第五章 岩浆作用地球化学.ppt

第五章 岩浆作用地球化学 张展适 主要内容 岩浆的成分与性质 岩浆演化过程中元素的行为 岩浆源区和构造环境的判别 岩浆的演化机制和岩浆成矿 岩浆的成分与性质 岩浆起源与化学组成 岩浆熔体结构 岩浆的性质 岩浆中的水及其他挥发份 岩浆起源与化学组成 什么是岩浆及其凝固产物—火成岩? 它们具有怎样的化学成分?及岩浆的主要结构性质。这些问题是岩浆作用地球化学的基础 岩浆的起源：地壳或地幔岩石发生部分熔融－形成岩浆，经部分熔融的产生的岩浆在冷凝后再结晶形成火成岩（占地球岩石圈的95％） 岩浆的化学组成 基本组分：(wB1%) 次要组分： (1% wB0.1%) 基本组分和次要组分的种类和含量决定了岩浆的结构和性质 岩浆的类型及其化学组成，主要受源区岩石的组成、温度、压力、挥发份和熔融程度等因素的控制 微量组分： (wB 0.1%) 主要组分 火成岩的常用化学分类－基于岩石二氧化硅相对含量的分类 火成岩的常用化学分类－TAS分类 岩浆的起源 大量的实验已证明： 花岗岩岩浆主要是陆壳岩石部分熔融的产物，他们不能直接来源于地幔 玄武岩岩浆起源于上地幔不同深度和不同性质的橄榄质岩石（来源于地幔柱者除外） H2O的加入有利于生成SiO2饱和度大的岩浆；CO2的加入则有利于形成SiO2饱和度小的岩浆 安山岩岩浆主要产生于俯冲带，可能包含了不同来源和多种作用过程的相互叠加 岩浆熔体的结构 岩浆熔体的结构 Three types of silicate structures 岩浆熔体的结构 3. 阳离子的种类对硅酸盐结构有重大影响，阳离子的电负性和电离势直接影响非桥氧的生成焓即熔体的混合自由能，影响三种结构态氧在熔体中的比例和分布状态，从而影响熔体的聚合程度，根据阳离子对聚合作用的贡献，将阳离子分为： 成网阳离子(framework cations)：位于硅氧四面体中心，在熔体中一般呈四次配位，起着形成网络、增强聚合程度的作用，如Si, Ti和一部分 Al和Fe 变网阳离子(framework modifying cations)：与非桥氧和自由氧联结的阳离子，与氧呈六次或更高次配位，位于硅氧四面体之间，起着降低聚合程度的作用，常见的变网元素为：Fe, Mn, Mg, Ca及部分Al, Na, K等 岩浆熔体的结构 4. 挥发份对熔体结构的影响：挥发分对熔体结构所起的作用分成两类： 第一类挥发分以H2O为代表，包括H2S， HCl和HF等，它们溶解于岩浆中时起破坏桥键、降低桥氧比例的作用，导致熔体的的聚合程度降低，起解聚作用，从而大大降低熔体的固相线温度和熔体的粘度，提高熔体的电导率等 第二类挥发分以CO2为代表，包括P2O5和SO2等，它们溶解于岩浆中时会破坏非桥键、降低非桥键的数量比，使熔体的聚合程度增强。 上地幔橄榄岩发生部分熔融时，由于H2O和CO2在硅酸盐熔体中的含量变化，使他们的结构作用相反，因此含不同类型、不同含量挥发分的物质体系所产生的岩浆，其性质也截然不同，在富H2O条件下，产生比较富硅的石英拉斑玄武岩浆；而在富CO2的条件下，产生比较富碱贫硅的碱性玄武岩、碧玄岩和金伯利岩浆等 岩浆的性质 岩浆的粘度：由岩浆的结构决定，而结构又与岩浆的组成有关： 酸性岩基性（碱性）岩 阳离子（铁、镁、钙等）增加或硅含量降低时，岩浆的浓度下降 压力降低或温度上升，粘度下降 岩浆的粘度大时，不利于岩浆流动、岩浆分异及岩浆中元素的迁移富集 岩浆的酸碱度：用[O2-]来衡量 氧化－还原条件 岩浆的性质 岩浆的粘度： 岩浆的酸碱度：用[O2-]来衡量， [O2-]高时岩浆的碱度强，岩浆的酸碱度影响结晶相的晶出顺序和元素的迁移能力 岩浆[O2-]中高时，有2K+ + O2- -- K2O; SiO2+ O2- -- SiO32-，同时，碱性组分将提前结晶，因此在正常花岗岩中矿物的结晶顺序是：黑云母－酸性斜长石－钾长石；但在碱性花岗岩中，钾长石提前结晶，钾长石与角闪石、辉石同时晶出，岩石中钾长石的自形程度高 两性元素（Be、Al）在酸性条件下是变网阳离子，在碱性条件下是成网阳离子[BeO4]6- [AlO4]5-,因此Be、Al在碱性岩浆中将进入造岩硅酸盐矿物，阻止他们在晚期岩浆中富集 氧化－还原条件 岩浆的性质 岩浆的粘度： 岩浆的酸碱度： 氧化－还原条件：与岩浆形成时的环境有关，深源岩浆的氧化还原电位较低， 岩浆氧化－还原电位的主要标志是变价元素的价态；(Fe2+)/ (Fe3+)1,岩浆形成于还原环境， (Fe2+)/ (Fe3+)1,反应岩浆形成于氧化环境 气态组分的类型和相对含量也可以指示岩浆的氧化还原条件，岩浆处于还原环境时,CO、CH4、H2的含量高，当CO2、H2O含量高则反映岩浆处于氧化环境 岩浆的性质有时受岩浆氧化