地壳岩石的形成与演化引言引言小探地壳的岩石如此丰富多彩的原因,本文将追本溯源,从原始地壳的形成、组成地壳的三大岩类的形成环境和影响因素以及三大岩类的相互转化三个方面分析,管中窥豹,谈谈我对地壳岩石的形成与演化的认识原始地壳的形成原始地壳的形成原始地壳是最早形成的地壳地壳的起源是一个引人瞩目的问题,直至今日仍有相当激烈的争论多数证据都倾向于形成地壳的物质来源于地球内部地球内部的部分熔融产生了岩浆,它向地表运移并产生了最早的地壳关于原始地壳的成分问题,多数的模式归入下列四种范畴中的某一个或者相互结合的范围内:硅铝质的、安山岩质的、斜长岩质的或者玄武岩(±超镁铁岩)质的其中,玄武岩质成分(±超镁铁质岩和斜长石岩质组分)的原始地壳与吸集作用之后不久地球中可能出现的大量部分熔融是相符合的这种地壳在成分上与太古代绿岩带的下部成分相似地地壳壳岩岩石石的的形形成成过过程程地壳的岩石可以划分为三大类:火成岩、沉积岩和变质岩火成岩是由地幔或地壳的岩石经熔融或部分熔融形成岩浆冷却固结的产物由于岩浆源区的岩石主要为硅酸盐,因此岩浆的主要组分也为硅酸盐岩浆喷出地表形成的火成岩称为喷出岩;而侵入于地壳中的称为侵入岩。
岩浆的物质来源、演化方式及产出的构造背景上存在的差异,会导致不同系列的火山岩和火山岩组合•物质来源自然界的原生岩浆类型很多,主要有玄武岩浆、花岗质岩浆和安山岩浆,其他的数量很少由于岩浆本身的物理化学性质(如岩浆的化学组成、温度、挥发组分含量及类型等)不同,原生岩浆可以直接冷却结晶形成不同的火成岩,或者通过各种作用形成了派生岩浆后再冷却结晶,最终形成多种多样的火成岩例如,超镁铁质和镁铁质的火成岩基本上都来自于上地幔,而花岗质岩可能由中、下地壳的岩石深熔作用形成•演化方式火成岩是由岩浆结晶形成的,因此受控于熔体的结晶过程岩浆在上升侵位过程中及至侵位之后,岩浆可视为一个物理化学体系,它所处的物理化学环境(如温度、压力等)会对岩石的矿物组合与岩石结构产生影响因此,同一种岩浆在不同的物理化学环境中可固结形成矿物组合和结构特征完全不同的火成岩如由不同地幔来源的岩浆形成不同的玄武岩,洋中脊下的地幔一般经历过早期的部分熔融作用,再次部分熔融形成的岩浆多具有低 K20、TiO2 及不相容微量元素等,以低钾拉班玄武岩为特征板内裂谷下的地幔,多为饱满型或富集型,部分熔融产生的玄武岩为碱性玄武岩和大陆拉班玄武岩。
•产出的构造背景对于侵入岩,岩浆上升定位时的深度不同,会影响到岩浆体系的冷却速度、结晶压力及挥发组分的溶解度,从而对最终固结的岩浆岩的矿物组成、结构构造产生影响例如,喷出岩形成于地表,冷却迅速,结晶性差,而侵入岩冷却缓慢,有充分时间结晶,结晶性较好沉积岩是形成于地表或接近地表的地方,由风化作用、生物作用和某种火山作用而形成的松散沉积物,经固结成岩作用而成的岩石广义的沉积岩包括松散沉积物地球表面约有 75%的面积被沉积岩覆盖,沉积岩的重量约占地壳重量的 5%沉积岩的形成过程被直观地分为 3 个阶段,即原始物质的生成阶段、原始物质向沉积物的转变阶段和沉积物的固结与持续演化阶段•原始物质的生成沉积岩原始物质的来源可分为生物来源、深部来源和宇宙来源其中,生物来源是指生物通过其生命活动可营造起生物身体,死亡后其遗体可以在原地堆积埋藏下来,亦可搬运到异地堆积下来,成为沉积物的一部分深部来源是指由火山作用带到地表的火山碎屑物及其伴生的气热液和沿断裂流出地表的热卤水宇宙物质一般指陨石和宇宙尘•原始物质向沉积物转变在这个阶段,除少量原始物质形成残积物外,绝大多数原始物质都会离开它的生成地点向沉积盆地方向搬运。
按被搬运物质和它们的沉积机理可将沉积作用粗略地划为物理沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用例如,在物理沉积中,高的剥蚀速度、短时间、短距离和悬浮搬运以及缺少淘洗显然更容易造成低的结构成熟度,反之将有利于提高结构成熟度•沉积物的固结和持续演化由于表生带是地球内力和外力作用范围的重叠地带,因而沉积岩的形成过程总会受到气候背景和构造背景的共同控制气候背景是指一个较长时间段内出现在大气中的各种物理现象的综合,其中最具影响力的是气温和降水例如,对溶解物质而言,通常是降水量愈少,温度愈高,蒸发量愈大,将会使溶解度愈大的矿物沉淀粗来现在被深埋在地下的石盐、钾盐、石膏等易溶盐类沉积几乎都是过去蒸发量大于降水量的环境产物构造背景是指包括母岩区到相关沉积盆地的整个区域所在的构造部位及其活动阶段变质岩是指火成岩和沉积岩经过变质作用形成的变质作用是岩石在基本保持固体状态下发生转变的过程其根本原因是地质环境的改变,如大地构造位置(岛弧、海沟、洋中脊等) 、构造过程(沉降、隆升等) 、岩浆作用等然而,从物理化学角度看,尽管控制变质作用的地质因素多种多样,但都可以抽象出温度、压力、流体成分、时间等物化因素例如,冲击变质作用可形成陨石、击角砾岩,而交代变质作用可形成矽卡岩、云英岩、黄铁绢英岩、次生石英岩等。
岩石在变质过程中最主要的变化是矿物成分的变化,而矿物成分变化都是通过特定的化学反应来实现的这种发生在变质作用条件下的化学反应称作变质反应温度是控制变质反应的最主要因素温度升高,反应速率呈指数倍增加,反应容易进行;相反,温度降低,反应速率极其缓慢,反应难于进行彻底三大岩类的相互转变三大岩类的相互转变三大类岩石的特征和形成作用具有明显的差异,但三种岩石可以相互转化,三种作用可以相互过渡,例如:先存的变质岩、火成岩及深埋较大的沉积岩可以在高温条件下发生熔融或部分熔融形成岩浆,岩浆固结成火成岩先存得火成岩、沉积岩和变质岩暴露于地表后经过剥蚀、机械破碎、搬运和沉积可以形成沉积岩先存的火成岩及沉积岩在温度、压力及应力的作用下可以发生变质形成变质岩参考文献:《岩石学》 路凤香、桑隆康主编《板块构造与地壳演化》 K.C.康迪著。