火成岩(卷名：地质学)
igneous rocks
一般指岩浆在地下或喷出地表冷凝形成的岩石。又称岩浆岩。是组成地壳的主要岩石。形成于不同的地质构造背景下，与许多金属和非金属矿产有密切的成因联系。因此，对火成岩的研究在地质学中占有重要的位置。
igneous rocks一词,原意是指由地下深处的炽热的岩浆(熔融或部分熔融物质)在地下或在地表冷凝而形成的岩石。不少人认为火成岩与岩浆岩(magmatic rocks)是同义词，把这两个术语并用。但有一部分火成岩，特别是部分花岗岩，并不是岩浆冷凝产物，而是在较高温度下，由其他岩石在固态下，经过交代、改造、转变而成。因此，火成岩的含意，应理解为具有一般火成岩特征的（包括产状、结构、构造和矿物共生组合）在高温或较高温条件下形成的岩石。1972年在加拿大蒙特利尔召开的国际地质联合会岩石学分类委员会火成岩分类分会决定采用火成岩一词。
化学成分 在火成岩的组分中占 99％以上的只有9种元素即氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁和钛,其中后8种元素与氧组成的氧化物含量占火成岩总重量的 99％左右，特别是二氧化硅的含量最高，在不同的火成岩中占总重量的35～78％。在火成岩中，二氧化硅被称作酸性组分；铁、镁和钙称作基性组分；钠和钾称作碱性组分。在火成岩中酸性组分与基性组分的含量常呈反消长关系。因此，通常对二氧化硅含量高(＞65％)的火成岩称为酸性火成岩，反之则称为基性岩或超基性岩。
由于二氧化硅是最重要的造岩组分，它与其他造岩组分结合形成橄榄石、辉石、角闪石、云母、长石等各种造岩矿物。在形成这些矿物后二氧化硅仍有多余（即过饱和）时，就会出现石英，所以石英是火成岩二氧化硅过饱和的指示矿物；如果二氧化硅含量不足就可能出现橄榄石或似长石类矿物（如霞石）等，它们是火成岩中二氧化硅不饱和的指示矿物；当二氧化硅与其他造岩组分的含量适中，则不出现上述两类矿物，而形成辉石、角闪石和长石等二氧化硅饱和的矿物。因此，酸性岩常称为过饱和岩石，而那些含SiO2不足的岩石包括超基性岩和某些中性岩则称为不饱和岩石。
矿物成分 火成岩主要由长石、石英、云母、角闪石、辉石和橄榄石等硅酸盐矿物及少量的磁铁矿、钛铁矿、锆石、磷灰石和榍石等组成。这些硅酸盐矿物被称为造岩矿物，是火成岩分类和定名的重要依据。
造岩矿物按化学成分的特点和颜色,分为2类：①硅铝矿物。这类矿物除石英外，为不含铁、镁的铝硅酸盐矿物,如长石和似长石类矿物。由于它们的颜色浅,故也被称为浅色或淡色矿物。②铁镁矿物。为富镁、铁、钛、铬的硅酸盐和氧化物矿物，如橄榄石、辉石、角闪石和黑云母等。由于颜色深，故被称为深色或暗色矿物。上述两类矿物在火成岩中含量的比例是火成岩鉴定和分类的重要标志。火成岩中铁镁矿物的含量(体积％)，通常称为色率。根据火成岩中色率的大小，可大致推断岩石的化学成分和性质，从而确定它们属于那一类岩石。色率的大小与岩石比重和颜色有关。一般,色率大的,颜色较深，比重较大。多数常见的火成岩的比重为2.6～3.4。
按造岩矿物在火成岩中的含量和在分类中的作用，又可分为3类。①主要矿物，指在岩石中含量多,并在确定岩石大类名称上起主要作用的矿物。例如一般花岗岩中的主要矿物是石英和长石，没有它们或二者缺一，就不能定名为花岗岩。②次要矿物，如果在岩石中含量少于主要矿物，对于划分岩石大类不起作用，只能在确定岩石种属时起一定作用的那些造岩矿物；如花岗岩中的黑云母，含量等于或大于 5％，可定名为黑云母花岗岩。对花岗岩来讲，黑云母的存在与否,不影响大类名称,只是确定其种属不同而已。③副矿物，指岩石中含量很少（有时还不到1％）,在分类命名中一般不起作用的矿物，如锆石、榍石、独居石、磁铁矿等。但当它们的含量有一定意义时，则在确定岩石的种属上起作用，如锆石型花岗岩、榍石型花岗岩等。
按矿物与成岩的关系又可分为下列各种：①原生矿物，是直接从岩浆中结晶而成的矿物。②次生矿物，即岩石冷凝后，遭受内生或外生的气液作用而产生的矿物，如由橄榄石变化生成的蛇纹石等，有时次生蚀变作用广泛发育,就影响到火成岩的命名,如变花岗岩、变玄武岩、细碧岩、及钠黝帘石化辉长岩等。③他生矿物,由岩浆同化或捕虏围岩所生成的矿物，如花岗岩浆同化了泥质围岩产生一些富铝的他生矿物，如堇青石、红柱石等。
结构、构造 火成岩的结构 (texture)是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、自形程度以及它们之间的相互关系等;构造(structure)是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其他组成部分之间的排列和充填方式等。火成岩的结构和构造反映岩石中的矿物或玻璃质组成岩石的方式，也说明火成岩的形成条件。例如，主要由钾长石、斜长石和石英组成的花岗岩是在地下深处由岩浆缓慢结晶形成的,颗粒比较粗大,其中的长石，特别是斜长石大多数是半自形的，而石英呈他形。当与花岗岩成分相同的岩浆喷出地表，冷凝后形成流纹岩时，组成岩石的矿物成分虽基本上与花岗岩相似，但矿物颗粒的特点（如晶体大小、形态等）并不相同,甚至常常含有未结晶的玻璃质,这些矿物或玻璃质组成岩石的方式也与花岗岩不一样。所以结构和构造，不仅可用来鉴定岩石，作为火成岩分类的标志，而且可借以探讨岩石的形成条件。
结构 按矿物结晶度分为下列几种：①全晶质结构，全部由结晶的矿物组成，是岩浆在温度变化缓慢的条件下结晶而成，主要见于侵入岩，特别是深成岩中；②玻璃质结构，全部或几乎全部由天然玻璃质组成，玻璃质是由于岩浆温度快速下降，各种组分来不及结晶即行冷凝而形成，主要见于喷出岩或部分超浅成侵入岩中；③半晶质结构，岩石由结晶物质和少量玻璃质组成，多见于浅成岩或部分喷出岩中。
按结晶颗粒大小分为两类：①显晶质结构，全晶质火成岩中，矿物晶粒肉眼可以分辨的结构。其中按颗粒大小又分为粗粒（颗粒直径大于 5毫米）、中粒（1～5毫米）、细粒（小于1毫米）和微粒（小于0.1毫米）等结构；②隐晶质结构，岩石外貌致密，肉眼无法辨出矿物颗粒的结构。
按矿物相对大小，可分为：①等粒结构，各种造岩矿物颗粒大小大致相等；②不等粒结构，岩石中主要造岩矿物颗粒大小不等；③斑状结构，岩石中矿物颗粒分为大小截然不同的两群，大的称为斑晶，小的称为基质，如果基质为玻璃质，则称玻基结构。等粒结构常见于深成岩中，而不等粒和斑状结构，则多见于浅成岩及部分喷出岩中。
按自形程度即根据造岩矿物晶形发育的完善程度分为自形粒状结构、半自形粒状结构和他形粒状结构。花岗状结构是等粒状和半自形粒状结构的一种常见结构。
按矿物颗粒间的相互关系，根据其形态特点可以分为下列几种：①交生结构，即岩石中有些矿物呈有规律的结合生长，而且常沿一定结晶方位连生，如文象结构(石英有规律嵌在钾长石中)，条纹结构（钾长石和钠长石或斜长石有规律的交生）和蠕虫结构（蠕虫状石英穿插生长在斜长石中）等。②包含结构或嵌晶结构，泛指岩石中大晶体包含小晶体的一种结构。如辉绿结构（较大的辉石晶体包围若干板条状斜长石晶体）、含长结构（大小相近的辉石晶体与斜长石互相嵌生，又称次辉绿结构）、间粒结构（自形长条状斜长石微晶之间的空隙内，充填着细小的辉石、橄榄石和磁铁矿等矿物颗粒），如充填在斜长石微晶间的是玻璃质，则称为间隐结构。③辉长结构，基性侵入岩中基性斜长石和辉石、橄榄石等深色矿物呈近似的等粒状，它们的自形程度大致相同（多为半自形），互成不规则排列。④煌斑结构，斑状岩中斑晶和基质的深色矿物自形程度都比岩石中的浅色矿物高，它是煌斑岩的特有结构。⑤二长结构，岩石中斜长石自形程度比钾长石好，钾长石形成较大的它形晶，包嵌着斜长石和一些深色矿物晶体，是二长岩的特有结构。⑥反应边结构，早期析出的矿物与周围尚未冷凝的岩浆发生化学反应，而在矿物周边形成新的矿物，如橄榄石周边有辉石或角闪石的反应边，这种结构多见于深成基性岩中。⑦粗面结构，火成岩（主要是喷出岩）的基质主要由钾长石微晶组成并有时呈平行排列。若是斜长石微晶，则称为交织结构；若含玻璃较多，斜长石微晶分散在玻璃质中，则称为安山结构（又称玻基交织结构）。
由于结晶期后发生的交代作用而形成的结构称交代结构，如交代条纹结构，交代蠕虫结构和变斑状结构等。
构造 分侵入岩的构造和喷出岩的构造。常见的侵入岩构造有下列几种:①块状构造,是一种均匀构造。组成岩石的矿物或不同部分，在岩石中分布均匀，各部分的成分和结构相同。②斑杂构造,是一种不均匀构造,岩石的不同组成部分在结构和成分上有显著差异，主要是由于岩浆与围岩之间不彻底同化混染作用或与另一种成分不同的岩浆发生岩浆混合作用以及各种成因岩石包体、残留体、残留晶的存在所造成的。③晶洞构造，侵入岩中发育原生的近圆形的或不规则的孔洞，在晶洞壁上常生长着晶形良好的矿物。中国福建魁岐、山东崂山等地的花岗岩中由于有很多晶洞，故也称晶洞花岗石。④流动构造，包括流线及流面构造，流线是岩石中的长柱状矿物，长形捕虏体、析离体呈定向排列。流面是岩石中的片状矿物、板状或扁平的捕虏体，析离体作平行排列。流面常与围岩接触面平行，而流线则与岩浆流动方向一致。⑤带状构造，一种不均匀的构造，表现为颜色或者粒度不同的矿物相间排列，成带出现，多见于基性岩中，是由于结晶条件周期性变化或由于同化混染而成。⑥球状构造，侵入岩中分布有球状或椭球状体，是由不同成分矿物围绕某些中心呈韵律式同心层状分布而成。
常见的喷出岩的构造有下列几种：①气孔构造和杏仁构造，由于熔岩冷凝后，尚未逸出的气体留下的孔洞构造，多集中在岩流的上部，形状多为圆形或椭圆形和管状等不规则形状，如气孔被岩浆期后的一些次生矿物（如石英、方解石等）所充填，则形成杏仁构造。②枕状构造，熔浆自海底溢出或流入海底，与海水作用常形成枕体。枕体与枕体之间常被海洋沉积物所充填。这种构造多见于拉斑玄武岩及细碧岩中。③流纹及假流纹构造，表现为不同颜色和结构的条带以及浆屑和斑晶或拉长气孔等的定向排列。常见于流纹岩中，故名。如在火山灰流中，塑性或半塑性状态的浆屑及玻屑在流动过程中或在上覆物质的重力作用下被压扁和变形，并绕过岩屑和晶屑呈定向排列，其特征似流纹构造，故称假流纹构造，为熔结凝灰岩所特有的典型构造。④柱状节理构造，见于熔岩，特别是厚层基性熔岩中，常构成规则的多边形长柱体，柱体垂直熔岩层面（冷却面）。也见于熔结凝灰岩中。一般认为是在岩浆均匀冷却条件下收缩形成的。
分类 火成岩的种类很多，不同学者从不同角度和标准提出许多分类方案，有的根据岩石的产状、结构和构造，有的根据矿物成分，有的根据化学成分。通行的分类有 3种：①按产出和形成的条件分为深成岩、浅成岩和喷出岩（后两者包括次火山岩）。喷出岩除由流出于地表的岩浆冷凝而成的各种熔岩外，还指火山爆发时大量喷出物形成的火成碎屑岩，如火山集块岩、火山角砾岩和凝灰岩，由于它们常与沉积岩互层，因此组成火山沉积岩系。深成岩常具全晶质结构；相反，喷出岩由于岩浆在快速冷凝条件下形成，因此常具有典型的无斑隐晶质、斑状等结构和多孔状、杏仁状和流动状等构造。有的产在围岩裂隙中的脉岩被当作为独立的岩石，如煌斑岩、细晶岩和伟晶岩等。②按矿物成分及其含量分类。由于火成岩的矿物与其化学成分密切有关，同时又易于鉴定，因此它们的种类、组合及其成分常作为火成岩命名和分类的标准。国际上通用的深成岩和火山岩矿物含量分类见图1和图2。
不同的火成岩中浅色矿物和暗色矿物的种类和含量的变化是有规律的，如从橄榄岩、辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩到花岗岩，不仅暗色矿物的含量逐步降低，而且矿物的种类由橄榄石、辉石、角闪石、黑云母依次发生有规律的变化。根据暗色矿物的含量（色率）把火成岩分为 4类：浅色岩（色率＜35）、中色岩（色率35～65）、深色岩(色率65～90)和暗深色岩(色率＞90)。由于长石类矿物常是火成岩中最普遍的矿物成分，所以长石的种类及其含量在分类中常起着主导作用。其次，一些特征性指示矿物对分类也起重要作用，如石英是酸性岩的特征性矿物，似长石类矿物是碱性岩的特征矿物等。③按化学成分分类。化学成分是决定火成岩矿物组合、含量及其性质的最主要因素。化学成分对于鉴定非结晶质的火成岩尤为重要。由于火成岩中二氧化硅是最主要的组分，据其含量可将火成岩划分为:超基性岩,SiO2含量<45％(重量％);基性岩，SiO2含量为45～52％;中性岩,SiO2含量为52～65％；酸性岩,SiO2含量＞65％。如考虑火成岩中碱的含量(Na2O+K2O)及其他氧化物的分子数关系,可将火成岩分为3种类型：正常类型(钙碱性型)，CaO+Na2O+K2O＞Al2O3＞Na2O+K2O;碱过饱和类型（碱性型）,Na2O+K2O＞Al2O3；铝过饱和类型（铝性型），Al2O3>CaO+Na2O+K2O。如全面考虑上述三方面分类原则，可得出火成岩综合分类，如表。
产状和岩相 火成岩产状和岩相与火成岩形成条件有关。
火成岩产状 指火成岩岩体的形态、大小与围岩的关系以及形成时所处的深度和构造环境等的总称。认识产状可以了解火成岩岩体形成的地质条件，帮助人们判断火成岩的成因，还可以了解火成岩的成矿条件和成矿关系，指导找矿勘探工作。火成岩研究不能局限于一块岩石或一个露头，不能只注意它的矿物成分和结构、构造。
火成岩的产状多种多样。产状多样性的主要原因是岩浆的化学成分和温度、粘度等物理性质以及岩浆凝固深度等方面的差异。此外，地壳构造运动的性质、围岩的性质、地应力等对岩体的产状也有一定的影响。
火成岩岩相 指反映火成岩生成条件的岩石特征。岩浆在侵入地壳或喷溢出地表的过程中，在不同深度、岩浆的不同部位以及不同的环境（陆上和海底）里，所处的温度、压力和冷凝速度等物理化学条件不同，因此产生不同特征的岩石，主要表现为结构、构造差异，有时成分也不同。火成岩岩相这个概念包含岩石形成条件和岩石特征两方面。
成因 地幔，特别是上地幔是地壳物质或火成岩的原始来源，其成分相当于超基性岩。在一定的温度和压力条件下，相当于二辉橄榄岩的上地幔物质分熔出玄武岩浆进入地壳，而难熔的超基性岩部分留在上地幔。由于分熔的深度的不同，分熔出不同成分或种类的玄武岩，一般认为大洋拉斑玄武岩岩浆是在小于15公里的深处从地幔分熔而成的；高铝玄武岩岩浆是在15～35公里深度分熔而成的；碱性玄武岩岩浆是在大于35公里条件下分熔而成的。
由于超基性岩的熔点高（在1200～1800℃），因此晚前寒武纪以来，在地壳中的超基性岩体大多数人认为是构造侵位或冷侵位。但在早前寒武纪，上地幔的温度高（达1600℃以上），在这种条件下，地幔岩的分熔程度高，可达30～60％，形成一部分超基性岩浆，喷出在地表或侵入在地表附近，形成超基性科马提岩和含镁高的基性科马提岩；它们在成分和岩石组合上不同于晚前寒武纪及其以后蛇绿岩套中相应的岩石。
中性或中酸性火成岩主要是在会聚板块的俯冲机制下，也即是在活动大陆的边缘，由俯冲板块（一般指大洋板块）插入上地幔软流层后发生分熔作用或由于水分进入地幔楔中，在分熔产生的岩浆上升中冷凝而成。一部分中性岩类则是由基性岩浆分异而成。
花岗岩类成因复杂，长期以来争论很多（见花岗岩、花岗岩化作用）。
与矿产关系 火成岩与许多金属及非金属矿产有密切的成因联系，很多火成岩本身就是矿，如花岗岩、斜长岩、辉长岩和珍珠岩等就是很好的建筑材料，玄武岩和辉绿岩是制造铸石和岩棉的原料，纯橄榄岩是制造钙镁磷肥原料。此外，有金伯利岩中金刚石矿床、橄榄岩和纯橄岩中的铬铁矿及铂矿、苏长岩中的铜镍硫化物矿床、辉长岩和斜长岩中的钒-钛-磁铁矿矿床以及碱性岩和碳酸岩中的轻稀土、铌、锆、钍等矿床；与中酸性岩有关的铁、铜矿床，与花岗岩类有关的钨、锡、铍、铌、钽、稀土、锂、铀、金、铅、锌和钼等矿床；与陆相火山和次火山作用有关的斑岩铜、钼、金、锡、钨、铝、锌等矿床，以及与海相火山有关的黄铁矿型铜矿和多金属矿床等。
参考书目
孙鼐、彭亚鸣主编：《火成岩石学》,地质出版社,北京，1985。
邱家骧等:《岩浆岩岩石学》,地质出版社,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.