第八章 岩浆作用岩浆起源与演化过程中元素的活动规律

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1、第一节岩浆作用岩浆起源与演化过程中元素的活动规律1．岩浆起源与演化地球除地核以外的部分以固态为主，因此，岩浆的起源实质上是由固态向液态转变的熔融过程，且由于固体地球的热能有限，岩浆常常是部分熔融的产物。在部分熔融过程中，新产生的液相优先富集不相容元素，在残余固相中则相对富集相容元素。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。大量实验已证明，花岗岩类岩浆主要是陆壳岩石部分熔融的产物，它们不能直接导源于上地慢；安山岩浆的产生至今仍是一个谜，它们主要产于俯冲带上

2、，但是地幅橄榄岩和洋壳岩石的熔融实验均不能产生真正的安山岩浆。实验研究暗示安山岩岩浆可能包含了多种作用过程(包括各种源区、分离结晶、岩浆混合和同化混染等)的相互叠置；玄武岩浆起源于上地慢不同深度和不同熔融程度的橄榄岩，H20的加入有利于生成Si02饱和度大的岩浆，C02的加入则有利于形成SiOz饱和度小的岩浆；近年来，在某些稀少的火成岩起源方面获得了重要进展，如在含H20条件下，生成高MgO和相对高SiO2的岩浆[压力较低时(1．1—1．6GPa)生成高镁安山岩，压力较高时(2．o一5．5GPa)生成

3、钾镁煌斑岩]，在含C02(十HzO)条件下则生成高MgO但低SiOz的岩浆，如金伯利岩、霞石岩和碳酸岩等。由部分熔融产生的岩浆林原生岩浆。原生岩浆任上计还地表现地元伐邰的汉径干任注要经历多种变异作用，如分离结晶、岩浆不混熔、岩浆混合和同化混染作用等，这是火成岩多样性的重要原因。2．岩浆熔体结构岩浆是多组分的高温硅酸盐熔体。其成分相当复杂，周期表上的所有元素在岩浆中几乎均存在，除了主要造岩组分外，还有种类繁多的微量和稀有元素以及挥发性组分。不同类型岩浆的主要造岩组分是相同的，只是含量比例有所差别，但微量

4、和挥发性组分差别较大。早期，人们认为硅酸盐熔体是阳离子与阴离子的理想混合(离子溶液模型)，或者是简单氧化物的理想混合(简单氧化物理想模型)。它们在历史上曾经起过一定的积极作用，但由于这些模型与实际情况相差太大，已基本上被据弃。当前比较公认的硅酸盐熔体结构模型是聚合模型，其基本内容可归纳如下：1)硅酸盐熔体与硅酸盐晶体一样，其最基本的结构单元也是Si—O四面体。它们通过桥氧连结成不同形状、大小和复杂程度的络阴离子团，这就是聚合作用。聚合程度的不同是熔体结构多样性的基本原因。从局部(短程)来看，例如在20

5、人范围内，熔体结构与晶体结构非常相似；但从整体(长程)来看，熔体不像晶体那样原子在三维空间内连续地有规律地排列，也不像晶体那样一个晶体只含有一种结构单元，而是多种结构单元(岛、链、席、网等)共存于同一熔体中。2)在硅酸盐熔体中存在着桥氧、非桥氧和自由氧三种结构状态，三种氧结构状态的比例和分布，是决定熔体聚合程度的基本因素。桥氧为连接相邻两个Si—O四面体的氧，它与两个Si‘’离子(或其它四次配位阳离子)相邻，表示为Si—O—S山非桥氧是连接一个Si‘t离子(或其它四次配位阳离子)和一个非四次配位阳离子

6、的氧，表示为Si—O—M；自由氧指与除Si‘’离子及取代Si‘’的四次配位阳离子以外的金属阳离子相连接的氧，表示为M—O—M。显然，熔体中桥氧的比例越高，熔体的聚合程度也越高。3)阳离子的种类对硅酸盐熔体的结构有重大影响。阳离子的电负性和电离势直接影响到非桥氧的生成焙和熔体的混合自由能，影响到三种结构态氧在熔体中的量比和分布状态，从而影响熔体的聚合程度。根据阳离子对聚合作用的贡献，可将它们分为两类：(1)成网阳离子，在熔体中一般与氧呈四次配位，位于Si(T)—O四面体中心，起着形成网络、增强聚合程度的

7、作用，如Si4’、Ti”、一部分A1“和Fe”以及在Al”iSi‘’替换中起平衡电荷作用的Nat、K’等离子；(2)变网阳离子，位于Si(T)—O四面体之间，与氧呈六次或更高次配位，起着降低聚合程度的作用，如Fe”、Mn2／、Mg”、Ca’’及一部分Al”、Fe”、Nat、K’等。阳离子的结构作用很复杂。这是因为阳离子种类繁多，结构作用各异，相互影响也较大，而且有的阳离子的结构作用有两重性，有的阳离子还有价态的变化，而不同价态的结构作用不同。因此，对硅酸盐熔体结构的研究，实际上主要集中在对阳离子结构作

8、用的研究上。4)挥发份对熔体结构的影响也是巨大的。根据结构作用的不同，挥发份可分两类。一类以HzO为代表，包括HzS、HCl和HF等，它们溶解于岩浆时破坏桥键，降低桥氧的比例，导致熔体的解聚作用，其直接结果是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。另一类以C02为代表，包括P20s和SO2等，它们溶解于岩浆时破坏非桥键，降低非桥键的数量比，使熔体的聚合程度提高。这两类挥发份在岩浆熔体中的结构作用不同，因而在岩浆过程中的作用也根本不同。例如