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1、第14卷第2期地球科学进展Vol.14No.21999年4月ADVANCEINEARTHSCIENCESApr.,1999X岩浆作用的物理过程研究进展赖绍聪(西北大学地质系,陕西西安710069)摘要:概略地介绍了80年代以来硅酸盐熔体及硅酸盐晶—液悬浮体的密度、粘度、熔体结构、流体动力学等方面的研究动向,及其对岩浆作用、岩浆运移、岩浆侵位机制的动力学约束条件,硅酸盐熔体的结构是制约熔体粘度的主导因素,化学成分对熔体粘度的控制是通过改变熔体结构而实现的,粘度在一定程度上决定着岩浆的迁移、侵位和喷发方式。密度和浮力是岩浆上升侵位的重要约束,地壳是岩浆上升
2、的一个密度过滤器,岩浆最终由于浮力的消失而停止上升。关键词:密度;粘度;熔体结构;流体动力学;岩浆作用中图分类号:P578194文献标识码:A文章编号:100128166(1999)0220153206度等物理性质的制约。1引言211岩浆(硅酸盐熔体)的密度岩浆活动不仅是一个复杂的化学过程,而且是硅酸盐熔体密度的获得主要有两个途径,一是一个复杂的物理过程。对于岩浆作用的全面认识,通过实验的方法进行硅酸盐熔体密度的测定,二是不仅要从化学过程去了解,还必须从物理过程去探利用实验结果拟合的密度公式进行硅酸盐熔体密度〔1〕索。几十年来,火成岩岩石学主要研究岩浆
3、体系的的计算。实验测定的方法:在压力大于11013×5化学作用过程,包括成因岩石学、岩石物理化学与热10Pa时,可用落球法测量密度,在常压下可用阿基力学和地球化学等,并取得了巨大进展。岩石学研米德原理测定。目前,野外原地测量密度数据最精究发展到目前的阶段必将导致岩浆物理性质及流体确的方法是井眼精细重力测定。尽管硅酸盐熔体的动力学的研究,以解决火成岩岩石学中尚不能解决密度值对于研究岩浆作用的物理过程具有十分重要的难题,比如岩浆从源岩中的分凝机制、岩浆房中晶的意义,但目前所获得的有关硅酸盐熔体的可靠的体的分离对流以及岩浆的上升侵位过程和岩浆的混密度数据并不
4、多,这主要是由于硅酸盐熔体的密度合作用过程等,从而使火成岩岩石学研究的定量化测量是一件较为困难的工作。硅酸盐玻璃与硅酸盐大大向前迈进一步。熔体之间的密度差可达10%,同时,总体成分、温度〔1,2〕和压力也是影响硅酸盐熔体密度值的重要因素。2岩浆的物理性质常压无水条件下岩浆密度的计算,最早是由〔3〕近年来,岩石学工作者发现,很多火成岩岩石学Bottinga等提出的,他们考虑了两个方面的问题,特征不能用化学的和物理化学的原理来解释。因即组成的偏摩尔体积(Vi)和总组成无关,也就是说此,人们开始重视岩浆物理性质和流体动力学性质组分是理想混合,没有过剩偏摩尔体
5、积。后来,他们的研究,其中岩浆(硅酸盐熔体)的密度、粘度及熔体发现在SiO2—Al2O3体系中偏摩尔体积并不是与总1VV1结构是最重要的三个方面,它们是影响硅酸盐熔体组成无关,因为铝酸盐中A1有两种配位A1、A1,动力学行为的最重要的物理参数,在岩浆起源和演因此,VA1与总组成有关。化的一系列动力学过程中,都受到了岩浆的粘度、密高压下含水硅酸盐的密度计算,需要对水进行X陕西省教委专项科研基金“秦岭造山带勉县—略阳地区蛇绿岩地球化学及超镁铁质糜棱岩型金矿床”(项目编号:PJ96220)和西北大学科研基金“大别山南缘随州—京山地区蛇绿混杂岩带火山岩同位素年
6、代学及地球化学”(97NW23)资助。作者简介:赖绍聪,男,1963年10月出生,副教授,从事造山带火山岩地球化学及岩石大地构造学的研究工作。收稿日期:1998206210;修改稿:1998210219。154地球科学进展第14卷修正,通常水压越高,含水量越多,岩浆密度ρ越小。化学成分对熔体粘度的控制是通过改变熔体结构而〔9〕对于压力的修正则采用Stolper提出的状态方程,即实现的。SiO2熔体中仅存在Si—O键,而NaAl〔4〕利用Birch2Murnagham状态方程。压力对固体和Si3O8熔体中存在Si—O键、Al—O键和Na—O键,〔5〕液体
7、的影响是不一样的。例如含斜长石的玄武岩Na—O键在熔体结构中通过O与Si—O键相联结,岩浆中,可以看出,低压下An90在岩浆中发生沉降,并且使之与相联的Si—O键的键强变弱。因此,熔而在高压下则发生An90的漂浮作用,这可以解释为体结构单元中与Na—O键相联结的Si—O键最易断〔10〕什么斜长岩大多形成年代比较早。开,并因此导致流变作用的发生。Bottinga等用统除原生岩浆的密度外,分异密度也有重要意义。计的方法设计了依岩石化学成分计算熔体粘度的方在正在结晶的体系中,流体动力学的实验和理论研法,此方法展示了硅酸盐熔体的化学成分对熔体粘究表明,分离结晶
8、期间,即使出现一个相当小的密度度的制约关系,但它仅仅适用于不含水和挥发性组〔11〕变化,对岩浆
