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高级岩浆岩岩石学 第四章 超镁铁岩及镁铁质侵入岩


第四章 超镁铁岩及镁铁质侵入岩

分布较少,地位重要,因为:

(1)基本上都来自上地幔 (2)大部分超镁铁岩分布在板块缝合带 (3)是地幔热和物质参与地壳岩浆作用的线索

一、基本特征

二、常见的共生组合 三、岩浆与非岩浆超镁铁质岩特征
四、碱性超镁铁质岩类

一、基本特征

1.超镁铁岩(ultromafic rocks) (1)基本特征 化学成分:贫SiO2及K2O、Na2O,富MgO、FeO 矿物成分:镁铁矿物为主,色率大于90 主要矿物:橄榄石、辉石 次要矿物:角闪石、黑云母和斜长石
(2)种属:橄榄岩类据橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和

角闪石的相对含量划分为不同的种属:纯橄榄岩 (dunite)、辉石橄榄岩和角闪橄榄岩。当辉石含量 >60%时称为橄榄辉石岩。当橄榄石的含量<10%时, 岩石主要由辉石组成,称辉石岩(pyroxenolite)

超镁铁质岩分类图
1、纯橄榄岩;2、 方辉橄榄岩;3、 二辉橄榄岩;4、 单辉橄榄岩;5、 橄榄方辉辉石岩; 6、橄榄二辉岩; 7、橄榄单辉辉石 岩;8、方辉辉石 岩;9、二辉辉石 岩;10、单辉辉 石岩

橄榄岩

辉石岩

橄榄岩 (peridotite)

(3)产状:

a.呈层状产于镁铁质杂岩体中 b.分布在环状超镁铁质-镁铁质杂岩体中心 c.作为基性碱性杂岩体的一部分产出 d.产在造山带的蛇绿岩套中 e.在玄武质火山岩和金伯利岩中呈包体产出
以前三种方式产出的,是岩浆结晶的产物,属岩浆 成因;后两种超镁铁岩一般未经过岩浆阶段,是由岩浆作 用和构造作用直接来自地幔的岩石

2.镁铁质岩类(mafic rocks)
SiO2含量(45-53%)比超镁铁岩高,铁镁矿物含量4090%,一般在40-70%之间 依碱质(K2O+Na2O)含量高低含量可分为钙碱性系列和碱 性系列

(1)辉长岩类(钙碱系列)
化学成分: SiO2=45-53%,富CaO、Al2O3、MgO、FeO、 Fe2O3 ,贫 碱,(K2O+Na2O)约4%± 矿物成分: 主要矿物:基性斜长、辉石,斜长石(拉长石或培长石) 次要矿物:橄榄石或少量的石英、或钾长石、角闪石、 黑云母

结构:
常见结构有辉长结构和辉绿结构。
辉长结构:基性斜长石和辉石的自形程 度相近,均呈现半自形-它形粒状 辉绿结构:自形晶斜长石之间形成近三 角形空隙,其中充填单个的它形辉石颗 粒

种属:
镁铁质侵入岩命名是依据岩石中斜长石、辉石、橄 榄石和角闪石的相对含量。常见种属有辉长岩 (gabbro) 、辉绿岩(diabase)

辉 长 岩

辉 绿 岩

(2)碱性辉长岩类

化学成分:
富碱,K2O+Na2O均>5%,一般Na2O>K2O, SiO2偏低,MgO也较低,TiO2高。

矿物成分:
主要由碱性长石、富钛辉石、富铁云母等组成

结构:
辉长结构、辉绿结构 常见种属:碱性辉长岩:

二、常见的共生组合

1.镁铁质-超镁铁质层状侵入体
(1)特征

a.产状:多呈岩盆、岩床,岩席和岩墙少见,规模几平方公
里到数万平方公里不等 南非最大的Bushveld 侵入体分布面积达115200km2,厚 7km

b.构造:层状构造明显,具清楚的垂直分带。底部超镁铁岩
,中部镁铁质的辉长岩类(苏长岩、辉长岩),顶部浅色辉长岩、 斜长岩、闪长岩及花岗岩等
可出现化学层理(像橄榄石辉石斜长石等固容体系列矿无的成 分随层位的变化而变化;在一定程度上也反映了矿物的饿洁净顺序 )和粒序层理构造 (下部粗,上部细)

c.结构:堆晶结构,在粗大的、相互连结的自形到半自形晶
体粒间充填其它矿物的一种结构

d. 侵入体与围岩之间有接触变质带 e.其中的超镁铁岩在化学成分上属铁质系列(m/f<7),不同岩
性的化学组成具连续的演化趋势

堆晶结构

(2)成因
?
认为层状岩体是镁铁质岩浆在低压下经重力分离结晶作用形
成的 ? 用岩浆周期性注入岩浆房或岩浆因周期性地激发成核作用模 式来解释 ? 较多人认为层状侵入体的成因是岩浆房中对流分层的结果

(3)产出环境
?
可出现在裂谷或大陆地区

(4)矿产:钒钛磁铁矿床

Uniform Layering

Bushveld Complex, S. Africa. From McBirney and Noyes (1979) J. Petrol., 20, 487-554.

2.环状超镁铁-镁铁质杂岩体(阿拉斯加型环状杂岩体)

主要特点:
?产于造山带,沿构造线方向成群分布 ?岩体近圆柱形,平面上为近圆形、椭圆形或不规则的环状 ?各岩类围绕岩体中心呈环带状分布,如阿拉斯加环状杂岩 体,由中心向边缘依次为纯橄榄岩、二辉橄榄岩、角闪辉石 岩和各种辉长岩 ?岩体围岩具热接触变质带

成因: 矿产:

基性岩浆深部分异,多次侵入的结果
钒钛磁铁矿床和铂矿床

3.碱性玄武岩及金伯利岩中的超镁铁岩包体
由寄主岩浆从地幔源区带上来的地幔捕虏体,可呈棱角状或 浑圆状,一般数cm到几十cm大小。产于熔岩流、火山碎屑岩、 浅成岩床、岩墙和角砾岩筒中 岩石类型:主要为二辉橄榄岩,以尖晶石二辉橄榄岩常见,石 榴石二辉橄榄岩较少,亦见纯橄榄岩、方辉橄榄岩、辉石岩等 来源:可以是玄武岩岩浆源区的地幔岩,也可是岩浆在上升过 程中从周围的地幔岩中捕虏的碎块 矿产:与之有关的矿产有铬、钴和铂族金属,当超基性岩发生 蚀变后还会形成石棉、菱镁矿和滑石等矿产

4.蛇绿岩中的超镁铁质-镁 铁质岩组合 蛇绿岩:代表大洋岩石圈组 成,是古板块缝合线位置的 标志

含放射虫硅质岩 枕状熔岩 典型 席状岩墙群(辉长岩) 组合 层状堆积岩(橄榄岩、辉石岩) 变质橄榄岩(蛇纹石岩)

Montgenevre

欧洲Alps(法国与意大利边境)的中生代蛇绿岩

MA-

枕状熔岩

Montgenevre

伟晶辉长岩(1)、隐晶质闪长岩(2) 变形后有长英质岩脉(3)出现

MA-

辉长岩和闪长岩

一、基本特征 二、常见的共生组合 三、岩浆与非岩浆超镁铁质岩特征

四、碱性超镁铁质岩类

(1)岩浆成因的超镁铁岩
产状: 橄榄岩和辉石岩,常与镁铁质岩共生形成杂岩体。典型的 共生组合类型是层状侵入体和环状杂岩体
矿物学特点: 橄榄石:Fo介于70-80之间,为贵橄榄石,富镁;辉石: En=70-80的斜方辉石(富镁)和单斜辉石(富镁富钙);棕 色的普通角闪石;富镁黑云母或金云母 结构: 自形-半自形的粒状结构,包含结构,反应边结构,堆晶结 构,网状结构,多显示块状构造和层状构造 与辉石有关的出溶“叶片”及希列构造 次生变化: 大多数橄榄岩发生蛇纹石蚀变,蛇纹石可进一步反应生成 滑石和菱镁矿。蚀变的结果形成蛇纹岩、滑镁岩和石英菱镁岩

Opx中Cpx“叶片” Ol的蛇纹石化

产状:岩体与围岩均为构造接触,接触带不存在围岩接触变 质现象,岩体多呈形状不规则、大小规模不等无根的构造岩片 产出 结构构造:原生粒状结构/碎斑结构/粒状镶嵌结构/板状等 粒结构/部分熔融结构 化学成分上:更富MgO、Cr、Ni、Co,贫K2O、Na2O, Rb、Ba、Sr、Th、U、LREE

(2)非岩浆成因的超镁铁岩(剥露的地幔)

矿物成分上:橄榄石(Fo>88%),斜方辉石(En>85%), 单斜辉石(主要为透辉石)
常见种属:二辉橄榄岩/方辉橄榄岩/纯橄榄岩

两种成因的超镁铁质岩的判别特征
岩浆成因 岩石 类型 矿物 学 结构 构造 化学 成分 产状
多为橄榄岩、辉石岩等,常与 基性岩共生

非岩浆成因
多为橄榄岩、辉石岩等超镁铁质 岩

贵橄榄石Fo=70-80,斜方辉 橄榄石(Fo>88),斜方辉石 石(En=70-80) (En>85)

自形-半自形粒状结构,包含/ 反应边/堆晶结构
块状/层状构造

原生粒状结构,碎斑结构,粒状 镶嵌结构,板状等粒结构

非岩浆成因较岩浆成因更富MgO、Cr、Ni、Co,贫K2O、 Na2O、Rb、Ba、Sr、Th、U、LREE

呈层状、环状侵入杂岩体,与 围岩属侵入接触关系

产于蛇绿岩套中或产于玄武岩中 呈包体,与围岩无接触变质带

四、碱性超镁铁质岩

1、金伯利岩(Kimberlites)
分布很少,是起源最深的岩浆,深达 200km,是金刚石的母岩,包含了大量的深部地 质记录 ? 化学成分:SiO2 不饱和(< 40% );K2O,Na2O含量高,且 K2O>Na2O。富含挥发分H2O和CO2 ? 矿物成分: 橄榄石:最少有斑晶和基质两个世代 石榴石:呈粗晶及巨晶产出 金云母:三个世代,巨晶、斑晶和基质 尖晶石::呈粗晶和基质产出 富钛矿物:钛铁矿、钙钛矿、金红石、镁钛铁矿 蚀变矿物:常见的有蛇纹石、碳酸盐、绿泥石 ? 结构:粗晶斑状结构;显微斑状结构;自交代结构 ? 构造:块状构造,角砾状构造及岩球构造等 ? 产状:呈岩筒、岩脉及岩墙

第二世代的自形橄榄石形成显微斑状结构 产地:辽宁复县;单偏光, 10x4

岩球状金伯利岩(岩球核心为橄榄石、岩屑等,外 壳为细粒金伯利岩)

2、钾镁煌斑岩(Lamproites)
? 分布极少 ? 矿物成分: 橄榄石(粗晶及斑晶), 金云母(斑晶及嵌晶) 钾碱镁闪石、白榴石、透辉石 ? 化学成分:与金伯利岩相比,SiO2高,MgO、K2O高于 一 般 的 镁 铁 质 岩 , Al2O3 含 量 低 , 过 钾 质 岩 石 (K/Al>0.8) ? 主要种属:橄榄钾镁煌斑岩、白榴钾镁煌斑岩

3、煌斑岩(Lamprophyres)
? 分布广泛,形成规模不大的浅成相岩脉、岩墙、岩床,极 少数呈火山通道相或火山渣锥
? 结构:煌斑结构,基质为细粒、微粒或隐晶质结构 ? 矿物成分:含角闪石、云母等含水矿物,呈自形斑晶、显 微斑晶,也可在基质中呈嵌晶,含F、Cl、SO2、CO2和 H2O的矿物,浅色矿物可以有长石及似长石,不形成斑晶 ? 化学成分:SiO2变化于超基性-中性岩范围,色率高, 为深色,富碱质及挥发分(H2O和CO2)且含有高的Ba、 P、Sr、Th和LREE ? 种属:煌斑岩与挥发分低的碱性火成岩过渡如黄长煌斑岩 与黄长石岩过渡,沸煌岩可与碧玄岩过渡,云煌岩可与云 母辉石岩过渡

煌斑岩

4、碳酸岩类(Carbonatite)
? 矿物成分:复杂多样,达180多种 主要矿物:方解石、白云石和铁白云石 次要矿物:碱性长石、霓石、钠闪石、透辉石、霞石 和黄长石 磷灰石是常见矿物 ? 结构:粒状结构,颗粒大小在2-5mm之间。方解石碳酸 岩主要为粗粒结构,而白云石碳酸岩则为细粒结构 ? 构造:以块状构造为主,有时有流动构造、条带构造及瘤 状构造等 ? 产状: 侵入(岩株、岩筒、岩脉、岩墙) 火山(熔岩、火山碎屑及火山颈)

? 矿物成分: 霞石、碱性暗色矿物(霓辉石、霓石、钛辉石、碱性角闪石 和富铁黑云母 ? 化学成分:过碱性超基性侵入岩,SiO2<45%,K2O+Na2O=510%,组合指数>9 ? 结构构造:半自形粒状结构,呈块状结构、条带状构造、流动构 造或似层状构造。 ? 产状:常与碳酸岩、霞石正长岩等碱性岩共生

5、霓霞岩(Ijolite)

6、霞石岩(Nephelinite)
喷出岩:与霓霞岩在化学成分和矿物成分上相当 矿物成分:霞石,辉石,不含长石 结构构造:斑状结构,多孔状构造。 产状:常与碧玄岩,碱性橄榄玄武岩共生

霞 石 岩

碱性岩浆的起源
kimberlite-K, orangeite-O, lamproite-L, Melilitite-M, Nephelinites-N


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