引起地表火山喷发的岩浆主要来源于哪里？

说到火山喷发，相信大家都不陌生。火山喷发会产生大量的热量，同时会有很多岩浆喷发出来。我们都知道，火山喷发是因为由于地壳的运动，所以导致的，那么在地球运动过程中为什么会产生岩浆的岩浆，岩浆到底是从什么地方而来的呢？我相信很多人都不知道岩浆的主要来源是什么。

引起地表火山喷发的岩浆主要来源于上地幔。地幔的上部存在一个由塑性物质组成的软流层，这是是岩浆的重要发源地，这层物质主要是熔融状态。相信有很多人有疑问，地幔到底是什么？现在就和大家解释一下上地幔到底是什么。首先要了解地球圈层结构，它分为两个部分，地球外部圈层和地球内部圈层。地球外部圈层可进一步划分为三个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈。地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地壳、地幔和地核。

接下来我们了解一下火山喷发的形成原因，火山喷发有三个原因，第一个原因是由于岩浆中含有大量挥发的物质，这些挥发的物质溶解在岩浆当中无法释放出来。当岩浆上升到地表的时候就会被释放出来，然后就会形成火山喷发。第二个原因则是由于板块的运动。板块之间相互摩擦形成了高温，温度太高，就会溶解一部分岩石，然后形成岩浆囊，从此引发了火山的运动。最后一个原因是因为地球内部的温度和密度不均匀，就会形成温度差。在地幔的内部就会形成地幔对流，当在外力的作用下，这些物质会聚集在一起。当岩浆囊压力大于地表压力的时候，岩浆就会喷发而出，形成火山喷发。

总的来说，火山喷发的岩浆主要来源于上地幔中的软流层。

在少数情况下，原生岩浆可以快速上升、侵位和固结，形成具原生岩浆化学组成的火成岩。这类直接由原生岩浆形成的火成岩，因早期曾与源区残余矿物有过物理化学上的平衡，常存在一些可供识别的标志。例如，由地幔源区产生的玄武质原生岩浆，上升侵位后直接冷凝固结形成的玄武岩可具以下特征：

（1）含地幔岩捕掳体：地幔橄榄岩捕虏体的密度比玄武质岩浆的密度要大得多，岩浆需在不停留的快速上升条件下，才能克服地幔捕掳体的沉降而将其带到地表。在这种情况下，岩浆在深部很少结晶，晶体的沉淀作用更不可能发生。

（2）Mg′值［w（Mg）/w（Mg+Fe2+）］高，介于067～073之间。高温高压实验证明，岩浆与橄榄石之间的Fe2+-Mg分配系数（KD）近似为常数（KD=030±003），上地幔橄榄岩中橄榄石的成分较固定，其牌号约为Fo90左右，因此与其处于平衡状态的原生玄武质岩浆的 Mg′值的大小相似。原生幔源岩浆中的Ni、Cr丰度较高，据Frey等（1978）资料，与地幔岩平衡的玄武质岩浆的w（Ni）为295×10-6～500×10-6，w（Cr）为300×10-6～400×10-6。

（3）岩浆在地下滞留时间短，结晶程度低。

由原生岩浆直接固结形成的火成岩，因保存了大量有关源区的物理化学信息，所以常被用来反演源区的温压条件和组成，具较重要的意义。

大多数情况下，原生岩浆可在其活动的不同阶段发生成分的变化，形成进化岩浆，最终形成成分上既有差异，又互为关联的一套火成岩。造成岩浆在演化过程中成分变化的因素和方式较为复杂，主要原因有：自身成分的分异、围岩物质的同化混染、两种以上不同成分岩浆的混合等，它们被分别称为分异作用、同化混染作用和岩浆混合作用。

1分异作用

分异作用（differentiation）是指原来成分均匀的岩浆，在没有外来物质加入的情况下，依靠本身的演化，最终产生不同组分的火成岩的作用。

岩浆分异作用（magma differentiation）有些只是在岩浆本身进行的，并未发生相的分离，而有些则发生了结晶相和熔体相的分离。前者有扩散作用和熔离作用；后者有分离结晶作用（fractional crystallization）和气体搬运作用（vapor transport）。

由扩散产生的分异主要出现在岩浆体内温度不同的时候，高熔点组分会由高温区向低温区扩散，最后形成低温区高熔点组分集中的现象。如某些岩体边部高熔点物质（暗色矿物）集中，岩石成分较岩体中心偏基性。

分离结晶作用发生于岩浆结晶作用阶段，早结晶的高熔点矿物可因下述的两种原因之一与熔体分离，并使残余岩浆的成分发生连续的变化。其一是重力分异作用（gravitational separation），即早结晶的矿物，可因其与岩浆的密度差下沉到岩浆房的底部，或上浮到岩浆房顶部；另一是流动分异作用，这有些类似河道中放木的情况，悬浮于岩浆中的矿物质点移向高流速带，如向岩浆通道的中央聚集，从而导致先晶出的矿物与熔体分离。

熔离作用是指原来混溶的熔体因物理或化学的原因分离为不混熔或混溶程度低的两种熔体的过程。物理因素可以是温度、压力的变化，化学因素则与第三种成分的加入有关。如在炼钢炉中加入CaCO3和CaF2可使铁水和炉渣分为互不混熔的液层。由熔离作用导致的分异，在岩浆过程中并不多见。目前认为，某些基性和超基性岩体中的铜镍硫化物、铬铁矿和钒钛磁铁矿床可能是从岩浆中熔离出来的。也有人用熔离作用来解释与碱性岩共生的碳酸盐岩浆的成因。另外火成岩中的一些特殊结构，如球珠、球颗结构被认为是熔离的乳滴状物质冷凝形成的。

岩浆中含有一定数量的挥发组分，其中以H2O为主。在不同组成和不同温压条件下，岩浆对这些挥发分的溶解度是不一样的。岩浆在上升过程中的压力降低或结晶度的增加，都会使挥发组分过饱和出溶，形成包括气相和热水溶液相的流体。流体可携带部分易溶物质和密度小的组分向上迁移，在岩浆体顶部富集，完成气体搬运的过程，并最终在此沉淀出所携带的组分而导致岩浆的成分分异。这一过程与岩浆的成矿作用有关，如一些稀有元素矿床的形成可能即与此过程有关。

2同化混染作用

岩浆在上升或停留于岩浆房期间，除与围岩具有热交换外，还可能与围岩发生物质交换，其结果是熔化围岩和捕虏体，或与其发生反应，从而使岩浆的成分发生变化，这一过程被称为同化混染作用（assimilation）。同化混染作用的方式和规模以及强度取决于岩浆和围岩的热状态和组成（见第十章）。

热的岩浆同化冷的围岩需要消耗大量的热能，使岩浆的温度快速下降，导致结晶作用，同时结晶作用又会释放出结晶潜热，为同化作用补充热能，一般认为，岩浆房中的岩浆演化，是同化混染作用和分离结晶作用同时进行的，这就是所谓的AFC模式（Assimilation and Fractional Crystallization）。许多学者在研究火成岩的演化时，常用微量元素的AFC模型来定量研究该过程中的同化混染及分离结晶的程度。

3岩浆混合作用

岩浆混合作用（magma mixing）是由两种不同成分的岩浆以不同的比例混合，产生一系列过渡类型岩浆的作用。与同化混染作用相比，混合作用除受到两种岩浆热状态的影响外，还受两种岩浆的相遇机制、密度差等的制约。目前认为产生岩浆混合作用的两种岩浆相遇的机制有3种：一是新生岩浆周期性地从岩浆房底部注入，与原驻留的岩浆产生混合；第二种情况是层状岩浆房中，相邻熔体层之间因对流作用而产生混合；第三种可能的混合方式发生于火山通道内，当岩浆喷发时，受岩浆上升惯力和岩浆粘滞力的共同作用使相邻岩浆层同时进入火山通道产生混合。此外，深部形成的岩浆进入不同成分的浅部岩浆房，也可以发生混合。

两岩浆热状态差异的大小影响混合作用的方式和规模。熔点相近的岩浆相遇，有可能产生大规模的均匀混合，而熔点相差较大的岩浆相遇，如玄武质岩浆注入到酸性岩浆房中往往形成骤冷的枕状构造或淬碎的岩块，以不均匀的机械混合为主，二者的成分交换仅仅依赖于扩散作用，而元素的扩散速度缓慢，往往在高熔点岩浆固结前只能达到数米的距离。

岩浆活动与板块构造环境密切相关，出现于地壳中的岩浆岩和火山岩种类繁多，归纳起来可分成3种基本的岩浆岩序列，即拉斑玄武岩系列、钙-碱系列和碱性系列。一般认为，碱性系列和拉斑玄武岩系列是洋隆或板内大陆裂谷系产物，而钙碱性系列形成于板缘消减带或板内大陆碰撞带。这3种系列的岩浆岩和火山岩的产出和分布，受板块构造环境的控制。从大洋到大陆环境，岩浆岩和火山岩由拉斑玄武岩往高铝玄武岩和碱性橄榄玄武岩过渡，即随大陆型地壳增加，钙碱性和碱性玄武岩系列增加，K2O含量增加。大陆环境和大洋环境拉斑玄武岩的区别在于前者SiO2含量多，w(Na)/w(K)比值低，K2O含量大于045%(后者小于045%)。

在不同板块构造环境下，火山岩主量元素丰度存在差异，尤其表现在TiO2、Al2O3、MgO、Na2O+K2O等的丰度上(表1-14)。一般的MORB和弧后盆地玄武岩的TiO2＞110%，大洋岛、大陆溢流玄武岩省和大陆裂谷带的TiO2＞220%，岛弧及活动大陆边缘的TiO2＜100%。岛弧及活动大陆边缘的Na2O+K2O≥400%。MORB和弧后盆地的Na2O+K2O≤300%，大洋岛、大陆溢流玄武岩省以及大陆裂谷带的Na2O+K2O为300%～400%(大陆裂谷带碱流岩类较高，一般大于900)。

表1-14 典型板块构造环境与火山岩主量元素丰度(wB/%)(统计平均值)

1松辽盆地

松辽盆地火山岩相容主元素(如:FeO、Al2O3、TiO2、MgO和CaO)随SiO2含量的增加呈非线性降低，而不相容主元素(如K2O)随SiO2含量的增加而增加，展示了与岛弧CA系列火山岩相似的岩浆演化特征，表明其形成与板块俯冲作用相关。另外，松辽盆地的基性-中基性火山岩还具有高Al2O3(最高达1757%)、Cr(最高达45054μg/g)和Ni(最高达19987μg/g)以及低MgO含量(为063%～579%)特征。Ni-Mg指数图解(图1-37)反映了火山岩在其岩浆演化早期阶段与橄榄石和辉石结晶分离作用相关的熔融分异一致的特征，即随着Mg含量的减少，Ni含量降低。与初始地幔和大洋玄武岩(MORB和OIB)的Nb/Th比(8～60)、Ce/Pb比(9～50)相比，松辽盆地玄武岩和玄武安山岩的Nb/Th比(2～20)、Ce/Pb比(2～30)相对较低。

图1-37 松辽盆地玄武岩Nb/Th-Nb和Ce/Pb-Ce图解［50］

松辽盆地玄武岩和玄武安山岩的轻稀土元素为中等程度富集［(La/Sm)s=20～39］，而英安岩和流纹岩的重稀土元素叠覆于基性-中基性火山岩之上，且其轻稀土元素相对玄武岩和玄武安山岩更富集一些［(La/Sm)s=35～48］。火山岩的初始地幔标准化微量元素分布模式具有以下特征:①大离子亲石元素(LILE，如Cs、Ba、K和Rb)的丰度较高;②具有负的Nb、Ta和Ti异常;③具有正的Pb异常。具有与俯冲作用有关的典型火山岩套相同的特征，如与安第斯弧火山岩的微量元素分布特征相同。火山岩的球粒陨石标准化稀土分布模式也展示了与弧火山岩相同的特征(图1-38)。

松辽盆地深层的火山岩表现出非常典型的板块俯冲作用特征，其岩浆源区为多成分复合性的。主元素与微量元素构造环境判别结果(图1-39)表明，松辽盆地基性-中基性火山岩为活动大陆边缘岩浆弧和(或)岛弧构造环境。这一判别结果与前面的地球化学分析结论一致。

从火山岩TAS图(图1-40)可知，本区SiO2含量在67%左右处存在明显的间断，反映了本区岩浆分别来自地幔与地壳的熔融，从而形成基性、酸性两种原生的独立岩浆。其中，基性与中性岩浆成分点是连续过渡的，反映中性岩浆是原始基性岩浆分离结晶或酸性岩浆混合(染)的产物。岩浆的成因是通过上地幔熔融成原生玄武岩浆后，上升、入侵到地壳中，由于玄武岩浆的高温导致地壳部分熔融成为酸性岩浆，并与玄武岩浆混合，或玄武岩浆同化混染地壳，分离结晶，形成中性岩浆及岩石。

图1-38 松辽盆地火山岩球粒陨石标准化分布模式图［50］

图1-39 松辽盆地火山岩构造环境判别图［50］

松辽盆地及周边火山岩的岩石化学和锶、钕同位素研究表明，岩浆来源于伸展大陆岩石圈之下的地幔源岩浆。［w(87Sr)］N/［w(86Sr)］N为07044～07059，δNd(t)大多为正值(04～39)，只有个别为负值，说明中生代火山岩浆具有明确的地幔组分，反映未分异、未亏损的源区特征。晚侏罗世火山岩中w(Nb)/w(V)值均较低，表明岩浆来源较深，而早白垩世酸性火山岩的w(Nb)/w(V)值较大，是岩浆生成于浅部的表现。

从晚侏罗世到早白垩世早期，松辽盆地中生代火山作用表现为降温降压过程，岩浆源区由40km上升到20～30km，岩浆熔融时的压力和温度逐渐降低，与地热梯度的增高呈负相关。从早白垩世早期到晚白垩世表现为升温升压过程，岩浆源区由20～30km下降到60～97km，岩浆熔融时的压力逐渐增高，与地热梯度变低相对应(表1-15)。

图1-40 松辽盆地火山岩TAS分类图［10］

表1-15 中生代岩浆起源深度(压力)及源岩熔融温度估计［51］

根据上述地球化学特征，松辽盆地火山岩的形成不仅与板块俯冲作用有关，同时在其形成过程中还可能有大洋玄武岩以及陆壳成分的加入，反映了其岩浆源区为多成分复合性的，并非是简单的幔源或幔源地壳混染的，即伴随着俯冲作用，可能有大洋残片和陆壳残片等进入到俯冲带，在一定深度熔融并参与到弧岩浆作用中。

2渤海湾盆地

渤海湾盆地在晚侏罗世后期及早白垩世，强烈的断裂活动使火山活动达到高峰。玄武岩化学成分测定表明，该盆地玄武岩基本属于板内玄武岩。

图1-41 辽河坳陷火山岩ΣREE-La/Yb图解［11］

(1)辽河坳陷

辽河坳陷中生代火山岩形成环境与松辽盆地相似，而新生代火山岩形成环境与中生代存在差异。由w(La)/w(Yb)-w(REE)图可以看出(图1-41)，辽河坳陷火山岩样品大多投点在洋底和裂谷玄武岩区与大陆玄武岩区的重叠区域，反映了它们形成于大陆裂谷环境中。少数样品如齐古7井中生界火山岩、二道沟水库中生界火山岩落在岛弧和造山带拉斑玄武岩区内或边缘，反映了中生代与新生代辽河盆地范围内构造环境有较大不同，前者可能与古太平洋向西向亚洲大陆的俯冲有关，后者则为大陆内裂谷环境。

该区火成岩里特曼指数(σ)和莱特碱度率显示东、西部凹陷火山岩样品均以碱性系列为主，另有过碱性和钙碱性系列，火山岩钙碱指数为443～513。从汤姆凯夫硅-碱关系与里特曼指数图可以看出(图1-42)，东部凹陷样品点几乎全部落在σ=3线以上的区域，为碱性系列，个别样品点落在σ=1线上，属于拉斑系列;西部凹陷样品绝大多数落点在σ=3线以上区域，属碱性系列，少数落点在σ=1～3之间，属钙碱性系列，可能是中生代岛弧环境的产物。西部凹陷和东部凹陷岩浆来源具有同源性，但东、西部凹陷火山岩所反映的构造背景稍有不同，比较两凹陷火山岩稀土元素配分曲线，西部凹陷略陡于东部凹陷，表明东部凹陷伸展程度高于西部凹陷，西部凹陷呈弱太平洋型-弱大西洋型，而东部凹陷则呈弱大西洋型-弱地中海型-中大西洋型。

图1-42 东、西部凹陷硅-碱与组合指数关系图［11］

图1-43 辽河坳陷玄武岩稀土元素配分型式［52］

Christiansen和Petro曾利用CaO/(Na2O+K2O)比值来区分挤压环境和拉张环境中火山岩建造。辽河盆地古近系火山岩钙碱指数在CaO/(Na2O+K2O)-SiO2图上，当CaO/(Na2O+K2O)为1时，SiO2值为443%～513%，为拉张环境大陆内裂谷的产物。

稀土元素配分曲线型式为轻稀土元素富集右倾斜型，无铕负异常或很弱(图1-43);玄武岩87Sr/86Sr的初始值为07031～07038，此值在东非裂谷玄武岩的初始值07031～07047范围内，与大洋岛弧玄武岩平均初始值07031±0001和洋中脊玄武岩的07022～07035相近，说明本区玄武岩浆来自地幔源区，其锶同位素体系未发生明显变化，玄武岩浆上升过程中或定位后基本上未受到大陆地壳物质的同化混染。因此，可以认为本区玄武岩浆为地幔岩浆源大陆板内拉张环境的产物，其在源区形成后上升途中乃至结晶固结过程中，既未受到大陆地壳的同化混染，也不曾发生过明显的分异作用，玄武岩的成分可以代表原生岩浆的成分。

锶、铷同位素测定结果表明，虽然火山岩初始岩浆来源于上地幔，但不同喷发期次的岩浆混入的地壳物质有一定差别(表1-16)。其中沙三段火山岩特征最明显，东营组火山岩有一定地壳物质混入，房身泡组火山岩有较多地壳物质混入。

表1-16 辽河坳陷不同时期火山岩锶、铷同位素初始比值对比［49］

(2)黄骅坳陷

黄骅坳陷晚侏罗-早白垩世火山岩系是一套由粗面玄武岩-玄武岩-玄武粗安岩-粗安岩-粗面安山岩-粗面岩以及少量流纹岩组成的以橄榄安粗岩系为主、高钾钙碱岩系为辅的岩石组合(图1-44)。根据孢粉和Rb-Sr、Sm-Nd同位素年龄测定，火山岩为两期形成的碱性岩系列，为晚侏罗-早白垩世中晚期(12225～13870Ma)，形成于由挤压到拉张及与地幔柱活动有关的构造环境。扣村-羊二庄的火山岩形成较早，为晚侏罗世;王官屯与风化店火山岩为晚侏罗世晚期-早白垩世早期产物。

火山岩系87Sr/86Sr初始值为07069～07051，143Nd/144Nd初始值为05115～05118，与上地幔的范围(87Sr/86Sr=0702～0706，143Nd/144Nd=0512)大致相当，略显高。火山岩系Sr、Nd同位素投影显示与EM1型地幔特征相似，同时与EC-SP(中国东部的橄榄安粗岩省)区间邻近，说明二者关系密切。另外，氧同位素也表明本区中生代火山岩系来源于上地幔，但略受地壳物质混染。

图1-44 黄骅坳陷中生代火山岩TAS图解［23］

火山岩系微量元素分析表明，与岛弧橄榄安粗岩系微量元素含量相比，明显富集Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U等元素，而Cr、Ni在酸性岩中明显偏低。稀土元素分布模式比岛弧安山岩稀土元素分布模式斜率大，与俯冲带大陆安山岩稀土元素分布模式相近似，但仍显示较强的轻稀土元素富集。火山岩化学成分具有硅适度饱和(SiO2质量分数为476%～729%)、相对富钠，w(K2O)/w(Na2O)值为032～136、富碱、富钛、贫铝、较高的w(Fe2O3)/w(FeO)值、高氧化系数(032～080)特征，而岛弧及活动大陆边缘和中国东部橄榄安粗岩省的岩石，氧化系数则分别主要变化于037～064和054～093之间。火山岩组合以缺少典型的钙碱系列火山岩，而区别于岛弧区和活动大陆边缘区，与裂谷带不同的是缺少典型的双峰式火山岩组合，而以DI=4638～9377之间的中、基性和少量酸性岩组合为特征。与岛弧及活动大陆边缘区和中国东部橄榄安粗岩省类似岩石相比，本区橄榄安粗岩系更偏酸性。

总之，从岩石化学角度得出此套中生代火山岩形成的构造环境是复杂的、多解的，但至少与消减带密切相关。结合中国东部橄榄安粗岩系分布东多西少、南多北少的特征，以及古生代晚期本区已为构造相对薄弱带，认为中生代时黄骅坳陷位于伊泽奈崎板块向欧亚板块斜向俯冲消减伴随的弧后弱拉张作用区，而且受扬子板块和华北板块作用的陆内造山及晚期的伸展作用影响，在先存的构造薄弱带上产生的陆内构造活动带，其特征之一就是发育此套橄榄安粗岩系。

(3)济阳坳陷

早白垩世，受太平洋板块北西西向俯冲、郯庐断裂左旋压扭区域应力场的影响，济阳坳陷东侧的渤中-济阳-昌潍坳陷带总体处于左旋扭压应力环境，以鲁西隆起为砥柱，形成了帚状构造系的雏形。火山活动主要沿郯庐断裂一侧发育，火山活动为中性安山质熔岩大面积喷发和溢流，受北西向断层和盆地走向控制。

中生代玄武岩除La/Nb高于地壳，Th/Nb与地壳接近外，其他特征比值与湖南中生代源自富集地幔的玄武岩相似(表1-17);它们的87Sr/86Sr值为0705197。中生代中基性岩浆岩的87Sr/86Sr为0705176～0706605。无论是中生代的基性岩浆岩还是中基性岩浆岩的87Sr/86Sr均介于地幔(070264)与地壳(07283)Sr同位素之间，更偏向于地幔一侧，结合火山岩的微量元素地化特征，揭示出本区中生代火山岩可能是由来自富集地幔物质经地壳物质混染后形成的岩石。

表1-17 火山岩特征［46］

DMM为亏损地幔端员，以亏损不相容元素为特征，它主要是由陆壳物质不断提取而形成。EM为富集地幔端员，以低的εNd和可变的87Sr/86Sr值为特征。富集地幔主要是陆源沉积物、蚀变洋壳或陆壳由于俯冲作用而被带入地幔，并在地幔的高温高压条件下与地幔物质发生混合而形成，或由于下插板块发生脱水作用，并对上覆地幔楔发生交代作用而形成。济阳坳陷古近-新近纪岩浆岩的同位素、微量元素等资料研究表明:①岩浆多源混染成因，火成岩数据点均落于上地幔最上部、下地壳组分和上地壳组分3个端员之间，说明为3种组分混合而成。其中，古近纪火成岩主要由上地幔和上地壳物质混染形成;新近纪玄武岩为上地幔与下地壳物质混合形成(图1-45)。②岩浆形成的温度为1110～1222℃，压力为08～20GPa，深度介于26～66km之间。上述岩浆性质的变化与岩浆源相对应，即古近纪早期(孔店期)上地幔上拱不强，张裂强度较弱，岩浆来源较深;古近纪中期(沙河街-东营时期)，盆地张裂加剧，上地幔拱张加剧，同时盆地深陷，使岩浆源变浅;而到了新近纪，盆地进入坳陷萎缩消亡期，上地幔发生冷收缩而下沉，使得岩浆源又回到较深的位置。

临清坳陷馆陶组玄武岩为碱性玄武岩和碱性粗面玄武岩，具有轻稀土元素富集型分配模式，稀土总量为1764～1903μg/g，无Eu异常。大离子亲石元素富集，并有不同程度的Nb、Ta和Sr元素富集，Zr、Ti和Y元素轻度亏损，含量较低的不相容元素基本上呈平滑分布，无亏损和富集现象。Ba/Nb和La/Nb值分别为630～675和057～064，与汾渭地堑北部的大同、阳原和汉诺坝碱性玄武岩有一定的相似性，均吻合于洋岛玄武岩(OIB)范围，表明岩浆主要来自于亏损的软流圈地幔，计算软流圈顶界埋深为55～60km。另外，碱性玄武岩具有εNd较低(362～630)和87Sr/86Sr较高(0703478～0703562)的特征，与华北古老岩石圈地幔具有低εNd和高87Sr/86Sr值特征一致，也表明玄武岩源区主要由亏损软流圈地幔组成，但经历了一定程度的岩石圈地幔混染。

图1-45 Nd(t)-87Sr/86Sr图解［46］

3苏北盆地

古近纪玄武岩落在板块内部拉斑玄武岩近碱性玄武岩一侧，新近纪玄武岩则位于板块内部碱性玄武岩近拉斑玄武岩一侧，总的来看位于拉斑玄武岩与碱性玄武岩过渡部位，反映了本区古近-新近纪玄武岩处于碱性与钙碱性玄武岩过渡范围，为大陆板块内部的喷发产物。

晚白垩世以来，由于太平洋板块的北西西向俯冲，伴随库拉太平洋脊潜没于北东向俯冲带之下，其热效应进一步使苏北地区板块厚度减薄，受张力破坏产生了箕状断陷，伴生了具有多旋回喷发特点的富镁质的钠质偏碱性橄榄玄武岩。古近纪中国东部隐伏玄武岩，含有特别高的U，而Sr、Rb、Cr、Ni、Co、Ba含量均低于大陆裂谷碱性玄武岩。苏北地区玄武岩中Ni、Co含量比大陆裂谷碱性玄武岩高，而Sr、Cr含量则低于大陆裂谷碱性玄武岩，结合大洋系数分析，认为古近纪该区未形成典型的大陆裂谷系。新近纪以来，由于太平洋板块向北西西俯冲，使本区转化为以东西分带的构造、岩浆活动格局，发育了一系列主要受北东及北西向断裂构造控制的钙碱性至碱性玄武岩，自东向西碱性递增，并向贫Al、富Mg、富Fe碱性岩转化。

玄武岩稀土元素总量(8499～17317μg/g)不高，(La/Yb)N值(509～1046μg/g)较低，δEu为101～112，均为弱正铕异常，表现在配分型式上为不太陡的右倾(图1-46)，相对于HREE而言，其LREE适度富集，明显不同于中国东部含幔源橄榄岩包体的新生代钠质碱性玄武岩的强富集LREE型式，也不同于N-MORB和E-MORB较高的中、重稀土模式，反映出大陆玄武岩的特点。其中，古近纪橄榄拉斑玄武岩La-Ce和Zr-Sr显示出较好的正相关，说明它具有相对单一的成因机制，即主要受部分熔融控制，而分离结晶作用则居于次要地位。此外，(La/Sm)-La表现出的线性正相关性也说明岩浆过程以部分熔融作用为主。

苏北地区上地幔从中生代到新生代其87Sr/86Sr比值越来越低，而143Nd/144Nd比值则越来越高，Nb亏损特征逐渐消失，即从富集型上地幔向亏损型上地幔演化，而古近纪玄武岩则处于过渡阶段，表现出活动大陆边缘火山弧向大陆板内裂谷过渡的特征。从构造位置来看，由于位于郯庐断裂带的东侧，嘉山-六合为一个新生代古火山集中分布区，地幔热流值、地壳上地幔温度等热结构分析，揭示盆地深部和郯庐断裂之下存在明显的深部热异常，而新生代古火山玄武岩的喷发，则是这种作用的物质表现。由于软流圈的上涌，引起了岩石圈物质较高程度部分熔融以及与软流圈物质之间的相互作用，形成的橄榄拉斑玄武岩浆继承了富集型岩石圈高Sr特征和Nb亏损性质，同时又体现了软流圈物质亏损Nd同位素的特征，这一特征与合肥盆地古新世拉斑玄武岩明显不同，构成了Nd、Sr同位素的过渡趋势，但并未显示出EMⅡ型同位素特征(图1-47)。

图1-46 玄武岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图［53］

图1-47 苏北盆地玄武岩Sr-Nd同位素协变关系［53］

图1-48 珠江口盆地新生代玄武岩Sr-Nd同位素变异图解［38］

4珠江口盆地

新生代玄武岩Sr-Nd同位素数据点落在由洋岛玄武岩构成的地幔阵列中，并落在日本海新生代火山岩变化趋势，以及由辽河、苏北盆地及邻区古近-新近纪玄武岩构成的亏损端元混合趋势范围内(图1-48)，具有从早到晚由富集型向亏损型发展的趋势。玄武岩类过渡金属元素经球粒陨石标准化后发现，其相对富集Sc、Ti、Fe、Mn，而亏损Cr、Co、Ni，尤其贫Cr、Ni，特别是古近纪样品Cr、Ni更低，新近纪样品Cr、Ni有所增高，可能反映了该区玄武岩:①早期遭受到地壳混染的影响，晚期则基本不受地壳混染影响;②早期岩浆来自同位素富集型的岩石圈地幔，晚期岩浆来自同位素亏损型的软流圈地幔。如早中新世拉斑玄武岩(H1511-3样品)的εSr(t)=+89，但其εNd(t)=+19，Ti/Yb=7151，轻稀土富集弱，(La/Yb)N=590，反映其源于上地幔，且受地壳混染甚微;渐新世拉斑玄武岩(3321-3样品)εSr(t)=+148，εNd(t)=-13，但其轻稀土富集程度更弱，(La/Yb)N=490(表1-18)，说明玄武岩中的同位素富集组分可能主要来源于富集型岩石圈地幔，即在拉伸作用早期，或在岩石圈厚度保留较大的地段，玄武岩的同位素组成相对富集;而在拉伸作用晚期，或在拉伸作用强烈地段，玄武岩的同位素组成相对亏损。

中国东部中-新生代裂谷盆地火成岩分布具有较强的规律性，其形成与分布受大断裂的控制作用。中生代火山岩形成于晚侏罗世至早白垩世，即裂谷初期阶段，火山活动相对较弱，岩浆沿深大断裂多呈中心式喷发，岩性从基性到酸性均有发育，但以酸性为主。古近纪为裂谷主要发育阶段，火山活动十分强烈，具有多旋回、分布广等特征，岩性从中酸性到中基性均有发育，古近纪拉斑玄武岩系列的石英拉斑玄武岩-橄榄拉斑玄武岩组合为主，并出现少量粗面岩-碱流岩，如辽河盆地、济阳盆地、苏北盆地以及广东三水盆地等。新近纪火山活动相对减弱，由喷发-溢流相向侵入岩相转变，为拉斑玄武岩系列和碱性玄武岩系列共存，但以中基性岩居多，主要分布在黄骅盆地、济阳惠民凹陷、江苏的江宁方山和六合方山和南海海域等。第四纪大多为碱性玄武岩系列的碱性橄榄玄武岩-碧玄岩-橄榄霞石岩组合。全新世火山活动局限在长白山天池、海南岛和雷州半岛等地区。

表1-18 珠江口盆地新生代火山岩Sr、Nd同位素特征［38］

莫宣学

岩浆是在地下形成的含挥发分的高温黏稠的硅酸盐（少数为碳酸盐）熔融体，由岩浆凝固而成的岩石称为岩浆岩或火成岩。岩浆岩岩石学是地球物质科学中以岩浆和岩浆岩为研究对象的分支，对于阐明地球动力学问题，满足人类对利用资源、保护环境、减轻灾害的需求，有着重要的意义。

1 两个基本趋势

11 地球系统科学的思想是现代地球科学的核心

地球科学的学科体系，正在朝着地球系统科学的方向进行着深刻的改造。也就是说，要把地球的各圈层当作相互关联的不可分割的整体，把地球当作一个统一的大系统，地球科学不仅要研究不同圈层各自的性质与特征，更要研究各圈层之间的相互关系和相互作用。“地球整体性”的观点及“各层圈间相互作用”的观点，是地球系统科学两个最基本的观点。它正逐渐成为贯穿岩石学学科的红线。岩石学研究更加贴近地球动力学（特别是大陆动力学）及全球变化两大主题。近10年来，岩浆岩石学的许多前沿方向，都是在这一总趋势中产生的。也只有符合这个总趋势，岩浆岩岩石学才能得到更加迅速的发展。

12 岩石学已经成为新兴的地球物质科学的组成部分

现代地球科学已经发展到了这样的高度和深度：提出了阐明地球内部性质及动力学（其中包括控制地壳和地表物质迁移和分布的基本过程）的重大任务。地球物质研究在这个使命中的重要性，正在日益凸现。人们越来越深刻地认识到地球物质的物理、化学性质控制了上述过程，地球物质的研究对于解决许多重大地球科学问题，进一步了解地球及其动力学至关重要。人们还认识到，在地球科学面临越来越繁重的任务的今天，任何一门分支学科都不可能单独地承担起认识地球、开发资源、改善环境、减轻灾害的巨大任务。只有实现各学科的交叉渗透和科技协作，才能解决重大地学问题。在这种形势下，于上世纪末到本世纪初产生了以阐明地球内部性质及动力学为目标的新型交叉学科——地球物质科学。现在，研究地球物质的各分支学科，矿物学、岩石学、矿床学、地球化学，正在地球物质科学的学科系统中进行着交叉、渗透、改造和创新，以提高自己参与解决地学重大问题的能力。当前，深部地球物质运动及其与浅表物质运动的互馈作用、不同层圈之间物质与能量的交换与调整、极端条件下岩石矿物的特点与成因以及成矿规律等的研究，受到了格外重视。许多我国特有的地学优势地域，成为地球物质科学的主要研究基地。尽管在不同的时期，会产生不同的具体前沿课题，但决不会离开上述两个基本趋势，这是必须牢牢把握的。

2 岩浆岩（火成岩）是探（窥）测地球深部的“探针”和“窗口”

岩浆主要来源于地壳或上地幔的部分熔融，但还有些岩浆类型与下地幔、甚至核-幔边界产生的地幔柱（Plume）有关。岩浆作用实质上是地球各层圈之间，特别是壳-幔之间、岩石圈-软流圈之间相互作用的结果。岩浆是地球各层圈之间物质和能量交换的重要载体。如果能够通过对火成岩及其所携带的深源岩石包体的正、反演研究，弄清岩浆源区的特点和岩浆起源演化过程中的各种物理化学条件，并把它们放到区域构造演化的时空格架中加以分析，那就可以获得许多重要的地球动力学参量，如地幔或地壳源区的物质组成、热状态、氧化还原状态、流体活动、流变学特点以及软流圈顶面的埋深（即岩石圈厚度）、温度和熔体数量等，从而为建立地壳-上地幔的岩石柱状剖面，划分地幔、地壳的地球化学省，恢复岩石圈演化历史提供重要的依据。因此，岩浆岩及其所携带的深源岩石包体被当之无愧地称作探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”（window）。它们提供的探测深度，比现今世界上任何深钻都要深得多。不仅如此，它们的时间坐标，为人们研究地球深部的演化过程提供了可能。“岩石探针”方法与地质、地球物理、高温高压实验的有机地结合，将会把我国深部地质与深部地球物理的研究推上新的高度。

3 岩浆岩（火成岩）不仅是探测地球深部的“探针”和“窗口”，而且是板块运动过程与大地构造事件的记录

通过火成岩的研究，可以恢复古板块构造格局，追溯大地构造演化历史。为了研究岩浆作用与板块运动和大地构造的关系，人们提出了岩石构造组合、构造岩浆类型等概念。按Dickinson（1971）的定义，岩石构造组合（petrotectonic assemblage）是指表示板块边界或特定的板块内部环境特征的岩石组合。岩石构造组合分析是恢复古板块构造格局和历史的基本手段。

不同学者提出了划分火成岩岩石构造组合的不同方案。Carmichael等（1974）将火成岩划分为大洋盆地玄武岩组合、大陆拉斑玄武岩省及大陆深源镁铁质岩浆组合。该分类虽然也联系了构造环境，但更强调火成岩的自然组合。Condie（1997）以构造环境为主线划分出五种岩石构造组合：大洋组合、消减带相关组合、克拉通裂谷组合、克拉通组合和碰撞相关组合。类似地，Hyndman（1985）提出了五种岩石构造组合：大洋扩张脊组合、大陆裂谷组合、洋-陆会聚边缘组合、陆-陆碰撞带组合和板内组合。最近，由于大陆动力学研究的深入和需求，对后碰撞（post-collisional）岩石构造组合的研究受到了特别的重视，并取得了前所未有的重要进展。在国内文献中出现的“构造-岩浆类型”，与火成岩岩石构造组合基本上是同义的，被定义为在一定构造环境下所产生的具有共同的岩石化学、地球化学特征的一种或几种火山岩组合或（和）侵入岩组合的总称。

火成岩-构造组合或构造-岩浆类型体现了构造环境与岩浆作用之间的内在联系。不同的构造环境具有不同的动力学条件、不同的岩浆源区特征和不同的热状态，影响着岩浆的起源和演化机制，因而对火成岩组合和化学特征具有制约作用，形成不同的火成岩-构造组合或构造-岩浆类型，进而又影响和制约着内生成矿作用，构成一个统一的构造-岩浆成矿动力学体系。因此，正确鉴别火成岩-构造组合或构造-岩浆类型是火成岩研究中的一个基本任务，对大地构造和区域成矿的研究有重要的意义。

然而值得注意的是，由于构造作用和岩浆作用的复杂性，火成岩的特点和构造环境之间的对应关系也会出现复杂的情况。在同一构造环境中产生多种火成岩组合的情况是常见的，而在不同构造环境中出现具类似特点的火成岩组合的情况也不乏其例。因此，必须把火成岩-构造组合（或构造-岩浆类型）与其他（沉积的、变质的）岩石构造组合结合起来，进行综合的、全面的岩石构造组合分析，才能得到比较正确的认识。

4 岩浆岩的成因

对岩浆岩成因，即岩浆起源及演化机制的研究，是揭示岩浆作用与构造运动、深部过程之间内在联系的关键环节。使人们不但知其然，而且知其所以然。因此，它始终是岩浆岩石学研究的主要前沿方向之一。自然界为什么会形成如此多样的岩浆岩？主要取决于两种基本作用过程：岩浆的起源、岩浆的演化。

41 岩浆的起源

岩浆的起源是指在一定的温、压条件下地壳或上地幔发生部分熔融，产生原生岩浆的作用过程。导致固体地幔或地壳发生部分熔融的原因有：由于软流圈上隆、地幔柱上升、或板块俯冲消减引起地温异常，超过源岩的固相线温度（即起始熔融温度）；由于挥发分的加入使源岩的固相线温度降低；由于地幔对流、岩石圈拆沉、去根作用等诱发的减压熔融。在某些特定条件下，增加压力也可引起部分熔融。影响原生岩浆类型和成分的主要因素有：源岩及源区的性质和组成、起源温度与熔融程度、起源压力与深度、挥发分的类型及含量等。可以通过热力学计算、相平衡实验及相分析、同位素示踪来获取这些与地球动力学有关的重要参数。在这些因素中，源岩及源区的性质是决定原生岩浆类型的第一重要因素，又与构造环境有密切的关系。有三大岩浆源区：地幔、陆壳及俯冲洋壳。从同位素地球化学的角度看，地幔中包含着DM、PREM、EM1、EM2、HIMU等地球化学端元（或称地球化学储源，reservoir）。幔源岩浆多数起源于岩石圈与软流圈的界限附近，可以通过计算岩浆起源深度，结合地球物理资料，来限定岩石圈的厚度，勾画岩石圈/软流圈界面的起伏。壳源岩浆可以发生在陆壳（包括正常厚度地壳、加厚地壳、减薄地壳）的各个层位。俯冲带岩浆可以起源于俯冲洋壳的部分熔融，也可源于地幔楔的部分熔融。不同的源区会产生不同的原生岩浆类型。除源区之外，起源温度与熔融程度、起源深度与压力、挥发分等因素，对原生岩浆的成分和数量也有重要影响，均应逐一加以研究。

42 岩浆的演化

岩浆的演化是指原生岩浆通过各种作用衍生为多种多样的进化岩浆及岩浆岩的过程。岩浆演化机制主要有岩浆分异作用、同化混染作用、岩浆混合作用。岩浆分异作用又可分为结晶分异作用（又称分离结晶作用）、扩散作用、液态不混溶作用、气运作用、压滤扩容作用等。在一个地区，由共同的母岩浆演化而成的子岩浆（派生岩浆）称为同源岩浆。同源岩浆可以在一个区域内形成具有亲缘关系的一套岩浆岩等级体系。然而，由于岩浆体系通常是开放体系，因此同化混染作用、岩浆混合作用也是常见的，它们是壳-幔之间或地壳内部不同层之间物质和能量交换的一种重要形式，不可忽视。可以应用岩浆岩及其中矿物的主元素、稀土元素、微量元素、同位素分析资料，通过热力学模型、质量平衡计算及相平衡分析，来恢复岩浆演化路线，获得不同矿物相晶出时的温度、压力、氧逸度及数量，计算混合岩浆或混染岩浆中不同端元的比例。

43 岩浆过程的物理作用

此问题过去是岩浆岩石学研究的薄弱环节，近年来取得了许多重要进展。其主要内容，是研究岩浆从源区到地表的运动规律，包括熔体与源区分离并聚集成岩浆团的机制、岩浆的上升与传输、岩浆房内作用、岩浆侵位、岩浆喷发等。对岩浆过程的物理作用的研究，直接涉及岩浆的运动学与动力学，进而涉及一些地球动力学问题，因而有重要意义。流体力学是研究岩浆运动的理论基础。

5 岩浆作用与岩浆岩对人类生活的影响

生产力发展和社会进步的需求是推动学科发展的基本动力。研究地球的过去、现在和将来的地球科学，归根到底，是为了服务于人类社会对于利用资源、改善环境、减轻灾害的需求。岩浆岩岩石学毫无疑问也是如此。

51 金属与非金属矿产与岩浆岩关系密切

许多矿产直接产在特定的岩浆岩母岩中，如铬铁矿床、铜-镍矿床、铂族元素矿床、金刚石及其他一些宝玉石矿床等。很多岩浆岩或其蚀变产物本身就是重要的非金属材料。绝大多数热液矿床都直接或间接地与岩浆活动有关。因为岩浆活动推动壳-幔间物质和能量的交换，参与成矿流体的形成，驱动流体的循环，促进各圈层物质与能量的再分配，从而有利于有用元素的活化、萃取、迁移与富集。一个大的岩浆旋回的晚期，往往是极有利于成矿的时期。这已为大量事实所证明。

52 岩浆岩研究对石油、天然气的寻找也有重要作用

岩浆岩的研究有助于阐明油气盆地的地球动力学背景，估算盆地的扩张系数。岩浆活动对油气田成熟度有重要影响。岩浆岩尤其火山岩，本身也是一种重要的储层类型。白垩纪发生的与超级地幔柱有关的全球巨量火山喷发（“大火成省事件”），造成全球性黑色页岩缺氧事件，成为重要的油气形成时期。

53 岩浆岩与水资源、土壤资源也有密切关系（略）

54 岩浆活动带来的环境与灾害问题

火山喷发向大气和海洋放出大量有害气体、烟尘、各种不同粒级的碎屑物及热量，对大气圈、水圈造成污染，影响海平面升降及海水温度，影响气候和生态。特别是巨大规模的、喷发柱达到平流层的火山爆发，对气候和生态的影响更是难以估量。巨大规模的火山喷发事件，被认为是生物群集绝灭的一个重要原因。在活火山集中的国家和地区，火山灾害对人类安全造成巨大威胁。对活火山及休眠火山进行监测，研究火山活动的规律，包括研究古火山对古环境的影响及古火山灾害发生的规律，对人类改善环境、减轻灾害非常重要。

6 岩石学（含岩浆岩石学）的学科特点与发展现状

岩石学是一门研究地球物质组成的学科，它是以观察和实验为基础的。这里讲的“观察”，包括仔细的野外地质观察和室内通过显微镜及各种分析测试手段对岩石及其组成矿物的物理和化学性质的细致研究。任何时候，都不要忽视获得尽可能准确、全面的野外与室内第一手资料。它是一切理论的基础。另一方面，理论的概括与飞跃，在岩石学研究中也非常重要。感性认识只能感知事物的外部联系（现象），理性认识才能揭示事物的内部联系（本质）。这是形成正确认识的两个相互联系、不可分割又不能相互代替的阶段。具有百年以上历史的岩石学，作为一门学科来说，早已越过了过去的单纯描述阶段，正在通过理论与实践的结合，逐步实现向理性认识阶段的飞跃。在此过程中，除了现代技术（现代分析测试技术、实验技术、空间技术）的推动外，不断发展中的化学、物理、数学、力学等基础学科理论向岩石学的渗透及由此产生的许多边缘学科与横断学科，起着极其重要的作用。

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常见的岩浆岩

花岗岩

　　是分布最广的深成侵入岩。

花岗岩

主要矿物成分是石英、长石和黑云母，颜色较浅，以灰白色和肉红色最为常见，具有等粒状结构和块状构造。按次要矿物成分的不同，可分为黑云母花岗岩、角闪石花岗岩等。很多金属矿产，如钨、锡、铅、锌、汞、金等，稀土元素及放射性元素与花岗岩类有密切关系。花岗岩既美观抗压强度又高，是优质建筑材料。

橄榄岩

侵入岩的一种。主要矿物成分为橄榄石及辉石，深绿色或绿黑色，比重大，粒状结构。是铂及铬矿的唯一母岩，镍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。

玄武岩

具有气孔构造和杏仁状构造，斑状结构。根据次要矿物成分，可分为橄榄玄武岩、角闪玄武岩等。铜、钴、冰洲石等有用矿产常产于玄武岩气孔中，玄武岩本身可用作优良耐磨耐酸的铸石原料。

安山岩

主要矿物成分是斜长石、角闪石和少量的辉石等。新鲜时呈灰黑、灰绿或棕色，具斑状结构。与安山岩有关的矿产主要是铜，其次是金、铅、锌等。

流纹岩

是一种与花岗岩化学成分相当的喷出岩。一般色浅，多为浅红、灰白或灰红色，具斑状结构，流纹构造。流纹岩性质坚硬致密，可作建筑材料。