Question

岩浆演化的机制

Answer 1

原生岩浆形成后，在其上升运移过程中，由于岩浆本身成分的分异或与围岩的互相作用，或不同岩浆之间的混合作用，可使最初一种成分的岩浆最终形成了种类繁多的岩浆岩。现将这些作用简介如下。

1.分异作用

分异作用是指原来均匀的岩浆在没有外来物质加入下，依靠本身的演化最终产生不同成分的岩浆的全部作用。它包括岩浆分异作用及分离结晶作用。

（1）岩浆分异作用（magma differentiation）

这种作用是岩浆结晶之前，仍处在均匀液态的情况下发生的分异作用。这种作用可以发生在地壳深处，也可发生在岩浆侵入和喷发的过程中。前者为深处分异，后者为就地分异。这种分异是通过熔离、扩散、气运的作用来完成的。

◎熔离作用：原来均匀的岩浆，由于温度和压力的变化，分为互不均匀混溶或相溶程度很低的两种液体，这种作用称为熔离作用，也称为分液作用。熔离作用在自然界和实验中均可看到，如炼铁炉中熔炼铁矿石时，在石灰岩和萤石熔剂的作用下，铁水和炉渣分为互不相溶的液层，基性－超基性岩中铬铁矿和硫镍矿层常呈似层状、透镜状、串株状分布在岩体的下部，也是熔离作用的结果。某些基性岩中的条带构造，有人认为也是这种作用形成的。

◎扩散作用：岩浆活动过程中，不同部位散热情况不同，因此熔体中就存在温度梯度，高熔点的组分就向低温区扩散，结果又形成了组分的浓度梯度，一般岩体边部成分比中间成分相对基性。某些捕虏体周围有暗色矿物集中形成的环带，也可能是扩散作用的结果。

◎气运作用：岩浆中所含的气体，特别是挥发分，对于岩浆的分异作用有着重要的影响。挥发分比较活泼，可以运移某些组分，如K、Na、Al、Si等，结果，这些组分相对地集中在岩浆的上部，使熔体上部偏酸性，同时形成含挥发分较多的一些矿物，如电气石、磷灰石、萤石、黑云母、角闪石、沸石等。

（2）分离结晶作用（fractional crystallization）

鲍文曾指出有两种岩浆结晶作用，一种是平衡结晶作用，一种是分离结晶作用。①平衡结晶作用是在岩浆结晶过程中，先结晶出的矿物始终与岩浆保持平衡反应，在这种情况下，结晶形成的岩石与原来岩浆成分相同，即不产生分异作用。②分离结晶作用是早晶出的矿物由于某些原因与熔浆分离，不与熔浆发生反应，这样可演化形成多种不同成分的岩浆岩。分离结晶作用最终结果是，愈到晚期，岩浆愈向富硅富碱的方向演化，形成较酸性的岩浆岩。使早先晶出的矿物与熔体分离的主要作用是重力因素，其次还有流动分异和压滤作用。

◎重力分离作用：在熔浆中，最先结晶的矿物一般是熔点高的铁镁矿物，如橄榄石、辉石。这些矿物密度大，在重力作用下可下沉到熔浆底部，而密度较小的矿物主要是富硅铝的矿物可向上浮动。结果原来均匀的岩浆形成了成分不同的岩石，下部偏基性，上部偏酸性。例如，在现代的某些火山熔岩湖中，可观察到白榴石漂浮在熔岩表面的现象；自然界大型的层状基性－超基性岩体，垂向分层较好，下部为超基性岩，上部为基性岩和中性岩。我国四川力马河的超基性－基性岩体、云南某地的基性－超基性岩体都是这种作用的很好实例。

◎流动分异（摩擦）作用：实验证明，有悬浮质点的流体，在流动时，质点向高速区汇聚。岩浆在结晶作用的同时有流动作用，先晶出的矿物质点可以集中在相对流速较高的部位或滞留在摩擦力较大的地方，结果使均匀的岩浆形成了不同的岩浆岩。

◎压滤作用：岩浆演化到晚期阶段，密集的晶体之间的残留岩浆由于外界的挤压应力，将其与晶体分离并形成单独的熔浆。有人用这种作用解释某些岩体和围岩裂隙中形成的岩脉和矿脉。

2.同化混染作用

岩浆熔化了围岩或捕虏体（xenolith），使岩浆成分发生了变化，称为同化作用（assimilation）。不完全的同化作用称为混染作用（contamination）。同化与混染作用经常是密切相关的。

（1）影响同化混染的因素。影响同化混染作用的因素较多，主要有以下几个方面：①岩浆侵入时的地质环境，一般说，在褶皱带同化混染作用较强，而稳定地区较弱，构造断裂越复杂，同化混染作用越强烈。②岩浆侵入的深度、形态、体积及成分对同化混染作用的强度有直接的影响，侵入位置较深，形态复杂，岩体规模大，成分与围岩差别大，挥发分含量多，同化混染作用强，反之就弱。③岩体的热量及温度，如果热量大，温度高，同化混染作用强，反之则弱。④围岩的构造裂隙愈发育，同化混染作用愈强。

（2）同化混染的识别。岩浆同化混染作用后，常可形成一些不属于岩浆直接结晶的矿物。如果岩浆同化了泥质岩使岩浆富含硅铝质，结果可形成一些富铝的矿物，如石榴子石、堇青石等。如果酸性岩浆同化了富铁镁的围岩，结果使岩浆变得偏基性。识别一个岩体是否发生了同化混染作用，可依据以下一些标志：①岩体中捕虏体增多，特别是岩体边部，这些捕虏体的形态多样，有棱角状、椭圆状及其他不规则状。②成分变化较大，岩体与围岩常出现过渡关系。③岩体的颜色和结构构造变化大，且不均一，常有斑杂构造。④有非岩浆成因的一些矿物出现，如硅灰石、石榴子石、堇青石、刚玉等。⑤有时副矿物明显增多。

3.岩浆混合作用

岩浆混合作用（magma mixing），是指地球内部由两种不同成分的岩浆以不同的比例混合而产生一系列过渡类型岩浆的过程。岩浆混合作用可以发生在上地幔或者地壳中，最常见的一种混合作用是幔源与壳源岩浆的混合。来自于上地幔部分熔融的基性岩浆，越过壳幔边界后，可以囤积到下地壳，发生降温，散失的热能可以导致中－下地壳岩石的部分熔融形成中酸性岩浆，上述的基性和中酸性岩浆混合后，并向地壳浅部运移，侵位在上地壳，就可能形成在常见的酸性侵入体中含有大量暗色镁铁质微粒包体（MME,Mafic Microgranular Enclaves）的岩基。莫宣学等（2002,2007）通过对青藏高原拉萨地块南部的冈底斯岩基带和东昆仑地区的研究，详细揭示了这种现象，并归纳了岩浆混合作用的判别标志。

（1）花岗岩类岩体含丰富的包体（MME），岩体的边部尤为集中，是岩浆混合作用的重要证据，此外，还可以见到辉长质基性岩块。包体大小不一，方向各异，有时可呈清楚类似流动构造的定向排列。包体具典型的岩浆结构，如细粒半自形粒状结构或斑状结构，常含有快速淬火形成的长针状副矿物（如针状磷灰石），明显不是变质岩或沉积岩的围岩捕虏体。包体与花岗岩寄主岩以及辉长岩同时形成，表明整个岩浆体系是同时冷凝的，这也是包体不同于早期岩浆岩捕虏体的证据。

包体与花岗质寄主岩的接触界线可以分为突变界线和渐变界线两类，这取决于混合的岩浆发生接触时的温度和流变学性质的差异性大小。当少量高温基性岩浆进入到数量多而温度较低的酸性岩浆中，就会迅速冷却，形成截然的边界甚至具有淬火边，从而阻止了两种岩浆的混合。相反，若两种混合岩浆热反差不大，则包体的粒度相对较粗，与寄主岩呈渐变接触关系。在这种情况下，可以有比较充分的时间发生岩浆混合与物质交换。包体周围的浅色长英质晕圈就是基性岩浆与寄主花岗岩浆之间化学交换的产物。在成分交换中，大多微量元素与同位素的交换速度比常量元素的快，因此这些微量元素与同位素在两种发生混合的岩浆间有趋同性。在主量元素哈克图解上，岩浆混合作用产生岩浆岩系列的常呈线性分布趋势。

（2）存在矿物成分和结构的不平衡。常见基性斜长石（培长石、拉长石）与酸性斜长石（钠长石、更长石）共存，且在中性斜长石中同时发育聚片双晶和环带；钾长石斑晶存在于辉长岩或包体中，或跨在包体与寄主花岗岩的界线上；含有暗色矿物集合体镶边的石英“眼球”（捕虏晶）出现在辉长岩或包体中。这些不平衡的矿物组合，是两种不同成分的岩浆混合作用不彻底的证据。

以上的这些导致岩浆演化的作用，在岩浆岩形成过程中，可以是一种作用为主，也可以是多种作用同时发生。因此在判别某些岩浆岩成因时，必须全面收集岩石学、矿物学和地球化学等资料，综合分析，才能得出比较合理的解释。