火成岩

火成岩

火成岩或稱岩漿岩,地質學專業術語,三大岩類的一種,是指岩漿冷卻後(地殼裏噴出的岩漿,或者被融化的現存岩石),成形的一種岩石。現在已經發現700多種岩漿岩,大部分是在地殼裏面的岩石。常見的岩漿岩有花崗岩、安山岩及玄武岩等。一般來說,岩漿岩易出現于板塊交界地帶的火山區。

  • 中文名稱
    火成岩
  • 外文名稱
    Igneous Rock
  • 分    類
    酸性鹼性中性超基性
  • 形成類型
    流紋岩等
  • 分類標準
    形成地點,紋理,化學成分

基本簡介

火成岩(IgneousRock)由岩漿(Magma)直接凝固而成。高溫之岩漿在從液態冷卻中結晶成多種礦物,礦物再緊密結合成火成岩。化學成分各異之岩漿,最後成為礦物成分各異之火成岩,種類繁多,細分之有數百種。如依其含矽量之高低做最簡明之分類,火成岩有酸性(Felsic)、中性(Intermediate)、鹼性(Mafic),及超基性(Ultrabasic)四大類。同時火成岩之晶體,因結晶時在地下之深度 不一亦有粗細之別;將此分別代表深淺之粗細做為礦物成分以外之另一分類依據。

火成岩

基本分類

火成岩可分成如次之種類:晶體粗大之酸性火成岩為花崗岩(Granite),細小至肉眼不能辨識者為流紋岩(Rhyolite);晶體粗大之中性火成岩為閃長岩(Diorite)細小者為安山岩(Andesite);晶體粗大之基性火成岩為輝長岩(Gabbro),細小者為玄武岩(Basalt);晶體粗大之超基性火成岩為橄欖岩(Peridotite),此種火成岩無晶體細小者。晶體特大之火成岩統稱偉晶岩(Pegmatite),但應指明其為偉晶花岡岩、偉晶閃長岩,或偉晶輝長岩。此外,不論其成分如何,岩漿在地面凝固時通常不暇結晶。此等不結晶火成岩均為火山岩,或成塊狀無結構之玻璃,酸性及中性者成黑耀石(Obsidian)或浮石(Pumice),基性者成玻璃質玄武岩(BasalticGlass),或在噴發時破碎成火山角礫岩(VolcanicBreccia)或凝灰岩(Tuff)。火成岩以岩基或岩脈形體侵入較古岩層,倘再穿至地面,則成火山。火成岩不僅為一切其他岩石之原料及多種礦產之母體,且為全球水分之來源。不論在深處或淺處,火成岩通常僅在地殼正有犟烈活動之時之地出現,並非一時處處或一處時時有為火成岩前身之岩漿活躍。岩漿在地下或噴出地表後冷凝形成的岩石。又稱岩漿岩。大部分火成岩是結晶質的,小部分是玻璃質。火成岩的形成溫度較高,一般介于700~1500℃之間。岩漿在地下冷凝固結形成的岩石稱侵入岩;噴出地表冷凝固結形成的岩石稱噴出岩。火成岩主要由矽酸鹽礦物組成,在地殼中具有一定的產狀、形態。許多金屬礦產與非金屬礦產都與火成岩有關,有時它本身就是重要的礦產資源。

地理位置

岩漿岩分為火山岩(外部)、淺成岩和深成岩(內部):淺成岩是岩漿在地下,侵入地殼內部3-1.5千米的深度之間形成的火成岩,一般為細粒、隱晶質和斑狀結構; 深成岩是岩漿侵入地殼深層3千米以下,緩慢冷卻相成的火成岩,一般為全晶質粗粒結構;亦名侵入岩。

火成岩

火山岩在火山爆發岩漿噴出地面之後,再經冷卻形成,所以又名噴出岩,由于冷卻較快,所以一般形成細粒或玻璃質的岩石。

化學成分

二氧化矽的含量:酸性火成岩含量>66%

火成岩

中性火成岩含量66%~52%

基性火成岩含量52%~45%

超基性火成岩含量45%~40%

石英,鹼長石和似長石的含量:

長英質:含量很高,一般顏色較淺,密度較低。

鐵鎂質:含量低,顏色深,而且密度較高。

地殼中所有元素在火成岩中均以發現,但其含量卻很不相同。含量最多的是O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K和Ti等,這些元素稱為造岩元素。它們的總和約佔火成岩總重量99.25%。
     在火成岩中,這些元素常用氧化物重量百分比表示,在不同的火成岩中它們的含量變化較大。各種氧化物含量變化範圍:SiO2 34-75%,Al2O3 10-20%,Fe2O3 0-5%,MgO 1-25%,CaO 0-15%,Na2O 0-10%,K2O 0-10%。火成岩中除了造岩氧化物外,還有很多微量元素,如Pb,Zn,W,Mo,Sn,Nb,Ta等,這些元素含量雖然很低,但可富集成礦,有著重要意義。
      另外,岩漿的化學組成對礦物的形成影響很大。不同化學成分的火成岩會有不同的礦物組合。

物質組成

①化學成分。主要由氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、鈦、錳、氫、磷等12種元素組成。它們被稱為造岩元素,約佔火成岩總重量的99%以上,尤以氧最多,佔總重量的46%以上。其餘所有元素的重量總和還不到1%。它們常用氧化物百分數表示(表1)。SiO2是岩漿岩中最重要的一種氧化物,其含量是岩石分類的一個主要參數。如SiO2含量大于65%的火成岩稱酸性岩,含量52%~65%者為中性岩,45%~52%者為基性岩,小于45%者為超基性岩。K2O+Na2O重量百分數之和稱為全鹼含量,也是岩石分類的一個重要參數。除12種主要元素外,火成岩中還含有許多種微量元素,如Au、Ag、As、B、Ba、Be、Cu、Pb、Zn、F、Cl、S、Ce、Li等。

火成岩

②礦物成分。常見的礦物有20多種,通稱造岩礦物(表2)。依其化學成分可分為兩類。矽鋁礦物,SiO2與Al2O3含量高,不含FeO、MgO,如石英類、長石類和似長石類。這類礦物顏色淺,故也稱淺色或淡色礦物。鐵鎂礦物,FeO和MgO的含量較高,SiO2含量較低。如橄欖石類、輝石類、角閃石類及黑雲母類等。這類礦物的顏色較深,故又稱深色或暗色礦物。矽鋁礦物和鐵鎂礦物在火成岩中的比例是岩石鑒定和分類的重要標志之一。火成岩的礦物成分和化學成分取決于岩漿來源,也取決于岩漿演化成岩的總過程。如來自幔源的岩漿富含鐵、鎂、鉻等元素,形成的岩石以鐵鎂礦物為主,而來自殼源的岩漿富含矽鋁元素,形成的岩石以矽鋁礦物為主,花崗質岩漿在演化過程中與碳酸鹽岩接觸交代形成的矽卡岩以含鈣礦物為主等。

火成岩

結構構造指組成火成岩的礦物及其集合體的形態、外貌和相互關系。它既是岩石分類命名的重要依據,也是岩石形成時的物理化學條件的反映(如岩漿性質、圍岩性質、構造環境等)。借助結構構造的研究,可以幫助解決火成岩的成因、演化等問題。①常見的火成岩結構:反映火成岩結晶程度的有全晶質結構(多見于深成岩)、玻璃質結構(多見于酸性噴出岩)和半晶質結構(多見于淺成岩和超淺成岩的邊緣相);反映礦物自形程度的有自形粒狀結構、它形粒狀結構和半自形粒狀結構等;反映礦物顆粒間相互關系的有交生結構、反映邊結構、環帶結構、包含結構和填隙結構等。②常見的構造:反映侵入岩的構造有塊狀構造、帶狀構造、斑雜構造、晶洞構造、流動構造、原生片麻狀構造等;反映噴出岩的構造有氣孔狀、杏仁狀構造(多見于熔岩層的頂部)、枕狀構造(多見于海相基性熔岩)、流紋構造(多見于酸性熔岩)、柱狀節理構造(多見于厚層狀基性熔岩)。

產狀和相

①產狀。指岩體的形態、大小和與圍岩的關系。噴出岩的產狀有熔透式(火山噴口粗大,岩漿大面積溢出)、裂隙式(岩漿沿大的斷裂裂隙噴出地表)和中心式(岩漿沿頸狀通路噴出地表);侵入岩的產狀有整合侵入體(如岩盆、岩蓋)、不整合接觸侵入體(如岩牆、岩株等)。

火成岩

②相。指由于生成環境不同而產生的岩石部分與整個岩體間總的外貌和特征。常見的火成岩相:反映噴出岩的有溢流相、爆發相、火山頸相、次火山相、火山沉積相等;反映侵入岩的有深成相、中深成相、淺成相以及內部相、邊緣相等。岩石類型根據岩石的礦物成分和化學成分,可分為超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩和鹼性岩。

①超基性岩。SiO2含量小于45%,貧鹼,富鐵鎂,長石含量少,以鐵鎂等暗色礦物為主,如橄欖岩,輝石岩、苦橄岩等。

②基性岩。SiO2含量為45%~52%,富鈣、鉛、鎂,貧鹼,主要礦物為中性斜長石和輝石,如輝長岩、輝綠岩和玄武岩等。

③中性岩。SiO2含量為52%~65%,主要礦物為中性斜長石和角閃石,主要類型有閃長岩、二長岩、閃長玢岩、安山岩等。

④酸性岩。SiO2含量大于65%,鐵、鎂、鈣含量少,主要礦物為石英、鉀長石、酸性斜長石和少量黑雲母,如花崗岩、花崗閃長岩、花崗斑岩、流紋岩等。

⑤鹼性岩。SiO2含量較低,鹼質含量較高,主要礦物為鹼性長石、霞石、鹼性輝石和鹼性閃石等,如霞石正長岩、霞石正長斑岩和粗面岩、響岩等。

岩石演化

岩漿從開始產生直到固結為岩石,始終處在不斷的變化過程中;對于岩漿岩成因具有直接意義的是岩漿侵入地殼、特別是侵入地殼淺部以後到凝固為岩石這一期間內岩漿在物質成分上發生的演化。該期間內岩漿演化的基本過程是通過分異作用和同化作用,由少數幾種岩漿形成多種多樣的岩漿岩,並在適宜條件下形成一定的礦床。岩漿的分異和同化,是岩漿岩成因方面的基本問題,在理論上和實際上均具有很大意義。

火成岩

岩漿分異作用

岩漿可以通過兩種方式發生分異,即熔離作用和結晶分異作用,這是岩漿內部發生的一種演化。

1.熔離作用

原來均一的岩漿,隨著溫度和壓力的降低或者由于外來組分的加入,使其分為互不混溶的兩種岩漿,即稱為岩漿的熔離作用。日常生活中的油—水關系可以作為這方面的例子。在煉鐵爐中熔煉鐵礦石時,在CaCO3和CaF2等外加熔劑作用下,鐵水和熔渣(矽酸鹽熔體)就分為互不混溶的兩個液層,鐵水比重大而下沉,熔渣輕而上浮,這是同天然熔離作用很相似的又一例子。此外,也有人把玄武岩熔化後做試驗,在玄武岩熔體加入CaF2,結果熔體也分為兩個液層,上部為相當于流紋岩岩漿的酸性熔體層,下部為相當于橄欖岩的超基性熔體層。目前認為,在天然的岩漿中硫化物、氧化物和矽酸鹽熔體可以發生熔離作用;一些含有銅鎳的基性岩漿在高溫時銅鎳硫化物熔體完全混溶于基性岩漿中,當溫度下降到某一限度後,此二種熔體即發生分離,銅鎳硫化物比重大而富集于底部成礦床,矽酸鹽熔體在上部固結成岩石。西南某地的含鉑硫化物礦床就是這樣形成。至于岩漿中不同的矽酸鹽熔體之間能否發生熔離作用,尚有爭議。不過一些人仍認為輝長岩中的條帶狀構造和某些珍珠岩中的球粒是矽酸鹽熔離作用造成的。甚至近來有人提出在上地幔的岩漿源區就能夠發生深部熔離作用從而產生安山岩漿和玄武岩漿的論點,尚待研究。

2.結晶分異作用

礦物的結晶溫度有高有低,因此,礦物從岩漿中結晶析出的次序也有先有後。在岩漿冷凝過程中礦物按其結晶溫度的高低先後同岩漿發生分離的現象叫結晶分異作用。結晶分異作用在玄武岩漿中研究得最為完備,由鮑文和貝萊(Baliey)于本世紀20年代即完成了實驗和地質方面的經典研究,成為岩漿岩的理論支柱之一。玄武岩漿的結晶分異作用模式一般稱為鮑文反應原理,即隨著岩漿溫度的降低,橄欖石首先結晶,並由于它比重大而沉落于岩漿體底部形成橄欖岩;繼而輝石—基性斜長石同時結晶並沉落于橄欖岩“層”之上形成輝長岩;角閃石—中性斜長石同時析出構成閃長岩;而岩漿中越來越富SiO2、K2O、Na2O及揮發性組分,並慢慢地被已晶出的礦物“層”擠到岩漿體的頂部最後結晶出石英—鉀長石—酸性斜長石組合,即花崗岩。因為在這一分異過程中在礦物晶出後因其比重不同受重力作用而分別沉落、堆積,故又稱“重力結晶分異作用”。用這種理論能夠較圓滿地解釋層狀超基性—基性侵入岩雜岩體,並建立堆積岩理論。在有關層狀侵入體的礦床研究中,這種理論也得到了驗證,並起到了指導找礦的作用。所以,這種結晶分異觀點,經過半個多世紀的實驗研究、理論探索和地質觀察,對于層狀超基性—基性岩的成因解釋基本上得到了承認。但用玄武岩漿的分異作用解釋多數或全部岩漿岩的成因,尚有值得進一步研究的地方。

同化混染作用

由于岩漿溫度很高,並且有很強的化學活動能力,因此它可以熔化或溶解與之相接觸的圍岩或所捕虜的圍岩塊,從而改變原來岩漿的成分。若岩漿把圍岩徹底熔化或溶解,使之同岩漿完全均一,則稱同化作用;若熔化或溶解不徹底,不同程度的保留有圍岩的痕跡(如斑雜構造等),則稱混染作用。因同化和混染往往並存,故又統稱同化混染作用。此外,也有人把岩漿熔化或溶解圍岩並使之逐漸消失于岩漿中的過程叫同化作用;把因圍岩的熔化或溶解使岩漿成分受到外來物質(圍岩)的污染(混染)而改變其原來成分的作用叫混染作用。顯然,同化與混染為同一過程,是岩漿與圍岩的相互作用,岩漿同化圍岩,圍岩則污染岩漿,因此,也一並稱為同化混染作用。一般同化混染作用中岩漿成分變化的規律是基性岩漿同化酸性(或富含SiO2)的圍岩時,岩漿向酸性變化(酸度增加);反之,酸性岩漿同化基性(富含Ca、Fe、Mg)圍岩時,岩漿向基性方向變化(酸度降低)。按照鮑文反應原理,基性岩漿可以同化酸性圍岩,但酸性岩漿難于同化基性圍岩。不過由于酸性岩漿往往富含揮發組份(CO2、H2O、F、Cl等),因而有很強的溶解能力,雖然其溫度低些,但它也能發生強烈的同化作用。其中酸性岩漿同化碳酸鹽岩石(石灰岩、白雲岩)的作用具有重大意義,因為它不僅能形成許多小的中性岩侵入體,而且也往往伴有矽卡岩化形成所謂矽卡岩礦床,如銅、鐵、鎢礦等。在該同化作用中,大量Ca和Mg加入岩漿,使岩漿酸度降低,形成閃長岩或石英閃長岩,而在接觸帶上形成含石榴石和輝石的矽卡岩(變質岩)。如長江中下遊的許多中—酸性侵入岩體廣泛發育此種同化作用。在岩漿演化過程中,分異作用和同化混染作用可能同時進行;也可能以某種作用為主導。在實際工作中要根據具體對象進行分析,從而得出比較合乎實際的結論,以正確闡述岩漿岩的形成和分布規律,指導礦產預測與尋找工作。按照分異作用和同化作用的理想模式,各種岩漿岩的成因關系如下:

I、玄武岩漿的分異作用

玄武岩安山岩流紋岩玄武岩漿輝長岩閃長岩花崗岩(少量)鹼性岩、輝綠岩、橄欖岩、輝石岩

II、花崗岩漿的同化混染作用(Ca、Fe、Mg加入)

英安岩—安山岩

花崗岩漿花崗閃長岩—閃長岩

正長岩—鹼性岩

研究意義

火成岩對地質學研究很重要,因為:

它們的礦物和化學結構提供很多關于地殼結構的知識。學者可以從岩漿岩的存在地點,形成的溫度和壓力條件,以及原有的岩石種類中推斷地殼結構。

它們的年齡可以從各種各樣輻射測量斷代法測量,以此和臨近地層年代比較,可以推斷事件發生順序。

它們的特點通常是一個具體構造環境的典型,可以研究板塊構造。

在一些罕見情況下,它會含有重要礦物,例如花崗岩中可能有鎢,錫和鈾。    

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