1.岩浆的成分
岩浆的成分主要是硅酸盐和一些挥发分。
硅酸盐:硅酸盐岩浆的化学成分千差万别,但主要由以下十余种元素按不同比例组成,它们是O、Si、Al、Ca、Na、K、Fe、Mg、Mn、Ti、P等。以氧元素最多,常以氧化物的形式存在,主要的氧化物为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O等。其中以SiO2含量最高,可以高达40%~75%。不同成分的岩浆,其氧化物的含量不同,但这些氧化物之间存在着一定的内在联系。一般来说,随着SiO2含量的增高,K2O和Na2O随之升高,相反MgO、FeO(Fe2O3)则随之降低,因此,SiO2含量的增高,成为酸度划分的主要依据,通常可根据SiO2含量(质量分数用wB表示),将岩浆划分为以下四种基本类型:①超基性岩浆(w(SiO2)<45%);②基性岩浆(w(SiO2)45%~53%);③中性岩浆(w(SiO2)53%~66%);④酸性岩浆(w(SiO2)>66%)。
挥发分:岩浆中含有大量挥发分,主要是H2O,其次是CO2、CO、N2、SO2、SO3、H2S、HCl、HF等。挥发组分在岩浆中总量一般不超过6%~10%(wB),其中H2O约占2/3以上,在岩浆未喷发之前,处于地下深处高温高压条件下,挥发分溶解于岩浆中。由于挥发组分的存在,它可以降低岩浆的粘度、降低矿物的熔点、延长岩浆的结晶时间,并结晶出含挥发分难熔矿物;更有意义的是,随着结晶作用的进行,残余岩浆便越来越富含水,在一定条件下,挥发分能携带成矿金属元素或其化合物,在适宜的地段形成汽水-热液矿床。此外,火山的强烈爆发,也是由于挥发分的大量富集突然释放造成的。
2.岩浆的温度
岩浆的温度,可以直接从现代火山喷出的熔岩流测定出来,也可用间接法来近似地确定。
1)观察现代熔岩流的温度:一般用遥测装置测定熔岩流的温度。从表1-1可以看出,火山熔岩的温度范围一般在700~1300℃之间,玄武岩一般为1000~1300℃,安山岩为900~1000℃,流纹岩一般为700~900℃,成分愈酸性,温度愈低。同一熔岩流,其不同部位温度不同,总的是在近岩流表层下部温度最低,向岩流内部温度升高,但熔岩流表面上的温度又急剧升高(图1-1)。究其原因,可能由于熔岩流喷出地表后,气体析出,产生氧化、燃烧以及部分结晶放出潜能、多形转变放出反应热等所致。地表所测得的熔岩流温度不能代表在地壳深部或上地幔中形成的岩浆温度。近代物理化学实验表明,随着体系内水压的增加,花岗岩、玄武岩及有关硅酸盐矿开始熔融的温度明显下降(图1-2),所以,地下深处正在结晶的岩浆,一般比喷出地表的岩浆(熔岩流)的温度要低,其仅代表岩浆的近似温度。
表1-1 各类熔岩的喷出温度估算值
续表
(据I.S.E.Carmichael,1974)
图1-1 夏威夷熔岩湖不同深度的温度变化
图1-2 天然橄榄拉斑玄武岩-水体系和花岗岩-水体系的熔融曲线
2)估测岩浆温度的方法:用肉眼观察熔岩或熔岩丝(指溅出的丝条状熔岩)的颜色。在晴朗的天气和良好情况下的颜色与相应的温度关系如下:
白色 ≥1150℃ 亮的鲜红(樱桃红)色 700℃
金黄色 1090℃ 暗红色 550~625℃
橙色 900℃ 隐约可见的红色 475℃
如透视不好,对熔岩流的估计会偏低。
3)研究地质湿度计:研究某些造岩矿物的形成温度和相变温度,可间接推测岩浆结晶时的温度,我们称之为地质温度计。山德曾列出过常见的一些标志矿物的地质温度计(表1-2)。例如,如在伟晶岩中发现有a-石英和β-石英,则伟晶岩的形成温度约575℃左右;火山岩中若黑云母、角闪石皆见暗化现象,则反映其形成温度应大于840~1050℃。
表1-2 常见地质温度计
(据山德)
4)熔化岩浆岩的方法:通过岩浆岩重熔和再结晶实验,也可得知其大致温度。如基拉韦厄(Kilavea)火山的玄武岩,在一个大气压下熔融后,开始结晶的温度为1235~1160℃,完全结晶是1060℃。葛朗松的实验证明,花岗岩熔点为950±50℃,当压力为385bar时,575℃时花岗岩熔浆的流动性就非常显著,而700℃时则呈完全流动状态。A.C.金兹布尔根据一系列的观察来判断,认为岩浆结晶温度常不能高于1170℃,许多情况下不超过870℃。
3.岩浆的粘度
岩浆的重要性质之一是能够流动,具有流体的性质。岩浆流动的能力主要取决于自身的粘度,粘度愈大,岩浆愈难流动,其单位是Pa·s,称为帕斯卡秒,1Pa·s(=10η)相当于20℃时水的粘度的1000倍。
岩浆的粘度与岩浆成分、温度、压力及挥发分含量等因素有关。在岩浆成分中对岩浆粘度影响最大的是SiO2的含量,SiO2的含量愈高,岩浆的粘度越大(图1-3)。所以基性岩浆粘度较小,流速快,有时达16km/h,而酸性岩浆粘度大,流速慢,仅为几米/小时,甚至看不到流动。温度和压力也影响粘度,温度高,粘度低,温度低,粘度增大;压力大,粘度大,压力小,粘度小;挥发分也直接影响岩浆粘度,富含挥发分时,粘度降低(图1-4)。
图1-3 岩浆粘度与SiO2含量的关系
图1-4 加CaF2闪长岩的粘度等温线