岩浆来了，岩浆从哪儿来了？

地球深处的温度如此之高，以至于一些岩石慢慢融化并变成一种被称为岩浆的稠密流动物质。由于它比周围的固体岩石轻，岩浆上升并被收集在岩浆室中。最终，一些岩浆穿过地球表面的裂缝和通风口。因此，发生了火山喷发，喷发的岩浆被称为熔岩。

我们需要了解地球的结构才能知道火山是如何爆发的。顶部是岩石圈，是由上地壳和地幔组成的最外层。地壳的厚度在山区从10公里到100公里不等，主要由硅酸盐岩组成。

地壳内的地幔根据个体地震学分为不同的部分。其中包括上地幔，范围在 8-35 公里到 410 公里之间；过渡区范围为 400 至 660 公里；下地幔位于 660 - 2891 公里之间。地幔位置的地壳条件发生了巨大变化。压力急剧上升，温度上升到 1000摄氏度。这种粘稠的熔融岩石被收集到地壳内的大房间中。由于岩浆比周围的岩石轻，它会浮向地表并寻找地幔中的裂缝和弱点。它最终在到达地表后从火山的顶峰爆发。当它在地表之下时，融化的岩石被称为岩浆，当它上升时会以灰烬的形式喷发。

每次喷发时，岩石、熔岩和火山灰都会穿过火山口。喷发的性质主要取决于岩浆的粘度。熔岩流动很远，容易流动时会产生宽阔的盾状火山。当它太厚时，它会形成熟悉的锥形火山形状。如果熔岩非常厚，它能够在火山中堆积并爆炸，称为熔岩穹顶。

岩浆是熔融或半熔融的岩石、挥发物和固体的混合物。除了熔岩外，它还可能含有悬浮晶体和溶解的气体。地壳和地幔中最丰富的两种元素是氧和硅，它们结合形成二氧化硅，即SiO2。

岩浆的分类主要是根据二氧化硅含量来进行的。

岩浆经常聚集在岩浆库中，这些岩浆库可能为火山提供能量或变成深坑。岩浆能够侵入邻近的岩石，形成岩床和岩脉，并以熔岩的形式挤出地表，以火山泥喷发出形成火山碎屑岩。

岩浆中的气体

这些气体在地层下的高压下溶解在岩浆中。当岩浆向地球表面上升时，压力降低时，这些气体就会形成一个独立的气相;很像在高压下装瓶的碳酸饮料。气体使岩浆具有爆炸的特性，因为气体体积随着压力的降低而膨胀。岩浆中气体的组成是: 大部分是H2O(水蒸气)和一些CO2(二氧化碳)，少量的含硫、含氯和含氟气体。

岩浆中的气体含量也与岩浆的化学成分有关。流纹岩岩浆的气体含量通常高于玄武质岩浆。这也是流纹岩岩浆比玄武岩岩浆更具爆炸性的原因。

外核是地球唯一的液态部分，但外核不是岩浆的来源，因为它没有正确的化学成分。例如，外核大部分是铁，但岩浆是硅酸盐液体。岩浆起源于 地壳的下部和地幔的上部 。在那里，高温和高压导致一些岩石融化并形成岩浆。

由于地球的其余部分是固态的，为了形成岩浆，地球的某些部分必须温度足够高，才能将岩石熔化。然后，岩浆并不是在我们下方的任何地方都存在。只有一些特定的地方存在火山。这说明岩浆是在特定条件下形成的，存在于一定的区域内。

另一点是，在海洋盆地中，岩浆不太可能来自海洋地壳的融化，因为在海洋盆地中喷发的大多数岩浆都是玄武岩。通过玄武岩海洋地壳的融化来产生玄武岩岩浆需要几乎100%的融化，这是不可能发生的。在大陆上，玄武岩岩浆和流纹岩岩浆同时喷发和侵入。玄武岩岩浆不太可能来自大陆地壳，因为平均成分更多的是硅质，但更多的硅质岩浆(安山岩-流纹岩)可能来自大陆地壳的熔融。玄武岩岩浆一定来自下面的地幔。因此，除了大陆以外，岩浆很可能起源于地幔中橄榄岩(一种由橄榄石、辉石和石榴石组成的岩石)的熔化——证据来自于喷发的火山碎片。

地温梯度是否导致岩石融化?

在地温梯度上，温度随深度或压力的增加而增加。正常的地温梯度在海洋下面比在大陆下面稍微高一些，至少在浅层上是这样。但是当我们观察正常的地温梯度时，我们发现在正常条件下，地温梯度还没有高到足以熔化岩石，这就是为什么地球除了外核之外，大部分都是固体。因此，地温梯度对岩浆的形成并不是一个非常重要的因素。

放射性热会引起岩石融化吗?

放射性元素如铀、钍等，在下面继续衰变。在放射性衰变过程中，衰变的同位素释放出亚原子粒子，并向外移动，直到它们与其它原子粒子碰撞。碰撞时，运动粒子的动能转化为热。如果这些热量不能被传导出去，那么温度就会上升。地球内部的大部分热量是由放射性衰变产生的，这就是为什么地球内部温度随深度增加的一般原因。但这仍然不足以证明岩石的融化。我们应该知道，大多数放射性同位素都集中在地壳中。虽然在大陆地壳中有一些区域，放射性元素的高浓度使局部温度升高，至少高到足以引起变质作用，但在地幔内部不太可能形成高浓度的区域。因此，放射性元素的浓度不太可能导致熔化。

压力的降低会导致岩石融化吗?

有两件事。首先，地幔岩石中非常高的压力阻止了矿物中的原子打破化学键，使它们不能自由地相互移动而形成岩浆。因此，地幔内的大多数岩石不会融化，即使它们的温度可能高于在地球表面较低压力下熔化相同岩石所需的温度。然而，如果发生了什么，使得地幔岩石的压力减小; 原子之间可以自由运动。这将导致已经非常热的固体岩石的部分熔融。这个过程叫做 减压熔炼 。这是一个科学证明的理论，并被发现在发散的板块边缘和地幔柱中普遍存在。

添加水会导致融化吗?

在橄榄岩中加入少量的水，会使其熔融温度降低。这主要是由于水分子的电极化性质，因为水分子周围的电子分布不均匀。电极化导致矿物中正负离子的结合强度降低，因此在非常高的温度下，这种结合可能会被打破，这样原子就可以自由地移动，形成岩浆。这个过程也导致了地幔岩石的部分熔融。这种类型的熔融发生在俯冲带内，因为水被从俯冲的海洋岩石圈“挤压”到上覆的超镁铁质地幔楔中。

岩浆最终是如何形成的?

岩浆的初始组成取决于源岩的组成和部分熔融的程度。一般而言，地幔源(石榴石橄榄岩)的熔融产生基性/玄武性岩浆，而地壳源的熔融则产生更多的硅质岩浆。一般来说，更多的硅质岩浆是由低程度的部分熔融形成的。随着部分熔融程度的增加，可以产生较少的硅质成分。因此，镁铁质源的熔融产生了长英质或中间岩浆。超镁铁质(橄榄岩源)熔融产生玄武质岩浆。然后，向地表的运输或在地壳中的储存会改变岩浆的化学成分。这称为岩浆分异作用，包括同化、混合和分离结晶等过程。

9.2.1 主要造岩矿物学证据

9.2.1.1 黑云母

黑云母的MgO-［FeO^T/（FeO^T+MgO）］图解表明，产于高钾钙碱性系列侵入岩中的富云母包体来源于地壳，而堆积岩包体来源于地幔，暗色微粒闪长质和镁铁质石英二长闪长质包体以及两个系列侵入岩来源于壳幔混合（图9.1），这与岩石及包体的Sr同位素研究结果是一致的（王强等，2003；杜杨松等，2004；高庚等，2006；杨小男等，2008）。

9.2.1.2 角闪石

角闪石的Al₂O₃和TiO₂之间的关系表明，堆积岩包体和橄榄安粗岩系列寄主岩的物源主要来自地幔，而暗色微粒闪长质包体和镁铁质石英二长闪长质包体及其高钾钙碱性系列寄主岩的物源来自幔壳混合源（图9.2），从它们在图9.2上的位置来看，微粒闪长质包体比镁铁质石英二长闪长质包体及寄主岩含有较多的幔源组成，而橄榄安粗岩系列岩石比高钾钙碱性系列岩石含有较多的幔源组分。马昌前等（1994）根据世界各地不同成因角闪石的Si、Ti含量，作出了角闪石成因的判别图解。结合本区角闪石的Si、Ti成分特点得出，高钾钙碱性系列侵入岩及其中的暗色微粒闪长质包体和镁铁质石英二长闪长质包体中的角闪石属中酸性侵入岩浆中结晶的；而橄榄安粗岩系列侵入岩及其中的堆积岩包体的角闪石类似于基性侵入岩浆中结晶的角闪石。

图9.1 黑云母的MgO-FeO^T/（FeO^T+MgO）图解（据周作侠，1986）

图9.2 角闪石TiO₂-Al₂O₃变异图（据姜常义，1988）

9.2.2 锆石学及其U-Pb定年提供的证据

锆石晶面统计分布型式出现不对称正态和不对称对数正态型以及同一岩体中出现不同端元锆石晶形的共生，可能表明存在不同来源的岩浆，并且发生了岩浆混合作用。根据锆石的温度指数和碱度指数，在图9.3投点可以可以看出，白芒山、舒家店辉石二长闪长岩及湖城涧辉长闪长岩主要落入4c区，反映岩浆物质主要来自地幔，但也混入少量的壳源成分；鸡冠山、青山脚、包村等石英二长闪长岩和凤凰山、胡村、南洪冲等花岗闪长岩主要落入4a区和4b区，说明岩浆物质来源于地幔和地壳的混合；瑶山花岗闪长斑岩落入2区，反映岩浆物质主要来源于地壳，但也混有少量的幔源成分。因此，本区侵入岩由辉石二长闪长岩/辉长闪长岩→石英二长闪长岩→花岗闪长岩→花岗闪长斑岩，幔源成分减少，而壳源成分增多。

图9.3 锆石群平均点和平均类型演化趋势分布（据Pupin，1980）

图9.4表明，除花岗闪长斑岩外，其他各类型岩石的锆石群类型演化趋势（TET）曲线具有相似性，即向高碱度区演化，但TET曲线的位置不同，偏基性的辉长闪长岩和辉石二长闪长岩的TET曲线均由幔源区穿过变质岩区而进入幔壳混源区（Ⅳ）后收敛于高碱度区，石英二长闪长岩和花岗闪长岩由壳幔混源区稍跨入壳源区后转向高碱度区，表明了前两类岩石的岩浆来源以地幔为主，岩浆作用可能以结晶分异为主，后两类岩石的岩浆来自壳幔源的混合，岩浆作用可能以混合作用为主；花岗闪长斑岩TET曲线由壳幔混合源区直接进入壳源区（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ区），且演化后期不收敛于高碱度区，表明岩石的岩浆来源以壳源为主，同时，可能反映了岩浆作用以部分熔融为主。

锆石U-Pb定年不仅确定了侵入岩的结晶年龄，而且还提供了岩石的部分成因信息。结合锆石阴极发光图像和定年结果可见，高钾钙碱性系列侵入岩含有大量的>20亿年的继承性锆石，如铜官山（2364±9 Ma、2616±24 Ma、2236±29 Ma、2291±32 Ma、2078±32 Ma、2705±27 Ma、2393±13 Ma、2368±16 Ma、2249±25 Ma）、天鹅抱蛋（2299±15 Ma、2523±31 Ma、2411±17 Ma）、焦冲（2032±51 Ma、2167±51 Ma、2032±49 Ma）石英二长闪长岩，凤凰山（2622±37 Ma、2476±32 Ma、2515±34 Ma、2547±22 Ma）、沙滩脚（2296±21 Ma、2150±37 Ma）、包村（2729±34 Ma）花岗闪长岩，瑶山（2104±13 Ma、2330±12 Ma）、新桥头（2454±19 Ma）、桥头扬闻家山（2383±17 Ma、2437±21 Ma、2421±17 Ma、2486±17 Ma、2345±18 Ma、2374±18 Ma、2727±22 Ma、2292±38 Ma）花岗闪长斑岩等岩体中均含有继承性锆石核，表明该系列侵入岩形成过程中，古老的地壳成分卷入了岩浆的成因，此外，大多数继承性锆石具有较好的振荡环带，且Th/U>0.5，说明它们主要来自火成的源岩，因此，该系列岩浆的形成可能以部分熔融作用为主。相反，到目前为止，橄榄安粗岩系列侵入岩中尚未发现继承性锆石核，表明该岩石系列侵入岩在形成过程中，地壳的物质贡献相对较少，同时，也可能因为该系列岩浆主要来自地幔，温度较高，部分继承性锆石被熔化了。因此，该系列岩浆作用可能以结晶分异为主。

图9.4 锆石群类型演化趋势（据Pupin，1985）

9.2.3 岩浆来源的同位素证据

根据王强等（2003）、杨小男等（2007）、唐永成等（1999）、杜杨松等（2004）和高庚等（2006）发表的侵入岩同位素Sr、Nd同位素资料，作者用路远发（2004）开发的软件重新处理，取平均年龄为142Ma，得出如下结果：橄榄安粗岩系列侵入岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7062～0.7076，ε_Nd（t）=-6.46～-9.83和T_DM=1.32～1.71 Ga，类似于辉石堆积岩包体的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7064 ～0.7073，ε_Nd（t）=-4.93～-9.90，T_DM =1.39～1.97 Ga，不同于高钾钙碱性系列侵入岩的₈₇Sr/⁸⁶Sr=0.7068～0.7100，ε_Nd（t）=-9.08～-16.24，T_DM =1.44～2.41 Ga。在同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i-ε_Nd（t）图解上，两个系列侵入岩和深源堆积岩包体均落入地幔序列（图9.5）。锆石Hf同位素研究表明，高钾钙碱性系列石英二长闪长岩的ε_Hf（t）值为-13～-28（平均 -19.8），两阶段Hf模式年龄（T_DM2）变化于2.4～2.5 Ga之间，而年龄为2.0～2.4 Ga的继承性锆石的ε_Hf（t）为-1.6～-15（平均为-5.6），平均模式年龄（T_DM2）为3.2 Ga。与高钾钙碱性系列侵入岩相比，橄榄安粗岩系列的辉石二长闪长岩具有较高的ε_Hf（t）值，为-0.7～10（平均为-2.9），但平均模式年龄较小（T_DM2为1.4～1.7 Ga）（Yang et al.，2008）。但总体来看，这些同位素数据表明本区两个系列侵入岩浆均来自富集地幔，并混合了地壳的物质成分，其中，高钾钙碱性系列侵入岩混合了更多的地壳成分。

图9.5 侵入岩同位素Nd-Sr图解