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1、上页上页下页下页返回返回结束结束岩浆岩岩石学15章nbsp当代火成岩研究新进展西北大学国家级精品课程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望上页上页下页下页返回返回结束结束第十五章第十五章 当代火成岩研究新进展当代火成岩研究新进展概概略略地地介介绍绍80年年代代以以来来硅硅酸酸盐盐熔熔体体及及硅硅酸酸盐盐晶晶液液悬悬浮浮体体的的密密度度、粘粘度度、熔熔体体结结构构、流流体体动动力力学学等等方方面面的的研研究究动动向向，及及其其对对岩岩浆浆作作用用、岩岩浆浆
2、运运移移、岩岩浆浆侵侵位位机机制制的的动动力力学学约约束束条条件件。硅硅酸酸盐盐熔熔体体的的结结构构是是制制约约熔熔体体粘粘度度的的主主导导因因素素，化化学学成成分分对对熔熔体体粘粘度度的的控控制制是是通通过过改改变变熔熔体体结结构构而而实实现现的的，粘粘度度在在一一定定程程度度上上决决定定着着岩岩浆浆的的迁迁移移、侵侵位位和和喷喷发发方方式式。密密度度和和浮浮力力是是岩岩浆浆上上升升侵侵位位的的重重要要约约束束，地地壳壳是是岩岩浆浆上上升升的的一一个个密密度度过过滤滤器器，岩岩浆浆最最终终由由于于浮浮力力的的消消失失而而停停止上升。止上升。上页上页下页下页返回返回结束结束岩岩浆浆活活动动不不
3、仅仅是是一一个个复复杂杂的的化化学学过过程程，而而且且是是一一个个复复杂杂的的物物理理过过程程。对对于于岩岩浆浆作作用用的的全全面面认认识识，不不仅仅要要从从化化学学过过程程去去了了解解，还还必必须须从从物物理理过过程程去去探探索索。几几十十年年来来，火火成成岩岩岩岩石石学学主主要要研研究究岩岩浆浆体体系系的的化化学学作作用用过过程程，包包括括成成因因岩岩石石学学、岩岩石石物物理理化化学学与与热热力力学学和和地地球球化化学学等等，并并取取得得了了巨巨大大进进展展和和成成功功。岩岩石石学学研研究究发发展展到到目目前前的的阶阶段段必必将将导导致致岩岩浆浆物物理理性性质质及及流流体体动动力力学学的的
4、研研究究，以以解解决决火火成成岩岩岩岩石石学学中中尚尚不不能能解解决决的的难难题题，比比如如岩岩浆浆从从源源岩岩中中的的分分凝凝机机制制、岩岩浆浆房房中中晶晶体体的的分分离离对对流流以以及及岩岩浆浆的的上上升升侵侵位位过过程程和和岩岩浆浆的的混混合合作作用用过过程程等等，从从而而使使火火成成岩岩岩岩石石学学研研究究的的定定量量化化大大大大向向前迈进一步。前迈进一步。一、引言一、引言上页上页下页下页返回返回结束结束近近年年来来，岩岩石石学学工工作作者者发发现现，很很多多火火成成岩岩岩岩石石学学特特征征不不能能用用化化学学的的和和物物理理化化学学的的原原理理来来解解释释。因因此此，人人们们开开始始
5、重重视视岩岩浆浆物物理理性性质质和和流流体体动动力力学学性性质质的的研研究究，其其中中岩岩浆浆(硅硅酸酸盐盐熔熔体体)的的密密度度、粘粘度度及及熔熔体体结结构构是是最最重重要要的的三三个个方方面面，它它们们是是影影响响硅硅酸酸盐盐熔熔体体动动力力学学行行为为的的最最重重要要的的物物理理参参数数,在在岩岩浆浆起起源源和和演演化化的的一一系系列列动动力力学学过过程程中中，都都受受到到了了岩浆的粘度、密度等物理性质的制约。岩浆的粘度、密度等物理性质的制约。二、岩浆的物理性质二、岩浆的物理性质上页上页下页下页返回返回结束结束硅硅酸酸盐盐熔熔体体密密度度的的获获得得主主要要有有两两个个途途径径，一一是是
6、通通过过实实验验的的方方法法进进行行硅硅酸酸盐盐熔熔体体密密度度的的测测定定，二二是是利利用用实实验验结结果果拟拟合合的的密密度度公公式式进进行行硅硅酸酸盐盐熔熔体体密密度度的的计计算算。实实验验测测定定的的方方法法：在在压压力力大大于于1大大气气压压时时，可可用用落落球球法法测测量量密密度度，在在常常压压下下可可用用阿阿基基米米德德原原理理测测定定。目目前前，野野外外原原地地测测量量密密度度数数据据最最精精确确的的方方法法是是井井眼眼精精细细重重力力测测量量。尽尽管管硅硅酸酸盐盐熔熔体体的的密密度度值值对对于于研研究究岩岩浆浆作作用用的的物物理理过过程程具具有有十十分分重重要要的的意意义义，
7、但但目目前前所所获获得得的的有有关关硅硅酸酸盐盐熔熔体体的的可可靠靠的的密密度度数数据据并并不不多多,这这主主要要是是由由于于硅硅酸酸盐盐熔熔体体的的密密度度测测量量是是一一件件较较为为困困难难的的工工作作。硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃与与硅硅酸酸盐盐熔熔体体之之间间的的密密度度差差可可达达10%，同同时时，总总体体成成分分、温温度度和和压压力力也也是是影影响响硅硅酸酸盐盐熔熔体体密度值的重要因素。密度值的重要因素。（一）、岩浆（一）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的密度的密度上页上页下页下页返回返回结束结束常常压压无无水水条条件件下下岩岩浆浆密密度度的的计计算算，最最早早是是由由Bottinga等等提
8、提出出的的，他他们们考考虑虑了了两两个个方方面面的的问问题题，即即组组成成的的偏偏摩摩尔尔体体积积(Vi)和和总总组组成成无无关关，也也就就是是说说组组分分是是理理想想混混合合，没没有有过过剩剩偏偏摩摩尔尔体体积积。后后来来，他他们们发发现现在在SiO2-Al2O3体体系系中中偏偏摩摩尔尔体体积积并并不不是是与与总总组组成成无无关关，因因为为铝铝硅硅酸酸盐盐中中Al有有两两种种配位配位AlIV、AlVI，因此，因此，VAl与总组成有关。与总组成有关。（一）、岩浆（一）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的密度的密度上页上页下页下页返回返回结束结束高高压压下下含含水水硅硅酸酸盐盐的的密密度度计计算算，
9、需需要要对对水水进进行行修修正正，通通常常水水压压越越高高，含含水水量量越越多多，岩岩浆浆密密度度越越小小。对对于于压压力力的的修修正正则则采采用用Stolper提提出出的的状状态态方方程程，即即利利用用Birch-Murnagham状状态态方方程程。压压力力对对固固体体和和液液体体的的影影响响是是不不一一样样的的。例例如如含含斜斜长长石石的的玄玄武武岩岩岩岩浆浆中中，可可以以看看出出，低低压压下下An90在在岩岩浆浆中中发发生生沉沉降降，而而在在高高压压下下则则发发生生An90的的漂漂浮浮作用，这可以解释为什么斜长岩大多形成年代比较早。作用，这可以解释为什么斜长岩大多形成年代比较早。（一）、
10、岩浆（一）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的密度的密度上页上页下页下页返回返回结束结束除除原原生生岩岩浆浆的的密密度度外外，分分异异密密度度也也有有重重要要意意义义。在在正正在在结结晶晶的的体体系系中中，流流体体动动力力学学的的实实验验和和理理论论研研究究表表明明，分分离离结结晶晶期期间间，即即使使出出现现一一个个相相当当小小的的密密度度变变化化，对对岩岩浆浆房房的的动动力力学学演演化化都都有有一一个个重重要要影影响响。分分异异密密度度c被被定定义义为为：在在发发生生分分离离结结晶晶作作用用的的熔熔体体中中，被被分分离离结结晶晶作作用用移移走走的的液液体体相相，即即进进入入矿矿物物的的液液体体组
11、组成成的的那那些些化化学学组组成成的的克克分分子子量量与与摩摩尔尔体体积积的的比比值值。也也就就是是由由于于分分离离结结晶晶作作用用选选择择性性地地移移出出 液液 体体 组组 分分 的的 密密 度度。其其 表表 达达 式式 为为：c=YiMi/YiVi=Mc/Vc，其其中中c为为分分异异密密度度，i为为移移走走的的矿矿物物中中i组组分分的的摩摩尔尔分分数数的的比比值值(i=1)，Vi为为组组分分i的的偏摩尔体积。偏摩尔体积。（一）、岩浆（一）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的密度的密度上页上页下页下页返回返回结束结束岩岩浆浆的的密密度度对对岩岩浆浆上上升升有有重重要要的的约约束束作作用用。地地壳
12、壳是是岩岩浆浆上上升升的的一一个个密密度度过过滤滤器器，它它只只允允许许密密度度比比它它小小的的岩岩浆浆通通过过它它上上升升达达地地表表，阻阻止止密密度度比比它它大大的的岩岩浆浆通通过过，致致使使密密度度大的岩浆停留在地壳某个部位形成岩浆房。大的岩浆停留在地壳某个部位形成岩浆房。熔熔体体的的密密度度在在岩岩浆浆上上升升过过程程中中的的重重要要作作用用必必须须重重视视，但但我我们们也也不不能能忽忽略略，除除了了熔熔体体和和围围岩岩之之间间形形成成的的局局部部密密度度差差之之外外，还还有有其其它它因因素素也也同同样样影影响响着着熔熔体体能能否否上上升升通通过过地地壳壳并并喷喷发发，如如熔熔体体的的
13、粘粘度度以以及及熔熔体体流流动动必必须须通通过过的的管管道道的的宽度都是另一些重要的变量。宽度都是另一些重要的变量。（一）、岩浆（一）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的密度的密度上页上页下页下页返回返回结束结束粘粘度度是是岩岩浆浆的的另另一一个个重重要要物物理理性性质质，它它决决定定着着岩岩浆浆的的迁迁移移、侵侵位位和和喷喷发发方方式式。岩岩浆浆粘粘度度对对火火山山喷喷发发类类型型及及地地貌貌形形态态有有重重要要影影响响，酸酸性性、碱碱性性的的熔熔浆浆粘粘度度较较大大，流流动动性性小小，多多呈呈爆爆发发式式喷喷发发，形形成成陡陡峭峭的的层层状状火火山山锥锥或或穹穹形形火火山山体体。与与酸酸性性岩
14、岩形形成成明明显显对对照照，玄玄武武质质熔熔浆浆粘粘性性较较小小，多多呈呈宁宁静静溢溢流流喷喷发发，富富流流动动性性，常常常常形形成成熔熔岩岩平平原原或或盾盾形形火火山山。但但除除了了这这些些地地表表效效应应外外，岩岩浆浆粘粘度度在在地地下下深深处处岩岩浆浆作作用用过过程程中中也也起起着着重重要要的的作作用用，如如岩岩浆浆的的分分凝凝和和上上升升，岩岩浆浆的的对对流流和和分分异异，晶晶体体的的生生长长和和沉沉降降，渗渗滤滤压压和和岩岩浆浆冷冷凝凝速速率率等等都都与粘度有关。与粘度有关。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束硅硅酸酸盐盐熔熔体
15、体的的结结构构特特征征是是制制约约熔熔体体粘粘度度的的主主要要因因素素，熔熔体体结结构构的的变变异异是是其其中中粘粘流流作作用用发发生生的的原原因因，化化学学成成分分对对熔熔体体粘粘度度的的控控制制是是通通过过改改变变熔熔体体结结构构而而实实现现的的。SiO2熔熔体体中中仅仅存存在在Si-O键键，而而NaAlSi3O8熔熔体体中中存存在在Si-O键键，Al-O键键和和Na-O键键，Na-O键键在在熔熔体体结结构构中中通通过过O与与Si-O键键相相联联结结，并并且且使使之之与与相相联联的的Si-O键键的的键键强强变变弱弱。因因此此，熔熔体体结结构构单单元元中中与与Na-O键键相相联联结结的的Si
16、-O键键最最易易断断开开，并并因因此此导导致致流流变变作作用用的的发发生生。Bottinga等等用用统统计计的的方方法法设设计计了了依依岩岩石石化化学学成成分分计计算算熔熔体体粘粘度度的的方方法法，此此方方法法展展示示了了硅硅酸酸盐盐熔熔体体的的化化学学成成分分对对熔熔体体粘粘度度的的制制约约关关系系，但但它它仅仅仅仅适适用用于于不不含含水水和和挥发性组分的体系。挥发性组分的体系。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束Shaw（1972）对对此此作作了了改改进进，使使之之能能适适用用于于自自然然界界的的硅硅酸酸盐盐熔熔体体。然然而而，这这种
17、种粘粘度度的的计计算算方方法法未未考考虑虑到到压压力力对对熔熔体体粘粘度度的的制制约约关关系系，虽虽然然压压力力对对熔熔体体粘粘度度的的影影响响相相对对成成分分而而言言是是微微不不足足道道的的，但但是是在在熔熔体体所所受受的的压压力力远远远远大大于于其其中中的的流流体体分分压压时时（地地壳壳深深部部环环境境），压压力力对对熔熔体体粘粘度度的的影影响作用就不能被忽略。响作用就不能被忽略。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束为为解解决决这这一一问问题题，Persikov等等（1990）在在对对含含挥挥发发性性组组分分的的岩岩浆浆熔熔体体粘粘度
18、度的的一一系系列列测测定定实实验验之之后后，依依Arrhenius方方程程给给出出了了计计算算岩岩浆浆熔熔体体粘粘度度的的近近似似公公式式：lg=E/4.576T-3.5+（P-Pf），式式中中E为为活活化化能能，为为粘粘度度压压力力系系数数，P为为压压力力，Pf为为熔熔体体中中的的流流体体分分压压，T为为温温度度。SiO2熔熔体体是是最最简简单单的的硅硅酸酸盐盐熔熔体体，它它仅仅由由SiO4单单元元组组成成，其其中中仅仅存存在在Si-O键键，在在均均匀匀的的熔熔体体中中，所所有有的的Si-O健健的的键键强强都都相相同同，这这种种熔熔体体中中粘粘流流的的发发生生只只能能是是由由于于其其结结构构
19、中中的的缺缺陷陷所所导导致致的的Si-O键随机断开与复合的结果（键随机断开与复合的结果（Baker,1992）。）。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束 水的增加使成网分子解聚，从而降低熔体粘度。悬浮水的增加使成网分子解聚，从而降低熔体粘度。悬浮晶体对粘度也有重大影响，悬浮晶越多，粘度越大，当悬晶体对粘度也有重大影响，悬浮晶越多，粘度越大，当悬浮晶体的含量超过一定值时，熔体为非牛顿液体。压力对浮晶体的含量超过一定值时，熔体为非牛顿液体。压力对粘度也有重大影响：早期实验表明，压力增加，粘度增大，粘度也有重大影响：早期实验表明，压力增加，粘度
20、增大，80年代实验证明，压力升高，有些熔体的粘度不会升高，年代实验证明，压力升高，有些熔体的粘度不会升高，反而降低。反而降低。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束1985年以后人们发现，熔体可分为二类：年以后人们发现，熔体可分为二类：A型熔体压型熔体压力升高的情况下，粘度将降低，如力升高的情况下，粘度将降低，如Jd(硬玉硬玉)、Ab(钠长石钠长石)熔体，这类熔体占多数；而熔体，这类熔体占多数；而B型熔体的粘度则随压力的升型熔体的粘度则随压力的升高而增大，如高而增大，如Di(透辉石透辉石)熔体，这类熔体占少数。粘度大熔体，这类熔体占少数。粘
21、度大对于岩浆源区中岩浆熔体和固体部分的分离有利；同时，对于岩浆源区中岩浆熔体和固体部分的分离有利；同时，由于源区深度大，压力大，岩浆容易发生分凝作用；两种由于源区深度大，压力大，岩浆容易发生分凝作用；两种岩浆粘度差异大时，不能混合岩浆粘度差异大时，不能混合(只能产生机械混合只能产生机械混合)。因此，。因此，熔体粘度对于岩浆上升，岩浆分异都有重要影响。熔体粘度对于岩浆上升，岩浆分异都有重要影响。Dingwell等等(1990)研研究究表表明明,硅硅酸酸盐盐熔熔体体具具有有膨膨胀胀性性,熔熔体体结结构构随随温温度度升升高高而而发发生生膨膨胀胀。这这表表明明在在高高温温条条件件下下熔熔体中的空隙随温
22、度降低而变小。体中的空隙随温度降低而变小。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束在在所所有有情情况况下下，粘粘度度都都随随温温度度升升高高而而减减小小。在在给给定定温温度度下下粘粘度度数数值值的的差差别别是是由由于于样样品品间间总总体体成成分分的的差差别别造造成成的的。富富SiO2熔熔体体的的粘粘度度数数据据是是稀稀少少的的。尽尽管管造造岩岩硅硅酸酸盐盐熔熔体体物物理理性性质质的的资资料料很很重重要要，但但有有效效的的数数据据相相对对来来说说是是很很少少的的。大大多多数数可可靠靠数数据据是是在在1.013105Pa(1atm)下下获获得得的
23、的。这这里里强强调调指指出出，由由于于硅硅酸酸盐盐熔熔体体相相对对于于矿矿物物具具有有大大数数值值的的可可压压缩缩性性和和热热膨膨胀胀性性，把把这这些些数数据据外外推推到到不不同同于于获获得得数数据据时时的的物物理条件是困难的。理条件是困难的。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束天天然然岩岩浆浆是是熔熔体体和和晶晶体体的的悬悬浮浮液液，这这种种悬悬浮浮液液的的粘粘度度可可以以通通过过考考虑虑晶晶体体与与熔熔体体质质量量比比和和它它们们的的单单独独粘粘度度来来计计算算。但但是是,这这种种悬悬浮浮液液的的流流变变性性质质不不同同于于纯纯的的液
24、液体体。首首先先，硅硅酸酸盐盐熔熔体体表表现现为为牛牛顿顿液液体体，而而晶晶液液悬悬浮浮体体可可以以用用宾宾汉汉液液体体作作最最适适当当的的模模型型。也也就就是是说说，悬悬浮浮液液体体具具有有最最终终屈屈服服强强度度，而而纯纯液液体体则则没没有有。其其次次，在在晶晶液液比比例例基基础础上上建建立立的的悬悬浮浮体体的的粘粘度度并并不不是是它它们们的的质质量量(或或体体积积)比比例例的的线线性性函函数数。晶体的形态、粒度和粒度分布也需要考虑。晶体的形态、粒度和粒度分布也需要考虑。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束Shaw得得出出结结论论：悬
25、悬浮浮体体的的粘粘度度在在绝绝热热条条件件下下可可近近似似地地用爱因斯坦用爱因斯坦罗斯科方程来描述罗斯科方程来描述:r=(1-1.35)-2.5（均一球体）（均一球体）r=(1-)-2.5（一系列变化的粒度）（一系列变化的粒度）其其中中，为为固固体体的的体体积积分分数数，r为为悬悬浮浮体体对对同同样样温温度度下的纯液体的粘度。下的纯液体的粘度。（二）、岩浆（二）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的粘度的粘度上页上页下页下页返回返回结束结束过过去去认认为为晶晶体体是是有有序序的的，而而岩岩浆浆熔熔体体是是无无序序的的，但但现现在在认认为为岩岩浆浆是是近近程程有有序序，远远程程无无序序，岩岩浆浆中中分
26、分子子有有聚聚合合作作用用。与与矿矿物物的的结结构构类类似似，岩岩浆浆的的结结构构是是我我们们了了解解岩岩浆浆的的化化学、物理、热力学性质的重要依据之一。学、物理、热力学性质的重要依据之一。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束硅硅酸酸盐盐熔熔体体的的基基本本结结构构单单元元是是Si-O四四面面体体,熔熔体体中中各各种种元元素素均均以以离离子子或或离离子子团团的的形形式式存存在在，其其中中氧氧的的结结构构类类型型有三种：有三种：桥桥氧氧(O0)，指指连连接接两两个个Si-O四四面面体体的的氧氧，与与Si4+或或取取代代Si4+的四次
27、配位阳离子连接；的四次配位阳离子连接；非桥氧非桥氧(O-)，指连接一个，指连接一个Si4+和一个非四面体配位金属和一个非四面体配位金属阳离子的氧；阳离子的氧；自自由由氧氧(O2-)，指指连连接接两两个个非非四四面面体体配配位位金金属属阳阳离离子子的的氧。氧。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束金金属属阳阳离离子子在在硅硅酸酸盐盐熔熔体体中中的的赋赋存存方方式式及及行行为为取取决决于于各各自自争争夺夺氧氧的的能能力力，电电荷荷大大、半半径径小小、电电离离势势大大的的阳阳离离子子，如如Si4+、Ti4+、P5+、Al3+、Fe3+等等
28、，争争夺夺氧氧的的能能力力强强，在在熔熔体体中中与与桥桥氧氧呈呈四四次次配配位位，结结构构上上常常构构成成四四面面体体的的中中心心离离子子，起起形形成成网网格格、增增强强聚聚合合度度的的作作用用，这这种种阳阳离离子子称称之之为为成成网网离离子子；电电荷荷小小、半半径径大大、活活动动性性较较大大的的阳阳离离子子，如如K+、Na+、Ca2+、Mg2+等等，争争夺夺氧氧的的能能力力弱弱，在在熔熔体体中中与与非非桥桥氧氧或或自自由由氧氧呈呈六六次次或或更更高高次次配配位位,位位于于四四面面体体之之间间，起起减减弱弱熔熔体体聚聚合合度度的的作作用用，这这种种阳阳离离子子被被称称为为变变网网阳阳离离子子。
29、可可见见，硅硅酸酸盐盐熔熔体体中中三三种种结结构构类类型型的的氧氧的的数数目目可可反反映映出出熔熔体体的的聚聚合度。合度。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束继继Bottinga等等(1972)提提出出成成网网、变变网网分分子子之之后后，80年年代代，Mysen等等利利用用拉拉曼曼光光谱谱致致力力于于直直接接测测定定硅硅酸酸盐盐熔熔浆浆的的结结构构取取得得了了重重要要进进展展。首首先先是是发发现现了了岩岩浆浆中中存存在在多多种种阴阴离离子子单单元元，即即结结构构单单元元，它它们们是是架架状状、层层状状、链链状状与与岛岛状状结结构构
30、单单元元，其其对对应应的的NBO/T分分别别为为0、1、2、4。随随后后发发现现Al优优先先分分布布于于具具NBO/T最最小小的的结结构构单单元元中中。从从而而，提提出出了了一一个个基基于于化化学学组组成成对对天天然然界界岩岩浆浆结结构构的的计计算算模模型型。在在这这个个计计算算模模型型中中把把Fe3+归归入入变变网网分分子子。1987年年，Mysen等等的的实实验验结果解决了结果解决了Fe3+在岩浆中的配位问题。在岩浆中的配位问题。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束事事实实上上，Fe是是天天然然岩岩浆浆在在地地球球上上造造岩岩
31、条条件件下下唯唯一一的的一一个个不不只只一一种种氧氧化化状状态态的的主主要要元元素素，侵侵入入岩岩、火火山山岩岩Fe3/Fe很很早早就就已已用用于于推推测测岩岩浆浆岩岩的的To2历历史史。由由于于现现代代光光谱谱分分析析手手段段被被应应用用到到Fe3+、Fe2+和和熔熔体体之之间间的的详详尽尽的的作作用用特特征征上上，这这为为To2关关系系和和天天然然岩岩浆浆的的其其它它机机制制的的研研究究提提供供了了大大量量信信息息。这这种种相相互互作作用用依依赖赖于于Fe3+和和Fe2+周周围围氧氧的多面体配位情况的多面体配位情况:Fe3+(四面体配位四面体配位)：4Fe(IV)O-24Fe2+O2+2O
32、2-Fe2+(八面体配位八面体配位)：4Fe3+(VI)+2O2-4Fe2+O2配位转换：配位转换：Fe(IV)O-2Fe3+(VI)+2O2-解聚：解聚：Fe3+(IV)Fe3+(VI)（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束在在进进行行实实验验过过程程中中，很很难难解解释释Fe2+优优先先进进入入四四面面体体配配位位而而Mg2+、Ca2+却却进进入入八八面面体体配配位位。四四面面体体配配位位的的Fe2+在在晶晶体体硅硅酸酸盐盐中中却却极极少少。光光谱谱观观察察指指出出对对含含铁铁氧氧化化物物的的硅硅酸酸盐盐熔熔体体(Fe3+/Fe
33、0.5)，Fe3+是是四四面面体体配配位位的的，即即Fe3+全全部部进进入入成成网网分分子子；而而对对还还原原熔熔体体(Fe3+/Fe0.3),Fe3+是是八八面面体体配配位位的的，即即Fe3+全全部部进进入入变变网网分分子子。在在中中间间状状态态Fe3+/Fe为为0.5-0.3时时，Mossbouer光光谱谱资资料料证证明明，四四面面体体配配位位和和八八面面体体配配位位的的Fe3+共共存存，即即Fe3+按按比比例例地地进进入入成成网网与与变变网网分分子子。对对FeO-2络络合合物物(合合成成体体)化化学学计计算算只只与与Fe3O4相相似似(50%Fe3+四四面面体体配配位位和和50%Fe3+
34、八八面面体体配配位位+Fe2+八八面面体配位体配位)，而且，而且Fe3+作为变网分子存在。作为变网分子存在。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束e3+从从 四四 面面 体体 八八 面面 体体 配配 位位 转转 变变，表表 面面 上上 是是 由由Fe3+/Fe控控制制，实实质质上上导导致致NBO/T增增加加，最最简简单单的的形形式式可可以写作：以写作：4SiO2+Fe(IV)O-2Fe(VI)3+2Si2O2-5在在o2和和Al/(Al+Si)一定的条件下，一定的条件下，Al硅酸盐熔体更加硅酸盐熔体更加趋于解聚，由于温度高，趋于解聚
35、，由于温度高，Fe3+/Fe降低。降低。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束目前，关于熔体结构的研究还存在以下问题：目前，关于熔体结构的研究还存在以下问题：（1）控制氧在变网离子周围分配机制的研究还不够深入。）控制氧在变网离子周围分配机制的研究还不够深入。（2）尽管控制硅酸盐熔体结构的主要因素的研究已取得）尽管控制硅酸盐熔体结构的主要因素的研究已取得了很大进展，但就目前的资料和通常的模式而言，仍有很了很大进展，但就目前的资料和通常的模式而言，仍有很大缺陷。大缺陷。（3）高压下岩浆作用过程还几乎没有系统的资料。）高压下岩浆作用过程还
36、几乎没有系统的资料。（4）与变网离子的结构作用有关的研究还处于定性阶段。）与变网离子的结构作用有关的研究还处于定性阶段。（5）对对岩岩浆浆运运移移过过程程，如如扩扩散散和和对对流流中中熔熔体体结结构构的的变变化化还需作进一步的研究。还需作进一步的研究。（三）、岩浆（三）、岩浆(硅酸盐熔体硅酸盐熔体)的熔体结构的熔体结构上页上页下页下页返回返回结束结束研研究究岩岩浆浆房房中中的的流流体体动动力力学学问问题题，目目前前，主主要要从从以以下下三三个个方方面面入入手手，一一是是双双扩扩散散对对流流作作用用；二二是是岩岩浆浆房房的的再再充充填填作作用用；三三是是岩岩浆浆房房的的边边界界作作用用过过程程。
37、其其中中尤尤以以双双扩扩散散对对流流作作用用具具有有重重要要意意义义。一一种种液液体体发发生生双双扩扩散散对对流流必必须须具具备备两个条件：两个条件：两种性质两种性质(常为热与物质的分子扩散速度常为热与物质的分子扩散速度)差异大；差异大；溶液具有密度溶液具有密度()梯度。梯度。双扩散对流是从海洋对流研究开始的，海水具有盐度双扩散对流是从海洋对流研究开始的，海水具有盐度梯度和温度梯度。因此具有双扩散对流现象，岩浆房中同梯度和温度梯度。因此具有双扩散对流现象，岩浆房中同样具有这种条件。样具有这种条件。三、岩浆流体动力学三、岩浆流体动力学上页上页下页下页返回返回结束结束瓦瓦尔尔克克认认为为正正常常的
38、的对对流流作作用用是是一一释释放放浮浮力力位位能能的的流流体体运运动动，其其结结果果产产生生密密度度不不稳稳定定性性。例例如如，当当一一流流体体从从其其下下面面加加热热，热热的的有有浮浮力力的的液液体体上上升升，于于是是发发生生了了热热对对流流作作用用。已已知知热热对对流流比比热热扩扩散散速速度度快快，热热扩扩散散又又比比物物质质扩扩散散速速度度快快。对对浮浮力力而而言言有有两两种种或或更更多多的的相相竞竞争争的的和和方方向向相相反反的的影影响响，如如温温度度使使浮浮力力不不稳稳定定化化，而而化化学学成成分分使使浮浮力力稳稳定定化化。为为了了使使流流体体的的对对流流运运动动能能够够发发生生，则
39、则要要将将温温度度控控制制到到使使温温差差的的消消除除大大大大快快于于物物质质被被扩扩散散到到消消除除成成分分差差别别。双双扩扩散散对对流流作作用用就就是是在在上上述述条条件件下下，流流体体既既有有热热扩扩散散又又有有物物质质扩扩散散的的对对流流作作用用。双双扩扩散散对对流流作作用用运运用用到到解解释释层层状状侵侵入入体体的的旋旋回回和和韵律层的成因是一有生命力的新观点。韵律层的成因是一有生命力的新观点。三、岩浆流体动力学三、岩浆流体动力学上页上页下页下页返回返回结束结束岩岩浆浆液液态态不不混混溶溶作作用用指指原原来来均均一一的的一一种种岩岩浆浆(或或熔熔体体)，演演化化到到一一定定温温度度、
40、压压力力条条件件下下不不再再稳稳定定，分分成成两两种种或或两两种种以以上上成成分分不不同同、互互不不混混溶溶的的岩岩浆浆(或或熔熔体体)。该该假假说说作作为为一一种种重重要要的的岩岩浆浆分分异异演演化化方方式式已已在在月月海海玄玄武武岩岩、地地球球上上的的超超基基性性岩岩、玄玄武武岩岩、煌煌斑斑岩岩、碳碳酸酸岩岩、花花岗岗岩岩中中找找到到了了证证据据，同同时时被被一一系系列列K2O-FeO-Al2O3-SiO2体体系系、CaO-Na2O-Al2O3-SiO2-CO2体体系系、花花岗岗岩岩-F-H2O体体系系和和天天然然岩岩石石熔熔融的实验研究结果所证实，因而受到地学界的极大关注。融的实验研究结
41、果所证实，因而受到地学界的极大关注。三、岩浆流体动力学三、岩浆流体动力学上页上页下页下页返回返回结束结束而而且且人人们们逐逐渐渐认认识识到到，通通过过对对岩岩浆浆液液态态不不混混溶溶作作用用的的研研究究，不不仅仅可可加加深深对对岩岩浆浆演演化化过过程程、演演化化机机理理的的了了解解，解解释释岩岩浆浆岩岩岩岩石石类类型型的的多多样样性性及及特特殊殊岩岩浆浆岩岩组组合合的的成成因因，同同时时还还有有助助于于正正确确认认识识某某些些矿矿床床的的成成矿矿作作用用，获获取取壳壳幔幔分分异异信息，深入探讨地球的形成。信息，深入探讨地球的形成。三、岩浆流体动力学三、岩浆流体动力学上页上页下页下页返回返回结束
42、结束关关于于层层状状岩岩浆浆房房中中岩岩浆浆的的抽抽吸吸作作用用仍仍缺缺乏乏详详细细的的研研究究，岩岩浆浆熔熔体体动动力力学学方方法法在在岩岩浆浆体体系系喷喷发发序序列列成成因因解解释释中中的的应应用用还还很很少少，岩岩浆浆动动力力学学的的模模拟拟实实验验结结果果表表明明，深深部部岩岩浆浆库库中中的的岩岩浆浆沿沿着着一一个个狭狭窄窄的的通通道道上上升升，到到达达浅浅部部过过渡渡岩岩浆浆房房，在在这这个个过过程程中中常常常常产产生生岩岩浆浆的的混混合合作作用用(这这可可能能是是造造成成带带状状岩岩浆浆房房的的重重要要原原因因之之一一)。至至今今为为止止，深深部部岩岩浆浆房房中中成成分分梯梯度度(
43、带带状状岩岩浆浆房房效效应应)与与岩岩浆浆抽抽吸吸熔熔体体动动力力学学之之间间的的确确切关系还并不明了。切关系还并不明了。三、岩浆流体动力学三、岩浆流体动力学上页上页下页下页返回返回结束结束岩岩浆浆的的侵侵位位机机制制也也是是当当今今火火成成岩岩研研究究的的一一个个热热点点。无无论论是是岩岩浆浆的的主主动动侵侵位位还还是是被被动动侵侵位位，浮浮力力都都是是岩岩浆浆上上升升的的主主要要驱驱动动力力，并并且且岩岩浆浆侵侵位位还还不不同同程程度度地地与与重重熔熔时时的的体体积积膨膨胀胀，构构造造挤挤压压，地地震震抽抽吸吸作作用用以以及及地地壳壳高高位位的的蒸蒸汽汽压压有有关关。此此外外，岩岩浆浆上上
44、升升也也与与围围岩岩的的韧韧性性差差(即即产产生生的的粘粘滞滞力力大小大小)有关。有关。1989年年Ramsay提提出出了了一一个个关关于于深深成成侵侵入入体体的的气气球球膨膨胀胀模模式式：把把形形成成中中的的侵侵入入岩岩体体近近似似地地看看成成一一个个正正在在充充气气膨膨胀的球，而促使膨胀和使围岩变形的岩浆压力是静水压力。胀的球，而促使膨胀和使围岩变形的岩浆压力是静水压力。四、岩浆的侵位机制四、岩浆的侵位机制上页上页下页下页返回返回结束结束如如果果深深部部存存在在着着一一个个岩岩浆浆囊囊，则则岩岩浆浆每每次次单单阿阿独独脉脉动动必必须须在在岩岩浆浆上上升升之之前前就就积积累累到到某某一一临临
45、界界体体积积才才能能进进行行，这这是是一一种种“刺刺穿穿式式底底辟辟作作用用”,另另一一种种是是“膨膨胀胀式式底底辟辟作作用用”机机制制，即即象象气气球球充充气气膨膨胀胀那那样样把把新新岩岩浆浆挤挤到到热热岩岩体体内内部部，这这些些新新岩岩浆浆可可能能来来自自深深部部，也也可可能能是是仍仍在在活活动动的的继继续续上上升升的的核核部部岩岩浆浆。Pitcher认认为为，天天然然岩岩浆浆实实际际上上是是周周期期性性地地侵侵入的。入的。四、岩浆的侵位机制四、岩浆的侵位机制上页上页下页下页返回返回结束结束1945年年Grout提提出出了了岩岩浆浆上上升升的的底底辟辟机机制制，后后来来Ramberg(19
46、81)又又对对此此进进行行了了更更加加深深入入细细致致的的研研究究。目目前前，底底辟辟作作用用已已经经成成为为解解释释花花岗岗岩岩浆浆上上升升和和侵侵位位的的一一种种重重要要模模式。岩浆从深部底辟上升过程中有以下特点：式。岩浆从深部底辟上升过程中有以下特点：（1）当当底底辟辟上上升升的的岩岩浆浆上上升升一一定定距距离离后后，它它就就逐逐渐渐变变为为球状体，这是由于底辟岩浆与围阿岩的粘度差造成的。球状体，这是由于底辟岩浆与围阿岩的粘度差造成的。（2）岩岩浆浆底底辟辟上上升升过过程程中中，由由于于粘粘滞滞拖拖曳曳机机制制，将将会会诱诱发岩浆内部的环流作用。发岩浆内部的环流作用。四、岩浆的侵位机制四
47、、岩浆的侵位机制上页上页下页下页返回返回结束结束（3）底底辟辟体体内内的的形形变变及及应应变变模模式式主主要要归归结结于于作作用用于于球球体体表表面面的的粘粘滞滞拖拖曳曳机机制制引引起起的的环环流流作作用用，对对于于从从源源区区上上升升数数个直径距离的底辟体而言，这种环流和内部形变十分明显。个直径距离的底辟体而言，这种环流和内部形变十分明显。（4）片麻岩穹隆以及富水花岗岩浆，其底辟上升的距离）片麻岩穹隆以及富水花岗岩浆，其底辟上升的距离一般均较小，大多只有底辟体直径的一倍或二倍，但对于一般均较小，大多只有底辟体直径的一倍或二倍，但对于下地壳起源的干花岗岩而言，则可上升较远的距离。下地壳起源的干
48、花岗岩而言，则可上升较远的距离。四、岩浆的侵位机制四、岩浆的侵位机制上页上页下页下页返回返回结束结束目目前前比比较较公公认认的的花花岗岗岩岩浆浆产产生生、上上升升和和侵侵位位的的过过程程是是：岩岩浆浆由由于于浮浮力力作作用用而而上上升升，岩岩浆浆的的浮浮升升可可以以起起始始于于一一个个水水平平层层位位，或或者者是是从从一一个个局局部部的的分分散散的的源源区区开开始始的的。围围绕绕底底辟辟体体的的围围岩岩发发生生蠕蠕流流作作用用从从而而维维持持底底辟辟体体的的持持续续上上升升，这这种种上上升升可可以以沿沿一一个个垂垂向向构构造造带带或或者者是是其其它它类类型型的的构构造造薄薄弱弱带带。岩岩浆浆在
49、在底底辟辟上上升升过过程程中中由由于于粘粘滞滞拖拖曳曳机机制制产产生生内内部部环环流流。最最后后岩岩浆浆侵侵位位于于地地壳壳中中的的同同构构造造期期构构造造活活动动带带、或或者者是是构构造造不不活活动动带带(构构造造期期后后的的)。最最终终由由于于浮浮力力的的消消失失岩岩浆浆停止上升。停止上升。四、岩浆的侵位机制四、岩浆的侵位机制上页上页下页下页返回返回结束结束新近的研究表明，分离结晶作用和岩浆的晶新近的研究表明，分离结晶作用和岩浆的晶/液比也液比也是影响岩浆上升侵位的重要因素。缓慢上升侵位的岩浆体是影响岩浆上升侵位的重要因素。缓慢上升侵位的岩浆体系将产生相对较为充分的高压分离结晶作用，从而使
50、得岩系将产生相对较为充分的高压分离结晶作用，从而使得岩浆在到达地表之前已产生了较充分的结晶作用，晶浆在到达地表之前已产生了较充分的结晶作用，晶/液比液比的增高又使得岩浆体系更难上升，从而形成侵入岩或次火的增高又使得岩浆体系更难上升，从而形成侵入岩或次火山岩；相反，快速上升的岩浆，高压分离结晶作用相对迟山岩；相反，快速上升的岩浆，高压分离结晶作用相对迟缓，低的晶缓，低的晶/液比更易使岩浆喷出地表而形成喷出岩。液比更易使岩浆喷出地表而形成喷出岩。四、岩浆的侵位机制四、岩浆的侵位机制上页上页下页下页返回返回结束结束岩岩浆浆物物理理性性质质和和流流体体动动力力学学是是当当前前国国际际火火成成岩岩岩岩石