岩浆岩岩石学—— 当代火成岩研究新进展
001岩石及岩石学的概念——【岩浆岩岩石学】

• 2、对各类岩石的研究,能为能源勘探以及其它矿产地质、构造地质、 工程地质、水文地质、探矿地质、地震、地球物理勘探等学科提供 必要的和有价值的地质资料;
• 3、岩石是地壳发展过程中在各种地质作用下形成的自然产物、 是地壳活动和演化的历史记录。因此,岩石的研究就对地壳发展
与石油地质的关系
绪论 二、岩石的分类
二 岩石的分类 岩石的种类很多,按其成因可分为三大类: (1)岩浆岩 (2)沉积岩 (3)变质岩
•1、岩浆岩(magmatic rocks):又 称为“火成岩”(Igneous rocks)。 它是由地壳深处的岩浆侵入地壳
或喷出地表冷凝结晶而成,如橄 榄岩、花岗岩、玄武岩等。
岩石学发展简史
岩石学成为一门独立的科学则始于十八 世纪末,由于欧洲工业的迅速发展,对 矿物原料的要求与日俱增,从而积累了 大量的矿物和岩石资料,促使岩石学从 地质科学中分出成为独立的学科。
岩石学发展简史
在岩石学发展的初期,主要研究的 是岩浆岩。
到了十九世纪中叶才开始了系统地 研究变质岩。
而沉积岩直到二十世纪初,由于石 油工业的兴起和发展,才引起人们的 重视,可是它的发展十分迅速,到二 十世纪三十年代就已发展成了一门独 具风格、内容丰富的学科了。
绪论
(二)室内研究方法 目前采用的方法有: 1)岩相学研究
三、岩石学的研究方法
偏光显微镜
电子显微镜
图 象 分 析
绪论 三、岩石学的研究方法
• 2)岩石化学方法
等离子质谱仪
• 3)实验岩石学方法
电子探针
高 温 高 压 实 验
地球科学中火成岩矿物温压计研究进展

地球科学中火成岩矿物温压计研究进展发表时间:2020-08-18T17:09:01.257Z 来源:《中国西部科技》2020年第8期作者:冉亚洲[导读] 火成岩结晶的温度、压力对于研究火成岩形成时的岩浆结晶环境、熔体演化过程具有重要意义。
摘要:火成岩结晶的温度、压力对于研究火成岩形成时的岩浆结晶环境、熔体演化过程具有重要意义。
岩浆结晶过程中某些元素在成岩矿物中的含量与岩浆结晶的温度、压力有很好的相关性,通过矿物压力计获得岩浆结晶时的压力,可以计算出岩浆侵位冷凝结晶时的深度。
通过矿物温度计获得岩浆冷凝结晶时的温度,根据地温梯度推演结晶深度,并能进一步验证通过压力计获得的成岩深度的准确性。
研究者通过低温热年代学手段获得岩浆剥露到地表的时间,结合岩浆侵位结晶的年龄、侵位的深度,可以获得岩浆隆升剥蚀的速率。
对比区域不同花岗岩隆升剥蚀过程,解释造山带演化过程。
本文综述了矿物温度压力计的研究进展,包括角闪石-斜长石温度压力计、绿帘石温度计。
关键词:矿物温度计、矿物压力计、岩体隆升1角闪石、斜长石矿物温度压力计1.1角闪石全铝压力计Hammarstrom and Zen(1986)通过电子探针分析高压和低压钙碱性侵入体中角闪石AlT和Alⅳ之间的线性拟合关系:Alⅳ=0.15+0.69 AlT,r2=0.97,而角闪石中的AlT含量又与角闪石结晶时的压力和温度有很好的对应关系,即角闪石的全铝含量随着压力升高而增大。
所以角闪石便成为探究火成岩结晶温压条件的可靠矿物(Bluandy and Holland , 1990),而角闪石全铝压力计对于角闪石的种类又有要求,通常闪长岩类岩石中的普通角闪石、浅闪石、韭闪石、钙镁闪石比较适用。
研究中通过对比前人文章中火成岩侵入体和自然岩石的矿物相平衡实验得到在特定矿物组合(斜长石、角闪石、黑云母、钾长石、石英、榍石、磁铁矿或钛铁矿±绿帘石)下,角闪石全铝压力计的计算公式。
火成岩

火成岩火成岩也叫岩浆岩,顾名思义,它就是由岩浆凝固而成的岩石。
它们是各种各样的结晶质或玻璃质岩石。
有的火成岩在地下就凝固了,有的则是在喷出地表面后凝固的。
火成岩是组成地壳的主要岩石,许多金属和非金属矿藏的生成也都与火成岩有关系,所以人们很重视对它的研究。
需要说明的是,火成岩并不完全是岩浆形成的,如有一部分花岗岩,它们是在高温度下,由其他岩石在固态下发生一些物理和化学变化而形成的。
绝大多数火成岩中只有9种元素,这9种元素又大多以氧化物(某一元素与氧元素发生化学反应后形成的新物质叫氧化物)的形式存在于岩石中,其中最多的是二氧化硅。
二氧化硅是最重要的形成岩石的材料,它与其他材料结合会形成橄榄石、辉石、云母、长石、闪石等多种造岩矿物。
矿物是组成岩石的最小单位。
在形成这些矿物后二氧化硅仍有多余(即过饱和)时,就会出现石英;如果二氧化硅含量不足就可能出现橄榄石或似长石类矿物(如霞石)等;当二氧化硅与其他造岩组分的含量适中,则不出现上述两类矿物,而形成辉石、角闪石和长石等矿物。
这些矿物我们也可以叫它们为矿石。
各种岩石其实就是由这样一些矿物组合而成的。
单纯的一种矿物不能称作岩石。
地下深处好像一个大熔炉,岩浆中的不同成分在那里进行一系列的变化,当它们流动到一些地方,如侵入到岩石的空隙时,便会逐渐冷却下来。
这时,那些矿物们就开始出现结晶,再加上其他各种原因,如温度、压力、成分等等,有的结晶会大些,有的会小些,有的是这样几种矿物结合在一起,有的是那样几种矿物结合在一起。
知道了这一点,我们就基本明白了,地球上所以会有那多种不同的岩石,其实就是在于这些元素或造岩物质的不同组合而形成的。
长石、石英、云母、角闪石、辉石和橄榄石等都叫硅酸盐矿物,它们都是形成岩石的主要物质,被称为造岩矿物。
火成岩就是由它们再加上一些少量的磁铁矿、钛铁矿、锆石、磷灰石和榍石等组成。
这些造岩矿物的化学成分和颜色都各不相同,人们把它们分成两类:硅铝矿物和铁镁矿物。
火成岩

矿物组成 主要造岩矿物是橄榄石、单斜辉石和角闪石。 次要矿物为石榴子石、云母和斜长石等。副矿物有铬铁矿、 尖晶石、钛铁矿、金属硫化物、铂族矿物和磷灰石等。 化学成分 超基性岩在化学成分上属硅酸不饱和系列。除 辉石岩外,SiO2 的含量均小于 45%,Al2O3、Na2O、K2O 含量低, 而 MgO、FeO 含量很高。超基性岩多经蚀变作用,其中 H2O、 CO2 含量往往较高,致使岩石的化学成分变化很大。 矿产 与超基性岩有关的矿产主要是铬铁矿、铜镍矿、钛 铁矿、磁铁矿、铂矿、金刚石等。 代表性岩类有: 侵入岩:深成相 橄榄岩 浅成相 金伯利岩 喷出岩:麦美奇岩 科马提岩 蛇绿岩套
地球上所见到的虽然千姿百 态,五彩缤纷,但根据它们自身的 特点、形成条件不同,可分为火成 岩、沉积岩和变质岩三大类,其中 以火成岩最多,它主要构成了深部 地壳和上地幔,约占整个地壳的 65%。通过对火成岩的研究,可探 讨地球的形成、演化、地壳运动等 一些重要作用。 火成岩---岩浆与火成岩 岩浆(magma) 是指地球深部产生的一种炽热的、粘度较大的 硅酸盐熔融体。岩浆可以在上地幔或地壳深处运移,或喷出地表,它 的主要成分是硅酸盐,还含有大量的挥发组分及成矿金属。岩浆温度 范围为 700-1200℃之间。 火成岩(igneous rocks)的英文名称来源于拉丁文,意为火焰, 一般指由地下深处炽热的岩浆(熔融或部分熔融物质)在地下或在地 表冷凝形成的岩石。火成岩和岩浆成分不完全相同,它是失去了大量 挥发份的岩浆冷凝物。火成岩通常分为喷出岩和侵入岩两类。 火成岩---矿物成分
火成岩的产状和岩相---喷出岩的相
根据火山活动产物的产出形态及岩石特征, 以中心式火山喷发为例岩形成环境,分成以下相 组: 溢流相:粘度较小的岩浆容易流动,常在强 烈喷发后溢出,形成熔岩流或熔岩被。最常见的 溢流相岩石是玄武岩,其次为安山岩。 爆发相:火山强烈爆发而形成的火山碎屑物 在地表的堆积,富含挥发份和粘度大的中、酸性
1岩浆岩岩石学

构造:一般为块状构造
其它:本类岩石很少见,喷出岩更罕见。岩石中的橄榄石、辉石常常蚀变 为蛇纹石、滑石、绿泥石等等。
2)超基性侵入岩的分类命名
橄榄石(Ol)
1
1——纯橄榄岩 橄榄岩类
90
2——单辉橄榄岩
3——二辉橄榄岩 4——斜辉橄榄岩 5——橄榄单辉岩
4
3
2
40
7 6 5
6——橄榄二辉岩 辉石岩类 10 7——橄榄斜辉岩 8——单辉岩 9——二辉岩 10——斜辉岩
显微镜下按自形程度划分的结构
辉石岩 自形晶结构
辉长岩 半自形晶结构
细晶岩 它形晶结构
4)按矿物颗粒的相互关系
包含结构:大颗粒内部包含有较多较小的另一种矿物颗粒。较小颗 粒结晶早,大颗粒结晶晚。又称嵌晶结构。 反应边结构:早结晶的矿物颗粒表面与岩浆发生反应生成另一种矿 物、而在原矿物颗粒外围形成一个“裙边”。 文象结构:在钾长石晶体内部镶嵌有规则排列的、如象形文字状的 石英晶体,所有石英晶体都有相同的光性方位。是长石 和石英共结结晶的产物。
蚀变橄榄石
2、基性岩
1)一般特征 化学成分:SiO2含量45—53%;与超基性岩比,FeO、MgO较低,而 Al2O3、CaO较高。 矿物成分:暗色矿物40—70%,其它为浅色矿物。 暗色矿物主要是辉石,可有少量橄榄石、角闪石或黑云母。
浅色矿物主要是基性斜长石。有时有少量石英和钾长石。
构造:块状构造、层状构造、气孔构造、杏仁构造等。 其它:本类岩石的侵入岩相对较少,而喷出岩(玄武岩)则分布广泛。 喷出岩常常发育大量气孔,颜色灰暗,基质斜长石常肉眼可见。
课程大纲
第一章 基本概念 第二章 岩浆岩的基本特征
1、岩浆岩的产状
岩浆岩(火成岩)

❖ (1)观察岩石的颜色。这里所说的岩石颜色是指岩石的 总体颜色,而不是岩石中某种矿物的颜色。岩浆岩颜 色的深浅,取决于浅色矿物和暗色矿物的相对含量。 暗色矿物由多变少,颜色也随之由深变浅。如果岩浆 岩的颜色较深,一般属于基性岩或超基性岩类若颜色 较浅,则为酸性岩或中性岩类。根据岩石的颜色,就 可以大致确定它是化学成分分类中的哪一类。
例如:
采矿 开采石油 天然气 地下水 兴建水利工程
一、岩浆作用及岩浆岩的形成
❖ 岩浆岩是由以硅酸盐为主要成分,富含挥发 性物质,在上地幔和地壳深处形成的炽热而 粘稠的熔融体冷凝而成的岩石。
❖ 岩浆的成分:硅铝的氧化物构成的络离子; 铁、钙、钠、镁和钾的阳离子。
❖ 岩浆成分、粘性、温度下降速度和冷凝环境 的不同造成多样性。
黑云母 辉石 石英与正长 石总量<5%
橄榄石 黑云母 角闪石
黑云母 角闪石 基性斜长石
浅————————————————————————深
流纹岩 花岗斑岩
火山玻璃、黑曜岩、浮岩等
粗面岩
安山岩
正长斑岩
闪长玢岩
玄武岩 辉绿岩
少见 少见 少见
花岗岩
正长岩
闪பைடு நூலகம்岩
辉长岩
辉岩 橄榄岩
五 岩浆岩的肉眼鉴定方法
肉眼观察和鉴定岩浆岩,首先应在野外 根据岩石的产状及特征,确定是否属于岩浆 岩。然后观察岩石标本的颜色、矿物成分、 结构、构造等方面的特征,结合岩浆岩分类 表查出岩石的名称。
❖ 岩浆岩的结构特征是划分岩浆岩类型和鉴定 岩浆岩的主要根据之一。
按结晶程度分
❖ 1、全晶质结构:全部由结晶的矿物组成,常 见于深成岩。
❖ 2、玻璃质结构:温度骤然下降到平衡结晶温 度以下形成的,喷出岩特有的结构。
岩浆岩论文

岩浆岩论文专业班级:2013010501 学号:201301050107 学生姓名:张帅教师:高睿岩浆岩这学期学习学习了岩浆岩石学这门学科,我认识到了岩浆岩的魅力所在,被其所隐含的形成与演化所深深的折服。
同时,因为这门学科,让我更加深切的爱上了我的专业,我即将献身的伟大事业——资源勘探1.简介岩浆岩又称火成岩,是由岩浆喷出地表或侵入地壳冷却凝固所形成的岩石,有明显的矿物晶体颗粒或气孔,约占地壳总体积的65%。
岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体。
是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。
地下深处形成的岩浆,在其挥发分及地质应力的作用下,沿构造脆弱带上升到地壳上部或地表,岩浆在上升,运移过程中,由于物理化学条件的改变,又不断地改变自己的成分,最后凝固成岩浆岩,这一复杂过程的总体,称为岩浆作用。
按其侵在地壳之中或喷出地表,可分为侵入作用和喷出作用。
对应分为侵入岩和喷出岩。
常见的岩浆岩有花岗岩、安山岩、玄武岩、苦橄岩等。
一般来说,岩浆岩易出现于板块交界地带的火山区。
2.岩浆及岩浆岩特征岩浆是上地幔和地壳深处形成的,以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、含有挥发分的熔融体。
岩浆分为原生岩浆和再生岩浆。
原生岩浆是地核俘获的熔融物质形成的。
地核俘获熔融物质和其他一些物质形成巨厚的熔融层。
这些物质其成分是不均的。
原生岩浆凝固形成最原始的地球外壳。
我们所见到的各类侵入岩,如超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩和碱性岩等,以及火山喷发出的各类岩浆,它们都是再生岩浆,只是来源深度、通道物质成分及分异程度不同而已。
再生岩浆包括原生岩浆变异出的岩浆和重熔岩浆。
岩浆的主要特点(1)岩浆的成分:主要是硅酸盐和一部分挥发分。
岩浆中SiO2的含量,称为酸度划分的主要标准,也是碱度划分必须考虑的成分之一,并且还是研究岩浆岩演化的主要变量。
岩浆固结后,SiO2与其他氧化物组成硅酸盐矿物。
岩浆中含有大量的挥发分,其中以H2O为主,其次为CO2、SO2、CO、N2、H2、NH3、NH4、HCl、HF、B(OH)2、KCl、NaCl等。
《火成岩岩石学》笔记

《火成岩岩石学》读书随笔目录一、内容综述 (2)1.1 火成岩岩石学的定义和研究意义 (3)1.2 火成岩岩石学的发展历程和现状 (4)二、火成岩的基本概念 (5)2.1 火成岩的定义和分类 (6)2.1.1 岩浆岩的定义和分类 (8)2.1.2 火山岩的定义和分类 (9)2.1.3 玄武岩的定义和分类 (9)2.2 火成岩的矿物组成 (11)2.2.1 岩浆岩的矿物组成 (12)2.2.2 火山岩的矿物组成 (13)2.2.3 玄武岩的矿物组成 (14)三、火成岩的形成过程 (15)3.1 岩浆的形成和演化 (16)3.2 岩浆与围岩的相互作用 (17)3.3 火成岩的结晶和生长过程 (19)四、火成岩的结构和构造 (20)4.1 火成岩的结构分类 (21)4.1.1 全晶质结构 (23)4.1.2 非全晶质结构 (24)4.2 火成岩的构造分类 (25)4.2.1 构造岩 (26)4.2.2 斑状构造 (27)4.2.3 线理构造 (29)4.2.4 块状构造 (30)五、火成岩的分类和鉴别 (31)5.1 火成岩的分类方法 (33)5.2 火成岩的鉴别特征 (35)六、火成岩的应用 (36)6.1 地质勘探中的应用 (38)6.2 建筑工程中的应用 (39)6.3 矿产资源开发中的应用 (40)七、总结与展望 (41)7.1 本书的主要内容和学习重点 (42)7.2 火成岩岩石学的发展趋势和未来展望 (43)一、内容综述《火成岩岩石学》是一本深入探讨火成岩岩石学的专业书籍,它系统地介绍了火成岩的成因、分类、结构、构造以及岩石化学等方面的知识。
在阅读这本书的过程中,我深感其内容的丰富性和深度,对于理解地球的演化历史和地质构造具有重要的参考价值。
成因与分类:本书首先详细阐述了火成岩的成因理论,包括岩浆成因说、火山成因说等,并根据岩浆冷却速度和方式的不同,将火成岩分为深成岩、浅成岩和喷出岩三大类。
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第十五章当代火成岩研究新进展概略地介绍80年代以来硅酸盐熔体及硅酸盐晶—液悬浮体的密度、粘度、熔体结构、流体动力学等方面的研究动向,及其对岩浆作用、岩浆运移、岩浆侵位机制的动力学约束条件。
硅酸盐熔体的结构是制约熔体粘度的主导因素,化学成分对熔体粘度的控制是通过改变熔体结构而实现的,粘度在一定程度上决定着岩浆的迁移、侵位和喷发方式。
密度和浮力是岩浆上升侵位的重要约束,地壳是岩浆上升的一个密度过滤器,岩浆最终由于浮力的消失而停止上升。
一、引言岩浆活动不仅是一个复杂的化学过程,而且是一个复杂的物理过程。
对于岩浆作用的全面认识,不仅要从化学过程去了解,还必须从物理过程去探索。
几十年来,火成岩岩石学主要研究岩浆体系的化学作用过程,包括成因岩石学、岩石物理化学与热力学和地球化学等,并取得了巨大进展和成功。
岩石学研究发展到目前的阶段必将导致岩浆物理性质及流体动力学的研究,以解决火成岩岩石学中尚不能解决的难题,比如岩浆从源岩中的分凝机制、岩浆房中晶体的分离对流以及岩浆的上升侵位过程和岩浆的混合作用过程等,从而使火成岩岩石学研究的定量化大大向前迈进一步。
二、岩浆的物理性质近年来,岩石学工作者发现,很多火成岩岩石学特征不能用化学的和物理化学的原理来解释。
因此,人们开始重视岩浆物理性质和流体动力学性质的研究,其中岩浆(硅酸盐熔体)的密度、粘度及熔体结构是最重要的三个方面,它们是影响硅酸盐熔体动力学行为的最重要的物理参数,在岩浆起源和演化的一系列动力学过程中,都受到了岩浆的粘度、密度等物理性质的制约。
(一)、岩浆(硅酸盐熔体)的密度硅酸盐熔体密度的获得主要有两个途径,一是通过实验的方法进行硅酸盐熔体密度的测定,二是利用实验结果拟合的密度公式进行硅酸盐熔体密度的计算。
实验测定的方法:在压力大于1大气压时,可用落球法测量密度,在常压下可用阿基米德原理测定。
目前,野外原地测量密度数据最精确的方法是井眼精细重力测量。
尽管硅酸盐熔体的密度值对于研究岩浆作用的物理过程具有十分重要的意义,但目前所获得的有关硅酸盐熔体的可靠的密度数据并不多,这主要是由于硅酸盐熔体的密度测量是一件较为困难的工作。
硅酸盐玻璃与硅酸盐熔体之间的密度差可达10%,同时,总体成分、温度和压力也是影响硅酸盐熔体密度值的重要因素。
常压无水条件下岩浆密度的计算,最早是由Bottinga等提出的,他们考虑了两个方面的问题,即组成的偏摩尔体积(Vi)和总组成无关,也就是说组分是理想混合,没有过剩偏摩尔体积。
后来,他们发现在SiO2-Al2O3体系中偏摩尔体积并不是与总组成无关,因为铝硅酸盐中Al有两种配位Al IV、Al VI,因此,VAl与总组成有关。
高压下含水硅酸盐的密度计算,需要对水进行修正,通常水压越高,含水量越多,岩浆密度ρ越小。
对于压力的修正则采用Stolper提出的状态方程,即利用Birch-Murnagham状态方程。
压力对固体和液体的影响是不一样的。
例如含斜长石的玄武岩岩浆中,可以看出,低压下An90在岩浆中发生沉降,而在高压下则发生An90的漂浮作用,这可以解释为什么斜长岩大多形成年代比较早。
除原生岩浆的密度外,分异密度也有重要意义。
在正在结晶的体系中,流体动力学的实验和理论研究表明,分离结晶期间,即使出现一个相当小的密度变化,对岩浆房的动力学演化都有一个重要影响。
分异密度ρc被定义为:在发生分离结晶作用的熔体中,被分离结晶作用移走的液体相,即进入矿物的液体组成的那些化学组成的克分子量与摩尔体积的比值。
也就是由于分离结晶作用选择性地移出液体组分的密度。
其表达式为:ρc=ΣYiMi/ΣYiVi=Mc/Vc,其中ρc为分异密度,ri为移走的矿物中i组分的摩尔分数的比值(Σri=1),Vi为组分i的偏摩尔体积。
岩浆的密度对岩浆上升有重要的约束作用。
地壳是岩浆上升的一个密度过滤器,它只允许密度比它小的岩浆通过它上升达地表,阻止密度比它大的岩浆通过,致使密度大的岩浆停留在地壳某个部位形成岩浆房。
熔体的密度在岩浆上升过程中的重要作用必须重视,但我们也不能忽略,除了熔体和围岩之间形成的局部密度差之外,还有其它因素也同样影响着熔体能否上升通过地壳并喷发,如熔体的粘度以及熔体流动必须通过的管道的宽度都是另一些重要的变量。
(二)、岩浆(硅酸盐熔体)的粘度粘度是岩浆的另一个重要物理性质,它决定着岩浆的迁移、侵位和喷发方式。
岩浆粘度对火山喷发类型及地貌形态有重要影响,酸性、碱性的熔浆粘度较大,流动性小,多呈爆发式喷发,形成陡峭的层状火山锥或穹形火山体。
与酸性岩形成明显对照,玄武质熔浆粘性较小,多呈宁静溢流喷发,富流动性,常常形成熔岩平原或盾形火山。
但除了这些地表效应外,岩浆粘度在地下深处岩浆作用过程中也起着重要的作用,如岩浆的分凝和上升,岩浆的对流和分异,晶体的生长和沉降,渗滤压和岩浆冷凝速率等都与粘度有关。
硅酸盐熔体的结构特征是制约熔体粘度的主要因素,熔体结构的变异是其中粘流作用发生的原因,化学成分对熔体粘度的控制是通过改变熔体结构而实现的。
SiO2熔体中仅存在Si-O键,而NaAlSi3O8熔体中存在Si-O键,Al-O键和Na-O键,Na-O键在熔体结构中通过O与Si-O键相联结,并且使之与相联的Si-O键的键强变弱。
因此,熔体结构单元中与Na-O 键相联结的Si-O键最易断开,并因此导致流变作用的发生。
Bottinga等用统计的方法设计了依岩石化学成分计算熔体粘度的方法,此方法展示了硅酸盐熔体的化学成分对熔体粘度的制约关系,但它仅仅适用于不含水和挥发性组分的体系。
Shaw(1972)对此作了改进,使之能适用于自然界的硅酸盐熔体。
然而,这种粘度的计算方法未考虑到压力对熔体粘度的制约关系,虽然压力对熔体粘度的影响相对成分而言是微不足道的,但是在熔体所受的压力远远大于其中的流体分压时(地壳深部环境),压力对熔体粘度的影响作用就不能被忽略。
为解决这一问题,Persikov等(1990)在对含挥发性组分的岩浆熔体粘度的一系列测定实验之后,依Arrhenius方程给出了计算岩浆熔体粘度的近似公式:lgη=E/4.576T-3.5+α(P-Pf),式中E 为活化能,α为粘度压力系数,P为压力,Pf为熔体中的流体分压,T为温度。
SiO2熔体是最简单的硅酸盐熔体,它仅由[SiO4]单元组成,其中仅存在Si-O键,在均匀的熔体中,所有的Si-O健的键强都相同,这种熔体中粘流的发生只能是由于其结构中的缺陷所导致的Si-O键随机断开与复合的结果(Baker,1992)。
水的增加使成网分子解聚,从而降低熔体粘度。
悬浮晶体对粘度也有重大影响,悬浮晶越多,粘度越大,当悬浮晶体的含量超过一定值时,熔体为非牛顿液体。
压力对粘度也有重大影响:早期实验表明,压力增加,粘度增大,80年代实验证明,压力升高,有些熔体的粘度不会升高,反而降低。
1985年以后人们发现,熔体可分为二类:A型熔体压力升高的情况下,粘度将降低,如Jd(硬玉)、Ab(钠长石)熔体,这类熔体占多数;而B型熔体的粘度则随压力的升高而增大,如Di(透辉石)熔体,这类熔体占少数。
粘度大对于岩浆源区中岩浆熔体和固体部分的分离有利;同时,由于源区深度大,压力大,岩浆容易发生分凝作用;两种岩浆粘度差异大时,不能混合(只能产生机械混合)。
因此,熔体粘度对于岩浆上升,岩浆分异都有重要影响。
Dingwell等(1990)研究表明,硅酸盐熔体具有膨胀性,熔体结构随温度升高而发生膨胀。
这表明在高温条件下熔体中的空隙随温度降低而变小。
在所有情况下,粘度都随温度升高而减小。
在给定温度下粘度数值的差别是由于样品间总体成分的差别造成的。
富SiO2熔体的粘度数据是稀少的。
尽管造岩硅酸盐熔体物理性质的资料很重要,但有效的数据相对来说是很少的。
大多数可靠数据是在1.013×105Pa(1atm)下获得的。
这里强调指出,由于硅酸盐熔体相对于矿物具有大数值的可压缩性和热膨胀性,把这些数据外推到不同于获得数据时的物理条件是困难的。
天然岩浆是熔体和晶体的悬浮液,这种悬浮液的粘度可以通过考虑晶体与熔体质量比和它们的单独粘度来计算。
但是,这种悬浮液的流变性质不同于纯的液体。
首先,硅酸盐熔体表现为牛顿液体,而晶—液悬浮体可以用宾汉液体作最适当的模型。
也就是说,悬浮液体具有最终屈服强度,而纯液体则没有。
其次,在晶—液比例基础上建立的悬浮体的粘度并不是它们的质量(或体积)比例的线性函数。
晶体的形态、粒度和粒度分布也需要考虑。
Shaw得出结论:悬浮体的粘度在绝热条件下可近似地用爱因斯坦—罗斯科方程来描述:ηr=(1-1.35ψ)-2.5(均一球体)ηr=(1-ψ)-2.5(一系列变化的粒度)其中,ψ为固体的体积分数,ηr为悬浮体对同样温度下的纯液体的粘度。
(三)、岩浆(硅酸盐熔体)的熔体结构过去认为晶体是有序的,而岩浆熔体是无序的,但现在认为岩浆是近程有序,远程无序,岩浆中分子有聚合作用。
与矿物的结构类似,岩浆的结构是我们了解岩浆的化学、物理、热力学性质的重要依据之一。
硅酸盐熔体的基本结构单元是Si-O四面体,熔体中各种元素均以离子或离子团的形式存在,其中氧的结构类型有三种:①桥氧(O0),指连接两个Si-O四面体的氧,与Si4+或取代Si4+的四次配位阳离子连接;②非桥氧(O-),指连接一个Si4+和一个非四面体配位金属阳离子的氧;③自由氧(O2-),指连接两个非四面体配位金属阳离子的氧。
金属阳离子在硅酸盐熔体中的赋存方式及行为取决于各自争夺氧的能力,电荷大、半径小、电离势大的阳离子,如Si4+、Ti4+、P5+、Al3+、Fe3+等,争夺氧的能力强,在熔体中与桥氧呈四次配位,结构上常构成四面体的中心离子,起形成网格、增强聚合度的作用,这种阳离子称之为成网离子;电荷小、半径大、活动性较大的阳离子,如K+、Na+、Ca2+、Mg2+等,争夺氧的能力弱,在熔体中与非桥氧或自由氧呈六次或更高次配位,位于四面体之间,起减弱熔体聚合度的作用,这种阳离子被称为变网阳离子。
可见,硅酸盐熔体中三种结构类型的氧的数目可反映出熔体的聚合度。
继Bottinga等(1972)提出成网、变网分子之后,80年代,Mysen等利用拉曼光谱致力于直接测定硅酸盐熔浆的结构取得了重要进展。
首先是发现了岩浆中存在多种阴离子单元,即结构单元,它们是架状、层状、链状与岛状结构单元,其对应的NBO/T分别为0、1、2、4。
随后发现Al优先分布于具NBO/T最小的结构单元中。
从而,提出了一个基于化学组成对天然界岩浆结构的计算模型。
在这个计算模型中把Fe3+归入变网分子。
1987年,Mysen 等的实验结果解决了Fe3+在岩浆中的配位问题。
事实上,Fe是天然岩浆在地球上造岩条件下唯一的一个不只一种氧化状态的主要元素,侵入岩、火山岩Fe3+/ΣFe很早就已用于推测岩浆岩的T—fo2历史。