界线之下，包括钙碱性玄武岩和拉斑玄武岩，分离结晶向低碱的熔体英安岩或流纹岩演化。其中，拉斑玄武岩系列在分异过程中，具明显的富铁趋势，而钙碱性系列无富铁的趋势，而是向富碱方向演化（图4－13）。拉斑玄武岩是亚碱性玄武岩系列的代表。

玄武岩更详细的种属划分，可在CIPW标准矿物计算的基础上，依据Hy、Q及Ol、Ne等划分为不同系列及岩石类型（具体可参考邱家骧主编的《应用岩浆岩岩石学》，1991）。

3.构造环境分类

玄武岩依据其产出的构造背景可划分为不同类型：如洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、大陆溢流玄武岩、大陆裂谷玄武岩、俯冲带有关玄武岩等。不同构造背景的玄武岩具有不同的主量及微量元素特征，根据玄武岩的地球化学特征，可以判别产出的古构造环境。拉斑玄武岩在各种构造环境中都有产出，钙碱性玄武岩通常产于与俯冲有关的岛弧和活动大陆边缘环境。

（四）常见种属

1.亚碱性系列

化学成分上以富CaO、Al₂O₃、MgO、FeO、Fe₂O₃，贫碱（K₂O＋Na₂O约4％）为特征。岩石中Na₂O一般大于K₂O，CaO较稳定（约10％），MgO、TFeO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、TFeO和MgO较低，Al₂O₃较高，当Al₂O₃16％～17％时，可称为高铝玄武岩。拉斑玄武岩相对钙碱性的玄武岩贫碱，尤其是贫K₂O，低TiO₂。TFeO/MgO的比值具随SiO₂增加的趋势。大洋拉斑玄武岩与大陆拉斑玄武岩相比，前者MgO、CaO稍富，后者SiO₂稍富，前者显著低K₂O（K₂O＜0.3％），具很高的Na/K（＞10）比值，后者相对富K₂O贫Na₂O，Na/K（1.1～3.5）比值低。

◎拉斑玄武岩（tholeiitic basalt）：为亚碱性玄武岩的代表，化学成分以SiO₂较高（平均＞49％），碱含量较低为特征，K₂O＋Na₂O多为2％～4％。矿物以出现低钙辉石（顽火辉石或易变辉石）为特征，低钙辉石可作为斑晶、基质矿物或橄榄石斑晶的增生边存在（图7－8a），斑晶矿物结晶顺序为橄榄石→斜长石→普通辉石，基质中无橄榄石。石英可以出现于拉斑玄武岩的基质中，称为石英拉斑玄武岩，石英结晶来自于最晚期演化的岩浆熔体。斑晶或标准矿物中含有橄榄石时称橄榄拉斑玄武岩，Ol分子达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。拉斑玄武岩一般不含幔源包体，但也有例外，如我国福建牛头山拉斑玄武岩中就含有二辉橄榄岩包体。

◎钙碱性玄武岩（calc－alkaline basalt）：与拉斑玄武岩相比，富铁趋势不明显，演化趋势不同于层状岩体中的拉斑玄武岩富铁的演化趋势，通常出现于与俯冲有关岛弧或造山带环境中，与典型的钙碱性安山岩、英安岩、流纹岩相伴生。

◎高铝玄武岩（high－alumina basalt）：Al₂O₃＞16.5％的玄武岩，其产状、矿物成分和化学成分上介于拉斑玄武岩和碱性玄武岩之间，相当于中钾弧玄武岩。斑晶矿物常为斜长石、橄榄石、普通辉石和磁铁矿，偶尔出现角闪石，斜长石含量较多且An牌号偏高，为拉长石－倍长石。

◎粗玄岩（dolerite）：又称粒玄岩，矿物成分与拉斑玄武岩相似，但结晶程度较好，为全晶质，基质具粗玄结构，肉眼就可以分辨出颗粒，其与辉绿岩的区别是具喷出产状。

◎玻基玄武岩（vitrobasalt）：具特殊的玻基斑状结构得名，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。

◎细碧岩（spilite）：一种以钠质斜长石和绿泥石为主要矿物的海相喷出岩（图7－8b），还含有绿帘石、绿纤石、方解石、绢云母和金属矿物，有时有基性斜长石和辉石的残余，基质为隐晶质结构。属拉斑玄武岩系列，化学上以较高的Na₂O含量为特征。其矿物成分和化学成分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。细碧岩通常认为是玄武岩与富Na海水相作用后发生低级变质作用而形成的。

图7－8 拉斑玄武岩和细碧岩

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，K₂O＋Na₂O＞5％，最高可达9％。一般Na₂O＞K₂O，很少有K₂O ＞Na₂O者。与拉斑玄武岩相比，碱性玄武岩（图7－9）在矿物成分上以含大量碱性长石、碱性暗色矿物、富钛辉石为特征，基质中出现橄榄石而无石英。若岩石碱度更高时，则会出现似长石。与钙碱性玄武岩相比，富TiO₂（＞2％），高碱。岩石常具玻基斑状结构、玻基交织结构。

碱性玄武岩系列常见种属如下：

◎碱性橄榄玄武岩（alkali olivine basalt）：为碱性玄武岩的代表，含有霞石等似长石矿物。碱性玄武岩中普通辉石在显微镜下多呈淡紫色含钛辉石，多色性明显，环带发育。普通辉石斑晶通常早于斜长石出现，斑晶矿物结晶顺序为橄榄石→普通辉石→斜长石。橄榄石常见，斑晶、基质中均有。形成压力较高，来源深度较大。

◎碱玄岩（tephrite）：标准矿物Ne ＞5％，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，可含有少量橄榄石，单斜辉石主要为含钛辉石，似长石以霞石、白榴石为主。据似长石种类不同，分别命名为霞石碱玄岩、白榴碱玄岩等。

图7－9 碱性玄武岩镜下素描（24×）（据Moorhouse，1959）

◎碧玄岩（basanite）：标准矿物Ne ＞5％，Ol ＞5％，也是SiO₂明显不饱和、碱较高和富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（＞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，分为霞石碧玄岩及白榴碧玄岩等。

碱性玄武岩中通常含有数量不等的幔源包体及捕虏巨晶（第六章），是研究地幔物质组成的窗口。所含有的蓝色刚玉、锆石、石榴子石等巨晶矿物是重要的宝石原料。

3.钾玄岩系列

按照第四章表4－13的划分，钾玄岩系列SiO₂含量与玄武岩和玄武安山岩相当的岩石为粗面玄武岩和玄武粗安岩，以含正长石为特征，常与中酸性的粗安岩、富钾英安岩、富钾流纹岩共生。钾玄岩系列属于造山带与伸展有关的岩石系列，具低钛特征。钾玄岩系列岩石的识别主要通过SiO₂－K₂O图识别及AFM图验证，在矿物学上出现普通辉石和低钙辉石区别于碱性玄武岩系列。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）。钾玄岩系列多见于以下三种构造环境（Gill，2010）：(1)洋内岛弧和弧后盆地中的扩展裂谷（propagating rift）环境，例如，伊豆－小笠原－马里亚纳岛弧系，常与钙碱性火山活动共生；(2)大陆岩浆弧的裂谷带，例如美国西部的喀斯开（Cascades）地区，与低钾、中钾和高钾钙碱性火山岩共生；(3)青藏高原和阿尔卑斯的碰撞后环境，钾玄岩系列岩石与岩石圈减薄和造山带伸展垮塌有关。

◎钾玄岩（shoshonite）：属于钾玄岩系列中的一种岩石（见表4－12），又称橄榄玄粗岩，为玄武粗安岩的钾质变种。化学成分上，SiO₂ ＜57％，相对较富碱、Al₂O₃、K₂O及大离子亲石元素，K₂O/Na₂O一般接近于1，Fe₂O₃/FeO比质较高，而TiO₂较低，可以出现霞石标准矿物分子（Ne）。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，有时可见白榴石斑晶。基质主要由透长石、斜长石和单斜辉石组成，常含玻璃质。

不同系列玄武岩的主要鉴定特征见表（7－4）。

表7－4 玄武岩类的主要鉴定特征

（据Hyndman，1985，修改）