岩浆

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  岩浆汉语拼音:Yanjiang;英语:Magma),地球内部上地幔地壳深处自然形成的炽热熔体。具有一定黏度,成分复杂,是形成多数火成岩和内生矿床的母体。通过对近代火山喷发活动和对古代火山喷发物的研究,以及成岩实验,对岩浆的物质成分和物理性质有了较多的了解。

成分

  岩浆的成分比较复杂,但主要为硅酸盐和部分挥发物。此外,还有少量以碳酸盐、金属氧化物、金属硫化物为成分的岩浆,有人将这种岩浆称为矿浆。硅酸盐成分中主要为氧元素,其次是硅元素和其他多种元素,可以说在地球中存在的各种元素,在硅酸盐岩浆中均可找到。但各种元素的含量相差很大,其中氧、硅、铝、钛、铁、锰、镁、钙、钠、钾、氢、磷等12种元素含量最多,占总量达99%以上,称为主要造岩元素。这些元素各以不同的形式和硅氧四面体组成多种状态的络阴离子团,这些离子团的凝聚状态变化影响着岩浆活动的特点。岩浆中含挥发分的数量一般小于6%,主要为H2O,含量可达挥发分总量的60%~90%,常以蒸汽状态存在;其次还有CO2、CO、SO2、Cl、H2S、N2、F等。挥发分的含量直接影响岩浆活动的状态。地下深处由于压力大,挥发分溶解在岩浆中,而一旦岩浆喷出地表,压力迅速降低,挥发分从岩浆中释放,形成火山喷气或岩浆岩的气孔。岩浆中的挥发分还可降低岩浆中矿物的熔点,减小岩浆的黏度,增大岩浆的流动性,常常促使某些有用元素富集成矿。

物理性质

  岩浆的物理性状主要取决于形成的温度和黏度。

  1.温度 岩浆的温度可直接从现代火山喷出到地表的岩浆测定,或通过间接的方法计算出温度的近似值。岩浆的温度一般在700~1 300℃之间,不同成分的岩浆其温度也有差别。玄武质岩浆的温度为1,000~1 300℃,安山质岩浆为900~1 000℃,流纹质岩浆为700~900℃。同种成分的岩浆,含挥发分的多少其温度也有明显差别。如流纹质岩浆,不含挥发分(主要为水)时其熔点可高达1,000℃左右,而含水达9%时,岩浆的温度即可降至600~700℃。

  2.黏度 岩浆的黏度影响着岩浆的运移和喷发的特点,岩浆的黏度与岩浆所含的氧化物、挥发分及岩浆的温度、压力有密切关系。岩浆中SiO2、Al2O3和Cr2O3的存在,可使岩浆的黏度加大,尤以SiO2的含量多少影响最显著,其次是Al2O3的含量。一般SiO2和Al2O3的含量愈高,岩浆的黏度愈大;而Fe、Mg、Ca、Ti、Sr、Ba、Li的含量越高,则岩浆黏度越小。岩浆黏度大,其流动性差,常常形成强烈爆炸性的火山喷发;而黏度小岩浆易于流动,可形成大面积的火山熔岩流。如玄武质岩浆因含SiO2和Al2O3低,所以黏度小,岩浆流速大。如夏威夷火山喷出的玄武质岩浆,当温度在1,100℃、自然坡度为2°时,其流速可达每小时60千米,平均为每小时1,000米,最慢每小时也达400米;而流纹质岩浆,因含SiO2和Al2O3高,所以黏度大,流动速度比玄武质岩浆要慢得多。挥发分中的H2O是影响岩浆黏度的主要因素,H2O含量多,岩浆黏度小,反之黏度增大。温度和压力对岩浆的黏度也有明显的影响,温度升高,岩浆黏度降低;当温度降低,黏度则升高。压力的影响与温度的作用相似,当压力增大时,岩浆的黏度显著降低,另外压力增加时挥发分在岩浆中的溶解度增加,从而也降低了岩浆的黏度。所以不同成分的岩浆黏度的大小,受压力影响的程度也有所不同。

分类

  岩浆可分为原生岩浆、母岩浆、派生岩浆。原生岩浆是由上地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融形成的其成分未经变化的岩浆。母岩浆能通过各种作用(如分异作用、同化作用、混合作用等)产生出派生岩浆的独立熔体。所以原生岩浆可以是母岩浆,而母岩浆不一定是原生岩浆。“原始岩浆”一词曾有人用过,因含义不够确切,一般不使用。原生岩浆经过一系列演化作用形成各种新的岩浆,称为派生岩浆,派生岩浆可形成多种多样的火成岩。

  对原生岩浆的种类,曾有过不同的认识,20世纪30年代,以美国岩石学家N.L.鲍温(1928)为代表,认为自然界只有一种玄武质原生岩浆,即为一元论,其他的岩浆均由玄武质岩浆演化派生形成的。后来以俄国F.Yu.列文生-列星格和美国R.A.戴利等为代表的岩石学家认为原生岩浆有两种:一是玄武质岩浆;另一种是花岗质岩浆,即为二元论。近年来的研究认为原生岩浆可以有多种。按其成分可分为超基性金伯利岩质岩浆,基性拉斑玄武质岩浆、碱性橄榄玄武质岩浆、科马提岩浆、中性安山质岩浆、酸性花岗质岩浆、碳酸盐质岩浆等,即所谓多元论,这种认识更客观和合理。

形成

岩浆:岩浆形成示意图

  地球上形成原生岩浆的地方主要有三处:上地幔、大陆地壳的下部和板块消减带地区。

  1.上地幔中岩浆的形成。上地幔主要由铁镁硅酸盐矿物组成,相当于超镁铁质岩石。1966年A.E.林伍德认为这种成分大致上与3份阿尔卑斯型橄榄岩和1份夏威夷型玄武岩的成分混合物相当,并把这种成分的岩石称为地幔岩,它与二辉橄榄岩成分相似。现认为在地表或地壳浅处看到的尖晶石二辉橄榄岩、石榴石辉石岩、石榴二辉橄榄岩、榴辉岩等深源包体和阿尔卑斯型方辉橄榄岩和纯橄榄岩等都是地幔岩的残块,是上地幔岩石的组成部分。如方辉橄榄岩和纯橄榄岩,一般认为是原始地幔岩经熔出玄武质岩浆后的难熔固相残留物。因组成地幔的这些岩石成分上的差别,故地幔岩经部分熔融后形成的原生岩浆成分也不同。若上地幔岩发生部分熔融源区的岩石是无水的地幔岩,所处部位小于15千米,压力小于0.5吉帕,发生部分熔融时,就会形成石英拉斑玄武岩浆;如所处深度为15~35千米,压力为0.5~1.0吉帕,就会形成高铝橄榄拉斑玄武岩浆;如深度为35~70千米,压力为1~2吉帕就会形成碱性橄榄玄武岩浆;如在70~100千米深处,压力为2~3吉帕,就会产生苦橄质拉斑玄武岩浆。若源区上地幔岩含有少量的水,其初始部分熔融的温度会低许多。同样是15千米以内的深度和相同的压力,由于部分熔融程度不同,就可形成各种不同的岩浆。如部分熔融程度等于或少于15%时,可产生石英拉斑玄武岩浆;熔融程度达20%时,即可形成橄榄拉斑玄武岩浆;熔融程度达30%时,可形成苦橄质拉斑玄武岩浆。随着深度的增加和不同熔融程度的变化,还可形成其他不同种类的岩浆,如碱性橄榄玄武岩浆、橄榄碧玄岩浆、金伯利岩浆和碳酸盐岩浆等。这些经由部分熔融形成的原生岩浆其密度都比源区的母岩轻,所以在重力和构造作用因素的影响下,会运移或聚集而形成地壳下面的岩浆房,或侵入地壳某个部位,或喷出地表形成火山。

  2.大陆地壳中岩浆的形成。陆壳分上地壳和下地壳。上地壳厚度20千米,由约5千米厚的沉积盖层和5~20千米的花岗质岩层组成。下地壳由玄武质岩石组成,厚约15千米。下地壳的玄武质岩石由于所处的环境温压较高,大多数转变为麻粒岩相。由熔融实验表明陆壳上部不同成分的沉积盖层其形成岩浆过程有所不同,如由沉积的岩屑砂岩变质形成的片麻岩在压力(PH2O)为2吉帕时,温度达到685°±10℃便开始熔融,到700℃时片麻岩中的碱性长石全部熔融,形成花岗岩质的岩浆,岩浆的数量可达30%;当温度进一步升高达740℃时,岩浆量可达75%,并具有花岗闪长岩质岩浆的组成。如泥质岩变成的片麻岩,温度到达700~720℃时才开始熔融,温度730℃时岩浆数量可达40%~50%,成分近于浅色花岗质岩浆。温度大于740℃时形成花岗质岩浆,810℃时岩浆数量达80%,成分演化成花岗闪长质岩浆。在20千米深处有水的情况下,温度达900℃时,可形成流纹质岩浆,而下地壳的玄武质岩石部分熔融后可形成安山质或英安质岩浆。

  3.板块消减带岩浆的形成。在大陆边缘和岛弧地带有大量的钙碱性安山质岩浆形成,一般认为与洋壳板块俯冲的消减带发生部分熔融有关。典型的大洋地壳由较薄的沉积盖层(一般≤1千米)、玄武质和辉长岩质等岩层组成。由于洋壳板块向陆壳板块下俯冲、下插,而陆壳板块则发生仰冲,在洋壳俯冲下插之上方形成陆壳和地幔岩的楔形区。当洋壳俯冲达100千米深处时,这里温度高,一些含水矿物变得不稳定,释放出大量的水,这些水上升并进入楔形区陆壳下面的地幔岩中。当温度大于1,000℃,使富含水的地幔岩(橄榄岩)发生部分熔融,形成原生岩浆,这种岩浆经过变化可形成安山质岩浆。另外情况,当洋壳向下俯冲时,洋壳上的沉积盖层,除部分可能由于陆壳的刮削被留在俯冲带表面之外,大部分都会随洋壳一起俯冲到较深的部位;当达到60千米深处时,温度变得较高,也开始发生熔融形成岩浆。如果洋壳继续下插到更深的地方,如100千米左右,继续发生熔融作用,便可产生富水、富碱而贫硅的岩浆。

  关于原生岩浆形成的这些认识,有些比较成熟,有些还在探讨中。