第三章 火成岩的结构和构造 (Textures and structures of igneous rocks ),主要内容: 一、火成岩的结构 二、火成岩的构造 三.火成岩的野外特征,一、火成岩的结构,火成岩的结构(Textures)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(包括玻璃)的相互关系1)结晶程度,结晶程度是指岩石中结晶质部分和非晶质部分(玻璃)之间的比例岩石全部由已结晶的矿物组成时,称为全晶质结构(Holocrystalline texture),,(1)结晶程度,全部由未结晶的火玻璃组成,称为玻璃质结构(Hyaline texture),,(1)结晶程度,岩石中既有结晶矿物又有玻璃时称为半晶质结构(Hypo-crystalline texture)1)结晶程度,玻璃质是岩浆快速冷却结晶的,其中原子的排列处于完全无序的状态,具很高的自由能,因此玻璃质是一种十分不稳定的固态物质,随着地质时代的增长和/或挥发组分、温度和压力的参与,将逐渐转变为稳定态的结晶质,这一过程称为脱玻化作用初期,生成一些颗粒极细的雏晶,雏晶的形态各异,有球雏晶、串珠雏晶、针雏晶、发雏晶及羽雏晶等(图3-1)。
进一步可形成微晶( Microlites )脱玻化作用还可形成霏细结构和球粒结构,前者岩石主要由极细的、它形长英质矿物颗粒的集合体组成,颗粒之间的界线模糊后者长英质矿物形成放射状的球形的集合体,在正交偏光下呈十字消光(图3-1)1)结晶程度,岩浆快速冷却除了结晶成玻璃外,也可以形成与脱玻化类似的微晶结构、霏细结构和球粒等结构,他们统称为隐晶质结构(Crypto-cryatalline texture),颗粒一般小于0.02 mm,肉眼不能辨认矿物颗粒1)结晶程度,如果借助于显微镜能够辨认矿物类型者称为显微晶质(phaneritic),反之,称为显微隐晶(aphanitic)岩浆快速冷却还可以形成骸晶(Skeleton)(图),是一种只有外形轮廓,内部尚未结晶的晶体,也称为中空骸晶2) 矿物颗粒绝对大小,显晶质结构 是指肉眼观察时,基本上能分辨出矿物颗粒者显晶质结构者又进一步据矿物颗粒的粒径(d)大小分为以下粒级: 粗粒结构(Coarse grained texture ),d5mm 中粒结构(Medium grained texture ),d=2-5mm 细粒结构(Fine grained texture ),d=0.2-2mm,(2) 矿物颗粒绝对大小,晶粒粒径0.2mm者,称为微粒结构(Microgranular texture),粒径0.02mm者为隐晶质;而颗粒很大,粒径大于1Cm的矿物,可称为巨晶,大于3 Cm称伟晶。
颗粒大小指的是岩石中最主要矿物的一般大小在标本及薄片中进行粒度测量时,要选择同一种主要矿物来测量,多以长石作标准 3) 矿物颗粒的相对大小,等粒结构(Equigranular texture):岩石中同种主要矿物颗粒大小大致相等3) 矿物颗粒的相对大小,斑状结构(Porphyritic texture):岩石中矿物颗粒分为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不等粒结构(Inequigranular texture ):岩石中同种主要矿物颗粒大小不等3) 矿物颗粒的相对大小,似斑状结构(Porphyaceous texture):岩石也是由两群大小不同的矿物颗粒组成,但基质为显晶质3) 矿物颗粒的相对大小,斑状结构与似斑状结构并不总是能够清楚区分,因此,多数欧美国家将似斑状结构与斑状结构视为同义语在我国,一般以肉眼鉴定为准3) 矿物颗粒的相对大小,斑状结构是浅成岩和喷出岩的重要结构类型,斑晶和基质形成于不同的世代,斑晶一般是在深处(岩浆房)或上升过程中晶出的,而基质是在地表快速冷凝的条件下固结的在玄武岩中有时可结晶出粒度很大的辉石、歪长石等巨晶,它们的结晶深度大,可达数十Km。
在地下深处生成的斑晶上升到地表或浅处时,由于物化条件发生了较大的变化,例如压力降低使一些固相的熔点降低,岩浆在地表氧化,温度一度升高等,会造成早已结晶的斑晶熔蚀,形成斑晶的熔蚀结构(Resorption texture, )3) 矿物颗粒的相对大小,对于含挥发分的斑晶(角闪石、黑云母等),常因低压、高温氧化、脱水等原因,在斑晶的边部出现不透明的边缘,称之为暗化边结构暗化边是由这些矿物的边缘脱水、氧化后形成的极细粒的磁铁矿及高温无水的透长石、白榴石、橄榄石、辉石等集合体组成的暗化边结构的存在变表明,角闪石及黑云母等矿物,在地表压力的条件下是不稳定的,因此,一般不出现于火山岩的基质之中如果在基质中出现未暗化的角闪石、黑云母微晶,一般为侵入的次火山岩或浅成岩4) 岩石中矿物的自形程度,自形粒状结构(Euhedral-granular texture ):组成岩石的矿物颗粒,基本上能按自已的结晶习性,发育成被规则的晶面所包围的晶体—自形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4) 岩石中矿物的自形程度,它形粒状结构(xenomorphic grahular texture):组成岩石的矿物颗粒多呈不规则的形态—它形晶,找不到完整规则的晶面。
这种结构是结晶中心较多,矿物颗粒几乎同时结晶,没有足够的结晶时间和空间的条件下形成的4) 岩石中矿物的自形程度,半自形粒状结构(Hypidiomorphic-granular texture):组成岩石的矿物颗粒,按结晶习性发育一部分规则的晶面,而其它的晶面发育不好,而呈不规则的形态,称为半自形晶岩石中不排除有少数的自形晶和它形晶颗粒这种结构的形成条件界于自形和它形之间,是深成岩中常见的结构5) 矿物之间的相互关系,a.条纹结构(Perthitic texture):钾长石和钠长石有规律地交生称为条纹结构具条纹结构的长石,叫条纹长石条纹结构有正条纹结构和反条纹结构之分前者指条纹长石中钾长石为主晶而钠长石为含量低的客晶呈条纹分布于钾长石之中反之,则称为反条纹结构b.环带结构(Zoned texture),较常见于一些固溶体系列的矿物中,以斜长石最常见固溶体矿物从中心向边缘具有不同的端元组成而形成环带,镜下显示不同的消光位可出现An分子由中心向边缘递减的正环带,也可出现反向变化的反环带及交替变化的韵律环带此外,辉石、钾长石也能出现环带结构c.包含结构(Poikilitic texture),在较大的矿物颗粒中包含有许多较小的另一种矿物颗粒,称为包含结构或嵌晶结构。
在该结构中被包裹的矿物结晶较早,而包裹它的矿物结晶较晚,可作为分析岩浆中矿物结晶顺序的证据d.填隙 (间) 结构(Interstitic texture),是指浅成相或喷出相火山岩基质中,由辉石等暗色矿物以及隐晶质、玻璃质充填于微晶斜长石粒间空隙形成的结构充填物均为粒状矿物时称间粒结构,充填物为隐晶质-玻璃质称间隐结构,二者的过渡类型称间粒间隐结构e.反应边结构(Reaction rim texture),早生成的矿物或捕掳晶,与岩浆发生反应,当反应不彻底时,环绕早生成矿物形成一个新矿物边,叫反应边结构常见的反应边结构有橄榄石外围具辉石反应边,辉石外围又具角闪石、黑云母反应边f.蠕虫结构(Myrmekitic texture),许多细小的形似蠕虫状或指状的石英穿插生长在长石中,其中石英的消光位一致,称为蠕虫结构蠕虫结构可以由固溶体分离形成,也可以是斜长石交代钾长石,使多余的SiO2析出,生成蠕虫状石英,被包裹于斜长石中2KAlSi3O8 + Ca+2 = CaAl2Si2O8 + 4SiO2 + 2K+1,(6) 岩石中矿物的排列方式,交织结构 (Pilotaxitic texture) :喷出岩的基质中斜长石微晶呈交织状或半平行排列,称为交织结构;若其中玻璃质含量明显称玻晶交织结构,因在安山岩中常见,又称安山结构。
6) 岩石中矿物的排列方式,粗面结构(Trachytic texture): 喷出岩的基质中钾长石微晶呈平行排列6) 岩石中矿物的排列方式,国内外教科书中涉及的结构名称很多,以上仅介绍了最基本的内容,再加上各类岩石所常见的结构,如辉长结构、花岗结构、更长环斑结构、细晶结构、 辉绿结构等(将在有关章节中介绍),可以满足一般的描述岩石结构的要求7)火成岩结构的实质,反映了矿物结晶的热力学条件,辉石首晶区随压力的增大而增大,辉长结构,二、火成岩的构造(Structure),火成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它组成部分之间的排列、充填方式等火成岩构造亦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1、反映岩浆运动状态的构造,莫宣学教授2001年访问夏威夷留影,(1)块状构造(Massive structure),是侵入岩中较常见的构造 ,其特点是岩石在成分和结构上是均匀的,往往反应了静止、稳定的结晶作用2)流动构造(flow structure),岩浆在流动过程中所产生的构造,主要包括流线构造(linear flow structure)和流面构造(planar flow structure)两种。
前者是长形矿物(如角闪石)及包体沿长轴定向排列,一般平行岩浆流动方向;后者系片状(云母等)、板状矿物(如长石)及扁平状包体呈层状、带状排列利用流动构造可以推定岩体接触面产状3)流纹构造(fluidal structure),在粘度较大的酸性熔岩中最为特征,表现为不同颜色,不同成分的条纹、条带和球粒、雏晶及拉长的气孔定向排列2、反映岩浆内部挥发分活动状态的构造,(1)气孔构造(Vesicular Structure),在地表冷凝固结的喷出岩具有明显不同于侵入岩的构造特征由于快速降压导致挥发组分的大量出溶,出溶的气体上升汇集、膨胀,可在熔岩中,尤其是熔岩流的上部形成大量的气孔,称为气孔构造2)杏仁构造(Amygdaloidal Structure),当气孔被后期的矿物(常见为方解石、沸石、石英、绿泥石)所充填时,称为杏仁构造3、反映岩浆冷却环境的构造,(1) 带状构造(banded structure),当结晶条件发生周期性变化或因结晶分异发生堆晶作用时,可导致岩石在垂向上出现矿物组合、含量及粒度、形态的交替变化,条带间大致平行的一种构造,多见于基性深成岩类2) 枕状构造(pillow structure),在水体中溢出的熔岩或从陆地流入水体中的熔岩,遇水淬冷,在表面张力的作用下常常可形成形似枕头的熔岩体,称为枕状体,这些枕状体被沉积物、火山物质胶结起来,就形成枕状构造。
枕状体具玻璃质冷凝边,当水体深度不大时,内部有呈同心层状或放射状分布的气孔,中部有空腔枕状构造常用作为海相火山岩的一个重要标志4) 火成岩构造的实质,由此可以看出,如果说结构反映了矿物结晶的热力学条件,那么构造就反映了矿物形成的运动学环境,因此它所涉及的是组成物质在三维空间上的配置关系和岩石形成时体系的运动学状态1.侵入岩的野外产状,在野外确定为侵入岩后首先可据其与围岩的接触关系分为整合侵入体和不整合侵入体当侵入体与围岩的接触面基本上平行于围岩的层理或片理时,称为整合侵入体相反,如果侵入体切割围岩片理、层理,接触面产状与围岩片理和层理产状不一致,则称为不整合侵入体三、火成岩的野外特征,(1)岩基(Batholith),是最大的巨型侵入体,面积大于100km2,最大可达数万km2,大岩基多为花岗质岩体2)岩株(Stock),面积小于100km2 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。