「知乎知識庫」— 火成岩

概述內容

火成岩（igneous rocks），又稱為岩漿岩（magmatic rocks），是組成地球岩石圈的三大類主要岩石之一（另兩類為沉積岩和變質岩）。據統計，整個地殼中火成岩體積佔66%，變質岩佔20%，沉積岩僅佔8%。火成岩根據其產出的地質環境不同，一般可分為火山岩和侵入岩兩大類，火成岩指高溫熔融的岩漿在地下或噴出地表後冷凝而成的岩石[1]，如橄欖岩、玄武岩等。固結成火成岩的岩漿可以是原生的（即初始岩漿），也可以是派生的（亦稱衍生岩漿）。原生岩漿（primary magma）是指由上地幔物質部分熔融，或者是地殼物質全部或部分熔融而產生的初始岩漿。派生岩漿（derivative magma）則是原生岩漿通過各種作用[1]，例如分離結晶作用、同化混染作用、混合作用等衍生出來的成分各異的岩漿，從而在地殼上人們看到了種類繁多、形態各異的火成岩。

火成岩的物質成分

1.化學成分

火成岩中的化學元素可分為主量元、微量元素和同位素。其中主量元素含量最多，是構成火成岩的基本成分，稱為造岩元素，它們是：O、Si、Al、Fe、 Mg、Ca、Na、K、Ti 等，其總和約佔火成岩的99.25%；其次是P、H、Mn，B等。它們的含量用氧化物質量分數表示（wt%），即SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、K2O、Na2O、H2O等，在不同種類岩石中均能出現，下表列出了一些代表性火成岩的主量元素化學成分。

2.礦物成分

火成岩中常見的的造岩礦物約有20餘種，而其中最主要的、對岩石分類起重要作用的礦物，不超過10種，稱為主要造岩礦物，即橄欖石族、輝石族、角閃石族、雲母族、長石族、石英和似長石（霞石、白榴石等）。在岩石鑒定工作中，人們常從不同的角度，將造岩礦物分成幾種類型，如根據礦物的化學成分劃分為鐵鎂礦物和硅鋁礦物；根據礦物在火成岩中的含量、礦物在岩石分類中起的作用，可將礦物分為主要礦物、次要礦物和副礦物；根據礦物在火成岩中的成因種類不同則分為原生礦物和次生礦物等。

火成岩的結構與構造

1.結構特徵

火成岩結構一般是根據岩石中礦物的結晶程度、形態、大小及礦物間的相互關係來區分的。

1.1結晶程度

根據岩石中結晶物質（礦物）與非結晶物質（玻璃）的相對量比，可將火成岩結構區分為三大類[2]。

全晶質結構：岩石全部由結晶的礦物晶體組成，不含玻璃質。這類結構常是深成岩的特點，反映岩石是在緩慢條件下結晶的，具有良好的結晶條件。

半晶質結構：岩石中既有礦物晶體，又有非晶質玻璃存在，在火山岩或次火山岩中常見這種結構。

玻璃質結構：岩石几乎全部由非晶質玻璃組成，常見於噴出岩中，反映岩石是岩漿快速冷凝的產物。

1.2礦物的顆粒大小

礦物的顆粒大小有絕對大小和相對大小之分，據此可區分出不同的結構類型。根據礦物的絕對大小可將岩石的結構區分為顯晶質結構和隱晶質結構[3]。

顯晶質結構：是指肉眼或放大鏡下可分辨礦物晶體晶粒的結構。按主要礦物顆粒的平均直徑（d）大小可進一步區分為粗粒（d＞5mm）、中粒（d=5~1mm）和細粒（d=1~0.1mm）結構。

隱晶質結構：是指肉眼或放大鏡下無法分辨礦物晶體晶粒的結構。其中顯微晶質結構只能在顯微鏡下鑒別礦物單晶顆粒，粒徑一般在0.2~0.00lmm區間。顯微隱晶質結構在普通顯微鏡下無法分辨單晶顆粒。

根據礦物的相對大小可將岩石的結構區分為等粒結構和不等粒結構。

等粒結構：岩石中幾種主要礦物顆粒大小基本相等。

不等粒結構：岩石中幾種主要礦物（特別是同種礦物）顆粒大小不等。按粒徑的相對變化，可進一步區分為連續不等粒結構和斑狀結構。斑狀結構岩石中的礦物顆粒大小截然不同，明顯分為兩群，大者稱斑晶，小者稱基質。基質由細晶、微晶、隱晶質或玻璃質組成。如果基質為顯晶質，且與斑晶大小相差並不懸殊，則稱為似斑狀結構，似斑狀結構往往過渡為連續不等粒結構。

1.3礦物的自形程度

自形晶：礦物晶粒具有完整的晶面，顯微鏡下呈規則的多邊形。

半自形晶：岩石中某些礦物晶粒的某些晶面、晶棱，發育較完整，而另一些晶面、晶棱則發育不完全。

他形晶：礦物晶粒無完整的晶面，顯微鏡下形狀不規則。

1.4礦物顆粒間的相互關係

火成岩根據礦物顆粒之間或礦物與玻璃質之間的相互關係，可區分出一系列結構，侵入岩中常見的結構有：海綿隕鐵結構、反應邊結構、輝長結構、包含結構或嵌晶結構、次輝綠結構、二長結構、花崗結構、文象結構[5]、蠕英結構及煌斑結構等。噴出岩中常見的結構包括間粒結構、間隱結構、填間結構、交織結構、玻基交織結構、粗面結構及響岩結構等。

2.構造特徵

火成岩的構造種類很多，按其形成方式可分為三類，即岩漿結晶過程中處於流動狀態所形成的構造；岩漿冷凝固結過程中形成的原生節理和裂隙構造；由結晶作用特點和岩石組分空間充填方式所形成的構造。

岩漿結晶過程中處於流動狀態所形成的構造，包括流線、流面構造、流紋構造、塊狀熔岩構造、繩狀熔岩構造、枕狀構造等；火成岩的原生節理構造即岩漿在冷凝固結成岩時，因體積收縮會產生各種節理，由於侵入岩和噴出岩的結晶條件不同，故它們的原生節理形態也各具特徵。侵入岩中的原生節理是在有上覆圍壓作用下經冷凝收縮形成的，根據節理與流線、流面構造的相對方位，可區分為四組特徵的節理，即橫節理、縱節理、層節理和斜節理。

噴出岩的原生節理構造是在沒有上覆圍岩壓力下冷凝收縮形成的，常產生垂直接觸面的張節理，其中最常見的形成橫切面呈六邊形的柱狀節理。由結晶作用特點和岩石組分空間充填方式所形成的構造有塊狀構造、斑雜構造、帶狀構造、球狀構造、珍珠構造、石泡構造、晶洞構造、氣孔和杏仁構造等。

火成岩的產狀和相

侵入岩的產狀是指岩體的形態大小、與圍岩的關係及侵入時所處的構造環境。根據侵入岩與圍岩的關係將其產狀分為整合侵入體和不整合侵入體；根據侵入岩的形態、大小將其產狀又可分為岩床、岩盆、岩蓋、岩脈、岩牆、岩株、岩基等。

侵入岩的相是指不同的地質條件下岩體總的特徵。根據岩體侵位時的深度可將岩體劃分為3個相，即淺成相、中深成相、深成相。

火山岩的產狀主要與岩漿上升到地表的噴發方式（即噴發類型）有關，方式不同，其產狀有所不同。常見的噴發類型有3種[5]，即中心式噴發、裂隙式噴發（有時還見中心—裂隙式噴發）和蝕頂噴溢。中心式噴發是指岩漿沿一定的頸狀管道噴發，平面上表現為點狀，故又稱之為點狀噴發，是現代火山活動的主要形式。其噴發的特點是形成火山錐。中心式噴發形成的火山類型一般常見的有盾形火山、穹狀火山、複合火山和馬爾式火山。

由於火山作用而產生的不同火山岩特徵稱火山岩相。相的分類通常是按火山活動產物的產出形態及岩石特徵劃分。常見的火山岩相包括噴發（或噴出）相、火山通道相、次（潛）火山岩相和火山—沉積相。其中噴發（噴出）相又進一步分為溢流相、爆發相和侵出相。

火成岩分類和命名

通常根據SiO2含量把火成岩分成超基性岩、基性岩、中性岩和酸性岩四大類，其分類標準和代表性的侵入岩和噴出岩見下表：

1.1侵入岩的分類

深成岩定量礦物成分分類一般採用分類三角圖進行。在投圖前先實測岩石中的3種礦物（一般是主要礦物）的體積分數，然後把3種礦物的體積分數的總和換算成100%，再把它投到分類三角圖中，根據投點位置確定岩石的名稱。

深成岩的礦物分類首先要統計暗色礦物的體積分數（即色率，M）。對於M>90%的岩石，它們屬於超鎂鐵質岩，IUGS推薦用O1-Opx-Cpx或O1-Pyr-Hb分類三角圖對超鎂鐵質岩進一步分類。QAPF分類僅適用於M<90%岩石的分類。在使用該方法對岩石進行分類時，首先統計岩石中斜長石（簡稱P，An>5）、鹼性長石（簡稱A，包括鉀長石和An<5的鈉長石）和石英（Q）（或似長石（F））的含量。由於侵人岩中石英和似長石不共生，同一種岩石只能含這4種礦物中的3種，因此對於具體的岩石只會用到其中一個三角圖。在這個QAPF分類方案中，相關參數的具體含義為：

Q＝石英、鱗石英、方英石；A＝鹼性長石，包括正長石、微斜長石、條紋長石、歪長石、透長石和鈉長石（An<5）；P＝斜長石（An>5）和方柱石；F＝似長石或者似長石類礦物，包括霞石、白榴石、鉀霞石、方沸石、方鈉石、黝方石、藍方石、鈣霞石和假白榴石；M＝鎂鐵質礦物及其相關礦物，包括黑雲母、角閃石、輝石、橄欖石、不透明礦物、副礦物（如鋯石、磷灰石、綠簾石、褐簾石、石榴石、黃長石、鈣鎂橄欖石和碳酸鹽）。

1.2火山岩的分類

火山岩的結晶程度遠比深成岩差，礦物含量很難測定或無法測定，很難用實際礦物含量進行準確分類。因此大多數岩石學家傾向於化學分類，Le Bas等（1986）代表IUGS火成岩分會提出了火山岩的TAS ( total alkali and silica）分類方案，並被IUGS於1989年推薦，目前被廣泛使用。

對於圖的陰影部分，還將根據鉀、鈉的相對含量進一步區分為鈉質和鉀質類型，其對應的岩石名稱如下表所示。TAS分類僅適用於未蝕變的岩石，但對許多低級變質火山岩也可使用。對於燒失量高的岩石，分類前應把化學分析結果中H2O和CO2等揮發組分去掉，然後剩餘氧化物再換算成100%。

1.3火成岩的命名原則

一般的原則是：

（1）火成岩的進一步命名是以所含次要礦物的名稱作為前綴而構成。如有不止一種的次要礦物參與命名時，則按含量多者更靠近根名的原則。如角閃石黑雲母花崗岩中黑雲母含量比角閃石多。

（2）對於淺成岩，如為微細或細粒結構的岩石，則在相應成分的深成岩名稱前加「微晶」作為前綴。如微晶閃長岩，表示相當於閃長岩成分的微晶質或細粒結構的淺成岩。對於具有斑狀結構的淺成岩，一般根據斑晶成分在對應的深成岩名稱之後分別加「斑岩」或「玢岩」作詞尾。「斑岩」一般是指含鹼性長石和（或）石英斑晶的淺成岩，如正長斑岩、花崗斑岩；「玢岩」一般是指含斜長石和（或）角閃石、輝石斑晶的淺成岩，如閃長玢岩。也有人主張將具斑狀結構的淺成岩都稱為斑岩。

（3）對在外貌特徵上與噴出岩（指熔岩）相同的超淺成岩，因為它們大都具有斑狀結構，所以可以用「斑岩」或「玢岩」冠以熔岩名稱來命名，如流紋斑岩、 安山玢岩等。如果這種超淺成岩屬於次火山岩，則可在該名稱前加「次」字前綴，如次流紋斑岩。

（4）對於具有斑狀結構的深成岩或噴出岩，一般不需要根據結構來命名。因為這樣容易把同一種岩石誤解為不同的岩石，而且也易與淺成岩相混。

參考資料

[1]徐夕生，邱檢生主編，火成岩岩石學，科學出版社，2010

[2] Cox K G, Bell J D, Pankhurst R J. The Interpretation of Igneous Rocks[M]// The interpretation of igneous rocks /. G. Allen & Unwin, 1979:12-41.

[3] Zhu D C, Mo X X, Niu Y, et al. Geochemical investigation of Early Cretaceous igneous rocks along an east–west traverse throughout the central Lhasa Terrane, Tibet[J]. Chemical Geology, 2009, 268(3–4):298-312.

[4]常麗華，曹林，高福紅編著，火成岩鑒定手冊，地質出版社，2003

[5] Middlemost E A K. Naming materials in the magma/igneous rock system[J]. Annual Review of Earth & Planetary Sciences, 1994, 37(3–4):215-224.

推薦閱讀：