第十三章 巖漿巖的成因

1、第十三章巖漿巖的成因由前面的介紹可以看到，巖漿巖種類繁多，性狀各異?，F(xiàn)簡要介紹形成巖漿巖的巖漿種類及其來源；形成巖漿巖的地質(zhì)作用和物理化學(xué)作用。這些都是巖漿巖成因方面的重大問題，也是地質(zhì)科學(xué)中的一些重大問題，目前仍在不斷地探索和研究中。一、原始巖漿的種類和起源根據(jù)目前研究，巖漿起源于上地幔和地殼底層，并把直接來自地?；虻貧さ讓拥膸r漿叫原始巖漿。巖漿巖種類雖然繁多，但原始巖漿的種類卻極其有限，一般認(rèn)為僅三、四種而已，即只有超基性(橄欖)巖

2、漿、基性(玄武巖漿)、中性(安山)巖漿和酸性(花崗或流紋)巖漿。當(dāng)然，對這個問題的認(rèn)識也經(jīng)過一個長期歷史發(fā)展過程。在十九世紀(jì)中葉布恩森(Bonson1851)曾提出有玄武巖漿和花崗巖漿兩種原始巖漿的主張，但關(guān)于花崗巖漿的論點(diǎn)一直未受重視，一些學(xué)者卻堅持認(rèn)為只有一種玄武巖漿，而所有的巖漿巖都是由玄武巖漿派生出來的。這就是本世紀(jì)初至20年代期間風(fēng)行一時的巖漿成因一元論。最早提出一元論者是戴里(Daly)和鮑文。但一元論不能解釋這樣一個眾所周

3、知的地質(zhì)事實(shí)，即花崗巖在大陸地殼中的分布要比玄武巖廣得多，例如據(jù)計算，花崗巖的分布面積比玄武巖大五倍，比其他深成巖大二十倍，并且花崗巖幾乎不與玄武巖共生。進(jìn)入本世紀(jì)三十年代，列文生—列森格和肯尼迪(Kenndy1933)根據(jù)花崗巖和玄武巖同為地殼中分布最廣的巖漿巖這一事實(shí)，又重新昌導(dǎo)花崗巖漿和玄武巖漿兩種原始巖漿的論點(diǎn)，即所謂巖漿成因二元論。本世紀(jì)中期前后，有人針對環(huán)太平洋“安山巖線”和阿爾卑斯型超基性侵入巖這種地質(zhì)事實(shí)，又提出了安山巖

4、漿和橄欖巖漿的論點(diǎn)。于是進(jìn)入了所謂巖漿成因的多元論階段。目前認(rèn)為種類繁多的巖漿巖就是從橄欖巖漿、玄武巖漿、安山巖漿、花崗巖漿通過復(fù)雜的演化作用形成的。這幾種原始巖漿是上地幔和地殼底層的固態(tài)物質(zhì)在一定條件下通過局部熔融(重熔)產(chǎn)生的。局部熔融是現(xiàn)代巖漿成因方面的一個基本概念，大致解釋如下：和單種礦物比較起來，巖石在熔化時有下列兩個特點(diǎn)：第一，是巖石的熔化溫度低于其構(gòu)成礦物各自單獨(dú)熔化時的熔點(diǎn)；第二，是巖石從開始熔化到完全熔化有一個溫度區(qū)間

5、，而礦物在一定的壓力下僅有一個熔化溫度。巖石熔化時之所以出現(xiàn)上述特點(diǎn)，是因?yàn)閹r石是由多種礦物組成的，不同的礦物其熔點(diǎn)也不相同，在巖石熔化時，不同礦物的熔化順序自然不同。一般的情況是：礦物或巖石中SiO2和K2O含量愈高，即組分愈趨向于“酸性”愈易熔化，稱為易熔組分；反之，礦物或巖石中FeO、MgO、CaO含量愈高，即組分愈趨于“基性”愈難熔化，稱為難熔組分。所以，巖石開始熔化時產(chǎn)生的熔體中SiO2、K2O、Na2O較多，熔體偏于酸性，隨

6、著熔化溫度的提高，熔體中鐵、鎂組分增加而漸趨于基性。表中列出了巖屑砂巖在水壓為2000巴時所做的熔化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由該表可知，熔體成分變化十分明顯，在690℃至730℃之間局部熔融現(xiàn)象很清楚。熔體成分中SiO2含量隨著溫度的升高而降低，CaO、FeO、MgO組分增加。在780度時巖石大部分熔化，熔體逐漸接近于花崗閃長巖的成分，殘留少量難熔基性組分。根據(jù)上述試驗(yàn)和地質(zhì)觀察，人們得出了局部熔融的概念，即在巖石開始熔化至全部熔化的溫度區(qū)間內(nèi)，巖石

7、中的易熔組分(酸性組分)先熔化，產(chǎn)生酸性熔體，殘留體為較基性的難熔固體物質(zhì)。隨著溫度增高，熔體數(shù)量增加，其基性成分也逐漸增加；當(dāng)溫度達(dá)到或超過巖石全部熔化的溫度時，巖石全部熔化，熔體成分和被熔化的原巖成分一致。巖石的局部熔融作用又叫重熔作用或深熔作用。巖石局部溶融基本是按石英—長石—橄欖石的順序進(jìn)行。由于地殼深部和上地幔的溫度很高，固態(tài)地殼物質(zhì)和上地幔物質(zhì)同樣也會發(fā)生局部熔融或重熔作用，一般認(rèn)為上地幔物質(zhì)的局部熔融產(chǎn)生橄欖巖漿、玄武巖漿

8、、安山巖漿；而地殼深部(底層)巖石的局部熔融作用產(chǎn)生花崗巖漿。1.玄武巖漿是上地幔物質(zhì)(地幔巖)局部熔融的產(chǎn)物。目前推斷，在上地幔的不同深度上通過局部熔融產(chǎn)生三種巖漿，即：熔化后做試驗(yàn)，在玄武巖熔體加入CaF2，結(jié)果熔體也分為兩個液層，上部為相當(dāng)于流紋巖巖漿的酸性熔體層，下部為相當(dāng)于橄欖巖的超基性熔體層。目前認(rèn)為，在天然的巖漿中硫化物、氧化物和硅酸鹽熔體可以發(fā)生熔離作用；一些含有銅鎳的基性巖漿在高溫時銅鎳硫化物熔體完全混溶于基性巖漿中，

9、當(dāng)溫度下降到某一限度后，此二種熔體即發(fā)生分離，銅鎳硫化物比重大而富集于底部成礦床，硅酸鹽熔體在上部固結(jié)成巖石。我國西南某地的含鉑硫化物礦床就是這樣形成。至于巖漿中不同的硅酸鹽熔體之間能否發(fā)生熔離作用，尚有爭議。不過一些人仍認(rèn)為輝長巖中的條帶狀構(gòu)造和某些珍珠巖中的球粒是硅酸鹽熔離作用造成的。甚至近來有人提出在上地幔的巖漿源區(qū)就能夠發(fā)生深部熔離作用從而產(chǎn)生安山巖漿和玄武巖漿的論點(diǎn)，尚待研究。2.結(jié)晶分異作用礦物的結(jié)晶溫度有高有低，因此，礦物

10、從巖漿中結(jié)晶析出的次序也有先有后。在巖漿冷凝過程中礦物按其結(jié)晶溫度的高低先后同巖漿發(fā)生分離的現(xiàn)象叫結(jié)晶分異作用。結(jié)晶分異作用在玄武巖漿中研究得最為完備，由鮑文和貝萊(Baliey)于本世紀(jì)20年代即完成了實(shí)驗(yàn)和地質(zhì)方面的經(jīng)典研究，成為巖漿巖的理論支柱之一。玄武巖漿的結(jié)晶分異作用模式一般稱為鮑文反應(yīng)原理，即隨著巖漿溫度的降低，橄欖石首先結(jié)晶，并由于它比重大而沉落于巖漿體底部形成橄欖巖；繼而輝石—基性斜長石同時結(jié)晶并沉落于橄欖巖“層”之上形

11、成輝長巖；角閃石—中性斜長石同時析出構(gòu)成閃長巖；而巖漿中越來越富SiO2、K2O、Na2O及揮發(fā)性組分，并慢慢地被已晶出的礦物“層”擠到巖漿體的頂部最后結(jié)晶出石英—鉀長石—酸性斜長石組合，即花崗巖。因?yàn)樵谶@一分異過程中在礦物晶出后因其比重不同受重力作用而分別沉落、堆積，故又稱“重力結(jié)晶分異作用”。用這種理論能夠較圓滿地解釋層狀超基性—基性侵入巖雜巖體，并建立堆積巖理論。在有關(guān)層狀侵入體的礦床研究中，這種理論也得到了驗(yàn)證，并起到了指導(dǎo)找礦

12、的作用。所以，這種結(jié)晶分異觀點(diǎn)，經(jīng)過半個多世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)研究、理論探索和地質(zhì)觀察，對于層狀超基性—基性巖的成因解釋基本上得到了承認(rèn)。但用玄武巖漿的分異作用解釋多數(shù)或全部巖漿巖的成因，尚有值得進(jìn)一步研究的地方。(二)同化混染作用由于巖漿溫度很高，并且有很強(qiáng)的化學(xué)活動能力，因此它可以熔化或溶解與之相接觸的圍巖或所捕虜?shù)膰鷰r塊，從而改變原來巖漿的成分。若巖漿把圍巖徹底熔化或溶解，使之同巖漿完全均一，則稱同化作用；若熔化或溶解不徹底，不同程度的保留

13、有圍巖的痕跡(如斑雜構(gòu)造等)，則稱混染作用。因同化和混染往往并存，故又統(tǒng)稱同化混染作用。此外，也有人把巖漿熔化或溶解圍巖并使之逐漸消失于巖漿中的過程叫同化作用；把因圍巖的熔化或溶解使巖漿成分受到外來物質(zhì)(圍巖)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，是巖漿與圍巖的相互作用，巖漿同化圍巖，圍巖則污染巖漿，因此，也一并稱為同化混染作用。一般同化混染作用中巖漿成分變化的規(guī)律是基性巖漿同化酸性(或富含SiO2

14、)的圍巖時，巖漿向酸性變化(酸度增加)；反之，酸性巖漿同化基性(富含Ca、Fe、Mg)圍巖時，巖漿向基性方向變化(酸度降低)。按照鮑文反應(yīng)原理，基性巖漿可以同化酸性圍巖，但酸性巖漿難于同化基性圍巖。不過由于酸性巖漿往往富含揮發(fā)組份(CO2、H2O、F、Cl等)，因而有很強(qiáng)的溶解能力，雖然其溫度低些，但它也能發(fā)生強(qiáng)烈的同化作用。其中酸性巖漿同化碳酸鹽巖石(石灰?guī)r、白云巖)的作用具有重大意義，因?yàn)樗粌H能形成許多小的中性巖侵入體，而且也往往