工程地质实习报告
论峨眉山玄武岩的基本特征及其形成机制
姓 名：和桂园
学 号：201311012107
班 级：工力131
专 业：工程力学
指导教师：徐则民、陈积普、张家明、田林
论峨眉山玄武岩的基本特征及其形成机制
和桂园
昆明理工大学土木工程学院工程力学系，云南 昆明 650500
摘 要：为了了解峨眉上玄武岩的基本特征及形成机制，考察了学校附近的峨眉山玄武岩。经过老师的讲解并查阅众多书籍及网站，对峨眉山玄武岩的基本特征及形成机制做出了分析与介绍,。
峨眉山玄武岩（Emeishan Basalt，Omeishan Basalt）时代属中二叠世晚期至晚二叠世早期。是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石。分布于西南各省，如川西、滇、黔西及昌都地区等。命名地点在四川峨眉山。主要为陆相裂隙式或裂隙—中心式溢出的基性岩流，以玄武岩为主，局部地区有粗面岩、安山岩、流纹岩及松脂岩等。常具拉斑玄武岩结构、气孔及杏仁状结构。在云南、四川会理及金沙江流域，厚达1000～2000米。与下伏茅口组呈假整合或不整合接触，与上覆宣威组呈整合或假整合接触。在昆阳石龙坝附近玄武岩组底部发现有孔虫、腕足类及珊瑚等海相化石。在贵州威宁玄武岩下部夹凸镜状灰岩层。
关键词：峨眉山玄武岩、结构特征、形成机制、性质。
0 引言
玄武岩属基性火山岩，是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质，也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质。峨眉山玄武石地质年代峨眉山玄武岩时代属中二叠世晚期至晚二叠世早期。分布于西南各省，如川西、滇、黔西及昌都地区等，最初命名地点在四川峨眉山，故名。岩性是以玄武岩为主，局部地区有粗面岩、安山岩、流纹岩及松脂岩等，主要以陆相裂隙式或裂隙中心式溢出，常具拉斑玄武结构、气孔及杏仁状结构。以峨眉山玄武岩为主体的峨眉大火成岩省是我国唯一被国际学术界认可的大火成岩省它既有其它大火成岩省(如印度德干大火成岩省)的一般特征,更具有独特的中国特色,因此,峨眉山玄武岩已成为中国研究岩浆活动的最佳对象之一深入研究峨眉山玄武岩的地质特征、地球化学特征及其形成、演化机制等问题必将对探索峨眉大火成岩省的奥秘起到不可估量的推动作用。
1 玄武岩基本特征
1.1 玄武岩的结构特征
玄武岩结晶程度和晶粒的大小，主要取决于岩浆冷却速度。缓慢冷却（如每天降温几度）可生成几毫米大小、等大的晶体；迅速冷却（如每分钟降温100℃），则可生成细小的针状、板状晶体或非晶质玻璃。因此，在地表条件下，玄武岩通常呈细粒至隐晶质或玻璃质结构，少数为中粒结构。常含橄榄石、辉石和斜长石斑晶，构成斑状结构。斑晶在流动的岩浆中可以聚集，称聚斑结构。这些斑晶在玄武岩浆通过地壳上升的过程中形成（历时几个月至几小时），也可在喷发前巨大的岩浆储源中形成。基质结构变化大，随岩流的厚薄、降温的快慢和挥发组分的多寡，在全晶质至玻璃质之间存在各种过渡类型，但主要是间粒结构、填间结构、间隐结构，较少次辉绿结构和辉绿结构。
玄武岩构造与其固结环境有关。陆上形成的玄武岩，常呈绳状构造、块状构造和柱状节理；水下形成的玄武岩，常具枕状构造。而气孔构造、杏仁构造可能出现在各种玄武岩中。
在爆发性火山活动中，炽热的玄武质熔岩喷出火口，随其着地前固结程度的差异,形成不同形状的火山弹：纺锤形火山弹、麻花形火山弹、不规则状火山弹，以及牛粪状、饼状、草帽状或蛇形和扁平状溅落熔岩团。
1.2 玄武岩的物理特性
外观形状：无尖粒状，对水流阻力小，不易堵塞，布水布气均匀；表面粗糙，挂膜速度快，反冲洗时微生物膜不易脱落。
多孔性：火山岩是天然蜂窝多孔，是菌胶团是佳的生长环境。其岩石结构常具气孔状、杏仁状构造和斑状结构，有时带有大的矿物晶体，未风化的玄武岩主要呈黑色和灰色，也有黑褐色、暗紫色和灰绿色的。
机械强度：经国家质检部门鉴定为5.08Mpa,实践证明可以耐得住不同强度的水力剪切作用,使用寿命远远长了滤料。，结构致密的其压缩强度很大，可达到300MPa，甚至更高，但是如果带有晶体杂质及气孔时则强度会有所降低。玄武岩耐久性甚高，节理多，且节理面多成六边形（在玄武岩熔岩流中，岩石垂直冷凝面常发育成规则的六方柱状节理）。且具脆性，因而不易采得大块石料，由于气孔和杏仁构造常见，虽玄武岩地表上分布广泛，但可作饰面石材不多。密度:, 玄武岩体积密度为2.8～3.3g/cm3反冲洗时容易悬浮且不跑料,可以节能降耗， 由于玄武岩浆粘度小，流动性大，喷溢地表易形成大规模熔岩流和熔岩被，但也有呈层状侵入体的，如岩床等。
在高原地区常形成面积达数千至数十万平方千米的熔岩台地，有人称其为高原玄武岩，如印度的德干高原玄武岩。
在海洋则构成海岭和火山岛。与之有关的矿产有铜、钴、硫黄、冰洲石、宝石等，其本身亦可作耐酸铸石原料。
玄武岩中的柱状节理——在玄武岩熔岩流中，垂直冷凝面常发育成规则的六方柱状节理。
成因，一般认为，假设在均一基性的熔岩中有均匀分布的冷却中心（呈等边三角形分布，冷却中心距离彼此相等），然后，各向中心收缩，形成六方柱状节理。
1.2 玄武岩的化学特性
玄武岩体积密度为2.8～3.3g/cm3，致密者压缩强度很大，可高达300MPa，有时更高，存在玻璃质及气孔时则强度有所降低。玄武岩耐久性甚高，节理多，且节理面多成六边形。且具脆性，因而不易采得大块石料，由于气孔和杏仁构造常见，虽玄武岩地表上分布广泛，但可作饰面石材不多。
玄武岩化学成分表 （图片来自百度文库）
玄武岩的主要成份是二 氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠） ，其中二氧化硅含量最多， 约占百分之四十五至五十左右。玄武岩主要矿物是富钙单斜辉石和基性斜长石；次要矿物有橄榄石、斜方 辉石、易变辉石、铁钛氧化物、碱性长石、石英或副长石、沸石、角闪石、云母、磷灰石、锆石、铁尖晶 石、硫化物和石墨等。玄武岩化学成分表 玄武岩的化学成分与辉长岩相似，SiO2 含量变化于 45%～52%之间，K2O+Na2O 含量较侵入岩略高，CaO、 Fe2O3+FeO、MgO 含量较侵入岩略低。矿物成份主
要由基性长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石，角闪石及 黑云母等，岩石均为暗色，一般为黑色，有时呈灰绿以及暗紫色等。呈斑状结构。气孔构造和杏仁构造普 遍。 玄武岩体积密度为 2.8～3.3g/cm3，致密者压缩强度很大，可高达 300MPa，有时更高，存在玻璃质及 气孔时则强度有所降低。玄武岩耐久性甚高，节理多，且具脆性，因而不易采得大块石料，由于气孔和杏 仁构造常见，虽玄武岩地表上分布广泛，但可作饰面石材不多。玄武岩结晶程度和晶粒的大小，主 要取决于岩浆冷却速度。缓慢冷却（如 每天降温几度）可生成几毫米大小、等 大的晶体；迅速冷却（如每分钟降温 100℃）,则可生成细小的针状、板状晶 体或非晶质玻璃。因此，在地表条件下， 玄武岩通常呈细粒至隐晶质或玻璃质结 构，少数为中粒结构。常含橄榄石、辉 石和斜长石斑晶，构成斑状结构。斑晶 在流动的岩浆中可以聚
集，称聚斑结构。 这些斑晶在玄武岩浆通过地壳上升的过 程中形成（历时几个月至几小时），也 可在喷发前巨大的岩浆储源中形成。基 质结构变化大，随岩流的厚薄、降温的 快慢和挥发组分的多寡，在全晶质至玻 璃质之间存在各种过渡类型，但主要是 间粒结构、填间结构、间隐结构，较少次辉绿结构和辉绿结构。 玄武岩构造与其固结环境有关。陆上形成的玄武岩，常呈绳状构造、块状构造和柱状节理；水下形成的玄 武岩，常具枕状构造。而气孔构造、杏仁构造可能出现在各种玄武岩中。 在爆发性火山活动中，炽热的玄武质熔岩喷出火口，随其着地前固结程度的差异,形成不同形状的火山弹: 纺锤形火山弹、麻花形火山弹、不规则状火山弹，以及牛粪状、饼状、草帽状或蛇形和扁平状溅落熔岩团
2 玄武岩的形成机制
2.1 裂谷形成理论
深成作用的地表坳陷构造，以高角度断层为界呈长条状的地壳下陷区。它是数百至上千公里长的大型构造单元。英国人C.W.格雷格里1894年首先用裂谷这一术语来描述东非肯尼亚陆壳下沉的构造火山坳陷。板块构造学认为，裂谷是板块构造运动过程中，大陆崩裂至大洋开启的初始阶段的构造类型（见威尔逊旋回），也是岩石圈板块生长边界的构造类型,不仅发育在陆壳区内,也发育在洋中脊上。
现今规模最大的裂谷发育在各大洋盆的洋中脊上。由于洋中脊区喷出的岩浆物数量与中脊的扩张速率大致持平，所以洋中脊的裂谷形态保持良好，特征明显。一般谷宽25～30公里，高出最深洋底2～3公里，与附近洋底高差为0.5～1.5公里。全球洋中脊裂谷总长在 6万余公里。洋中脊裂谷带虽经常被转换断层截断错开，但仍明显地连贯分布。
大陆裂谷按形成方式的不同，可分为主动裂谷和被动裂谷两类（图1）。主动裂谷是地幔的上升热对流的长期作用，使大陆岩石圈减薄、上隆而致破裂，然后出现拗陷而成裂谷，如东非裂谷、红海亚丁湾（图2）。被动裂谷则是由于地壳的伸展作用或剪切作用，使岩石圈减薄、破裂而导致裂谷的形成。
裂谷
裂谷
裂谷在板块构造学中是大陆崩裂、大洋开启的初始阶段,是洋盆的雏形,但并非都会演化发展成为大洋。当裂谷中止伸展开裂，停止发育，则裂谷坳陷就可被各类岩石所充填而失去构造形态特征。当裂谷在三联点上与活动带相接，则裂谷内的大量碱性火山岩系常与活动带内火山岩系呈过渡分布，在裂谷内形成巨厚的火山沉积岩石建造，若就此停止发育，则成为裂谷的夭折支，称为坳拉谷。如东欧地台中、晚古生代的大顿巴斯区，中国华北克拉通中、晚元古宙的燕辽区和中条区的坳拉谷构造系。
地裂运动是用来描述东非的大陆崩裂的一个构造术语，是指垂直运动导致裂谷成因概念的概括玄武质的熔岩流从裂隙中流出，称为溢流玄武岩，它们不会形成火山，而往往构成宽阔的玄武岩高原。如哥伦比亚高原，玄武岩覆盖面积达十三万平方公里，熔岩厚可达100米。我国张家口以北的汉诺坝玄武岩也形成明显的高地，导致坝上和坝下气候也有显著差异。 在大洋中脊部位，玄武岩浆从张开的裂隙中溢出，几乎覆盖整个洋底，这可从洋脊采集到的海底样品中得到证实。全球的洋脊延伸可达8万公里，在大约近1.7亿年的时间内，形成了现代四个大洋的洋底玄武岩层。 其它火山现象 火山喷发物质不仅有熔岩流和火山碎屑物，而且还有火山泥流、喷气和热泉。当炽热的火山云与河流相遇时，就会引发火山碎屑构成的山崩或泥石流，当火山口湖破裂或熔岩流经冰川，使冰川溶化也可以引发泥石流，又称火山泥流。1919年爪哇克卢特火山喷发形成一个储水达38万立方米的火山口湖，湖口破裂引发的泥流使5千多人丧命。 火山熔浆中含有大量挥发分，其中水占7095%，墨西哥的帕里卡火山1天就喷出18000吨水，地球的海洋与大气正是由地球早期大规模火山喷发的挥发分形成的。现代的许多温泉或热喷泉，正是由于地下水被埋藏岩浆加热而喷(溢)出地表的。只有喷气(水)而无熔岩或火山碎屑的喷发，往往是火山活动的晚期。温泉和热泉含有大量医疗和药用物质，因此常常在其分布区建成疗养院。此外因其含有具有经济价值的矿物而被利用，我国云南腾冲则发现现代温泉的成矿作用。 火山喷发产物： 如前所述不同成分侵入岩的代表是长英质的花岗岩，中性的闪长岩、铁镁质的辉长岩和超铁镁质的橄榄岩。前三种岩浆亦可喷出地表，由于在地表快速的冷凝，没有时间供晶体生长而成为隐晶质或玻璃质。这些喷出物依次为流纹岩、安山岩和玄武岩，第四类超铁镁质岩浆几乎从未达到过地表。 火山在喷发过程中由于岩浆受到地内压力而向上运动，带着大量物质喷射到空中，因此可将火山喷发
2.1 地幔柱形成理论
地慢柱构造的概念是源自热点构造。是首先提出夏威夷一海皇火山岛链的,他认为火山岛链是在活动的 地球表层移过一个产生大量岩浆的固定的热地慢区时形成的这个固定热地慢区称为热点构造。而地慢柱这一概念是由首先提出的,他认为的固定的热地慢区还是产生于地慢底部边界附近的一个地慢柱。此后,由于在流体力学研究等方面取得进展,对地慢柱的认识逐步深化。目 前一般认为实验模式和理论模式也 表明,地慢柱是起源于地慢中热化学边界层或者产生于地核一地慢边界,就是说在核慢边界过渡层产生的 热物质呈狭窄的柱状经过地慢上升到地壳或岩石圈底部,呈盆状向上张开形成巨大的 球 状 顶 冠 头 部,地 慢 柱顶 冠 在 向 上 接 近 地 表 处,则 扩 展 成 一 个 热 物质 的顶 盘,直 径 约 一,厚 达 一。因此,地 慢柱 是 由一 个 巨 大 直 径 的头 部 即地 慢柱顶 冠 和 一 个 比 顶 冠 直 径小得 多 的尾 柱 直 径约 几百 公 里 组 。地 慢柱 顶 冠上升 时 会 引 起地壳上隆,形 成 了 大 量 迅 速 溢 出的 熔岩,所 以,大 陆溢流玄 武 岩 区 是与地 慢顶冠 有关 的 火 山 作 用。地 慢柱顶 冠 在 上 升 过 程 中能 吸收 了 大 量 地 慢柱 以 外 的物 质,因此它 代表 着一 个地球 化 学 复 杂 的岩 浆 源。而 由地慢柱 的尾柱 所代 表的柱 状体 是一 个 长 期 生存 活 动 部 分,这是一种使热 的 上 浮 物质 赖 以 从 深部 边 界层排放 到 地 慢 至 近 地 表面 地 区 的通道。尾 柱 的长期活 动则 将会 导 致 大 洋热点 火山链 的 形成。地 慢 柱 的明 显 形态 特 征 是 具 有 巨 大 的 球 形顶 冠 区 和柱 形 尾柱 区。等 认为 有 两 类地慢柱 区,一 类 是 起源于地 慢 柱顶 冠 的 冲撞 区,如 西 印 度 德干溢流 玄武 岩、西澳大 利 亚 伊 尔 岗 地 块 晚 太 古 代 花 岗 岩 绿 岩 地 体 二 是地慢 柱 的尾 柱 区,相 当于 著 名的热点 踪迹 区,如 黄石 地 慢柱 和 夏 威 夷 一海 皇火 山链。伊 尔 岗 是 一 个太 古宙 克 拉通,主 要 特 征 是具 等 轴形态,直 径大 于,存 在科马提岩具 有 从 玄 武岩质到花 岗 岩 以 至 晚期 多 种岩 浆作 用 的 岩 浆 序 列,科 马 提 岩 的 存在味着 地慢 温度 很 高,地慢柱 模式 对 绿 岩 带 的 成 因 提 出 了 不 同的 解 释,认为 绿 岩 带 的 玄武 质 岩石在 成因 上与 地 慢 柱 的 球 状顶 冠 的 作 用 有关。科 马 提 岩被 认为 是地 慢 柱 通道 中上 升 热 物质 释压重 熔的产 物。川等 认为,地 慢柱尾 柱 区 的 最显 著 特 征是 延 伸 数 千公 里 的 火 山 岛 链 中火 山时序 是 逆 进 的,时 间 延 续 可 能 长达,这 数千公 里 的火山 岛 链相 当于地 慢 柱尾柱 区 活 动 产 物。斯 内克河 平 原 是黄 石 地 慢柱 所形 成 的 尾 柱 区,是 陆上尾 柱 区 的一 个 实 例,斯 内克 河平 原 区 是 由 火 山 物质 充 填的 一 个 地 堑。其 火山 活 动 的 早 期是 流纹 岩 质火 山 活 动,继之 是玄 武岩质火 山 活 动。夏威夷 一海 皇 火 山 链是地慢 柱 尾 柱 区。德保罗 等 对 夏 威夷火 山 岩特征 做 了报道,认为 大多 数 火 山 的最 终阶 段涉 及 到 从拉 斑 玄武岩 质 熔 岩 到 碱性 熔岩 的 过 渡。其 中对洛 伊希 及基 拉 韦 厄 东 部 裂 谷 带 海 底部 分 的观 察表 明,碱 性 玄 武 岩在 火 山 的 整 个 生 存 期内可 能 是普 遍 存 在 的。但 在 一些 火山 内部 含有 的熔岩 流 在 地 球化 学特 征 方面 不 同 于 出露的 熔 岩 流。而 在 哈 里阿 卡 拉 玄武岩 中 却 出 现 一种 从 侵蚀 期后 碱 性熔岩 至 晚 期主阶段 碱性熔 岩再 到 过 渡 期 拉斑 玄 武岩 的 趋 势夏威夷熔岩包括 洛 伊 希 海 山 的熔岩,具 有 很高 的比 值,这表 明 岩 浆 来 源 于 比 大 洋 中脊玄 武 岩 来 源 更 原 始的 地 慢源,认为可 能来来源 于 地 慢 柱。夏 威 夷 一 个 被 侵 蚀的火 山,如 瓦胡 岛 科 劳 盾 状 火 山,也 有 在 成 分上 显著不 同的地 慢物质存在。
玄武岩，是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石。它在地质学的岩石分类中，属于岩浆岩（也叫火成岩）。火山爆发流出的岩浆温度高达摄氏一千二百度，因有一定的粘度，在地势平缓时，岩浆流动很慢，每分钟只流动几米远；遇到陡坡时，速度便大大加快。它在流动过程中，携带着大量水蒸汽和气泡，冷却后，便形成了各种变异的形状。 玄武岩的颜色，常见的多为黑色、黑褐或暗绿色。因其质地致密，它的比重比一般花岗岩、石灰岩、沙岩、页岩都重。但也有的玄武岩由于气孔特别多，重量便减轻，甚至在水中可以浮起来。因此，把这种多孔体轻的玄武岩，叫做浮石。一些艺术家，根据浮石多孔和皱、漏的特点。用来建造园林中的假山，或雕成小巧玲珑的盆景。 根据地质科学家分析鉴定，玄武岩的主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中二氧化硅含量最多，约占百分之四十五至五十左右。 玄武岩，是生产铸石的好原料。铸石是将玄武岩经过熔化铸造、结晶处理，退火而成的材料。它比合金钢坚硬而耐磨，比铅和橡胶抗腐蚀。玄武岩还在一种铸钢先进工艺中，起到润滑剂的作用，可以处长铸膜寿命。同时，玄武岩还可以抽成玻璃丝，比一般玻璃丝布抗碱性强，耐高温性能好。 多气孔状的玄武岩（浮石），因为它气孔多，又相当坚硬，因此，将它搀在混凝土里，可以使混凝土重量减轻，但仍很坚固，同时有隔音、隔热等特点，是高层建筑轻质混凝土的良好骨料。浮石还是很好的研磨材料，可用来磨金属、磨石料；在工业上还可做过滤器、干燥器、催化剂等。 岩浆作用与板块构造 地球内部的温压条件与岩浆的形成有着明显的关系。岩浆是一种炽热的，具有极强活动力的熔融体。通常在地下深处高温高压下岩浆形成时，与周围环境处于平衡状态。但一旦岩石圈发生破裂或产生压力差，平衡被打破，岩浆就会上升。由于受到上覆地壳的挤压，一部分岩浆在地壳深处缓慢冷却结晶，一部分可以达到离地表较近的浅处较快冷却结晶，或者冲破地壳以火山的方式喷溢出来迅速冷却。广泛分布于大陆地壳中的花岗岩岩基可以作为岩浆侵入的代表；而分布在大洋中脊的玄武岩和火山岛带的中酸性为主喷出岩则是火山作用的代表。 地质学家把这种岩浆的形成(熔融)、运移和冷凝的整个过程中，岩浆自身的变化以及对周围岩石影响的全部地质过程叫做岩浆作用。岩浆作用有两种方式：一种是岩浆从深部上升到达地壳随即冷凝结晶，这一过程称为侵入作用，冷凝结晶形成的岩石称为侵入岩。另一种方式是岩浆溢出地面，甚至喷射到天空或水体(海底喷发)称为火山作用，流出地面的岩浆冷却凝结后叫做火山岩或喷出岩。
3 结论
为期一周的地质实习很快的就结束了，通过这次实习，我不仅培养了对大自然的热爱，陶冶了情操，提高了对地质科学的热爱和兴趣，而且还在实习的过程中加深了对地质知识的了解，尤其是工程地质学中的基本理论和基本概念的理解，从之前的感性认识升华为如今的理性认识，这种质的飞跃，应该归功于实践的作用。 这次实习令我们加深了对地质学的了解，更深刻认识到了学习地质的意义，巩固了学习成果，体会到“学以致用”的道。知识从感性认训升华到了理性认识，从抽象变得具体起来，我学习到了很多书上没有的东西，了解了工程地质对实际工程建设的重要性。在这里深深的感谢老师在的认真指导。 在实习中学会了一定的观察地质地貌的方法要领和细节。例如，出外实习要对考察对象做一定的了解，合理安排考察路程和考察内容，注意研究的方法，一些考察的细节，充分认识到地质地貌考察的必要性和艰苦性，激发了我们自己考察地理和各地典型地质地貌的兴趣。同时，懂得和组成员合作的重要性。这些都将对我们日后的学习乃至工作起到积极的作用。
此次实习接触的最多的就是玄武岩了,通过在标本室的观察以及两天的野外实习,我对玄武岩的了解更深了。从外观分别玄武岩、了解玄武岩的性质及用途、了解玄武岩的形成和类别。此外，在此次实习中我在导师身上学了不少的东西。体会最深的就是做事要认真、不能懈怠，更不能放弃，爬山时，在导师的激励下，我坚持下来了，所以要铭记：做事要认真，即使不喜欢的，也要努力去做，努力实现自己的人生抱负，让自己造福于人类！
参考文献
1、 《工程地质学》 ，2006.10，中国建筑工业出版社