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什麼是變質巖

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更新時間:2022-05-18
分說明了巖漿成分的復雜多樣性。
[編輯本段]巖漿巖家族的劃分
自然界中的巖漿巖是個大家族,種類繁多,形形色色,僅現有的巖石名稱就達千種之多。雖然各種巖漿巖之間存在著化學成分、礦物成分、結構、產狀和成因等方面的差異,但是它們彼此之間又有著一定的過渡關系。因此,正確認識不同巖石之間的差異和聯系、共性和特性,搞清楚它們的共生關系和成因聯系,是對巖漿巖這個家族進行歸納和劃分的主要任務。
自十九世紀七十年代起,國內外地質學家就為之做出了不懈的努力。經過一百多年的研究和實踐,目前,對巖漿巖的分類已經得到了大多數科學家的肯定。一般情況下,劃分巖漿巖類型主要考慮巖石的基本特征和產狀兩大因素。
一般情況下,劃分巖漿巖類型主要考慮巖石的基本特征和產狀兩大因素。
在劃分巖漿巖類型時,巖石化學成分中的酸度和鹼度是主要考慮因素之一。巖石的酸度,是指巖石中含有sio2的重量百分數。通常,sio2含量高時,酸度也高;sio2含量低時,酸度也低。而巖石酸度低時,說明它的基性程度比較高。
sio2是巖漿巖中最主要的一種氧化物,因此,它的含量有規律的變化是巖漿巖分類的主要基礎。根據酸度,也就是sio2含量,可以把巖漿巖分成四個大類:超基性巖(sio2<45%)、基性巖(sio245-53%)、中性巖(sio253-66%)和酸性巖(sio2>66%)。
巖石的鹼度即指巖石中鹼的飽和程度,巖石的鹼度與鹼含量多少有一定關系。通常把na2o+k2o的重量百分比之和,稱為全鹼含量。na2o+k2o含量越高,巖石的鹼度越大。a.rittmann1957年考慮sio2和na2o+k2o之間的關系,提出了確定巖石鹼度比較常用的組合指數(σ)。σ值越大,巖石的鹼性程度越強。每一大類巖石都可以根據鹼度大小劃分出鈣鹼性、鹼性和過鹼性巖三種類型。σ<3.3時,為鈣鹼性巖;σ=3.3-9.0時,為鹼性巖;σ>9時,為過鹼性巖。
除了巖石化學成分之外,礦物成分也是巖漿巖分類的依據之一。在巖漿巖中常見的一些礦物,它們的成分和含量由於巖石類型不同而隨之發生有規律的變化。如石英、長石呈白色或肉色,被稱為淺色礦物;橄榄石、輝石、角閃石和雲母呈暗綠色、暗褐色,被稱為暗色礦物。通常,超基性巖中沒有石英,長石也很少,主要由暗色礦物組成;而酸性巖中暗色礦物很少,主要由淺色礦物組成;基性巖和中性巖的礦物組成位於兩者之間,淺色礦物和暗色礦物各占有一定的比例。
根據產狀,也就是根據巖石侵入到地下還是噴出到地表,巖漿巖又可以分為侵入巖和噴出巖。侵入巖根據形成深度的不同,又細分為深成巖和淺成巖。每個大類的侵入巖和噴出巖在化學成分上是一致的,但是由於形成環境不同,它們的結構和構造有明顯的差別。深成巖位於地下深處,巖漿冷凝速度慢,巖石多為全晶質、礦物結晶顆粒也比較大,常常形成大的斑晶;淺成巖靠近地表,常具細粒結構和斑狀結構;而噴出巖由於冷凝速度快,礦物來不及結晶,常形成隱晶質和玻璃質的巖石。
根據上述原則,首先把巖漿巖按酸度分成四大類,然後再按鹼度把每大類巖石分出幾個巖類,它們就是構成巖漿巖大家族的主要成員。比如超基性巖大類:鈣鹼性系列的巖石是橄榄巖-苦橄巖類;偏鹼性的巖石是含金剛石的金伯利巖;過鹼性巖石為霓霞巖-霞石巖類和碳酸巖類。基性巖大類:鈣鹼性系列的巖石是輝長巖-玄武巖類;相應的鹼性巖類是鹼性輝長巖和鹼性玄武巖。中性巖大類:鈣鹼性系列為閃長巖-安山巖類;鹼性系列為正長巖-粗面巖類;過鹼性巖石為霞石正長巖-響巖類。酸性巖類:主要為鈣鹼性系列的花崗巖-流紋巖類。
[編輯本段]不同種類的巖漿巖
巖漿巖這個家族中有四個大的分支,也就是前面所說的四大巖類。這裡我們只能介紹各大巖類的基本特征,並選擇一些常見的巖石做一簡單描述。
1、超基性巖類
在四大巖類中,超基性巖類在地表分布很少,是四大巖類中最小的一個分支,僅占巖漿巖總面積的0.4%。超基性巖體的規模也不大,常形成外觀象透鏡狀、扁豆狀的巖體,它們好像一串大小不同的珠子一樣沿著一定方向延伸,斷斷續續排列,有時可以追索上千公裡。
超基性巖顏色比較深,大部分都是黑灰色、墨綠色,比重也很大,一般都在3.0以上,因此很堅硬,常具致密塊狀構造。它的化學成分特征是酸度最低,sio2含量小於45%;鹼度也很低,一般情況下k2o+na2o不足1%;但鐵、鎂含量高,通常feo+fe2o3在8-16%之間,mgo含量范圍較寬,在12-46%之間。
超基性巖基本上由暗色礦物組成,主要是橄榄石、輝石,二者含量可以超過70%。其次為角閃石和黑雲母;不含石英,長石也很少。
這類巖石最常見侵入巖是橄榄巖類,噴出巖是苦橄巖類。
2、基性巖類
基性巖類巖石顏色比超基性巖淺,比重也稍小,一般在3左右。侵入巖很致密,噴出巖常具有氣孔狀和杏仁狀構造。其化學成分的特征是sio2為45-53%,al2o3可達15%,cao可達10%;而鐵鎂含量約各占6%左右。在礦物成分上,鐵鎂礦物約占40%,而且以輝石為主,其次是橄榄石、角閃石和黑雲母。基性巖和超基性巖的另一個區別是出現了大量斜長石。
這類巖石的侵入巖是輝長巖,分布較少;而噴出巖-玄武巖,卻有大面積分布。雖然玄武巖構成的火山和台地在陸地上比較多見,但是和海洋底部玄武巖的分布情況相比,就遜色得多,因為海洋底部幾乎全部由玄武巖形成。
輝長巖的成分和玄武巖很相近,但是結構上差別較大。輝長巖因為在地下深處,斜長石和輝石同時結晶,因此,礦物顆粒形態發育比較完整,大小也差不多。玄武巖一般由斑晶礦物和基質兩部分組成,斑晶主要是斜長石、輝石、橄榄石,基質就是巖漿噴發時沒有來得及結晶的玻璃質或者是只有在顯微鏡下才能看出的隱晶質。
3、中性巖類
中性巖類巖石顏色較淺,多呈淺灰色,比重比基性巖要小。化學成分特征是sio2為53-65%,鐵、鎂、鈣比基性巖低,al2o316-17%,比基性巖略高,而na2o+k2o可達5%,比基性巖明顯增多。
就象這個巖類的名稱一樣,它是在基性巖和酸性巖中間的過渡類型。侵入巖是閃長巖,相應的噴出巖是安山巖。閃長巖既可以向基性巖輝長巖過渡,也可以向酸性巖花崗巖過渡。同樣,噴出巖之間也關系密切,安山巖和玄武巖、流紋巖也常常共生在一起。
4、酸性巖類
酸性巖類中以人們熟悉的花崗巖類出露最多,是在大陸殼中分布最廣的一類深成巖,常形成巨大的巖體。噴出巖是流紋巖和英安巖。這類巖石的sio2含量最高,一般超過66%,k2o+na2o平均在6-8%之間,鐵、鈣含量不高。
礦物成分的特點是淺色礦物大量出現,主要是石英、鹼性長石和酸性斜長石。暗色礦物含量很少,大約只占10%。
[編輯本段]形成
巖漿巖主要有侵入和噴出兩種產出情況。侵入在地殼一定深度上的巖漿經緩慢冷卻而形成的巖石,稱為侵入巖。侵入巖固結成巖需要的時間很長。地質學家們曾做過估算,一個2000米厚的花崗巖體完全結晶大約需要64000年;巖漿噴出或者溢流到地表,冷凝形成的巖石稱為噴出巖。噴出巖由於巖漿溫度急聚降低,固結成巖時間相對較短。1米厚的玄武巖全部結晶,需要12天,10米厚需要3年,700米厚需要9000年。可見,侵入巖固結所需要的時間比噴出巖要長得多。
黏度也是巖漿很重要的性質之一,它代表著巖漿流動的狀態和程度。巖漿中sio2的含量對黏度影響最大,其次是al2o3,cr2o3,它們的含量增高,巖漿黏度會明顯增大。酸性巖中sio2,al2o3的含量很高,因此,黏度也最大;溶解在巖漿中的揮發份可以降低巖漿的黏度、降低礦物的熔點,使巖漿容易流動,結晶時間延長;此外,巖漿的溫度高,黏度相應變小;巖漿承受的壓力加大,巖漿的黏度也增大。
巖漿巖中有一些自己特有的結構和構造特征,比如噴出巖是在溫度、壓力驟然降低的條件下形成的,造成溶解在巖漿中的揮發份以氣體形式大量逸出,形成氣孔狀構造。當氣孔十分發育時,巖石會變得很輕,甚至可以漂在水面,形成浮巖。如果這些氣孔形成的空洞被後來的物質充填,就形成了杏仁狀構造。巖漿噴出到地表,熔巖在流動的過程中其表面常留下流動的痕跡,有時好像幾股繩子擰在一起,巖石學家稱之為流紋構造、繩狀構造。如果巖漿在水下噴發,熔巖在水的作用下會形成很多橢球體,稱之為枕狀構造。可見,這些特殊的構造只存在於巖漿巖中。
巖漿巖不論侵入到地下,還是噴出到地表,它們和周圍的巖石之間都有明顯的界限。如果巖漿沿著層理或片理等空隙侵入,常形成類似巖盆、巖床、巖蓋等形狀的侵入體,它們和圍巖的接觸面基本上和層理、片理平行,在地質學上稱為整合侵入;如果巖漿不是沿著層理或片理侵入,而是穿過圍巖層理或片理的斷裂、裂隙貫入,這種情況形成的侵入體被稱為不整合侵入體。人們通常所說的巖牆,就是穿過巖層近乎直立的板狀侵入體,厚度一般為幾十厘米到幾十米,長度可以從幾十米到數十公裡,甚至數百公裡。
由於巖漿巖和圍巖有很密切的接觸關系,因此,圍巖的碎塊常被帶到巖漿中,成為巖漿的捕虜體。但是生物化石和生物活動遺跡在巖漿巖中是不存在的。
在巖漿從上地幔或地殼深處沿著一定的通道上升到地殼形成侵入巖或噴出到地表形成噴出巖的過程中,由於溫度、壓力等物理化學條件的改變,巖漿的性質、化學成分、礦物成分也隨之不斷地變化,因此,在自然界中形成的巖漿巖是多種多樣、千變萬化的,如基性巖、中性巖、酸性巖,還有鹼性巖、碳酸鹽巖等巖類,也充分說明了巖漿成分的復雜多樣性。
[編輯本段]基本特怔
巖漿巖是由巖漿直接冷凝形成的巖石,因此,具有反映巖漿冷凝環境和形成過程所留下的特征和痕跡,與沉積巖和變質巖有明顯的區別。
不論噴出巖,還是侵入巖,大部分巖漿巖都是塊狀結晶的巖石,只有少數急速冷卻形成的玻璃質巖石,如黑耀巖,外貌象瀝青,就是完全由玻璃質組成的,這種玻璃質巖石一般只形成在巖漿巖中。
巖漿巖中有一些自己特有的結構和構造特征,比如噴出巖是在溫度、壓力驟然降低的條件下形成的,造成溶解在巖漿中的揮發份以氣體形式大量逸出,形成氣孔狀構造。當氣孔十分發育時,巖石會變得很輕,甚至可以漂在水面,形成浮巖。如果這些氣孔形成的空洞被後來的物質充填,就形成了杏仁狀構造。巖漿噴出到地表,熔巖在流動的過程中其表面常留下流動的痕跡,有時好像幾股繩子擰在一起,巖石學家稱之為流紋構造、繩狀構造。如果巖漿在水下噴發,熔巖在水的作用下會形成很多橢球體,稱之為枕狀構造。可見,這些特殊的構造只存在於巖漿巖中。
人們已經注意到每塊巖石裡面都有許多大小、形狀、顏色不同的顆粒,它們就是組成巖石的礦物。雖然目前已知的礦物有將近4000種,但是,比較常見的組成巖石的礦物並不是很多。巖石學中把這些主要組成巖石的礦物稱為主礦物;在巖石中雖然常見、但含量很少的礦物稱為副礦物;沒來得及結晶的玻璃質或隱晶質稱為基質。
巖漿巖中除了具有特有的結構、構造之外,還有一些特有的礦物。有些在巖漿巖中出現的礦物(如石英、長石、角閃石、雲母等),它們在沉積巖或變質巖中也可以見到。但是,有些礦物(如霞石、白榴石等)卻只有在偏鹼性的巖漿巖中才能見到。
此外,不同的巖石中還有著不同的礦物組合。比如在比較高溫和高壓條件下形成的巖石,組成它們的礦物不論在成分上,還是在結構和構造上都具有在高溫和高壓條件下相應的特點。而在低溫常壓條件下形成的巖石,其礦物的特征和組合就與之截然不同。
因此,科學家們研究巖石常常是從組成巖石的礦物入手,首先在顯微鏡下確定巖石是由哪些礦物組成的,每個礦物的含量有多少,礦物顆粒的大小和形狀是什麼樣,還要觀察這些大小不同、形態各異的礦物是怎麼分布和排列的,這就引出了“巖石結構和構造”的概念。然後,還要配合巖石的化學成分分析資料以及巖石在自然界中產出的位置和狀態,也就是地質學家們所說的“巖石在野外的產狀”的詳細觀察。最後,把所有獲得的資料綜合考慮,才能夠知道所研究的巖石是屬於哪一類,巖石定名是什麼以及它們是怎麼形成的。

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