1、岩浆起源：熔融与部分熔融、岩浆起源：熔融与部分熔融熔 融 作 用（melting)：源岩全部发生熔融形成岩浆的过程富硅的矿物先熔融（熔融温度较低），后结晶；富铁镁的矿物后熔融，早结晶深熔作用（anatexis):指的是变质岩尤其是混合岩形成过程中地壳岩石发生分异和部分熔融的过程。第八章第八章 岩浆起源与演化岩浆起源与演化部分熔融（partial melting)： 岩石中仅部分矿物发生熔融在加热过程中，具有最低熔融温度的矿物首先熔融；在冷凝过程中具最低熔融温度的矿物最后结晶；部分熔融体是富硅（SiO2)的,未熔的残余是富FeO,MgO的；大洋（玄武岩）地壳是由贫硅的地幔岩部分熔融形成的；部分熔融形成的岩浆会聚积和迁移进入岩浆房（分凝和上升作用）二面角（ dihedral angle，）与熔体分凝能力Illustration of the dihedral angle (Illustration of the dihedral angle (q q q q) of ) of melt droplets that typically form at melt droplets that typically form at multiple grain junctions.multiple grain junctions. After Hunter After Hunter (1987)(1987) In I. Parsons (ed.), Origins of In I. Parsons (ed.), Origins of Igneous Layering. Igneous Layering. ReidelReidel, Dordrecht, pp. , Dordrecht, pp. 473-504.473-504. -Increase T-Decrease P-Add Water2、Why ：熔融原因？：熔融原因？（1 1）热的作用）热的作用温度随深度增加，俯冲板片被加热而发生熔融（火温度随深度增加，俯冲板片被加热而发生熔融（火成岩矿物的熔融温度一般为成岩矿物的熔融温度一般为700o1100oC)在伸展背景下地幔对流（软流圈上涌）在伸展背景下地幔对流（软流圈上涌）玄武岩浆底侵作用玄武岩浆底侵作用例子：俯冲带例子：俯冲带Crustal Geothermal GradientsCrustal Rocks Melt!convection in the mantlemodelsobserved heat flowwarm: near ridgescold: over cratonsfrom: http:/www.geo.lsa.umich.edu/crlb/COURSES/270from: http:/www-personal.umich.edu/vdpluijm/gs205.htmlGlobal Heat FlowGlobal Heat Flow（2 2）压力的作用）压力的作用随压力增大，矿物的熔融温度增高；随压力增大，矿物的熔融温度增高；热的地幔岩石会由于压力降低而发生熔融热的地幔岩石会由于压力降低而发生熔融例子：热点和洋中脊例子：热点和洋中脊（3）挥发份的作用：降低熔融温度Plagioclase Water-saturated vs. Dry SolidiMORB 减压熔融减压熔融3、Where:岩浆产生的构造背景举例岩浆产生的构造背景举例Mantle Plumes - “Hot” or “Wet” Spots?Seismic Tomographic Image of Iceland PlumeFrom: ICEMELT Seismic Experiment - Wolfe et al., 1997Contour of -2.5%shear wavevelocity anomalySuper Plumes?From: www.seismo.berkeley.edu/gung/_Qplume/Volcanic Hot Spots on Earths Surface (dots)Global shear wave velocity anomalies in deep mantleVolatile Fluxing Mantle WedgeVolatile Fluxing of Mantle WedgeDowngoing Slab Crustal MeltingPrimitive Mantle Melts vs. Remelting of the Lower Crust岩浆底侵作用岩浆底侵作用Island Arc PetrogenesisA proposed model for subduction zone magmatism with particular reference to island arcs. Dehydration of slab crust causes hydration of the mantle (violet), which undergoes partial melting as amphibole (A) and phlogopite (B) dehydrate. From Tatsumi (1989), J. Geophys. Res., 94, 4697-4707 and Tatsumi and Eggins (1995). Subduction Zone Magmatism. Blackwell. Oxford.4、不同源区的产生的岩浆类型、不同源区的产生的岩浆类型地地 幔：幔：玄武岩浆、碧玄岩浆、霞石岩浆、苦橄岩浆、玄武岩浆、碧玄岩浆、霞石岩浆、苦橄岩浆、 科马提岩浆、金伯利岩浆、碳酸岩岩浆；科马提岩浆、金伯利岩浆、碳酸岩岩浆；地地 壳：壳：花岗岩类；花岗岩类；俯冲带（地幔、洋壳、陆壳）：俯冲带（地幔、洋壳、陆壳）： a.a.俯冲洋壳：由于脱水，产生含俯冲洋壳：由于脱水，产生含SiSi高的流体，高的流体，以产生以产生“ 安山岩浆安山岩浆 ”, , 埃达克岩埃达克岩( (adakiteadakite) ) b. b.地幔楔性区：从靠近大洋的岛弧拉斑玄武岩地幔楔性区：从靠近大洋的岛弧拉斑玄武岩(TH)(TH)，向大陆，向大陆K K增高，变成碱性玄武岩浆增高，变成碱性玄武岩浆 c.c.陆壳：钙碱性陆壳：钙碱性I I型花岗岩和酸性火山岩型花岗岩和酸性火山岩二、岩浆演化（岩浆分异）二、岩浆演化（岩浆分异）（Differentiation of Magmas)自然界岩浆岩类型多种多样，岩浆岩多样性原因？自然界岩浆岩类型多种多样，岩浆岩多样性原因？岩浆的不同起源岩浆的不同起源原生岩浆的多样性原生岩浆的多样性岩浆的复杂演化岩浆的复杂演化 进化岩浆的多样性进化岩浆的多样性岩浆主要通过以下作用而发生成分改变：分异、同化岩浆主要通过以下作用而发生成分改变：分异、同化混染、岩浆混合作用混染、岩浆混合作用火成岩成分的多样性火成岩成分的多样性Analyses of a global sample of 41,000 igneous rocks of all ages46.7% （1）分散在）分散在宽的范围宽的范围内内53.3% 的样品聚积在的样品聚积在中心带内（中心带内（2，3，4）分异作用的主要类型分异作用的主要类型1、封闭系统的分异作用封闭系统的分异作用（1 1）结晶分异作用（晶体熔体之间的分异）：）结晶分异作用（晶体熔体之间的分异）：重力分异、流动分异、压滤作用、熔体对流分异重力分异、流动分异、压滤作用、熔体对流分异（2 2）不混熔熔体的物理分异）不混熔熔体的物理分异（3 3）熔体流体分离）熔体流体分离2 2、开放系统的分异作用、开放系统的分异作用（1 1）围岩混染物的同化作用）围岩混染物的同化作用（2 2）两种或多种不同岩浆的混合）两种或多种不同岩浆的混合（3 3）AFC (AFC (同时发生结晶分异与同化混染）同时发生结晶分异与同化混染）（一）结晶分异作用（一）结晶分异作用（晶体熔体之间的分异）：（晶体熔体之间的分异）：重力分异、流动分异、压滤作用、重力分异、流动分异、压滤作用、熔体对流分异熔体对流分异A. Crystal Settling重力分异岩浆中晶体的重力沉降分异，岩浆中晶体的重力沉降分异，需要克服岩浆对晶体的浮力需要克服岩浆对晶体的浮力和与岩浆之间的粘滞摩擦力和与岩浆之间的粘滞摩擦力以及岩浆上升速度。晶体能以及岩浆上升速度。晶体能否从岩浆中沉降分异，取决否从岩浆中沉降分异，取决于晶体与岩浆的密度差于晶体与岩浆的密度差() 、晶体直径、晶体直径(B) 和岩和岩浆的粘度浆的粘度()。当岩浆中晶。当岩浆中晶体的含量不高时，晶体在岩体的含量不高时，晶体在岩浆中的下沉速度可用斯托克浆中的下沉速度可用斯托克斯定律来计算斯定律来计算 Vs=gB2/18Plagioclase Differentiation MechanismsGabbro - Plane Polarized LightPlagioclase zoningCrystal Settlingzoned plagPerthiticpyroxeneMagmatic Cross-Beds in Skaergaard Layered IntrusionFrom: http:/www.uoregon.edu/dogsci/kays/313/plutonic.htmlCrystal Fractionation of magmas as they risel lTholeiite Tholeiite alkaline alkalineby FX by FX at med to high Pat med to high Pl lNot at low PNot at low PFFThermal divideThermal dividel lAl in pyroxenes at Hi PAl in pyroxenes at Hi PFFLow-P FX Low-P FX hi-Al hi-Al shallow magmas shallow magmas (“hi-Al” basalt) (“hi-Al” basalt)Schematic representation of the fractional Schematic representation of the fractional crystallization scheme of Green and Ringwood crystallization scheme of Green and Ringwood (1967) and Green (1969). (1967) and Green (1969). After Wyllie (1971).After Wyllie (1971). The The Dynamic Earth: Textbook in GeosciencesDynamic Earth: Textbook in Geosciences. John . John Wiley & Sons.Wiley & Sons. B. Flow segregationThe motion of the magma past The motion of the magma past the stationary walls of the the stationary walls of the country rock creates shear in the country rock creates shear in the viscous liquidviscous liquidMagma must flow around Magma must flow around phenocrystsphenocrysts, thereby exerting , thereby exerting pressure on them at constrictions pressure on them at constrictions where where phenocrystsphenocrysts are near one are near one another or the contactanother or the contact grain dispersive pressuregrain dispersive pressure, , forcing the grains apart and away forcing the grains apart and away from the contactfrom the contactThis is probably a relatively This is probably a relatively minor effectminor effectLangmuir Modeln nThermal gradient Thermal gradient at at wall and cap wall and cap variation in % variation in % crystallizedcrystallizedn nCompositional Compositional convectionconvection evolved magmas evolved magmas from boundary from boundary layer to cap (or mix layer to cap (or mix into interior)into interior)Formation of boundary layers along the Formation of boundary layers along the walls and top of a magma chamber. walls and top of a magma chamber. From From Winter (2001) An Introduction to Igneous Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Halland Metamorphic Petrology. Prentice Hall对流分异对流分异 Schematic section through a rhyolitic magma chamber undergoing convection-aided in-situ differentiation. After Hildreth (1979). Geol. Soc. Amer. Special Paper, 180, 43-75. The magma near the vertical contact becomes enriched in water from the wall rocks. Water-enriched boundary layer, although cooler, is less dense than the interior magma, and rises to concentrate near the top of the chamberThis is compositional convection( (二）同化混染作用二）同化混染作用(1)玄武岩浆同化酸性岩玄武岩浆同化酸性岩(浆岩浆岩)：可以使岩浆成分变得更酸：可以使岩浆成分变得更酸性，性， 并能促进玄武岩浆的分离结晶作用并能促进玄武岩浆的分离结晶作用(降低了岩浆温度，并降低了岩浆温度，并 且结晶加速且结晶加速)(2)同化泥质岩同化泥质岩(含含Al高高)：以：以Al2O3和和SiO2为主的岩石为主的岩石 透辉石透辉石Al2O3SiO2=AnPy 这样就可以形成苏长岩，因此有人认为苏长岩是同化混染这样就可以形成苏长岩，因此有人认为苏长岩是同化混染作用形成的。作用形成的。1、玄武岩浆的同化作用玄武岩浆的同化作用2、花岗岩浆同化混染作用、花岗岩浆同化混染作用 主要是通过与固态高熔点的围岩或捕掳体发生反应，改造主要是通过与固态高熔点的围岩或捕掳体发生反应，改造它们，而使得花岗岩浆成分发生改变它们，而使得花岗岩浆成分发生改变 如同化混染了含如同化混染了含Fe、Mg较高的围岩，可使岩浆基性程度较高的围岩，可使岩浆基性程度增高，可以形成闪长岩或花岗闪长岩，同化碳酸盐岩，由于增高，可以形成闪长岩或花岗闪长岩，同化碳酸盐岩，由于Ca增增Si减，也可形成闪长岩或花岗闪长岩。若花岗岩浆同化减，也可形成闪长岩或花岗闪长岩。若花岗岩浆同化了泥质岩，岩浆中了泥质岩，岩浆中Al增加，可形成一些富增加，可形成一些富Al矿物，如安徽某矿物，如安徽某花岗岩普遍含红柱石。花岗岩普遍含红柱石。Assimilation Gradational border zones between homogeneous igneous rock (light) and country rock Gradational border zones between homogeneous igneous rock (light) and country rock (dark). After Compton (1962), (dark). After Compton (1962), Manual of Field GeologyManual of Field Geology. R. Compton. . R. Compton. Magmatic Differentiation: Assimilation（三）岩浆混合作用（三）岩浆混合作用 岩浆混合作用既是再造新生岩浆又是开放体系下岩浆演岩浆混合作用既是再造新生岩浆又是开放体系下岩浆演化的重要岩浆作用，因而它已成为岩浆多元性和火成岩多样化的重要岩浆作用，因而它已成为岩浆多元性和火成岩多样性的重要因素。性的重要因素。 混合岩浆的端元岩浆多为混合岩浆的端元岩浆多为镁铁质镁铁质和和长英质长英质成份，其中镁成份，其中镁铁质岩浆多来自地幔，而长英质岩浆的源区则是地壳，而且铁质岩浆多来自地幔，而长英质岩浆的源区则是地壳，而且它有时还是热的镁铁质岩浆作用于地壳部分熔融形成。它有时还是热的镁铁质岩浆作用于地壳部分熔融形成。 Basalt pillows Basalt pillows accumulating at the bottom accumulating at the bottom of a in of a in graniticgranitic magma magma chamber, chamber, VinalhavenVinalhaven Island, MaineIsland, MaineComingledComingled basalt- basalt-RhyoliteRhyolite Mt. Mt. McLoughlinMcLoughlin, Oregon, OregonFigure 11-8Figure 11-8 From Winter (2001) An From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice HallMetamorphic Petrology. Prentice Hall 岩浆混合作用识别标志：岩浆混合作用识别标志：1、在酸性岩中见基性端元的岩石团块、微粒包体；、在酸性岩中见基性端元的岩石团块、微粒包体；2、酸性端元的熔岩中见明显流变特征的基性端元熔岩条带；、酸性端元的熔岩中见明显流变特征的基性端元熔岩条带；3、酸性端元中见基性端元的岩墙及其边缘的机械混合带和成、酸性端元中见基性端元的岩墙及其边缘的机械混合带和成 分过渡带；分过渡带；4、矿物间明显的不平衡，如成分差别较大的斜长石共存、矿、矿物间明显的不平衡，如成分差别较大的斜长石共存、矿 物间的交代结构发育；物间的交代结构发育；5、化学成分符合混合趋势。、化学成分符合混合趋势。MagmaticDifferentiation:Magma MixingMingling and mixingClosepet granite (2.5 Ga), South IndiaMelt Inclusions in Quartz in PantelleriteFrom: http:/wrgis.wr.usgs.gov/lowenstern/Mahood and Lowenstern, 1991Harker diagramn nSmooth trendsSmooth trendsn nModel with 3 assumptionsModel with 3 assumptions: :1 Rocks are related by FX1 Rocks are related by FX2 Trends = liquid line of 2 Trends = liquid line of descent=path of descent=path of crystallizationcrystallization3 The basalt is the parent 3 The basalt is the parent magma from which the magma from which the others are derivedothers are derivedFigure. Stacked variation diagrams of hypothetical components X and Y (either weight or mol %). P = parent, D = daughter, S = solid extract, A, B, C = possible extracted solid phases. For explanation, see text. From Ragland (1989). Basic Analytical Petrology, Oxford Univ. Press.X (wt.% or ppm)Y (wt.% or ppm)A加到加到B中中B中减去中减去AABCR变异图反映分异作用(a)(a)矿物矿物矿物矿物X X从液相从液相从液相从液相L1L1中分离，液相变为中分离，液相变为中分离，液相变为中分离，液相变为L2L2(b)(b)由矿物由矿物由矿物由矿物X X和和和和Y Y构成的构成的构成的构成的C C从液相从液相从液相从液相L1L1中析出，使液相中析出，使液相中析出，使液相中析出，使液相成分变为成分变为成分变为成分变为L2L2(c)(c)由矿物由矿物由矿物由矿物X,YX,Y和和和和Z Z构成的构成的构成的构成的C C从液相从液相从液相从液相L1L1中析出，使液中析出，使液中析出，使液中析出，使液相成分变为相成分变为相成分变为相成分变为L2L2Closepet granite (2.5 Ga), South IndiaClosepet granite (2.5 Ga), South India岩石类型、岩浆过程与构造环境岩石类型、岩浆过程与构造环境岩岩 石石初始岩浆初始岩浆后期后期岩浆岩浆岩浆过程岩浆过程构造环境构造环境玄武岩、辉长岩玄武岩、辉长岩镁铁质镁铁质镁铁质镁铁质地幔（软流圈）部分地幔（软流圈）部分熔融熔融1 1、离散边缘产生、离散边缘产生洋壳；洋壳；2 2、板内高原玄武、板内高原玄武岩、火山岛链（例岩、火山岛链（例如，夏威夷）如，夏威夷）安山岩、闪长岩安山岩、闪长岩镁铁质（通常）镁铁质（通常）中性中性地幔（软流圈）部分地幔（软流圈）部分熔融；熔融；分异；分异；同化混染；同化混染；岩浆混合岩浆混合汇聚边缘汇聚边缘流纹岩、花岗岩流纹岩、花岗岩长英质长英质长英质长英质下地壳部分熔融下地壳部分熔融汇聚边缘；汇聚边缘；地幔柱之上的板内地幔柱之上的板内大洋壳由玄武岩构成，而玄武岩来自软流圈上涌（降压）而产生的岩浆产物；与大陆壳相比，洋壳较薄而更年轻，这是由于洋壳在洋脊缓慢形成而在俯冲带循环回地幔的结果；大洋壳的平均年龄为75Ma (范围为0250Ma);岩浆作用对地壳成因的意义岩浆作用对地壳成因的意义大陆壳，相当于花岗闪长岩成分，必须至少经历两阶段岩浆事件才能产生：（1）地幔物质熔融产生镁铁质岩浆；（2）镁铁质岩浆分异产生花岗岩留下更富铁镁的堆积岩，或镁铁质岩浆重熔产生花岗质熔体和更富铁镁的残余；（3）富铁镁的堆积岩或残余再循环返回到地幔拆沉作用或热剥蚀作用。