火成巖

　　一般指巖漿在地下或噴出地表冷凝形成的巖石。又稱巖漿巖。是組成地殼的主要巖石。形成於不同的地質構造背景下，與許多金屬和非金屬礦產有密切的成因聯繫。因此，對火成巖的研究在地質學中佔有重要的位置。

　　igneous rocks一詞，原意是指由地下深處的熾熱的巖漿（熔融或部分熔融物質）在地下或在地表冷凝而形成的巖石。不少人認為火成巖與巖漿巖（magmatic rocks）是同義詞，把這兩個術語並用。但有一部分火成巖，特別是部分花崗崗巖，並不是巖漿冷凝產物，而是在較高溫度下，由其他巖石在固態下，經過交代、改造、轉變而成。因此，火成巖的含意，應理解為具有一般火成巖特征的（包括產狀、結構、構造和礦物共生組合）在高溫或較高溫條件下形成的巖石。1972年在加拿大蒙特利爾召開的國際地質聯合會巖石學分類委員會火成巖分類分會決定采用火成巖一詞。

　　化學成分　在火成巖的組分中占99％以上的隻有9種元素即氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂和鈦，其中後8種元素與氧組成的氧化物含量占火成巖總重量的99％左右，特別是二氧化矽的含量最高，在不同的火成巖中占總重量的35～78％。在火成巖中，二氧化矽被稱作酸性組分；鐵、鎂和鈣稱作基性組分；鈉和鉀稱作堿性組分。在火成巖中酸性組分與基性組分的含量常呈反消長關系。因此，通常對二氧化矽含量高（＞65％）的火成巖稱為酸性火成巖，反之則稱為基性巖或超基性巖。

　　由於二氧化矽是最重要的造巖組分，它與其他造巖組分結合形成橄欖石、輝石、角閃石、雲母、長石等各種造巖礦物。在形成這些礦物後二氧化矽仍有多餘（即過飽和）時，就會出現石英，所以石英是火成巖二氧化矽過飽和的指示礦物；如果二氧化矽含量不足就可能出現橄欖石或似長石類礦物（如霞石）等，它們是火成巖中二氧化矽不飽和的指示礦物；當二氧化矽與其他造巖組分的含量適中，則不出現上述兩類礦物，而形成輝石、角閃石和長石等二氧化矽飽和的礦物。因此，酸性巖常稱為過飽和巖石，而那些含SiO₂不足的巖石包括超基性巖和某些中性巖則稱為不飽和巖石。

　　礦物成分　火成巖主要由長石、石英、雲母、角閃石、輝石和橄欖石等矽酸鹽礦物及少量的磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石、磷灰石和榍石等組成。這些矽酸鹽礦物被稱為造巖礦物，是火成巖分類和定名的重要依據。

　　造巖礦物按化學成分的特點和顏色，分為2類：①矽鋁礦物。這類礦物除石英外，為不含鐵、鎂的鋁矽酸鹽礦物，如長石和似長石類礦物。由於它們的顏色淺，故也被稱為淺色或淡色礦物。②鐵鎂礦物。為富鎂、鐵、鈦、鉻的矽酸鹽和氧化物礦物，如橄欖石、輝石、角閃石和黑雲母等。由於顏色深，故被稱為深色或暗色礦物。上述兩類礦物在火成巖中含量的比例是火成巖鑒定和分類的重要標志。火成巖中鐵鎂礦物的含量（體積％），通常稱為色率。根據火成巖中色率的大小，可大致推斷巖石的化學成分和性質，從而確定它們屬於那一類巖石。色率的大小與巖石比重和顏色有關。一般，色率大的，顏色較深，比重較大。多數常見的火成巖的比重為2.6～3.4。

　　按造巖礦物在火成巖中的含量和在分類中的作用，又可分為3類。①主要礦物，指在巖石中含量多，並在確定巖石大類名稱上起主要作用的礦物。例如一般花崗巖中的主要礦物是石英和長石，沒有它們或二者缺一，就不能定名為花崗巖。②次要礦物，如果在巖石中含量少於主要礦物，對於劃分巖石大類不起作用，隻能在確定巖石種屬時起一定作用的那些造巖礦物；如花崗巖中的黑雲母，含量等於或大於5％，可定名為黑雲母花崗巖。對花崗巖來講，黑雲母的存在與否，不影響大類名稱，隻是確定其種屬不同而已。③副礦物，指巖石中含量很少（有時還不到1％），在分類命名中一般不起作用的礦物，如鋯石、榍石、獨居石、磁鐵礦等。但當它們的含量有一定意義時，則在確定巖石的種屬上起作用，如鋯石型花崗巖、榍石型花崗巖等。

　　按礦物與成巖的關系又可分為下列各種：①原生礦物，是直接從巖漿中結晶而成的礦物。②次生礦物，即巖石冷凝後，遭受內生或外生的氣液作用而產生的礦物，如由橄欖石變化生成的蛇紋石等，有時次生蝕變作用廣泛發育，就影響到火成巖的命名，如變花崗巖、變玄武巖、細碧巖、及鈉黝簾石化輝長巖等。③他生礦物，由巖漿同化或捕虜圍巖所生成的礦物，如花崗巖漿同化瞭泥質圍巖產生一些富鋁的他生礦物，如堇青石、紅柱石等。

　　結構、構造　火成巖的結構（texture）是指巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小、晶體形態、自形程度以及它們之間的相互關系等；構造（structure）是指巖石中不同礦物集合體之間或礦物集合體與其他組成部分之間的排列和充填方式等。火成巖的結構和構造反映巖石中的礦物或玻璃質組成巖石的方式，也說明火成巖的形成條件。例如，主要由鉀長石、斜長石和石英組成的花崗巖是在地下深處由巖漿緩慢結晶形成的，顆粒比較粗大，其中的長石，特別是斜長石大多數是半自形的，而石英呈他形。當與花崗巖成分相同的巖漿噴出地表，冷凝後形成流紋巖時，組成巖石的礦物成分雖基本上與花崗巖相似，但礦物顆粒的特點（如晶體大小、形態等）並不相同，甚至常常含有未結晶的玻璃質，這些礦物或玻璃質組成巖石的方式也與花崗巖不一樣。所以結構和構造，不僅可用來鑒定巖石，作為火成巖分類的標志，而且可借以探討巖石的形成條件。

　　結構　按礦物結晶度分為下列幾種：①全晶質結構，全部由結晶的礦物組成，是巖漿在溫度變化緩慢的條件下結晶而成，主要見於侵入巖，特別是深成巖中；②玻璃質結構，全部或幾乎全部由天然玻璃質組成，玻璃質是由於巖漿溫度快速下降，各種組分來不及結晶即行冷凝而形成，主要見於噴出巖或部分超淺成侵入巖中；③半晶質結構，巖石由結晶物質和少量玻璃質組成，多見於淺成巖或部分噴出巖中。

　　按結晶顆粒大小分為兩類：①顯晶質結構，全晶質火成巖中，礦物晶粒肉眼可以分辨的結構。其中按顆粒大小又分為粗粒（顆粒直徑大於5毫米）、中粒（1～5毫米）、細粒（小於1毫米）和微粒（小於0.1毫米）等結構；②隱晶質結構，巖石外貌致密，肉眼無法辨出礦物顆粒的結構。

　　按礦物相對大小，可分為：①等粒結構，各種造巖礦物顆粒大小大致相等；②不等粒結構，巖石中主要造巖礦物顆粒大小不等；③斑狀結構，巖石中礦物顆粒分為大小截然不同的兩群，大的稱為斑晶，小的稱為基質，如果基質為玻璃質，則稱玻基結構。等粒結構常見於深成巖中，而不等粒和斑狀結構，則多見於淺成巖及部分噴出巖中。

　　按自形程度即根據造巖礦物晶形發育的完善程度分為自形粒狀結構、半自形粒狀結構和他形粒狀結構。花崗狀結構是等粒狀和半自形粒狀結構的一種常見結構。

　　按礦物顆粒間的相互關系，根據其形態特點可以分為下列幾種：①交生結構，即巖石中有些礦物呈有規律的結合生長，而且常沿一定結晶方位連生，如文象結構（石英有規律嵌在鉀長石中），條紋結構（鉀長石和鈉長石或斜長石有規律的交生）和蠕蟲結構（蠕蟲狀石英穿插生長在斜長石中）等。②包含結構或嵌晶結構，泛指巖石中大晶體包含小晶體的一種結構。如輝綠結構（較大的輝石晶體包圍若幹板條狀斜長石晶體）、含長結構（大小相近的輝石晶體與斜長石互相嵌生，又稱次輝綠結構）、間粒結構（自形長條狀斜長石微晶之間的空隙內，充填著細小的輝石、橄欖石和磁鐵礦等礦物顆粒），如充填在斜長石微晶間的是玻璃質，則稱為間隱結構。③輝長結構，基性侵入巖中基性斜長石和輝石、橄欖石等深色礦物呈近似的等粒狀，它們的自形程度大致相同（多為半自形），互成不規則排列。④煌斑結構，斑狀巖中斑晶和基質的深色礦物自形程度都比巖石中的淺色礦物高，它是煌斑巖的特有結構。⑤二長結構，巖石中斜長石自形程度比鉀長石好，鉀長石形成較大的它形晶，包嵌著斜長石和一些深色礦物晶體，是二長巖的特有結構。⑥反應邊結構，早期析出的礦物與周圍尚未冷凝的巖漿發生化學反應，而在礦物周邊形成新的礦物，如橄欖石周邊有輝石或角閃石的反應邊，這種結構多見於深成基性巖中。⑦粗面結構，火成巖（主要是噴出巖）的基質主要由鉀長石微晶組成並有時呈平行排列。若是斜長石微晶，則稱為交織結構；若含玻璃較多，斜長石微晶分散在玻璃質中，則稱為安山結構（又稱玻基交織結構）。

　　由於結晶期後發生的交代作用而形成的結構稱交代結構，如交代條紋結構，交代蠕蟲結構和變斑狀結構等。

　　構造　分侵入巖的構造和噴出巖的構造。常見的侵入巖構造有下列幾種：①塊狀構造，是一種均勻構造。組成巖石的礦物或不同部分，在巖石中分佈均勻，各部分的成分和結構相同。②斑雜構造，是一種不均勻構造，巖石的不同組成部分在結構和成分上有顯著差異，主要是由於巖漿與圍巖之間不徹底同化混染作用或與另一種成分不同的巖漿發生巖漿混合作用以及各種成因巖石包體、殘留體、殘留晶的存在所造成的。③晶洞構造，侵入巖中發育原生的近圓形的或不規則的孔洞，在晶洞壁上常生長著晶形良好的礦物。中國福建魁岐、山東嶗山等地的花崗巖中由於有很多晶洞，故也稱晶洞花崗石。④流動構造，包括流線及流面構造，流線是巖石中的長柱狀礦物，長形捕虜體、析離體呈定向排列。流面是巖石中的片狀礦物、板狀或扁平的捕虜體，析離體作平行排列。流面常與圍巖接觸面平行，而流線則與巖漿流動方向一致。⑤帶狀構造，一種不均勻的構造，表現為顏色或者粒度不同的礦物相間排列，成帶出現，多見於基性巖中，是由於結晶條件周期性變化或由於同化混染而成。⑥球狀構造，侵入巖中分佈有球狀或橢球狀體，是由不同成分礦物圍繞某些中心呈韻律式同心層狀分佈而成。

　　常見的噴出巖的構造有下列幾種：①氣孔構造和杏仁構造，由於熔巖冷凝後，尚未逸出的氣體留下的孔洞構造，多集中在巖流的上部，形狀多為圓形或橢圓形和管狀等不規則形狀，如氣孔被巖漿期後的一些次生礦物（如石英、方解石等）所充填，則形成杏仁構造。②枕狀構造，熔漿自海底溢出或流入海底，與海水作用常形成枕體。枕體與枕體之間常被海洋沉積物所充填。這種構造多見於拉斑玄武巖及細碧巖中。③流紋及假流紋構造，表現為不同顏色和結構的條帶以及漿屑和斑晶或拉長氣孔等的定向排列。常見於流紋巖中，故名。如在火山灰流中，塑性或半塑性狀態的漿屑及玻屑在流動過程中或在上覆物質的重力作用下被壓扁和變形，並繞過巖屑和晶屑呈定向排列，其特征似流紋構造，故稱假流紋構造，為熔結凝灰巖所特有的典型構造。④柱狀節理構造，見於熔巖，特別是厚層基性熔巖中，常構成規則的多邊形長柱體，柱體垂直熔巖層面（冷卻面）。也見於熔結凝灰巖中。一般認為是在巖漿均勻冷卻條件下收縮形成的。

　　分類　火成巖的種類很多，不同學者從不同角度和標準提出許多分類方案，有的根據巖石的產狀、結構和構造，有的根據礦物成分，有的根據化學成分。通行的分類有3種：①按產出和形成的條件分為深成巖、淺成巖和噴出巖（後兩者包括次火山巖）。噴出巖除由流出於地表的巖漿冷凝而成的各種熔巖外，還指火山爆發時大量噴出物形成的火成碎屑巖，如火山集塊巖、火山角礫巖和凝灰巖，由於它們常與沉積巖互層，因此組成火山沉積巖系。深成巖常具全晶質結構；相反，噴出巖由於巖漿在快速冷凝條件下形成，因此常具有典型的無斑隱晶質、斑狀等結構和多孔狀、杏仁狀和流動狀等構造。有的產在圍巖裂隙中的脈巖被當作為獨立的巖石，如煌斑巖、細晶巖和偉晶巖等。②按礦物成分及其含量分類。由於火成巖的礦物與其化學成分密切有關，同時又易於鑒定，因此它們的種類、組合及其成分常作為火成巖命名和分類的標準。國際上通用的深成巖和火山巖礦物含量分類見圖1和圖2。

不同的火成巖中淺色礦物和暗色礦物的種類和含量的變化是有規律的，如從橄欖巖、輝長巖、閃長巖、花崗閃長巖到花崗巖，不僅暗色礦物的含量逐步降低，而且礦物的種類由橄欖石、輝石、角閃石、黑雲母依次發生有規律的變化。根據暗色礦物的含量（色率）把火成巖分為4類：淺色巖（色率＜35）、中色巖（色率35～65）、深色巖（色率65～90）和暗深色巖（色率＞90）。由於長石類礦物常是火成巖中最普遍的礦物成分，所以長石的種類及其含量在分類中常起著主導作用。其次，一些特征性指示礦物對分類也起重要作用，如石英是酸性巖的特征性礦物，似長石類礦物是堿性巖的特征礦物等。③按化學成分分類。化學成分是決定火成巖礦物組合、含量及其性質的最主要因素。化學成分對於鑒定非結晶質的火成巖尤為重要。由於火成巖中二氧化矽是最主要的組分，據其含量可將火成巖劃分為：超基性巖， SiO ₂含量＜45％（重量％）；基性巖， SiO ₂含量為45～52％；中性巖， SiO ₂含量為52～65％；酸性巖， SiO ₂含量＞65％。如考慮火成巖中堿的含量（ Na ₂O+ K ₂O）及其他氧化物的分子數關系，可將火成巖分為3種類型：正常類型（鈣堿性型），CaO+ Na ₂O+ K ₂O＞ Al ₂ O ₃＞ Na ₂O+ K ₂O；堿過飽和類型（堿性型）， Na ₂O+ K ₂O＞ Al ₂ O ₃；鋁過飽和類型（鋁性型）， Al ₂ O ₃＞CaO+ Na ₂O+ K ₂O。如全面考慮上述三方面分類原則，可得出火成巖綜合分類，如表。

火成巖分類

　　產狀和巖相　火成巖產狀和巖相與火成巖形成條件有關。

　　火成巖產狀　指火成巖巖體的形態、大小與圍巖的關系以及形成時所處的深度和構造環境等的總稱。認識產狀可以瞭解火成巖巖體形成的地質條件，幫助人們判斷火成巖的成因，還可以瞭解火成巖的成礦條件和成礦關系，指導找礦勘探工作。火成巖研究不能局限於一塊巖石或一個露頭，不能隻註意它的礦物成分和結構、構造。

　　火成巖的產狀多種多樣。產狀多樣性的主要原因是巖漿的化學成分和溫度、粘度等物理性質以及巖漿凝固深度等方面的差異。此外，地殼構造運動的性質、圍巖的性質、地應力等對巖體的產狀也有一定的影響。

　　火成巖巖相　指反映火成巖生成條件的巖石特征。巖漿在侵入地殼或噴溢出地表的過程中，在不同深度、巖漿的不同部位以及不同的環境（陸上和海底）裡，所處的溫度、壓力和冷凝速度等物理化學條件不同，因此產生不同特征的巖石，主要表現為結構、構造差異，有時成分也不同。火成巖巖相這個概念包含巖石形成條件和巖石特征兩方面。

　　成因　地幔，特別是上地幔是地殼物質或火成巖的原始來源，其成分相當於超基性巖。在一定的溫度和壓力條件下，相當於二輝橄欖巖的上地幔物質分熔出玄武巖漿進入地殼，而難熔的超基性巖部分留在上地幔。由於分熔的深度的不同，分熔出不同成分或種類的玄武巖，一般認為大洋拉斑玄武巖巖漿是在小於15公裡的深處從地幔分熔而成的；高鋁玄武巖巖漿是在15～35公裡深度分熔而成的；堿性玄武巖巖漿是在大於35公裡條件下分熔而成的。

　　由於超基性巖的熔點高（在1200～1800℃），因此晚前寒武紀以來，在地殼中的超基性巖體大多數人認為是構造侵位或冷侵位。但在早前寒武紀，上地幔的溫度高（達1600℃以上），在這種條件下，地幔巖的分熔程度高，可達30～60％，形成一部分超基性巖漿，噴出在地表或侵入在地表附近，形成超基性科馬提巖和含鎂高的基性科馬提巖；它們在成分和巖石組合上不同於晚前寒武紀及其以後蛇綠巖套中相應的巖石。

　　中性或中酸性火成巖主要是在會聚板塊的俯沖機制下，也即是在活動大陸的邊緣，由俯沖板塊（一般指大洋板塊）插入上地幔軟流層後發生分熔作用或由於水分進入地幔楔中，在分熔產生的巖漿上升中冷凝而成。一部分中性巖類則是由基性巖漿分異而成。

　　花崗巖類成因復雜，長期以來爭論很多（見花崗巖、花崗巖化作用）。

　　與礦產關系　火成巖與許多金屬及非金屬礦產有密切的成因聯系，很多火成巖本身就是礦，如花崗巖、斜長巖、輝長巖和珍珠巖等就是很好的建築材料，玄武巖和輝綠巖是制造鑄石和巖棉的原料，純橄欖巖是制造鈣鎂磷肥原料。此外，有金伯利巖中金剛石礦床、橄欖巖和純橄巖中的鉻鐵礦及鉑礦、蘇長巖中的銅鎳硫化物礦床、輝長巖和斜長巖中的釩-鈦-磁鐵礦礦床以及堿性巖和碳酸巖中的輕稀土、鈮、鋯、釷等礦床；與中酸性巖有關的鐵、銅礦床，與花崗巖類有關的鎢、錫、鈹、鈮、鉭、稀土、鋰、鈾、金、鉛、鋅和鉬等礦床；與陸相火山和次火山作用有關的斑巖銅、鉬、金、錫、鎢、鋁、鋅等礦床，以及與海相火山有關的黃鐵礦型銅礦和多金屬礦床等。

　　

參考書目

孫鼐、彭亞鳴主編：《火成巖石學》，地質出版社，北京，1985。

　邱傢驤等：《巖漿巖巖石學》，地質出版社，北京，1985。A.E.Ringwood，Composition and Petrology of the Earth，s Mantle，McGraw-Hill，New York，1975.

　M.K.Sood，Morden I gneous Petrology，John Wiley &Sons，Inc.，New York，1981.