地球內部上地幔和地殼深處自然形成的熾熱熔體。具有一定黏度,成分複雜,是形成多數火成巖和內生礦床的母體。通過對近代火山噴發活動和對古代火山噴發物的研究,以及成巖實驗,對巖漿的物質成分和物理性質有瞭較多的瞭解。

  成分 巖漿的成分比較複雜,但主要為矽酸鹽和部分揮發物。此外,還有少量以碳酸鹽、金屬氧化物、金屬硫化物為成分的巖漿,有人將這種巖漿稱為礦漿。矽酸鹽成分分中主要為氧元素,其次是矽元素和其他多種元素,可以說在地球中存在的各種元素,在矽酸鹽巖漿中均可找到。但各種元素的含量相差很大,其中氧、矽、鋁、鈦、鐵、錳、鎂、鈣、鈉、鉀、氫、磷等12種元素含量最多,占總量達99%以上,稱為主要造巖元素。這些元素各以不同的形式和矽氧四面體組成多種狀態的絡陰離子團,這些離子團的凝聚狀態變化影響著巖漿活動的特點。巖漿中含揮發分的數量一般小於6%,主要為H2O,含量可達揮發分總量的60%~90%,常以蒸汽狀態存在;其次還有CO2、CO、SO2、Cl、H2S、N2、F等。揮發分的含量直接影響巖漿活動的狀態。地下深處由於壓力大,揮發分溶解在巖漿中,而一旦巖漿噴出地表,壓力迅速降低,揮發分從巖漿中釋放,形成火山噴氣或巖漿巖的氣孔。巖漿中的揮發分還可降低巖漿中礦物的熔點,減小巖漿的黏度,增大巖漿的流動性,常常促使某些有用元素富集成礦。

  物理性質 巖漿的物理性狀主要取決於形成的溫度和黏度。

  ①溫度。巖漿的溫度可直接從現代火山噴出到地表的巖漿測定,或通過間接的方法計算出溫度的近似值。巖漿的溫度一般在700~1 300℃之間,不同成分的巖漿其溫度也有差別。玄武質巖漿的溫度為1 000~1 300℃,安山質巖漿為900~1 000℃,流紋質巖漿為700~900℃。同種成分的巖漿,含揮發分的多少其溫度也有明顯差別。如流紋質巖漿,不含揮發分(主要為水)時其熔點可高達1 000℃左右,而含水達9%時,巖漿的溫度即可降至600~700℃。

  ②黏度。巖漿的黏度影響著巖漿的運移和噴發的特點,巖漿的黏度與巖漿所含的氧化物、揮發分及巖漿的溫度、壓力有密切關系。巖漿中SiO2、Al2O3和Cr2O3的存在,可使巖漿的黏度加大,尤以SiO2的含量多少影響最顯著,其次是Al2O3的含量。一般SiO2和Al2O3的含量愈高,巖漿的黏度愈大;而Fe、Mg、Ca、Ti、Sr、Ba、Li的含量越高,則巖漿黏度越小。巖漿黏度大,其流動性差,常常形成強烈爆炸性的火山噴發;而黏度小巖漿易於流動,可形成大面積的火山熔巖流。如玄武質巖漿因含SiO2和Al2O3低,所以黏度小,巖漿流速大。如夏威夷火山噴出的玄武質巖漿,當溫度在1 100℃、自然坡度為2°時,其流速可達每小時60千米,平均為每小時1 000米,最慢每小時也達400米;而流紋質巖漿,因含SiO2和Al2O3高,所以黏度大,流動速度比玄武質巖漿要慢得多。揮發分中的H2O是影響巖漿黏度的主要因素,H2O含量多,巖漿黏度小,反之黏度增大。溫度和壓力對巖漿的黏度也有明顯的影響,溫度升高,巖漿黏度降低;當溫度降低,黏度則升高。壓力的影響與溫度的作用相似,當壓力增大時,巖漿的黏度顯著降低,另外壓力增加時揮發分在巖漿中的溶解度增加,從而也降低瞭巖漿的黏度。所以不同成分的巖漿黏度的大小,受壓力影響的程度也有所不同。

  分類 巖漿可分為原生巖漿、母巖漿、派生巖漿。原生巖漿是由上地幔或地殼巖石經熔融或部分熔融形成的其成分未經變化的巖漿。母巖漿能通過各種作用(如分異作用、同化作用、混合作用等)產生出派生巖漿的獨立熔體。所以原生巖漿可以是母巖漿,而母巖漿不一定是原生巖漿。“原始巖漿”一詞曾有人用過,因含義不夠確切,一般不使用。原生巖漿經過一系列演化作用形成各種新的巖漿,稱為派生巖漿,派生巖漿可形成多種多樣的火成巖。

  對原生巖漿的種類,曾有過不同的認識,20世紀30年代,以美國巖石學傢N.L.鮑溫(1928)為代表,認為自然界隻有一種玄武質原生巖漿,即為一元論,其他的巖漿均由玄武質巖漿演化派生形成的。後來以俄國的F.Yu.列文生–列星格和美國R.A.戴利等為代表的巖石學傢認為原生巖漿有兩種:一是玄武質巖漿;另一種是花崗質巖漿,即為二元論。近年來的研究認為原生巖漿可以有多種。按其成分可分為超基性金伯利巖質巖漿,基性拉斑玄武質巖漿、堿性橄欖玄武質巖漿、科馬提巖漿、中性安山質巖漿、酸性花崗質巖漿、碳酸鹽質巖漿等,即所謂多元論,這種認識更客觀和合理。

  形成 地球上形成原生巖漿的地方主要有三處:上地幔、大陸地殼的下部和板塊消減帶地區(見圖)。

巖漿形成示意圖

  ①上地幔中巖漿的形成。上地幔主要由鐵鎂矽酸鹽礦物組成,相當於超鎂鐵質巖石。1966年A.E.林伍德認為這種成分大致上與3份阿爾卑斯型橄欖巖和1份夏威夷型玄武巖的成分混合物相當,並把這種成分的巖石稱為地幔巖,它與二輝橄欖巖成分相似。現認為在地表或地殼淺處看到的尖晶石二輝橄欖巖、石榴石輝石巖、石榴二輝橄欖巖、榴輝巖等深源包體和阿爾卑斯型方輝橄欖巖和純橄欖巖等都是地幔巖的殘塊,是上地幔巖石的組成部分。如方輝橄欖巖和純橄欖巖,一般認為是原始地幔巖經熔出玄武質巖漿後的難熔固相殘留物。因組成地幔的這些巖石成分上的差別,故地幔巖經部分熔融後形成的原生巖漿成分也不同。若上地幔巖發生部分熔融源區的巖石是無水的地幔巖,所處部位小於15千米,壓力小於0.5吉帕,發生部分熔融時,就會形成石英拉斑玄武巖漿;如所處深度為15~35千米,壓力為0.5~1.0吉帕,就會形成高鋁橄欖拉斑玄武巖漿;如深度為35~70千米,壓力為1~2吉帕就會形成堿性橄欖玄武巖漿;如在70~100千米深處,壓力為2~3吉帕,就會產生苦橄質拉斑玄武巖漿。若源區上地幔巖含有少量的水,其初始部分熔融的溫度會低許多。同樣是15千米以內的深度和相同的壓力,由於部分熔融程度不同,就可形成各種不同的巖漿。如部分熔融程度等於或少於15%時,可產生石英拉斑玄武巖漿;熔融程度達20%時,即可形成橄欖拉斑玄武巖漿;熔融程度達30%時,可形成苦橄質拉斑玄武巖漿。隨著深度的增加和不同熔融程度的變化,還可形成其他不同種類的巖漿,如堿性橄欖玄武巖漿、橄欖碧玄巖漿、金伯利巖漿和碳酸鹽巖漿等。這些經由部分熔融形成的原生巖漿其密度都比源區的母巖輕,所以在重力和構造作用因素的影響下,會運移或聚集而形成地殼下面的巖漿房,或侵入地殼某個部位,或噴出地表形成火山。

  ②大陸地殼中巖漿的形成。陸殼分上地殼和下地殼。上地殼厚度20千米,由約5千米厚的沉積蓋層和5~20千米的花崗質巖層組成。下地殼由玄武質巖石組成,厚約15千米。下地殼的玄武質巖石由於所處的環境溫壓較高,大多數轉變為麻粒巖相。由熔融實驗表明陸殼上部不同成分的沉積蓋層其形成巖漿過程有所不同,如由沉積的巖屑砂巖變質形成的片麻巖在壓力(PH2O)為2吉帕時,溫度達到685°±10℃便開始熔融,到700℃時片麻巖中的堿性長石全部熔融,形成花崗巖質的巖漿,巖漿的數量可達30%;當溫度進一步升高達740℃時,巖漿量可達75%,並具有花崗閃長巖質巖漿的組成。如泥質巖變成的片麻巖,溫度到達700~720℃時才開始熔融,溫度730℃時巖漿數量可達40%~50%,成分近於淺色花崗質巖漿。溫度大於740℃時形成花崗質巖漿,810℃時巖漿數量達80%,成分演化成花崗閃長質巖漿。在20千米深處有水的情況下,溫度達900℃時,可形成流紋質巖漿,而下地殼的玄武質巖石部分熔融後可形成安山質或英安質巖漿。

  ③板塊消減帶巖漿的形成。在大陸邊緣和島弧地帶有大量的鈣堿性安山質巖漿形成,一般認為與洋殼板塊俯沖的消減帶發生部分熔融有關。典型的大洋地殼由較薄的沉積蓋層(一般≤1千米)、玄武質和輝長巖質等巖層組成。由於洋殼板塊向陸殼板塊下俯沖、下插,而陸殼板塊則發生仰沖,在洋殼俯沖下插之上方形成陸殼和地幔巖的楔形區。當洋殼俯沖達100千米深處時,這裡溫度高,一些含水礦物變得不穩定,釋放出大量的水,這些水上升並進入楔形區陸殼下面的地幔巖中。當溫度大於1 000℃,使富含水的地幔巖(橄欖巖)發生部分熔融,形成原生巖漿,這種巖漿經過變化可形成安山質巖漿。另外情況,當洋殼向下俯沖時,洋殼上的沉積蓋層,除部分可能由於陸殼的刮削被留在俯沖帶表面之外,大部分都會隨洋殼一起俯沖到較深的部位;當達到60千米深處時,溫度變得較高,也開始發生熔融形成巖漿。如果洋殼繼續下插到更深的地方,如100千米左右,繼續發生熔融作用,便可產生富水、富堿而貧矽的巖漿。

  關於原生巖漿形成的這些認識,有些比較成熟,有些還在探討中。