7.1.4.1 岩浆中的水
岩浆中H2O含量的高低是影响成岩成矿作用的重要因素之一。到目前为止已发表了近千个熔融包裹体中H2O含量的数据。所测熔融包裹体的寄主矿物主要有石英、橄榄石、长石、辉石以及金刚石、磁铁矿、云母、角闪石等。分析结果表明,岩浆熔体中H2O的含量范围在0~13.4%(质量分数wB)之间,大多数在0~6%之间(图7.2),斯洛伐克破火山口安山岩中斜长石的流体压力高达15~17Pa。
将熔融包裹体中的935个H2O含量数据和海底火山淬火玻璃的430个含量数据分别按超基性、基性、中性和酸性岩浆进行分类统计,结果发现不同类型岩浆中H2O的平均含量不同,含量变化范围相差也很大。岩浆从超基性、基性到中性、酸性的演变过程,H2O平均含量有规律地升高,分别为0.802%、1.344%、2.260%和2.712%;超基性—基性岩浆中的H2O含量变化范围大部分在0~0.8%之间,大部分中性岩浆H2O含量变化范围在0.4%~2.8%之间,酸性岩浆主要集中在0.8%~5.6%之间。按各类火成岩在整个大陆所占的比例(超基性—基性岩56.5%、中性岩33.9%、酸性岩9.6%)计算,大陆岩浆总体中H2O的平均含量大约为1.5%。
尽管H2O在岩浆中的质量分数很小,但它对岩浆的物理化学性质的影响却较大。例如:在压力为20×108Pa时,如果在NaAlSi3O8—SiO2—H2O体系中增加6.4%的SiO2,则只能将钠长石的熔化温度降低20℃;但若加入6.4%的H2O就将会使钠长石的熔化温度降低300℃或更多,同时岩浆的粘度也会降低。造成这种现象的原因是:长英质岩浆是由硅铝和氧的四面体所组成的,大部分氧原子被相邻的Si—O四面体所公用(桥氧),在闪长岩质熔浆中大约有90%的桥氧,花岗质熔浆中的氧几乎全部为桥氧,这就解释了花岗质岩浆的高粘度。若岩浆中存在水,将存在以下反应:
地球化学
图7.2 岩浆中H2O、CO2、F和S含量直方图
式中:f代表水溶液相,m代表熔浆相。两个OH-代替一个O2-,使桥氧被破坏,岩浆的粘度降低。
由于高含量H2O、F等挥发分能大大降低熔体的液相线温度和固相线温度,延长熔体的结晶时间,有利于岩浆的分异演化,而岩浆的分异演化方向是从超基性向基性—中性—酸性方向演化,在这一演化过程岩浆中上述挥发分的含量是顺序升高的,这导致在挥发分升高的同时在晚期熔体和水热液中微量元素的富集。
能衍生热液的岩浆,其中原始的H2O含量范围一般在2.5%~6.5%之间,平均含量约为3.0%。含水量下限(2.5%)的确定是依据普遍呈斑晶产出的普通角闪石或黑云母中H2O的含量来估算的,而上限(6.5%)则是根据在2.1×108Pa压力下H2O在岩浆中的溶解度所确定的。
7.1.4.2岩浆分异产生热液
岩浆与热液是两个截然不同的体系,在热力学相图上分别可简单地表示成SiO2-(Na2O+K2O+Al2O3)-(CaO+MgO+FeO+TiO2+P2O5)体系和Na2O-H2O-CO2体系(在这里NaCl作为溶于H2O中盐的总浓度),它们一个是硅酸盐熔体,另一个是水溶液体系。流体熔融包裹体的存在,可以作为硅酸盐熔浆曾经分异出水溶液相的证据。因为流体熔融包裹体是在岩浆分异出流体的过程中被捕获在矿物中的,它既含有硅酸盐熔体相,又含有水流体相,在岩浆岩形成及其后进一步冷却的过程上述两相有可能转变为多相。
现在已认定的流体熔融包裹体有以下几种(图7.3):
(1)在室温时可见到在熔融包裹体中有气相和液相,或者是一个很大的均一流体相,在稍冷却后可分出气、液两相(图7.3Ⅰ)。
(2)在室温时可见熔融包裹体与流体包裹体共存,且两者为同一成因(图7.3Ⅱ)。这种情况表明,当包裹体被捕获时,流体已从岩浆中分出来,因而分别被捕获于正在生长的晶体中。与熔融包裹体共存的流体包裹体可以是CO2,也可以是其他气体包裹体和含NaCl子晶的包裹体。
(3)在熔融包裹体的周围存在的细小的水溶液包裹体(图7.3Ⅲ)。
(4)含易熔盐(NaCl等)和气相的熔融包裹体(图7.3Ⅳ)。
从不同类型的流体熔融包裹体中可以看出,不同成分的岩浆分异出的岩浆热液是不一样的。从现有资料看,岩浆流体的成分类型主要有盐水溶液、CO2流体和硫化物流体。
初始岩浆中的水大多是不饱和的,随岩浆的冷却结晶岩浆中的水有可能达到饱和,水先呈超临界状态分离出来,在温度进一步降低的条件下再形成富水的气相或液相,即产生岩浆热液。
图7.3 岩浆岩中含各类流体的包裹体
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