3 岩浆作用、变质作用与板块构造

    岩石圈内发生的三种相关的地质作用——岩浆作用（侵入和喷发）、变质作用和变形作用大都与板块的分裂、俯冲和碰撞有着密切的联系。

    3．1 岩浆作用与板块构造

    地球内部的温压条件与岩浆的形成有着明显的关系。岩浆是一种炽热的，具有极强活动力的熔融体。通常在地下深处高温高压下岩浆形成时，与周围环境处于平衡状态。但岩石圈一旦发生破裂或产生压力差，平衡被打破，岩浆就会上升。由于受到上覆地壳的挤压，一部分岩浆在地壳深处缓慢冷却结晶，一部分可以达到离地表较近的浅处较快冷却结晶，或者冲破地壳以火山的方式喷溢出来迅速冷却。

    地质学家把这种岩浆的形成（熔融）、运移和冷凝的整个过程中，岩浆自身的变化以及对周围岩石影响的全部地质过程叫做岩浆作用。包括有侵入作用和火山作用两种类型。

    （1）侵入作用

    由结晶粗大的矿物组成的花岗岩是怎样形成的呢？根据花岗岩与周围沉积岩之间截然不同的岩性和不协调的接触关系，以及与花岗岩接触处的沉积岩的矿物成分和结晶程度发生显著的热力烘烤现象，可以证明花岗岩是来自地下深部炽热的熔融物质所形成。当这些熔融的岩浆上升到离地表不远的深处（3公里以下），由于十分缓慢的冷却，矿物有充分的时间来形成自己的晶形。最后形成规模较大的岩基，有时也有规模较小的称为岩株，岩株常在深部与岩基相连。

    除了深成的花岗岩之外，岩浆也可以上升到更接近地表的地方（＜3km），但规模要小得多，冷却得更快，因此结晶颗粒比深成岩要细，常呈斑状或似斑状结构。岩体与周围岩石不协调的侵入关系可形成岩墙（岩脉），此外与围岩的协调侵入关系还可形成岩床和岩钟（图5-17）。

    陆壳板块内的侵入作用常形成富硅铝的花岗岩，洋壳板块内的侵入作用则形成富含铁镁质的橄榄岩、辉长岩和中性的闪长岩，但规模都远比花岗岩小。

    （2）火山作用

    火山喷发是十分壮观的地球内部能量-物质突然释放事件（图5-18）。一次大规模的火山喷发所释放的能量远远超过原子弹爆炸。如1980年5月18日美国圣海伦斯火山爆发，其释放能量相当于1945年美国投向广岛的第一颗原子弹的500倍。如果从体积和质量上来看，显然海底火山更为重要，它是大洋盆地海底地貌形成的重要作用过程。

     火山喷发类型 火山喷发形成的地形有的像日本富士山那样呈锥形，称中心式喷发，也有的像哥伦比亚高原那样数千平方公里铺盖着溢出的玄武岩，这种方式称为裂隙式喷发。

     中心式喷发 火山物质从中央火山口或火山管溢出，形成典型的火山锥构造。连续的熔岩流形成熔岩锥。玄武质的熔岩温度达到1000～1200℃。粘度低，所含气体少，没有爆炸现象，易于流动（可高达100km／h，但多数每小时只有数公里），扩展范围很广，若熔岩流源源不断溢出，可以形成宽阔的盾形火山，坡度平缓，周长可达数十公里，宽达2000m以上。如夏威夷MaunaLoa火山即为中心式喷发的典型代表。

    长英质熔岩（流纹岩）喷出温度800～1000℃。粘度大，挥发分含量高，流动缓慢，往往呈爆烈式喷发，喷出物主要是火山灰、渣、火山弹等，形成山坡陡峭的锥形体。火山口位于锥顶，山顶圆锥体坡度可达30°，坡脚约为10°。火山口内常有一个圆丘状隆起，与高粘度熔浆因流动的力减弱而凝结在火山口有关。圆丘形成后不久可因内部冷却收缩发生塌陷，或因爆炸而遭破坏，形成破火山口。破火山口的面积比火山口大得多，火山消亡或暂停活动之后，就会成为美丽的火山湖，如我国和朝鲜边境上长白山的天池。

     裂隙式喷发 熔岩与火山碎屑都是从狭长的裂隙或裂隙群中喷射（溢流）而出的，它和中心式喷发不同，具有一个线性的熔浆源。玄武质的熔岩流从裂隙中流出，称为溢流玄武岩。它们不会形成火山，而往往构成宽阔的玄武岩高原（图5-17）。如哥伦比亚高原，玄武岩覆盖面积达十三万平方公里，熔岩厚可达100m。我国张家口以北的汉诺坝玄武岩也形成明显的高地，导致坝上和坝下气候也有显著差异。

    在大洋中脊部位，玄武岩浆从张开的裂隙中溢出，几乎覆盖整个洋底，这可从洋脊采集到的海底样品中得到证实。全球的洋脊延伸可达8×104km，在大约近1.7×108年的时间内，形成了现代四个大洋的洋底玄武岩层。

     其他火山现象 火山喷发物质不仅有熔岩流和火山碎屑物，而且还有火山泥流、喷气和热泉。当炽热的火山云与河流相遇时，就会引发火山碎屑构成的山崩或泥石流，当火山口湖破裂或熔岩流经冰川，使冰川融化也可以引发泥石流，又称火山泥流。1919年爪哇克卢特火山喷发形成一个储水达38×104m3的火山口湖，湖口破裂引发的泥流使5千多人丧命。

    火山熔浆中含有大量挥发分，其中水占70％～95％，墨西哥的帕里卡火山1天就喷出18000t水。地球的海洋与原始大气，正是由地球早期大规模火山喷发的挥发分H2O、CO2等形成的。现代的许多温泉或热喷泉，也是由于地下水被埋藏岩浆加热而喷（溢）出地表的。只有喷气（水）而无熔岩或火山碎屑的喷发，往往是火山活动的晚期。温泉和热泉含有大量医疗和药用物质，因此常常在其分布区建成疗养院。此外因其含有具有经济价值的矿物而被利用，我国云南腾冲则发现现代温泉的成矿作用。

     火山喷发产物 如前所述不同成分侵入岩的代表是长英质的花岗岩，中性的闪长岩，铁镁质的辉长岩和超铁镁质的橄榄岩。前三种岩浆亦可喷出地表，由于在地表快速的冷凝，没有时间供晶体生长而成为隐晶质或玻璃质。这些喷出物依次为流纹岩、安山岩和玄武岩。第四类超铁镁质岩浆几乎从未达到过地表。

    火山在喷发过程中由于岩浆受到地内压力而向上运动，带着大量物质喷射到空中，因此可将火山喷发物分为熔岩流和火山碎屑。

     熔岩流 是从火山口喷出或溢出的岩浆，它可以沿着山坡向下流动。玄武岩浆硅质含量低而铁镁质含量高，岩浆粘度小，流动速度快。玄武质熔岩可以延展成薄层的岩席。据地史时期的资料显示，其延伸多超过50km。流纹岩浆硅质含量高，铁镁质低，粘度比玄武岩浆高，因而流动速度慢得多，形成巨厚的鳞茎状构造。安山岩浆硅质及铁镁质含量中等，因此其性质也介于玄武岩浆和流纹岩浆之间。

    火山熔岩与沉积岩一样，呈层状，产状上难以与沉积岩相区别。但岩石类型、矿物成分、结构上两者之间有明显差别，如前者具隐晶质和玻璃质。此外熔岩表面具有特有的特征，如绳状、渣状构造，海底喷发的熔岩则常见枕状构造。熔岩内部往往含有大量气孔或杏仁状充填物。

     火山碎屑 岩浆中存在大量挥发分（水和可溶性气体），当岩浆上升，压力下降，挥发分伴随着猛烈的爆炸从岩浆中释放出来，将先期结晶的熔岩及火山口附近的岩石炸碎成大大小小的碎屑，从火山尘、火山灰（＜2mm）到火山弹（＞60mm），喷射向高空，随后又在火山的周围降落下来（图5-18）。与此相伴的还有大量的水蒸气以及氮、氧、氢、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氟、硼酸、氨、甲烷等气液喷出。细小的火山尘及火山灰可以搬运很远。

     火山的空间分布 地球上存在着500～600座活火山，大多数火山分布在板块的边缘。据统计，其中80％分布在会聚板块的压性火山岛弧带，15％分布在板块分离的拉张带。极少数分布在板块内部。著名的环太平洋火山链（又叫火圈）就集中分布近70％火山。

     分离板块边缘的火山活动 全球大洋中脊裂谷体系是分离板块的边缘。延伸长达8×104km，其断裂一直延伸到地幔软流圈。大量玄武岩浆从这里上升，溢出的玄武岩构成了规模巨大的洋脊、火山和海底玄武岩高地。

     会聚板块边缘的火山链 是由玄武岩和安山岩喷发形成的火山岛孤带。玄武岩来自俯冲板块之下的软流圈，而安山岩则可能是玄武质的洋壳和俯冲板块携带的洋底含水沉积物俯冲到30～40km深度时部分熔融的产物（见图5-7）。

     大洋板块内的火山 洋底除了活火山外，还有大量死火山，仅太平洋就有10000座，有人认为它们原本都是扩张中心（含热点）形成的活火山，当新洋壳形成，火山就随老洋壳带到板块内部成为死火山。它们有的是高耸出海面的洋岛，有的已被风浪侵蚀夷平成为平顶火山锥（guyet），有的因洋壳冷却下沉，成为不同深度的海底山脉——海山（图5-12）。

     大陆板块内的火山 往往与陆内裂谷关系密切。当深大断裂切穿岩石圈时，玄武岩浆低速地溢出地表，没有遭受硅铝质陆壳的混染，这也可能标志着板块分离萌发阶段（东非裂谷带）。

    火山活动所引起的地震、海啸、火山碎屑溅落、火山泥流等灾害，将在第十三章4．2节中介绍。

    火山除了对人类有害的一面，也还有对人类有利的一面。火山能为我们提供大量地球深部的信息，可以成为人类有效地窥视地球内部的一个窗口。火山物质形成的土壤特别肥沃，在湿润温暖的条件下，更能发挥它的作用，世界上如意大利、墨西哥、印尼等火山周围人口密度都很大，反映了这里土壤为人们提供了充足的食粮。

    火山活动地区通常蕴藏着丰富的地热能源、温泉、矿泉等特殊景观，是农业、医疗、旅游和取暧、发电的重要资源。许多工业和化工原料也来自火山气体和火山岩（如浮石、硼酸、氨、二氧化碳）。世界著名的南非金刚石矿床即产于被称为金伯利岩的火山岩筒中。
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