地球的外壳——岩石

目 录 C O N T E N T S 岩石认知/2 自然界中一百多种基本的金属和非金属物质，结合 形成了矿物。矿物具有一定的化学成分和内部结构，因 而具有一定的物理、化学性质及外部形态。由矿物或类 似矿物的物质（如有机质、玻璃质等）组成的固体集合 体就是岩石。 岩石的分类/4 岩石就其成因而言，可分为岩浆岩、沉积岩和变质 岩三大类。岩浆岩是由地幔或地壳的岩石经熔融或部分 熔融的物质，也就是岩浆冷却固结形成的。沉积岩形成 于地表，由沉积作用形成。变质岩是由岩浆岩及沉积岩 经过变质作用形成的。 岩石的循环/7 在三大岩类之间，因地质条件发生变化会相互转 换，任何一类岩石都可以变为另一类岩石。这三类岩石 互相转变的现象，称为岩石循环。 Part 1 什么是岩石 1 沉积岩形成过程/39 沉积岩的形成过程很复杂，但很容易被人直接观察 到。它是母岩的风化产物、火山物质、有机物质及宇宙 物质等在地壳表面经过搬运、磨蚀、沉积及成岩作用而 形成的。 Part 3 沉积岩解读 岩浆作用/10 岩浆是上地幔或地壳部分熔融的产物，成分以硅酸 盐为主，含有挥发分，也含有少量固体物质，是高温黏 稠的熔融体。岩浆产生后，在通过地幔或地壳上升到地 表或近地表的途中，发生各种变化的复杂过程，称为岩 浆作用。 岩浆岩特征/15 由岩浆冷凝固结而成的岩石称为岩浆岩。岩浆岩在 物质成分、矿物成分、结构构造和产状等方面都有着明 显的特征。 岩浆岩主要类型/26 自然界中岩浆岩的种类繁多，分类依据主要是化学 成分、矿物成分、产状和结构、构造等。根据SiO2的含 量和碱饱和程度可分为五大类，即超基性岩类、基性岩 类、中性岩类、酸性岩类、碱性岩类。 Part 2 岩浆岩探秘 地球的外壳——岩石 2 Rock：The Outer Shell of the Earth 变质作用/62 岩石处于固体状态下，受到温度、压力及化学活动 性流体的作用，发生矿物成分、化学成分、岩石结构与 构造变化的地质作用，称为变质作用。 变质岩特征/65 变质岩矿物成分的一般特征比岩浆岩、沉积岩要复 杂得多，而且差别极大。变质岩的结构和构造也有其特 征。 变质岩主要类型/70 根据变质作用发生的地质环境的差异，即变质作用类 型的不同，我们一般将变质岩分为四类：接触变质岩类、 气成热液变质岩类、动力变质岩类和区域变质岩类。 Part 4 变质岩揭因 沉积岩特征/43 沉积岩的碎屑物质可来自任何类型的母岩，其整体 结构在沉积作用中就已大致形成。沉积岩的特征主要表 现在物质成分、颜色、结构和构造等方面。 沉积岩主要类型/50 沉积岩的分类依据岩石的成因、成分、结构、构 造等。人们常以成因作为划分基本类型的基础，并以成 分、结构、构造等特征作为进一步分类的依据。沉积岩 主要分为五大类：陆源碎屑岩类、火山碎屑岩类、黏土 岩类、碳酸盐岩类和其他岩类。 目  录 Contents 3 Part 5 我们身边的岩石 国粹之石/77 天然玉石是指由自然界产出，具有美观、耐久、稀 少性和工艺价值的矿物集合体，少数为非晶质体。我国 的玉石包括和田玉、岫岩玉、独山玉、玛瑙、绿松石、 青金石、孔雀石等。 文化之石/80 印章石又称印石，是以叶蜡石为主组成的一种石 料，质地密软，用以雕刻印章和艺术品。中国四大印章 石分别是寿山石、青田石、昌化石和巴林石。 装点之石/86 岩石自古以来就是人们最常用的建筑材料。无石 不成园，石头已成为中国古典园林中最基本的造园要素 之一。 药用之石/92 许多岩石都是重要的中药用原料。矿物药就是指 经传统加工炮制，使用于传统医药的单矿物或矿物集 合体。 同位素/3  陨石/6  构造运动/8  火山灰/13  主要矿物/16  潜火山岩/23  宇宙尘/40  波痕 /48  硅质岩/51  变质相/67  糜棱结构/68  矽卡岩/70  莫氏硬度/77  叶蜡石/80  板岩/83 地学知识窗 4 地球的外壳——岩石 参考文献/96 Rock：The Outer Shell of the Earth 什么是岩石 岩石是由矿物或类似矿物的物质（如有机质、玻璃、非晶质等）组 成的固体集合体。多数岩石由不同矿物组成，单矿物的岩石较少。主要 的造岩矿物为橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、石英、钾长石、斜长石 等。岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，虽然具有不同的形成 环境和条件，但是它们之间可以相互转换。 Part 1 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 2 岩石认知 地 壳由各种岩石组成，而岩石则是 矿物的集合体，矿物又由各种化 学元素结合而成。 元素，又称化学元素。自然界中有 一百多种基本的金属和非金属元素，它们 的单质只由一种原子组成，其原子中的每 一种核子具有同样数量的质子，用一般的 化学方法不能使之分解，并且能构成一切物 质。每种元素具有固定的原子序数，在元素 周期表中分别占有固定位置（图1-1）。同 种元素的原子具有的中子数可以不同，因而 具有不同的原子量。具有不同原子量的同种 元素互称为同位素。同种元素的同位素的 物理性质与化学性质本质上相同。    图1-1  元素周期表 Part 1 3 什么是岩石 矿物是地壳中天然形成的单质或化合 物，具有一定的化学成分和内部结构，因 而具有一定的物理、化学性质及外部形 态。自然界大多数矿物是由两种以上的元 素组成的化合物，如石英（SiO2 ）、方 解石（CaCO3）、磁铁矿（Fe3O4）等； 少数是由一种元素组成的单质矿物，如 自然金（Au）、自然硫（S）、金刚石 （C）等。在通常状况下，绝大多数矿物 是固体，只有极少数是液体，如自然汞 （Hg）、水（H2O）等。 岩石是由矿物或类似矿物的物质（如 有机质、玻璃、非晶质等）组成的固体集 合体。多数岩石由不同矿物组成，单矿 物的岩石较少。主要的造岩矿物为橄榄 石、辉石、角闪石、黑云母、石英、长石 等（图1-2、图1-3）。岩石一般是指自 ——地学知识窗—— 同位素 同位素是同一元素的不同原子， 其原子具有相同数目的质子，中子数 目却不同。同位素具有相同原子序 数，在元素周期表上占有同一位置， 化学性质几乎相同，原子质量或质量 数不同，从而其质谱性质、放射性转 变和物理性质有所差异。 然界产出的矿物集合体。人工合成的矿物 集合体，如陶瓷等不叫岩石。岩石不仅是 地球物质的重要组成部分，也是类地行 星的组成部分。岩石蕴藏着丰富的矿产 资源，如铜、铁、锡等，有的岩石本身 就是矿产资源。    图1-2  石英和黄铁矿 黄铁矿石英 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 4 岩 石就其成因而言，可分为岩浆岩 （火成岩）、沉积岩和变质岩三 大类。 橄榄石 黑云母 长石角闪石 岩石的分类 岩浆岩是由地幔或地壳的岩石经熔融 或部分熔融的物质，也就是岩浆冷却固结 形成的。沉积岩形成于地表，由化学、生    图1-3  主要造岩矿物 Part 1 5 什么是岩石    图1-4  岩浆岩、沉积岩、变质岩形成关系示意图 物化学溶液及胶体的沉淀，或岩石碎屑、 矿物碎屑、生物碎屑经水、风、冰川的搬 运，最后发生沉积作用形成，常常呈层 状。变质岩是由岩浆岩及沉积岩经过变质 作用形成的（图1-4）。它们的矿物成分 及结构构造都因为温度和压力的改变以及 应力的作用而发生变化，但并未经过熔融 的过程，主要是在固体状态下发生的。三 大类岩石的野外特征对比见表1-1。 岩 浆 岩 沉 积 岩 变 质 岩 （1）形成火山及各类熔岩流 （2）形成岩脉、岩墙、岩株 及岩基等形态并切割围岩 （3）对围岩有热的影响，致 使其重结晶、发生相互 反应及颜色改变 （4）在与围岩接触处，岩浆 岩体边部有细粒的淬火 边 （5）除火山碎屑岩外，岩体 中无化石出现 （6）多数岩浆岩无定向构造， 矿物颗粒相互交织排列 （1）在野外呈层状产生，并经 历分选作用 （2）岩层表面可以出现波痕、交 错层、泥裂等构造 （3）岩层在横向上延续范围很大 （4）沉积岩地质体的形态可能与 河流、三角洲、沙洲、沙 坝的范围相近 （5）沉积岩的固结程度有差别， 有些甚至是未固结的沉积 物 （1）岩石中的砾石、化石或 晶体受到了破坏 （2）碎屑或晶体颗粒拉长， 岩石具定向构造，但也 有少数无定向构造的变 质岩 （3）多数分布于造山带、前 寒武纪地盾中 （4）可以分布于岩浆岩体与 围岩的接触带 （5）岩石的面理方向与区域 构造线方向一致 （6）大范围的变质岩分布区 矿物的变质程度有逐渐 改变的现象 表1-1                                               三大类岩石野外特征对比 海洋 火山 沉积物 地 幔 沉积岩 变质岩 岩浆 侵入型 岩浆岩 喷出型 岩浆岩 河流侵蚀搬运 堆积 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 6 在三大类岩石中，按占地壳重量百分 比计算，以岩浆岩最多（占64.7%），变 质岩次之（占27.4%），沉积岩最少（占 7.9% ）。若按在地表的分布情况看，则 以沉积岩分布最广，占所有岩石分布面积 的75%，而其他两类的分布较少。 还有一种天外来客——陨石，是地球 以外未燃尽的宇宙流星脱离原有运行轨道 呈碎块飞快散落到地球表面的石质、铁质 或石铁混合物质（图1-5）。大多数陨石 来自于火星和木星间的小行星带，小部分 来自月球和火星。陨石大体可分为石质陨 石、铁质陨石、石铁混合陨石。 ——地学知识窗—— 陨石 陨星穿过大气层尚未完全烧尽、降落到地面的残余体叫陨石。古代中国、希腊、罗马的 文献里对陨石都有记载。据估计，每年到达地球附近、质量大于100 kg的陨星体有1500 颗， 但到达地面上时质量残留也就10 kg左右，因而发现率不过4～5 块/年。陨石的分类在习惯上主 要按成分和结构分类，按成分分为铁陨石（几乎全由铁镍合金组成）、石陨石（主要由铁镁硅 酸盐，尤其是橄榄石和辉石组成）和石铁陨石（含几乎等量的铁镍合金和硅酸盐矿物）。 石质陨石 铁质陨石    图1-5  陨石 Part 1 7 什么是岩石 岩石的循环 三 大类岩石具有不同的形成环境和 形成条件，而环境和条件又随地 质作用的发生而变化。因此，在地质历史 中，总是某些岩石在形成，而另一些岩石 在消亡。如岩浆岩（变质岩、沉积岩的情 况相同）通过风化、剥蚀而破坏，破坏产 物经过搬运在低洼地区堆积下来，经过压 实、胶结等固结成岩作用形成沉积岩（图 1-6），沉积岩受到高温作用又可以熔融 转变为岩浆岩。岩浆岩和沉积岩等岩石由 于温度和压力等变化，均能变成变质岩； 变质岩可再转变成沉积岩，也可于地壳深 处在高温条件下发生重熔再生作用，成为 新的岩浆。 图1-7进一步表示了岩石的转变与环 境、条件、能量和地质作用的性质、方式 的关系。图中的地表环境指沉积岩形成的 环境，属于常温、常压；深部环境指地壳 下层，这里具有较高的温度与压力。图中 表示出各种能量来源：一种是太阳能，它 主要影响地表，控制了外力作用的进行； 另一种是放射性热能，它包含在岩石中， 控制了内力作用的进行。此外，以地球重 力能和地球旋转能为代表的地球因素，在 引起各种地质作用中也是不可忽视的作 用。图中还表示了各种地质作用的内容和 作用进行的方向。其中极其突出的是构造 运动，它本身属于内力地质作用，但是它 对其他内力作用及外力作用都有重要影 响。如果没有构造运动，在地下形成的侵 入岩与变质岩就不能上升和遭受破坏并转 变成沉积岩；如果没有构造运动，地表就   图1-6  三大岩类转换关系 沉积岩 岩浆岩 变质岩 表 层 作 用 表 层 作 用 变 质 作 用 变质作用 熔 融 、 岩 浆 作 用 熔融、岩浆作用 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 8      图1-7  各种地质作用的关系及三大类岩石演化 难以强烈坳陷并堆积大量沉积物；如果没 有构造运动，沉积岩与岩浆岩也不能沉入 地下遭受变质。构造运动对岩浆的形成和 上升也有重要影响。 ——地学知识窗—— 构造运动 该运动是指由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。构造运动是由地 球内力引起地壳乃至岩石圈的变位、变形，以及洋底的增生、消亡的机械作用和相伴随的 地震活动、岩浆活动和变质作用。构造运动产生褶皱、断裂等各种地质构造，引起海、陆 轮廓的变化，地壳的隆起和坳陷，以及山脉、海沟的形成等。 岩浆岩探秘 岩浆形成后，沿着构造软弱带上升到地壳上部或喷溢出地表，在上 升、运移过程中，由于物理、化学条件的改变，岩浆的成分不断发生变 化，最后冷凝成为岩石。这一复杂过程称为岩浆作用，所形成的岩石称 为岩浆岩。岩浆侵入地壳但未喷出地表称为侵入作用，其所形成的岩石 称为侵入岩。岩浆沿构造裂隙上升，由火山通道喷出地表，称为火山作 用，其所形成的岩石称为火山岩。 Part 2 10 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 岩 浆这个词最早来源于希腊，原意是 指一种似粥状物。一般理解岩浆的 概念是：岩浆是上地幔或地壳部分熔融的 产物，成分以硅酸盐为主，含有挥发分， 也可以含有少量固体物质，是高温黏稠的 熔融体（图2-1）。大量的资料已经证实， 在地球内部，当物理和化学条件具备时， 地幔及地壳的某些部位可以发生熔融，起 岩浆作用 始熔融时液相熔体仅在固相颗粒的隙间产 生，比例也很小，随着熔融作用的继续， 熔体的比例增加并逐渐集中形成岩浆。 根据对火山的观察、实验研究和地质 资料的综合，岩浆的基本特征如下： 一、岩浆的成分 岩浆主要由氧、硅、铝、铁、镁、 钙、钾、钠、锰、钛、磷等造岩元素组      图2-1  岩浆 岩浆岩探秘 Part 2 11 成，还有H2O、CO2、SO2等挥发性物质 及少量的金属硫化物和氧化物。岩浆的 化学成分若以氧化物表示，其主要成分 是SiO2、Al2O3、MgO、FeO、Fe2O3、 CaO、NaO、K2O、H2O 等，其中以SiO2 的含量最大。岩浆含有SiO2的多少，不 仅影响岩浆的性质，也影响有关岩浆岩 的成分。根据岩浆中SiO2的相对含量， 可以把岩浆分为酸性岩浆（SiO2相对含 量＞65％）、中性岩浆（52％~65％）、 基性岩浆（45％~52％）和超基性岩浆 （＜45％）。越是酸性的岩浆，黏度越 大，温度低，越不易流动；越是基性的岩 浆，则黏度越小，温度高，越容易流动。 当然，温度、压力和挥发组分对岩浆黏度 也有影响。如温度越高，挥发成分越多， 压力越小，则黏度越小；反之，则黏度越 大。这些不同成分的岩浆冷凝后可分别形 成酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩。 二、岩浆的温度 岩浆的温度可以直接从现代火山熔岩 流中测出，也可间接通过多种岩浆岩或矿 物的熔融实验和热力学计算等方法求出。 岩浆的温度很高，这一点从现代火山 喷发的景象及其对周围环境的危害就可以 了解。1980年美国圣海伦斯火山喷发，炽 热的火山灰喷发物覆盖了周围的山区，密 布的原始森林全部燃烧成木炭，居民的汽 车被熔化。如果是熔岩流，危害会更加严 重。直接测定的现代火山岩浆的温度见表 2-1。可以看出，基性玄武岩岩浆温度最 高，其次为安山质岩浆，流纹质岩浆温度 最低。地下深处的岩浆及地质历史时期岩 浆在喷出或侵位以后开始降温固结，以玄 武质熔岩为例，1 m厚的玄武岩全部结晶 约需12天，10 m厚的约需3年，700 m厚的 约需9 000年。地下深处的岩浆侵位后冷 却速度缓慢，固结的时间比熔岩长，据估 计，2 000 m厚的花岗岩岩席完全结晶约 需64 000年，8 km厚的花岗岩基约需1 000 万年（10 Ma）才能固结。 三、岩浆中的挥发分 现代火山喷发时有大量气体逸出， 已固结的火山岩标本有些含相当数量的 气孔就充分说明了岩浆含有挥发分（图 2-2）。了解它们的类型及含量可以通过 两种途径：一是直接从现代火山喷发的气 体中取得，另一种是通过岩石中的流体包 裹体获得。从日本有珠火山昭和新山喷气 孔上收集的气体分析结果表明，水是最 丰富的组分，在活动气体中CO2占优势， CH4非常少；在高温条件下SO2占优势， 12 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 夏威夷 基拉韦厄 拉斑玄武岩 1 150℃～1 225℃ T.L.Wright 等 （1968） 墨西哥帕里库廷 玄武安山岩 1 020℃～1 110℃ Zics （1946） 刚果尼腊贡戈 霞石岩 980℃ Sahama 和Mever （1958） 刚果尼亚木拉基拉 白榴玄武岩 1 095℃ Verhoogen （1948） 新西兰陶波 辉石流纹岩 860℃～890℃ Ewart 等 （1971） 浮岩流 角闪流纹岩 熔岩，熔结凝灰岩 浮岩流 735℃～890℃ 加利福尼亚 蒙诺火山口 流纹质熔岩 780℃～790℃ Carmichel （1967）冰岛 流纹英安质黑翟岩 900℃～925℃ 新不列颠（南西太平洋） 安山质浮岩 940℃～990℃ H e m i n g和C a r m i c h a c l L o w d e r （ 1 9 7 3 ） ， （1970） 英安质熔岩、浮岩 925℃ 流纹英安质浮岩 880℃ 在较低温时H2S显著增多，HF与HCl的比 值随温度而下降。我国台湾省台北市以北 的大屯火山群发育有丰富的喷气孔，自然 硫堆积在喷气孔附近，不仅景象壮观，而 且整个山谷充满了浓烈的硫黄气味。 岩浆中的挥发分不仅影响结晶温度，而 且影响岩浆的喷出方式，在挥发分聚集时在 近地表处的强烈膨胀会引起岩浆爆裂成火山 灰，火山爆发也随之强烈。但是这种爆发      图2-2  火山岩浆中的挥发分 表 2-1                         各类熔岩喷出温度的估算值（引自Carmichael，1974） 岩浆岩探秘 Part 2 13 性质在黏度不同的岩浆中作用强弱有别， 低黏度的玄武质岩浆中膨胀气体的释放是 平静、缓慢的，高黏度的安山岩和流纹岩 浆则会因气体的释放将岩浆崩碎成岩浆 团、火山弹及火山灰，并破坏火山锥体的 边坡。 四、岩浆的黏度 岩 浆 的 黏 度 与 岩 浆 成 分 （ 主 要 是 SiO2）、挥发分含量、温度和压力的大小 等因素有关。岩浆中SiO2含量越高黏度越 大，挥发分含量越高黏度越小。岩浆的温 度越高黏度越小，温度迅速下降会使黏度 急剧增大。通常压力增大黏度也随之增 大，但对于不同成分的岩浆其黏度的增大 幅度是不同的。 五、岩浆作用 岩浆形成后，沿着构造软弱带上升到地 壳上部或喷溢出地表，在上升、运移过程 中，由于物理、化学条件的改变，岩浆的成 ——地学知识窗—— 火山灰 火山灰是细微的火山碎屑物，颗粒的直径小于2 mm。还有人将其中极细微的火山灰分出来 称为火山尘。在火山的固态及液态喷出物中，火山灰数量最多、分布最广，常呈深灰、黄、白等 色，堆积压紧后成为凝灰岩。火山灰在火山爆发时，可以被送到几千米或几十千米高的大气层 中，细微的火山灰还能在平流层中悬浮几个月至几年之久，它们阻挡阳光，有使地球上气温降低 的作用。火山灰多为酸性熔岩炸碎而成，有的有腐蚀性，大量急速降落会给人类的生产和生活带 来不利影响，但有使土地变肥沃的作用。火山灰还是配制水泥的原料。 分不断发生变化，最后冷凝成为岩石，这一 复杂过程称为岩浆作用，所形成的岩石称为 岩浆岩。根据岩浆是侵入地壳或喷出地表， 岩浆作用可分为侵入作用和喷出作用。 岩浆侵入地壳但未喷出地表称为侵入 作用（图2-3），侵入的岩浆冷凝后形成 的各种各样的岩浆岩体称为侵入体，侵入 体周围的岩石叫围岩。由于承受上覆岩石 的压力，岩浆具有向压力较低的构造软弱 带侵入的趋势。岩浆在向上运动时，以巨 大的机械压力沿着围岩的软弱部位挤入， 同时以高温熔化围岩，从而占据一定的空 间。根据岩浆侵入深度的不同，可分为深 14 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 成侵入作用（深度＞3 km）和浅成侵入 作用（深度＜3 km），相应地，侵入体 也分为深成侵入体和浅成侵入体。 如果岩浆沿构造裂隙上升，由火山通 道喷出地表，称为喷出作用，又称为火 山作用（图2-4）。火山喷发过程极为复 杂，在不同地区及不同的岩浆作用阶段， 所喷出的物质和喷发类型各不相同。有的 喷发很平静，岩浆沿裂隙通道上升，缓慢 地流出地表，边流动边冷凝；有的非常强 烈，岩浆喷出时具有猛烈的爆炸现象，可 将大量的气体、岩浆团块和固体碎屑喷射 到火山口以外，在火山口上空形成巨大烟 柱。火山作用形成的岩石称为火山岩，火 山岩又可分为两种，一种是从火山喷发溢 流出的熔浆冷凝而成的岩石，叫熔岩； 另一种是由火山爆发喷出来的各种碎屑 物质从大气中降落下来而成的岩石，叫 火山碎屑岩。熔浆在地表条件下冷却较 快，所以火山岩结晶都比较细，甚至完 全是玻璃质的。      图2-3  侵入作用示意图 地面 原生岩石 侵入岩浆      图2-4  火山作用及火山岩分布示意图 火山口 熔岩 凝灰岩 火山角砾岩 变 质 带 岩浆岩探秘 Part 2 15 岩 浆岩由岩浆冷凝固结而成，在岩 浆冷凝和结晶过程中失去了大量 的挥发分，所以岩浆岩的成分与岩浆的成 分是不完全相同的。 一、岩浆岩的物质成分 岩浆岩的物质成分是指其化学成分和 矿物成分而言，研究物质成分不仅有助于 了解各类岩浆岩的内在联系、成因及次生 变化，还可以作为岩浆岩分类的主要依 据。 1. 岩浆岩的化学成分 据现有的地球化学研究资料，地壳中 的所有元素在岩浆岩中均有发现，其含量 及在岩浆作用过程中的行为不同。组成岩 浆岩的元素分为主要元素、微量元素和同 位素三类，在岩浆岩的成因研究中均具有 重要意义，其中直接用于岩浆岩分类的是 主要元素。 主要元素的分析结果一般以其氧化 物质量百分数的形式给出（表2-2），分 别是SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、 MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5 和H2O。据岩类的不同和研究需要，还可 加测Cr2O3、ZrO2、CO2等，这些氧化物 的含量一般大于0.1%。这些氧化物占岩浆 岩平均化学成分的98%，也是地幔及地壳 的主要组成部分。 2. 岩浆岩的矿物成分 岩浆岩中的矿物成分与岩浆的化学 成分及结晶条件密切相关，对于了解岩 石的化学成分和岩石的成因都有重大的 意义，它也是岩浆岩分类和定名的依 据。岩浆岩中已发现的矿物种类繁多， 但常见矿物不过20多种，其中构成岩石 主体、在岩浆岩分类命名中起作用的仅 十来种，这些矿物称为主要造岩矿物， 它们是石英、钾长石、斜长石、似长石 （白榴石、霞石）、橄榄石、辉石、角 闪石、黑云母、白云母等。这些矿物根 据化学成分可分为两类： （1）硅铝矿物：矿物中SiO2与Al2O3 的含量较高，不含FeO和MgO，包括石英 岩浆岩特征 16 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 类、长石类及似长石类。这些矿物因基本 不含色素原子，颜色较浅，所以又称为浅色 矿物。 （2）镁铁矿物：矿物中FeO、MgO 的含量较高，包括橄榄石类、辉石类、 角闪石类及黑云母类。这些矿物的颜色 一般较深，又称为暗色矿物。暗色矿物在 岩浆岩中的含量（体积百分数）通常称 为色率，是岩浆岩鉴定和分类的重要标 志之一。如色率随岩石酸度的变化情况 大致为：超基性岩色率>90，基性岩色率 =40~90，中性岩色率=15~40，酸性岩色率 <15。 氧化物 地幔1 大洋壳2 大陆壳3 岩浆岩平均4 SiO2 45.2 49.4 60.3 59.12 TiO2 0.71 1.4 1.0 1.05 Al2O3 3.54 15.4 15.6 15.34 FeO 8.45 10.1 7.2 6.54 MnO 0.14 0.3 0.1 0.12 MgO 37.48 7.6 3.9 3.49 CaO 3.08 12.5 5.8 5.08 Na2O 0.57 2.6 3.2 3.84 K2O 0.13 0.3 2.5 3.13 P2O5 - 0.2 0.2 0.3 注：1. Ringwood （1975）, 2. Ronov （1976）, 3. Taylor （1964）, 4. Clark。 表2-2                                地幔 、地壳及岩浆岩的平均化学成分表 ——地学知识窗—— 主要矿物 主要矿物是岩浆岩中含量高，并在 确定岩石大类名称上起主要作用，可作为 区分岩类依据的矿物。如花岗岩中主要矿 物是长石和石英，没有长石则为石英岩或 脉石英，没有石英或含量较少则岩石为正 长岩类。主要矿物和次要矿物因岩石种类 而异，如石英在花岗岩中是主要矿物，而 在闪长岩中则为次要矿物。 岩浆岩探秘 Part 2 17 二、岩浆岩的结构 岩浆岩的结构是指组成岩石的矿物 的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、自 形程度和矿物之间的相互关系。 1. 结晶程度 结晶程度是指岩石中结晶物质和非结 晶玻璃质的含量比例。按结晶程度可将岩 浆岩分为三类（图2-5）： （1）全晶质结构：岩石全部由已结 晶的矿物组成。这是岩浆在温度下降缓慢 的条件下从容结晶而形成的，多见于深成 侵入岩中。 （2）半晶质结构：岩石由结晶物质 和玻璃质两部分组成。多见于喷出岩及部 分浅成岩的边部。 （3）玻璃质结构：岩石全部由玻璃 质组成。岩浆迅速上升到地表或近地表 时，温度骤然下降到岩浆的平衡结晶温度 1. 全晶质结构 2. 半晶质结构 3. 玻璃质结构      图2-5  岩浆岩的结构（按结晶程度分） 以下，来不及结晶所形成。 玻 璃 质 在 岩 石 中 常 呈 现 不 同 的 颜 色，如黑色、砖红色、褐色、灰绿色 等，一般呈玻璃光泽，具贝壳状断口， 性脆。玻璃质是一种不稳定的固态物 质，随着时间的推移会逐渐转变为稳定 态的结晶质，这一过程称为脱玻化作 用。 2. 岩石中矿物颗粒的大小 这需从两个方面考虑，一是矿物颗 粒的绝对大小，二是矿物颗粒的相对大 小。 （1）根据主要矿物的绝对大小，可把 岩浆岩的结构分为显晶质结构和隐晶质结 构。 ① 显晶质结构：肉眼观察时，基本 上能分辨出矿物颗粒者。显晶质结构 根据矿物颗粒的粒径（d）大小分为以下 粒级：粗粒结构，d>5 mm；中粒结构， d=2~5 mm；细粒结构，d=0.2~ 2 mm；微 粒结构，晶粒粒径<0.2 mm；颗粒很大， 粒径大于1 cm的矿物，可称为巨晶、伟 晶。实际上，岩石中不同矿物颗粒都一 样大小是比较少见的，一般指的是岩石 中最主要矿物的一般大小。对标本及薄 片进行粒度测量时，要选择同一种主要矿 1 2 3 18 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 物来测量，一般多以长石为标准。 ② 隐晶质结构：岩石中的矿物颗粒 很细，不能用肉眼或者放大镜看出者。具 隐晶质结构的岩石外貌呈致密状，肉眼观 察有时不易与玻璃质结构相区别。具隐晶 质结构的岩石没有玻璃光泽及贝壳状断 口，脆性程度低，有韧性，常具瓷状断 口。 （2）根据矿物颗粒的相对大小，还 可分为等粒、不等粒、斑状和似斑状4种 结构类型（图2-6）。 ① 等粒结构：岩石中同种主要矿物 颗粒大小大致相等。 ② 不等粒结构：岩石中同种主要矿 物颗粒大小不等。如其粒度依次降低，可 称连续不等粒结构。 ③ 斑状结构：岩石中矿物颗粒分为      图2-6  岩浆岩的结构（按矿物颗粒相对           大小分） 等粒结构 不等粒结构 斑状结构 似斑状结构 熔蚀结构 暗化边结构 大小截然不同的两群，大的称为斑晶，小 的及不结晶的玻璃质称为基质。其间没有 中等大小的颗粒，可与不等粒结构相区 别。 ④ 似斑状结构：岩石也是由两群大 小不同的矿物颗粒组成，但基质结晶程 度较好，为显晶质。 3. 岩石中矿物的自形程度 自形程度是指组成岩石的矿物的形 态特点。它主要取决于矿物的结晶习 性、岩浆结晶的物理化学条件、结晶的 时间及空间状态等。据岩石中矿物的自 形程度可以分为三种不同的结构（图 2-7）： （1）自形粒状结构：组成岩石的矿 物颗粒，基本上能按自己的结晶习性发育 成被规则的晶面所包围的晶体——自形 自形粒状结构、半自形粒状结构、它形粒状结构       图2-7  岩浆岩的结构（按矿物自形程度分） 1 2 3 4 1 2 1 2 3 岩浆岩探秘 Part 2 19 晶。这种结构说明岩浆中矿物结晶中心 少，结晶时间长，有足够的空间，或者矿 物结晶能力强。 （2）他形粒状结构：组成岩石的矿物 颗粒多呈不规则的形态——他形晶，找不 到完整规则的晶面。这种结构是结晶中心 较多，没有足够的结晶时间和空间的条件 下形成的。它是各种矿物颗粒几乎同时结 晶。 （3）半自形粒状结构：组成岩石的 矿物颗粒，按结晶习性发育一部分规则 的晶面，其他晶面发育不好，而呈不规 则的形态，称为半自形晶。这种结构的 形成条件介于自形和他形之间，也是深 成岩中最多见的一种结构。 4. 岩石中矿物颗粒间的相互关系 根据组成岩石颗粒的相互关系，划分 的结构类型很多，但肉眼能经常看到的有 以下两种： （1）文象结构：岩石中钾长石和石 英呈有规则的交生，石英具有独特的棱角 形或楔形，有规律地镶嵌在钾长石中（图 2-8）。它一般是在石英和长石完全同时结 晶的情况下形成的，常见于伟晶岩的边缘带 及部分花岗岩中。 （2）条纹结构：钾长石和斜长石 （图2-9）有规律地交生称为条纹结构， 具条纹结构的长石叫条纹长石。条纹的大 小可大到肉眼也能见到，小至则需借助X 射线或电镜才能分辨。 （正交偏光）      图2-8  文象结构      图2-9  微斜长石的格子状双晶 20 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 三、岩浆岩的构造 岩浆岩的构造是指岩石中不同矿物集合 体之间或矿物集合与其他组成部分之间的排 列、充填方式等。岩浆岩构造受多方面因素 的影响，不仅与岩浆结晶时的物化环境有 关，还与岩浆的侵位机制、侵位时的构造应 力状态及岩浆冷凝时是否仍在流动等因素有 关。岩浆岩常见的构造有以下几种： 1. 块状构造 组成岩石的矿物在整个岩石中是均匀 分布的，其排列无一定次序、无一定方 向。它是岩浆岩中最常见的一种构造（图 2-10）。 2. 斑杂构造 岩石的不同部位在结构或矿物成分 上有较大差异，如一些地方暗色矿物较 多，一些地方又很少，结果使岩石呈现 出斑斑驳驳的外貌。 3. 条带状构造 岩石中具有不同结构或不同成分的条 带相互交替、彼此平行排列的一种构造 （图2-11）。 4. 气孔和杏仁构造 这是火山岩中常见的构造。当岩浆喷 溢到地面时，围压降低，其中所含挥发分 达到饱和，从岩浆中分离出来时形成大量 气泡，这些气泡一部分逸散到大气中，一 部分则由于岩浆迅速冷却凝固而保留在 岩石中形成空洞，这就是气孔构造（图 2-12）。当气孔被岩浆期后矿物所充填 时，其充填物宛如杏仁，称为杏仁构造 （图2-13）。杏仁构造在玄武岩中最常 见。       图2-10  块状构造       图2-11  条带状构造 岩浆岩探秘 Part 2 21       图2-14  显微镜下的流纹构造       图2-15  枕状熔岩枕状构造 5. 流纹构造 这是酸性岩中常见的构造。它是由不 同颜色的条纹和拉长的气孔等表现出来的 一种流动构造，是在熔浆流动过程中形成 的（图2-14）。 6. 枕状构造 这是海底溢出的基性熔岩流中常见的 构造。其状似枕头，大小不等，互相堆 积，每个枕体一般顶面上凸、底面较平， 外部为玻璃质，向内逐渐为显晶质（图 2-15）。 四、岩浆岩的产状 岩浆岩的产状主要指岩体的形态、大 小、与围岩的关系，以及岩浆岩形成时所 处的深度和构造环境等。查明岩浆岩的产 状可以帮助了解岩浆岩的形成条件，对       图2-12  火山岩中气孔构造       图2-13  安山质玄武岩中杏仁构造 22 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 找矿和勘探也有一定意义。根据岩浆活动 的方式不同，可将岩浆岩的产状分为两大 类，即侵入岩的产状和火山岩的产状。这 两者之间，有时是相连的，并没有截然的 界线。 1. 侵入岩的产状 根 据 侵 入 体 的 形 态 、 大 小 ， 常 见 的侵入岩产状可以分为以下几类（图 2-16）： （1）岩基：是最大的巨型侵入体，面 积大于100 km2，可达数万平方千米。如我 国海南岛的琼中岩基，面积达5 000 km2。 （2）岩株：面积小于100 km2 的侵入体， 岩株边缘常有一些不规则的树枝状岩体冲入 围岩中，称为岩枝。岩株顶部的瘤状突起则 称为岩瘤。       图2-16  岩浆岩的产出状态 （3）岩盖：为一种蘑菇状的整合侵入 体。中部向上突起，底部平坦，由岩基中部 到边部厚度迅速减小而渐灭。岩盖规模 不大，直径3~6 km，厚度 一 般 不 超 过1 km，常见为一酸性侵入体。 （4）岩墙：指近于直立，厚度一 般在几十厘米到几十米甚至几千米， 长数千米甚 至 几 百 千 米 的 板 状 侵 入 体 。 闻 名 世 界 的 津 巴 布 韦 大 岩 墙 ， 厚3～12 km，长超过500 km, 呈南北延 伸。岩墙往往成群出现，称为岩墙群。 岩墙有呈环状分布的、呈放射状分布的 等等。就成因来说，岩墙是岩浆沿着围 岩的断裂贯入而成的。 （5）岩脉：指规模比较小, 厚度小而 变化大，形状不规则，有分叉复合现象的 岩床 席状岩墙 岩床 岩床 岩盖 岩基 熔岩流 火山颈 由火山碎屑组 成的火山锥 岩浆通道 席状岩墙 席状岩墙席状岩墙 席状 岩墙 放射状岩墙 岩浆岩探秘 Part 2 23 脉络状岩体。岩脉的分布主要受岩石裂隙 的控制。 （6）岩床：是岩浆沿层面贯入，形 成与地层整合的板状侵入体。以厚度稳定 为特征，常见于基性岩中。 2. 火山岩的产状 火山岩常见的产状有： （1）熔岩 ： 指 以 喷 溢 方 式 形 成 的 火山岩。以熔岩为主，呈层状，分布 广。 （2）火山锥：由熔岩和火山碎屑岩 组成，中心为火山口或破火山口。 （3）岩穹：指以侵出方式形成的穹 状火山岩。 （4）火山颈： 是火山锥被剥蚀后 出露的火山管道中的充填物。火山颈在 浅部一般直径较大，向深处缩小，上部 呈喇叭状，中部呈筒状，下部呈墙状。 ——地学知识窗—— 潜火山岩 潜火山岩是一种与火山作用有关、与火山岩系同源的浅成和超浅成侵入岩。一般认 为潜火山岩具有下列特点：在时间上，与火山活动同期或稍晚；在空间上，主要分布于 火山岩地区；在成分上，与火山岩相似；在岩石特征上，与火山岩相似。与潜火山岩有 关的矿产种类很多，如铜、钼、铁、金、银、锡、铅、锌等。 充填物多为火山碎屑岩、熔岩、碎屑熔 岩、熔结火山碎屑岩等。碎屑有同源、 异源的，也有的为深源产物。 （5）次（潜）火山岩：是与火山岩 同源且为侵入产状的岩体。它与喷出岩同 时间但一般较晚，同空间但分布范围较 大，同外貌但结晶程度较好，同成分但变 化范围及碱度较大。 五、岩浆岩的分类 1. 岩浆岩的分类方案 自然界中岩浆岩的种类繁多，据统 计，目前已确定名称的就有1 100多种， 它们之间存在着物质成分、结构、构 造、产状等方面的差异，各类岩浆岩之 间又存在着一些过渡类型，这说明各类 岩浆岩在成因或生成环境等方面有着密 切的联系。 24 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 岩 浆 岩 的 分 类 依 据 主 要 是 化 学 成 分、矿物成分、产状和结构、构造等。 首先根据SiO2的含量和碱饱和程度分为 五大类，即超基性岩类、基性岩类、中 性岩类、酸性岩类、碱性岩类（包括偏 碱性岩类和过碱性岩类），然后根据矿 物成分、结构、构造和产状进一步细 分。 （1）岩 浆 岩 的 化 学 成 分 是 岩 浆 岩 分类的重要依据之一，一般以SiO 2和 碱质的含量来考虑。根据SiO 2的含量 可分为四大类：超基性岩类、基性岩 类、中性岩类和酸性岩类。每一类根 据碱度（即K 2O+Na 2O的含量）进一 步分为两大系列，即钙碱性系列和碱 性系列。碱性系列的岩石习惯上也称 为碱性岩类。 以岩浆岩的化学成分为依据进行分 类，对于隐晶质或玻璃质的岩石比较准 确，但由于作一个岩石化学全分析成本 高，所需的时间较长，一般不宜大量进 行。 （2）岩浆岩的矿物成分及含量是分 类命名的基础。矿物成分主要考虑石英 含量、暗色矿物种类及含量、长石的种 类及含量（即钾长石或斜长石），以及 似长石的有无及含量。超基性岩类以不 含石英、基本上不含长石和富含大量暗 色矿物为特征，而酸性岩类则以富含石 英和贫暗色矿物为特征，基性岩及中性 岩类以其所含长石类型及暗色矿物种类 加以区别。钙碱性系列的岩石以不含似 长石为特征，斜长石成分较同类的碱性 系列岩石富含CaO；碱性系列岩石的暗 色矿物均为碱性暗色矿物，如碱性角闪 石、碱性辉石等。 （3）岩浆岩的产状，是决定岩浆岩 结构特征的重要因素。如果岩石的化学 成分、矿物成分相同，但其产状不同， 则岩石的结构也不同，所以产状、结构 也是重要的分类依据。在以成分为分类 依据的基础上，再按产状、结构构造的 不同把各大类岩石进一步划分为深成 岩、浅成岩和火山岩。 2.本书采用的分类方案 本书采用的分类方案见表2-3。     表 2-3                                                         岩浆岩分类表                      岩浆岩探秘 Part 2 25 含量、暗色矿物种类及含量、长石的种 类及含量（即钾长石或斜长石），以及 似长石的有无及含量。超基性岩类以不 含石英、基本上不含长石和富含大量暗 色矿物为特征，而酸性岩类则以富含石 英和贫暗色矿物为特征，基性岩及中性 岩类以其所含长石类型及暗色矿物种类 加以区别。钙碱性系列的岩石以不含似 长石为特征，斜长石成分较同类的碱性 系列岩石富含CaO；碱性系列岩石的暗 色矿物均为碱性暗色矿物，如碱性角闪 石、碱性辉石等。 （3）岩浆岩的产状，是决定岩浆岩 结构特征的重要因素。如果岩石的化学 成分、矿物成分相同，但其产状不同， 则岩石的结构也不同，所以产状、结构 也是重要的分类依据。在以成分为分类 依据的基础上，再按产状、结构构造的 不同把各大类岩石进一步划分为深成 岩、浅成岩和火山岩。 2.本书采用的分类方案 本书采用的分类方案见表2-3。     表 2-3                                                         岩浆岩分类表                      SiO2（%） ＜45 45~52 52~65 65~75 52~65 岩类 超基性 岩类 基性岩 类 中性岩类 中酸性 岩类 钙碱性 系 碱性系 钙碱性 系 碱性系 碱性 岩类 酸性岩类 中性过渡性岩类 橄榄岩- 苦橄岩 类 辉长岩- 玄武岩 类 闪长岩- 安山岩 类 石英闪 长岩-英 安岩类 花岗闪 长岩-流 纹英安 岩 花岗岩-流纹岩类 正长岩-粗面岩类 霞石正长 岩-响岩 类 侵 入 岩 深 成 岩 全晶质等 粒，半自 形粒状或 似斑状结 构 橄榄岩、 辉石岩、 角闪岩 辉长岩、 苏长石、 斜长石 闪长岩 石英闪 长岩 花岗闪 长岩 花岗岩 碱性花 岗岩 正长岩、 二长岩 碱性正 长岩 霞石正长 岩、霓石 正长岩 浅 成 岩 全晶质粗 粒等粒结 构，斑状 结构 苦橄 岩、金 伯利岩 辉绿岩 闪长玢 岩 石英闪 长玢岩 花岗闪 长斑岩 花岗斑 岩 正长斑 岩 霞石正长 斑岩次 火 山 岩 斑状或隐 晶质细粒 结构 火山岩 无斑隐晶 质或斑状 半晶质玻 璃质结构 苦橄岩 玄武岩、 细碧岩 安山岩 英安岩 流纹英 安岩 流纹岩 碱性流 纹岩、 石英角 斑岩 粗面岩、 粗安岩 碱性粗 面岩、 角斑岩 响岩、白 榴石响岩 石英（Q）和似长石 （F）（%） Q=0 F=0 Q=0至微 F=0 Q=5~12 F=O Q=20~60 F=0 Q=0~20 F=0~20 Q=0 F=10~60 斜长石（P）和碱性 长石（A）（%） P=0~10 A=0 P=40~90 A=0~10 P=30~70 A=0~10 P=30~70 A=0~30 P=0~35 A=0~35 P=0 A=50 铁镁矿物种属及其 含量（%） 橄榄 石、辉 石、角 闪石为 主，其 含量>90 以辉石为 主,可有 橄榄石、 角闪石、 黑云母 等，其含 量<90 以角闪石为主，辉 石、黑云母次之， 其含量一般为 15~40 以黑云母为主，角 闪石次之，其含量 <15 以碱性 角闪 石、辉 石为 主，其 含量<50 以角闪 石为 主，黑 云母、 辉石次 之，其 含量<50 以碱性角 闪石、辉 石为主， 富铁、云 母次之， 其含量 <50 以碱性铁 镁矿物为 主，其含 量<50 注：表中没有列入碳酸岩、玻璃质岩和脉岩（据徐永柏《岩石学》，1985年）。 26 地球的外壳——岩石 Rock：The Outer Shell of the Earth 一、超基性岩类（橄榄岩-苦橄岩 类） 1. 一般特征 超基性岩从化学成分上看，SiO2含量 ＜45%，为硅酸不饱和岩石；K2O和Na2O 的含量极少，一般均不到1%；CaO和 Al2O3含量也很少；富含FeO、MgO，故 在矿物成分上，铁镁矿物占绝对优势，主 要为橄榄石、辉石和角闪石，一般不含长 石或含长石很少。 铁镁矿物含量大于90%的岩浆岩又叫 超镁铁岩。大多数超基性岩都是超镁铁 岩，但也有例外，比如单矿物的透辉石岩 属于超镁铁岩，但不是超基性岩，因为 SiO2含量较高，可达55.6%。 超 基 性 岩 的 色 率 一 般 ＞ 7 0 ， 故 色 深，比重大。超基性岩在地表分布面积 很小，只占岩浆岩分布面积的0.5%，在 洋底分布的面积也不大。超基性岩常含 重要的金属和非金属矿产，故极受人们 的重视。 岩浆岩主要类型 2. 侵入岩的主要类型 超基性侵入岩按其矿物成分不同可 以分为以下几种类型：橄榄岩类（图 2-17），主要由橄榄石组成；辉石岩 类，主要由辉石组成；角闪石岩类，主 要由角闪石组成；黑云母岩类，主要由 黑云母组成。这四类岩石中以前两种为 多，角闪石岩次之，黑云母岩最少。但在 自然界中，最常见的不是典型的上述四种 岩石，而是它们之间的过渡类型。 超基性深成侵入岩的代表岩石为橄榄 岩。肉眼观察这类岩石多呈黑色、暗色或 深色，粗粒结构、块状构造、比重大。橄       图2-17  玄武岩中的橄榄岩