火成岩是由哪些成分构成的?

火成岩或称岩浆岩，是指岩冷却后（地壳里喷出的岩浆，或者被融化的现存岩石），成形的一种岩石。现在已经发现700多种岩浆岩，大部分是在地壳里面的岩石。常见的岩浆岩有花岗岩、安山岩及玄武岩等。一般来说，岩浆岩易出现于板块交界地带的火山区。

物质组成

　　①化学成分。主要由氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、钛、锰、氢、磷岩浆岩平均化学成分表等12种元素组成。它们被称为造岩元素，约占火成岩总重量的99%以上，尤以氧最多，占总重量的46%以上。其余所有元素的重量总和还不到1%。它们常用氧化物百分数表示（表1）。SiO2是岩浆岩中最重要的一种氧化物，其含量是岩石分类的一个主要参数。如SiO2含量大于65%的火成岩称酸性岩，含量52%～65%者为中性岩，45%～52%者为基性岩，小于45%者为超基性岩。K2O+Na2O重量百分数之和称为全碱含量，也是岩石分类的一个重要参数。除12种主要元素外，火成岩中还含有许多种微量元素，如Au、Ag、As、B、Ba、Be、Cu、Pb、Zn、F、Cl、S、Ce、Li等。　

②矿物成分。常见的矿物有20多种，通称造岩矿物（表2）。依其化学火成岩某些常见岩浆岩的矿物成分成分可分为两类。硅铝矿物，SiO2与Al2O3含量高，不含FeO、MgO，如石英类、长石类和似长石类。这类矿物颜色浅，故也称浅色或淡色矿物。铁镁矿物，FeO和MgO的含量较高，SiO2含量较低。如橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母类等。这类矿物的颜色较深，故又称深色或暗色矿物。硅铝矿物和铁镁矿物在火成岩中的比例是岩石鉴定和分类的重要标志之一。火成岩的矿物成分和化学成分取决于岩浆来源，也取决于岩浆演化成岩的总过程。如来自幔源的岩浆富含铁、镁、铬等元素，形成的岩石以铁镁矿物为主，而来自壳源的岩浆富含硅铝元素，形成的岩石以硅铝矿物为主，花岗质岩浆在演化过程中与碳酸盐岩接触交代形成的矽卡岩以含钙矿物为主等。　

结构构造指组成火成岩的矿物及其集合体的形态、外貌和相互关系。它既是岩石分类命名的重要依据，也是岩石形成时的物理化学条件的反映（如岩浆性质、围岩性质、构造环境等）。借助结构构造的研究，可以帮助解决火成岩的成因、演化等问题。①常见的火成岩结构：反映火成岩结晶程度的有全晶质结构（多见于深成岩）、玻璃质结构（多见于酸性喷出岩）和半晶质结构（多见于浅成岩和超浅成岩的边缘相）；反映矿物自形程度的有自形粒状结构、它形粒状结构和半自形粒状结构等；反映矿物颗粒间相互关系的有交生结构、反映边结构、环带结构、包含结构和填隙结构等。②常见的构造：反映侵入岩的构造有块状构造、带状构造、斑杂构造、晶洞构造、流动构造、原生片麻状构造等；反映喷出岩的构造有气孔状、杏仁状构造（多见于熔岩层的顶部）、枕状构造（多见于海相基性熔岩）、流纹构造（多见于酸性熔岩）、柱状节理构造（多见于厚层状基性熔岩）。

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(一)岩石化学

1岩石化学类型

(1)岩石化学一般特征

区域上八亩地组火山岩的SiO2含量为516%～6652%,区内该组SiO2含量为5674%,为中性岩的化学成分范围内。

(2)碱度类型和火山岩系列

区内青山群八亩地组火山岩里特曼指数σ为568,其碱度类型为次钠钙性岩石类型,属弱大西洋型。

在莱特的AR—SiO2与碱度关系图解,青山群八亩地组火山岩投点多落于碱性系列区。

在拉斑玄武岩与钙碱性玄武岩系列AFM图解中,青山群八亩地组火山岩样品落入钙—碱性岩系列区。

从久野(Kumo)火山岩碱硅关系图解中可以看出,八亩地组火山岩样品点落入碱性岩系列区。

区域上八亩地组安山岩为钙碱性系列,区内投点略偏,可能是后期蚀变造成的。

2岩石化学定名

由于火山岩结晶程度普遍较差,难以准确测定矿物成分及含量,因此应用化学成分进行分类命名至关重要,以便于对矿物定量命名进行校正,我们根据辖域内火山岩化学成分,应用全碱-二氧化硅(TAS)图解(表1-5-1,图1-5-1)进行化学定量命名。

由全碱-二氧化硅(TAS)图解可以看出,青山群八亩地组火山岩投点落入粗安岩区。结合区域上岩性应为安山岩。

3火山岩氧化特征和分异作用

(1)火山岩氧化特征

火山岩的氧化度OX'反映了火山岩形成时的氧化程度,一般情况下,其OX'值越大,火山岩氧化越强烈;其指数变化范围越大,表明火山活动持续时间越长。区内八亩地组火山岩的OX'值为095(表1-5-1)。火山岩氧化度OX'值较大,表明火山岩氧化较强烈。

表1-5-1 辖域火山岩岩石化学成分分析结果及校正后数据一览表　单位:%

图1-5-1 昌乐火山岩全碱SiO2(TAS)图解(序号同表1-5-1)

F—副长石岩;Pc—苦橄玄武岩;B—玄武岩;O1—玄武安山岩;O2—安山岩;O3—英安岩;S1—粗面玄武岩;S2—玄武粗安岩;S3—粗安岩;T—粗面岩、粗面英安岩;R—流纹岩;U1—碧玄岩、碱玄岩;U2—响岩质碱玄岩;U3—碱玄质响岩;Ph—响岩

(2)火山岩分异作用

区内青山群八亩地组火山岩的分异指数(DI)在7314。根据戴里火山岩化学成分平均值,所算得DI值为:苦橄岩=12,玄武岩=35,安山岩=56,石英粗安岩=68,流纹岩=88,碱性流纹岩=91。青山群八亩地组中基性火山岩的DI值近于戴里石英粗安岩,与后期蚀变有关,也表明其分异程度中等偏高。

区内青山群八亩地组火山岩的固结指数(SI)为1639,一般来说,大多数原始岩浆的固结指数为40左右或更大些,当发生结晶分异时,残余岩浆的硬化系数迅速降低。根据有关资料表明,玄武岩SI值为30～40,普通玄武安山岩的SI值为20～29,安山岩SI值为10～15。青山群八亩地组火山岩的SI值在普通玄武安山岩与安山岩SI之间,说明岩浆在结晶分异作用过程中剩余的熔体量相对较低。

4火山岩的构造环境

青山群八亩地组火山岩在里特曼-戈蒂尼图解中,投点于C区,表明区内青山群火山活动的构造环境是大陆边缘区;从区内八亩地组火山岩的碱度指数(表1-5-2)看,碱度指数AR值为277＜40,碱度指数的特征与一般岛弧和活动大陆边缘火山岩的碱度指数偏低、指数值的变化范围较小的特点相吻合。

区域资料证实,火山岩成分向碱性方向演化,其喷发时处于相对凹陷环境,构造作用渐弱,岩浆房稳定下降,八亩地组火山岩是安山质岩浆上涌时引起陆壳部分熔融喷发形成的。

(二)微量元素

区内青山群八亩地组火山岩微量元素及有关参数见表1-5-2,与维氏值中性岩比较Nb、Y、Zr、Sr含量明显偏低,Ba、Ti、La、Be、B、Rb含量明显偏高。Rb/Sr为087。

区内所采样品的SiO2含量偏高,与其对应,Sr含量偏低,Ba、Rb含量偏高。一般认为Rb为地幔岩矿物的极不相容元素,其富集与熔融程度有关。熔融程度愈低,不相容元素愈富集;Sr偏低指示斜长石的分异程度偏低;Ba趋向于结晶相中富集而在残余相中贫化。与陆壳熔解的成因相符。

表1-5-2 辖域火山岩微量元素分析结果(10-6)及特征参数一览表

(三)稀土元素

青山群八亩地组火山岩稀土元素含量见表1-5-3,稀土总量为13784×10-6,ΣLREE/ΣHREE为1322,(La/Yb)N值为1411,具轻稀土相对较富集,重稀土亏损的特点,轻稀土分馏程度高于重稀土。δEu值为095,小于1,具有较弱的负Eu异常,说明青山群八亩地组火山岩原始岩浆受地壳混染较轻。

表1-5-3 辖域火山岩稀土元素分析结果(10-6)及特征参数一览表

续表

稀土配分曲线右倾平滑,斜率中等,轻重稀土之间分馏程度中等,为轻稀土富集型。

（一）岩石化学特征

据广东省区域地质志等资料，对本区52个火山岩岩石化学分析结果进行统计，结果（表1-1）表明，晚侏罗世火山岩中安山岩、英安山和流纹岩总的特点是高钾，低钠、钙，富铁、贫镁。莲花山带以西以高钾，低钠为特点；以东以高钠、低钾为特点。

表1-1　粤东晚侏罗世高基坪群火山岩化学成分

（二）某些微量元素特征

表1-2　粤东中生代晚侏罗世火山岩中微量元素丰度（wB/10-6）

前人对粤东地区中生代燕山期不同火山岩盆地、不同岩性所做的323个微量元素分析结果（表1-2）表明：①丰良等火山岩盆地的不同岩性中Cu含量有一定演化规律，即由中性岩（安山岩、安山质碎屑岩）→中酸性岩（英安岩及英安质碎屑岩）→酸性岩（流纹岩及流纹质碎屑岩）呈逐渐降低趋势；②钟丘洋流纹质火山岩中Cu含量（质量分数）异常高达422×10-6，较同类火山岩中高出20倍以上，究其原因，可能是受晚期侵入的次英安斑岩影响所致；③不同地区火山岩中Zn含量均较高，较同类火山岩中高出2～4倍；④在丰良、钟丘洋等火山岩盆地的火山岩中Ag含量较高，较同类火山岩中高出3～20倍。

（三）稀土元素地球化学特征

表1-3列出了前人对本区不同火山岩盆地中不同火山岩类37件样品稀土元素分析结果和计算出的相关参数。由表可以看出，中性火山岩类REE含量较低，酸性火山岩类（流纹岩）中含量较高；La/Yb比值，在安山岩类中为118，在英安岩类中为138，在流纹岩类中为151，表明后者分异程度较前者高；δEu，在安山岩类中为08，在英安岩类中为05，在流纹岩类中为03，随岩性酸度增高δEu逐渐变小，表明Eu亏损增大。

表1-3　粤东火山岩稀土元素总量（wB/10-6）及其有关参数特征

火山岩，英文名：Effusive rock，岩浆喷出地表冷却凝固而形成的岩石。又称“喷出岩”。 狭义的喷出岩即指各种熔岩。熔岩具有两种含义，一是指喷出地表后挥发分逸散的炽热熔融状态的岩浆，又称熔浆；一是指由熔浆冷却凝固而形成的岩石。没有冷却的熔浆可以沿山坡或河谷流动，其前端多呈舌状[1]，称为熔岩流。由于熔浆化学成分的差异，其粘稠性和流动速度亦不同，基性熔浆一般含SiO2较少，粘性小，流速大，酸性熔浆含有SiO2较多，粘性大，流速小。大面积的熔岩流冷凝而形成的岩石为熔岩被。熔岩冷凝过程中，由于岩石导热性和地表形态的差异，可形成波状熔岩、绳状熔岩、块状熔岩、熔岩瀑布和熔岩隧道等各种形态。熔浆可以是在火山爆发时从火山口喷流出来，也可以是沿断裂溢流出来。熔浆的化学成分不同，冷却凝固后所形成的岩石也不同。基性的喷出岩为玄武岩，中性的喷出岩为安山岩，酸性的喷出岩为流纹岩，半碱性和碱性喷出岩为粗面岩和响岩。喷出岩多具气孔、杏仁和流纹等构造。多呈玻璃质、隐晶质或斑状结构。玻璃质的黑曜岩、珍珠岩、松脂岩、浮岩等喷出岩称为火山玻璃岩。

黏度也是岩浆很重要的性质之一，它代表着岩浆流动的状态和程度。岩浆中SiO2的含量对黏度影响最大，其次是Al2O3，Cr2O3，它们的含量增高，岩浆黏度会明显增大。酸性岩中SiO2，Al2O3的含量很高，因此，黏度也最大；溶解在岩浆中的挥发份可以降低岩浆的黏度、降低矿物的熔点，使岩浆容易流动，结晶时间延长；此外，岩浆的温度高，黏度相应变小；岩浆承受的压力加大，岩浆的黏度也增大。 岩浆岩中有一些自己特有的结构和构造特征，比如喷出岩是在温度、压力骤然降低的条件下形成的，造成溶解在岩浆中的挥发份以气体形式大量逸出，形成气孔状构造。当气孔十分发育时，岩石会变得很轻，甚至可以漂在水面，形成浮岩。如果这些气孔形成的空洞被后来的物质充填，就形成了杏仁状构造。岩浆喷出到地表，熔岩在流动的过程中其表面常留下流动的痕迹，有时好象几股绳子拧在一起，岩石学家称之为流纹构造、绳状构造。如果岩浆在水下喷发，熔岩在水的作用下会形成很多椭球体，称之为枕状构造。

火山岩系列和类型的划分是火成岩岩石学研究中的一个重要方面，在岩石的成因与演化的研究中，以及对火成岩形成的构造环境都具有十分重要的意义。

（一）火山岩岩石学特征

长岭断陷钻遇的深层火山岩主要有溢流相的火山熔岩及爆发相的火山碎屑岩。根据火山岩的化学成分，采用国际地科联推荐的火山岩硅—全碱（TAS）分类方案（LeBas等，1986），对区内火山岩进行了分类命名（图2-48）。由图可看出，火石岭组的岩石类型较多，包括玄武安山岩、安山岩、英安岩、流纹岩及相对偏碱性的玄武粗安岩、粗安岩和粗面岩，且中性成分的岩石占有较大的比例。营城组则出现典型的玄武岩，并有较多的流纹岩，而中性成分的岩石相对较少，具有双峰式的火山岩组合特征。

（二）火山岩地球化学特征

以下分别分析玄武质火山岩、流纹质火山岩和安山质火山岩的地球化学特征。

1玄武质火山岩

营城组玄武岩在主量元素组成上具有相对贫硅（SiO2含量4470%～4543%）、富碱（K2O+Na2O含量473%～503%）、富钛（TiO2含量269%～274%）的特征，其Al2O3含量（1503%～1556%）较中国东部玄武岩的平均值（1444%，王德滋，1982）略高，而MgO含量（450%～518%）则较低，这一成分特征也指示其为经历一定程度演化岩浆结晶的产物。在硅碱岩系划分图上，营城组玄武岩落在碱性玄武岩区（图2-49），与辉石矿物化学所指示的岩系归属一致。

与营城组中的玄武岩相比，火石岭组中玄武岩的SiO2、Na2O及K2O+Na2O含量明显偏高，而TiO2、FeO及CaO含量则偏低（图2-49，图2-50）。除个别样品外，火石岭组玄武岩多数样品K2O含量较高，在SiO2-K2O关系图上，样品点投影于富钾的钾玄岩系区（图2-49）。已有的研究资料表明，钾玄岩系火山岩多出现于远离海沟的环境（Morrison,1980），结合火石岭组玄武岩相对富碱的特征，指示这套岩石应是远离海沟的陆内伸展引张构造背景下岩浆活动的产物。

图2-48 松南长岭凹陷及邻区火山岩TAS分类图

图2-49 长岭断陷及邻区深层玄武岩SiO2K2O+Na2O岩系划分图

碱性与碱亚性分线界据Irvine＆Baeagar（1971）

2流纹质火山岩

区内营城组流纹质火山岩的主量元素组成变化范围较大，总体具有低钛特征（TiO2含量019%～039%），多数样品K2O含量＞Na2O含量，少量相对富钠样品（如DB-14-1,DB-14-7）其过碱指数（AKI值）均在085以上，类似于A型花岗岩（Whalen等，1987），部分富钾流纹岩的过碱指数也较高，如DBl1-1为092。由于本区流纹质火山岩主要是火山碎屑岩，加之K2O、Na2O等组分在后期地质作用过程中活动性较强，因此，这套岩石的类型归属，将在后文通过较稳定微量元素的组成特征来进一步论述。火石岭组流纹质火山岩的主量元素组成变化范围也较大，加之收集的资料来自松辽盆地的不同地区，因此，未能确定其与营城组流纹质岩石的系统差别。

3安山质火山岩

营城组中性成分的岩石总体偏少，表现出裂谷环境的双峰式火山岩组合征，少数SiO2属中性岩的样品，其全碱（K2O+Na2O）含量总体偏高，属于玄武粗安质—粗安质/安粗质—粗面质火山岩（图2-48），而火石岭组中性成分岩石所占比例较大，其全碱（K2O+Na2O）含量较之营城组中性成分岩石总体偏低，但也有部分样品落在偏碱性的粗面质火山岩范围内，指示其应形成于大陆内侧伸展引张背景，这与玄武质岩石属钾玄岩系所揭示的成岩环境一致。

图2-50 长岭断陷及邻区营城组与火石岭组玄武岩主量元素组成对比图

1—营城组（本文资料）；2—营城组（闫全人等，2002）；3—火石岭组

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这是火山岩。

火山岩是指来自地球深部炽热的岩浆经火山口喷出到地表冷凝而成的岩石，分为狭义上的火山岩和广义上的火山岩。

狭义上的火山岩指火山熔岩，是一些低粘度、低挥发分的岩浆(如基性岩浆)以熔体形式溢流出火山口，一些高粘度的酸性岩浆在火山喷发晚期，由于岩浆房中的挥发分大量逃逸以后而侵出地表，也可以形成熔岩。

岩浆的成分不同，冷却凝固后所形成的岩石也不同。基性的喷出岩为玄武岩，中性的喷出岩为安山岩，酸性的喷出岩为流纹岩，半碱性和碱性喷出岩为粗面岩和响岩。

喷出岩多具气孔、杏仁和流纹等构造，多呈玻璃质、隐晶质或斑状结构。玻璃质的黑曜岩、珍珠岩、松脂岩、浮岩等喷出岩称为火山玻璃岩。

广义上的火山岩，除了熔岩外还包括火山碎屑岩。火山碎屑岩主要是一些高粘度、高挥发分含量的酸性岩将经由爆发式喷发，喷发至地表而形成的，往往混有一定数量的正常沉积物或熔岩物质。