一、基本特征
1.化学成分与矿物成分
基性岩的SiO2含量为45%～52%，贫碱(Na2O+K2O＜5%)，富钙、铝、镁和铁(CaO6%～10%，Al2O313%～18%，TFeO8%～14%，MgO4%～11%)。其组成矿物主要为基性斜长石、单斜辉石、斜方辉石和橄榄石，有时见褐色角闪石或黑云母、碱性长石、石英。其中斜长石和辉石是该类岩石的主要矿物，二者含量相近，斜长石一般略多些;副矿物为磷灰石、磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿等。
2.结构构造
(1)侵入岩(辉长岩类)
常见结构主要有辉长结构、辉绿－辉长结构、辉绿结构、嵌晶含长结构，也常见反应边结构、包含结构、二长结构和矿物间的交生结构等。
◎辉长结构:表现为辉石和基性斜长石粒度相近，自形程度相同，均呈半自形－他形等轴粒状。该结构是辉长岩、苏长岩的特征结构，是共结条件下的产物。从Di－An体系相图(图2－24)可看出，相当于镁铁质岩成分(成分点a)的岩浆结晶时，辉石的首晶区随PH2O的增加而扩大，而斜长石的首晶区正好相反。在相当于中－深成相(6～7km，PH2O≈2×108Pa)条件下，An－Di的共结点在An=50%左右，与基性岩浆的An－Di组成相当，结晶作用基本上是在共结点处由辉石和斜长石同时结晶来完成的，因此会形成两矿物自形程度相近的辉长结构(图3－2a)。
◎辉绿结构:先结晶的较自形的斜长石板状晶体搭成的近三角形空隙中充填他形辉石颗粒。辉绿结构是辉绿岩的典型结构。当斜长石、辉石的自形程度及二者之间关系介于辉长结构与辉绿结构之间时，称为辉绿－辉长结构(图3－2b)，也是辉长岩常见的结构。在浅成相条件下，PH2O降低(PH2O＜108Pa，深度＜3km)，Di－An共结点移向Di一侧，相当于图2－24中a点成分的岩浆首先结晶出斜长石，直到熔体组成达共结比，辉石才同时晶出。因此形成斜长石自形程度好于辉石的辉绿结构(图3－2c)。
◎嵌晶含长结构:在大的辉石晶体中，杂乱地包含着一些自形程度较高的斜长石，构成嵌晶含长结构。主要见于辉绿岩中，在辉长岩中亦可见。
图3－2 基性侵入岩的典型结构(路凤香等，2002)
◎反应边结构:是该类岩石常见的结构，包括橄榄石－辉石［斜方辉石和(或)单斜辉石］反应边，橄榄石－辉石［斜方辉石和(或)单斜辉石］－角闪石反应边，斜方辉石－单斜辉石反应边，单斜辉石(或斜方辉石)－角闪石反应边。
◎包含结构:常见大的他形角闪石包裹辉石(单斜或斜方)，单斜辉石包裹斜方辉石，斜长石包裹暗色矿物。
◎矿物间的交生结构:经常见斜方辉石－单斜辉石间的文象或指纹状交生，角闪石－辉石间的蠕虫或文象交生，辉石－磁铁矿间的文象或蠕虫交生，以及橄榄石－斜方辉石的反应边与斜长石接触处可见单斜辉石沿斜长石解理呈棒状有规律的交生。
在基性侵入岩中，尤其是层状侵入杂岩中，经常见到一种火成堆晶结构，根据堆晶矿物粒间空隙含量的多少和堆晶与粒间熔体之间相互作用程度可将堆晶结构划分成以下几种类型:①简单堆晶结构，直接从熔体中结晶的矿物堆积而成，粒间为熔体充填(图3－3a)。②正堆晶结构，堆晶矿物粒间熔体与岩浆房中的岩浆没有或基本没有成分交换。堆晶矿物的再生长和粒间熔体的结晶与粒间熔体成分相适应(图3－3b)。③增生堆晶结构，堆晶矿物粒间熔体与岩浆房中的岩浆有物质成分的交换。堆晶矿物的再生长和粒间熔体的结晶与粒间熔体成分和岩浆房注入成分有关(图3－3c)。④异质增生堆晶结构或称嵌晶结构，堆晶矿物粒间熔体与岩浆房中的岩浆有物质成分的交换，并且晚期结晶的矿物将早期堆晶矿物包裹(图3－3d)。
辉长岩类的构造以块状构造为主，也经常见条带状构造、球状构造。
(2)喷出岩(玄武岩类)
结构类型较多，常见斑状结构、显微斑状结构、聚斑结构和玻基斑状结构;基质为微晶结构和细粒－隐晶质－玻璃质等。基质的一些结构特点具有鉴定意义，其典型结构有间粒结构、间隐结构和间粒－间隐结构等。此外，还有球粒结构以及水下喷发的熔岩常见中空骸晶结构等。玄武岩的斑晶有时可见熔蚀结构、熔蚀麻点结构、反应边结构和反应生长晶体结构等。典型结构描述如下:
◎间隐结构:在小板条状微晶斜长石组成的不规则空隙(格架)中充填有隐晶质－玻璃质(有的已脱玻化)。玻璃质增多而使辉石、斜长石和橄榄石等微晶散布于其中的，可称为玻基辉绿结构，反映了快速冷却的形成环境(图3－4a)。
图3－3 火成堆积结构(Winter，2001)
图3－4 不同结晶条件下的玄武岩结构(路凤香等，2002)
◎间粒结构:又称为粒玄结构或粗玄结构，其特点是较自形的条状斜长石微晶所构成的不规则格架中充填有细小的辉石、橄榄石和磁铁矿等。这种结构反映了冷却速度较缓慢的环境，在较厚岩流的中下部位也可能出现局部的辉绿结构(图3－4b)。
◎玻基斑状结构:由于更快的冷却，斜长石微晶来不及结晶，基质完全由火山玻璃组成(图3－4c)，如果岩石中无斑晶或斑晶的体积分数小于5%，则为玻璃质结构。
◎间粒－间隐结构:又称拉玄结构或填间结构，其特点是在斜长石微晶所组成的间隙(格架)内既有玻璃质又有辉石和橄榄石及金属矿物;也可以是微晶斜长石粒间充填有沸石、绿泥石、蒙脱石和方解石等矿物。它是玄武岩中常见的结构类型之一，并非拉斑玄武岩所特有。
◎中空骸晶结构:在海相(或湖相)的中－基性熔岩中，显微镜下常见一些细长条状斜长石骸晶(横断面一般为近方形)的中间为空心(多已被绿泥石或玻璃质充填)，其边部往往为锯齿状，从而构成中空骸晶结构。这是水下熔岩急剧淬火的特征结构之一，在陆相熔岩中极少见。
◎反应生长晶体结构:主要见于超基性和基性熔岩中。特点是早期晶体(一般为辉石)结晶一段时间后，由于温度略有改变，其边部被熔浆熔蚀，二者同时发生反应，生长一个反应边，其后温度等物化条件又趋于稳定，晶体继续在稳定条件下结晶，最后形成了具有完整晶形的斑晶。
玄武岩常见构造有气孔构造、杏仁构造、熔渣状构造，其次为柱状节理构造以及水下火山常见的枕状构造。此外，由于玄武岩熔浆黏度小还常见绳状构造，这是熔浆在地表流动过程中，边冷凝边扭成绳状的现象。在基性熔岩中，气孔、杏仁构造十分发育，气孔数量有时很多，彼此间常见相连现象，甚至呈熔渣状的岩石，称为玄武质浮岩。枕状构造主要见于细碧岩中，但玄武岩中有时也可见。
3.产状与矿产
辉长岩类可形成独立岩体，多呈岩株、岩盖、岩盆产出，也可与超镁铁质岩组成层状侵入杂岩体。从基性岩浆中晶出的晶体，由于重力分异等作用不断下沉、堆积，从而形成了具明显垂直分带特点的层状侵入体，其形成的具有典型堆晶结构的岩石称堆积岩。从岩体的底部到顶部，总的岩性变化规律是:底部为超镁铁质岩，中部为辉长岩类，上部为富斜长石的辉长岩、斜长岩、闪长岩等。构成层状侵入体的岩体厚度大、成层产出;矿物和结构也常显示韵律层或交错层理。世界最大的层状侵入体为非洲的布什维尔德(Bushveld)侵入体，其分布面积为66000km2，厚9km，呈岩盆产出。我国攀西地区也有大型层状侵入体产出，如红格岩体，呈水平状产出，分布面积达100km2。常见的蚀变有橄榄石和辉石的蛇纹石化、滑石化、纤闪石化、皂石化及斜长石的钠黝帘石化、葡萄石化。与基性侵入岩有关矿产主要为铬、镍、铜、钛、铁等。四川攀枝花的钒钛磁铁矿产于超镁铁质岩－辉长岩层状侵入体中。此外，辉长岩常作建筑装饰材料，例如有些辉长岩、斜长岩中的斜长石颜色鲜艳，是一种很好的装饰材料。
玄武岩一般以熔岩的方式产出，多形成大面积分布的熔岩流、熔岩被、熔岩台地或盾形火山锥。少数情况下形成火山碎屑岩，在火山口处形成火山碎屑锥。玄武岩的蚀变和次生变化较复杂，橄榄石在氧化条件下发生伊丁石化，中温热液作用下可发生绿泥石化和蒙脱石化、蛇纹石化、方解石化等，并分解形成磁铁矿和褐铁矿等氧化物，特别是斑晶橄榄石的蚀变更发育，常变成橄榄石的假晶。辉石的蚀变产物有绿泥石、蒙脱石和绿脱石、绿鳞石、阳起石、绿帘石、皂石、方解石、磁铁矿和褐铁矿等。斜长石蚀变成绢云母、高岭石、方解石、蒙脱石、绿泥石－黝帘石、石英、各种沸石类矿物和磁铁矿和褐铁矿等。在地表风化条件下，玄武岩可变成黏土矿物、各种氧化铁矿物、绿泥石及碳酸盐类的混合体，或变成黄褐色玄武土。当SiO2被淋失时，就可能形成铝土矿。
二、主要岩石类型
1.侵入岩
根据碱度，基性岩石可进一步分为钙碱性系列和碱性系列。前者的代表性岩石为辉长岩，后者的代表性岩石为碱性辉长岩。
(1)钙碱性辉长岩
钙碱性辉长岩的细分命名是根据岩石中斜长石、辉石、橄榄石和角闪石的相对含量，常见的种属包括(图3－5):
图3－5 辉长岩分类三角图(Streckeisen，1976)
◎辉长岩:具中至粗粒结构，辉长结构，主要矿物成分是基性斜长石和单斜辉石，可含少量的橄榄石、斜方辉石、棕色角闪石和黑云母或少量钾长石和石英，暗色矿物和浅色矿物含量相近，呈深灰色。通常为块状构造，也可见条带状或韵律层构造。根据斜方辉石(Opx)和单斜辉石(Cpx)的相对含量可进一步分为辉长岩(Cpx＞Opx)、苏长岩(Cpx＜Opx)和辉长苏长岩(Cpx≈Opx)。当橄榄石或角闪石的体积分数＞5%时，可作为前缀参加定名。
◎辉绿岩:为浅成相的基性侵入岩，可呈岩脉、岩墙或岩床等产状产出，暗绿或黑绿色，具典型的辉绿结构，含斑晶时，称辉绿玢岩。矿物成分与辉长岩相似。
◎斜长岩:斜长石的体积分数＞90%，可含少量的普通辉石、古铜辉石、角闪石、橄榄石。通常具有半自形或他形粒状结构。很多情况下，斜长石发生钠黝帘石化，暗色矿物发生绿泥石化。斜长岩可构成大的独立岩体，更常见的是与辉长岩共生，位于层状侵入体的上部，表明它是辉长岩岩浆分异的结果。我国河北大庙有斜长岩分布，它与钒钛磁铁矿矿床有成因联系。
◎橄长岩:暗绿灰色、灰黑色。由橄榄石(多为贵橄榄石)和基性斜长石(拉－倍长石)组成，其中斜长石通常较少，但应大于10%，岩石中可含少量辉石(一般＜5%)、角闪石、金云母等。常见中粗粒粒状结构、包橄结构、辉长结构和反应边结构，块状构造。根据次要矿物可进一步命名，如辉石橄长岩。橄长岩中的橄榄石常蚀变为蛇纹石，斜长石蚀变为钠黝帘石。
(2)碱性辉长岩
碱性辉长岩常见的类型包括:
◎碱性辉长岩:由基性斜长石或中长石、碱性辉石和正长石组成，可含霓石、棕闪石、黑云母、橄榄石、霞石。斜长石多于碱性长石，霞石含量不定。当霞石很少，正长石增加，则过渡为正长辉长岩。碱性辉长岩的浅成相为碱性辉绿岩。
◎霞斜岩:又称企猎岩，主要由含钛普通辉石、基性斜长石和霞石组成，碱性长石含量很少或无，有少量的黑云母和橄榄石。暗色矿物体积分数约50%，霞石的体积分数一般较小(10%～15%)。斜长石比碱性长石和霞石自形。
2.火山岩
玄武岩的SiO2含量在45%～52%之间，属于基性火山岩类。其化学成分与辉长岩相当。玄武岩在全球分布十分广泛，可以产出在多种构造环境中，直接源于上地幔，因此关于玄武岩的研究对于反演地幔物质成分、分析构造环境和地球的深部动力学均具有重大意义。
由于产出的构造环境和源区的差别，玄武岩的成分具较大的变化范围。玄武岩系列的划分方法首先根据碱度(σ)的大小或用硅－碱图(图2－2)分为亚碱性系列玄武岩(σ＜3.3)和碱性系列玄武岩(σ＞3.3)两类。其中亚碱性系列玄武岩可以用TFeO/MgO－SiO2(图2－3)或AFM(图2－4)图解进一步划分为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列。近年来，另一个具独立意义的玄武岩系列为近年来逐渐受到重视的钾玄岩系列。钾玄岩系列又称橄榄安粗岩系列，与玄武岩相当的岩石为粗面玄武岩和橄榄安粗岩(钾玄岩)。在硅－碱图中，钾玄岩系列主要落入碱性玄武岩系列的范围内。
(1)亚碱性系列
化学成分以富CaO、Al2O3、MgO、FeO、Fe2O3，贫碱(K2O+Na2O约4%)为特征。岩石中Na2O＞K2O，CaO较稳定(10%左右)，MgO、TFeO变化较大。亚碱性系列中的钙碱性系列玄武岩一般K2O、Na2O偏高，而CaO、TFeO和MgO较低，Al2O3较高。当Al2O3＞16%～17%时，称为高铝玄武岩。拉斑玄武岩相对钙碱性的玄武岩贫碱，尤其是贫K2O，低TiO2。大洋拉斑玄武岩与大陆拉斑玄武岩相比，前者的MgO、CaO稍富，明显低K2O(K2O＜0.3%);后者相对富SiO2和K2O，贫Na2O。主要的岩石类型有:
◎拉斑玄武岩:化学成分以SiO2含量高，碱含量低为特征。矿物成分主要由基性斜长石和贫钙辉石(易变辉石和紫苏辉石)以及富钙辉石(普通辉石和透辉石)组成。斑晶或标准矿物中有橄榄石时称橄榄拉斑玄武岩;橄榄石达25%～40%时称苦橄玄武岩;标准矿物中出现石英时，称石英拉斑玄武岩。
◎高铝玄武岩:化学成分特征是Al2O3＞16%～17%。矿物成分特征与拉斑玄武岩相似，但斜长石含量较多，且An牌号偏高。高铝玄武岩是钙碱性火山岩基性端元的典型岩类，多分布于造山带、岛弧和活动大陆边缘。
◎粗玄岩:结晶程度较好，为全晶质，基质具粗玄结构，具喷出产状。
◎玻基玄武岩:由特殊的玻基斑状结构得名。基质主要为褐色的玄武质玻璃，其中分布有少量的斜长石微晶，斑晶为辉石、基性斜长石和橄榄石。
◎细碧岩:是基性喷出岩的一种特殊类型，以钠长石和绿泥石矿物组合及较高的Na2O含量为特征，有时可见基性斜长石、辉石等交代残余。其他矿物还有绿帘石、绿纤石、方解石、绢云母、石英等。岩石具间隐结构、间粒结构、间片结构(绿泥石等片状矿物充填在斜长石三角空隙中)，常见杏仁构造和枕状构造。在矿物成分和化学成分上均有别于正常玄武岩。细碧岩常与角斑岩及石英角斑岩共生，称为细碧角斑岩系或细碧角斑岩建造，是蛇绿岩的组成部分。一般认为细碧岩是海底喷发的玄武岩受富Na的海水作用，经低度变质形成的。
(2)碱性系列
矿物成分和化学成分变化范围都很大，突出的特征是富碱，其中K2O+Na2O＞5%(最高可达9%);多数为Na2O＞K2O。与亚碱性玄武岩相比，富TiO2(＞2%)，高碱。碱性玄武岩在矿物成分上以含碱性长石、碱性暗色矿物、富钛辉石为特征。如果碱性较强时，则出现似长石，通常不含贫钙辉石。主要岩石类型有:
◎碱性橄榄玄武岩:是碱性玄武岩中分布最广泛的一类。霞石标准分子Ne约为0～5%，无紫苏辉石(Hy)，斑晶、基质中常见橄榄石。辉石多为含钛较高的普通辉石，透辉石次之。斜长石与碱性长石共存，其中斜长石较自形，碱性长石自形较差。斜长石多为拉长石－中长石甚至更长石。霞石较少或无，但有霞石标准分子Ne＜5%。当标准矿物斜长石为中长石时，叫中长玄武岩，又叫夏威夷岩。当斜长石为更长石时，叫橄榄安粗岩。
◎碱玄岩:霞石标准分子Ne＞5%，橄榄石标准分子Ol＜5%，无Hy，是SiO2明显不饱和，碱含量很高的玄武质岩石。由基性斜长石、单斜辉石和似长石组成，可有少量的橄榄石。其中单斜辉石主要为含钛辉石，似长石以霞石、白榴石为主。根据似长石的种类不同可以分别命名为霞石碱玄岩和白榴石碱玄岩。
◎碧玄岩:霞石标准分子Ne＞5%，橄榄石标准分子Ol＞5%，SiO2明显不饱和，碱较高的含似长石的碱性玄武岩。主要矿物是基性斜长石、橄榄石、单斜辉石和似长石。与碱玄岩不同的是富橄榄石(一般＞5%，可达25%)。斑晶为橄榄石和辉石，似长石主要存在于基质中。根据似长石的种类可细分为霞石碧玄岩和白榴碧玄岩等。
◎石龙岩:仅见于我国黑龙江的五大连池。SiO2明显不饱和，富钾。与其他碱性玄武岩类的重要区别在于其不含斜长石，而含碱性长石。岩石除主要矿物橄榄石、透辉石和透长石外，有时可出现白榴石。
(3)钾玄岩系列
◎钾玄岩:化学成分上SiO2＜52%，相对较富碱、Al2O3、K2O和大离子亲石元素，0.5＜K2O/Na2O＜2，Fe2O3/FeO比值较高，而TiO2较低，可以出现标准矿物分子Ne。斑晶矿物有橄榄石、单斜辉石和斜长石，其中单斜辉石富Ca而贫Ti和Fe，常具环带结构，斜长石为拉长石，常具透长石边缘。基质主要由透长石、斜长石和单斜辉石组成，常含玻璃质。
三、玄武岩的成因
玄武岩浆是由地幔橄榄岩部分熔融形成的，这方面的证据既有大量的高温高压实验成果，也有地质、地球物理、岩相以及岩石化学资料。前一方面的工作有从Fo－Q简单的二组分体系到Fo－Di－An－Q的多组分复杂体系以及天然橄榄岩的高温高压熔融实验成果;后一方面的资料有诸如玄武岩中含地幔捕虏体、地幔橄榄岩中见玄武质的囊状熔体、某些亏损的地幔岩捕虏体的岩石化学成分与寄主岩之间存在互补关系等。导致地幔橄榄岩部分熔融的原因是多方面的，温度的升高、压力的降低和挥发组分(尤其是H2O)的加入都可能使位于固相线附近的橄榄岩发生部分熔融。不过在不同的构造背景下，诱发部分熔融的主导因素是不同的。例如，大洋中脊和大陆裂谷，深切地幔的张性断裂和对流地幔上涌导致的降压熔融，压力构成熔融发生的主导因素;消减带，下插板块的温度快速上升产生熔融，此时温度上升是主导因素;在俯冲带，受下插板块中含水蚀变矿物脱水产生的流体影响，地幔楔可以发生部分熔融，所以这时流体的加入成为主导因素。
对玄武岩物质成分的详细研究已经解释出玄武岩成分存在的一些具成因意义的差别，如Na2O、K2O、Al2O3、TiO2含量的差别和稀土、微量元素丰度、配分曲线的差别以及岩浆演化趋势的差别等。造成这些差别的原因是:源区的部分熔融条件、部分熔融程度、源区流体组成及其含量，以及源区地幔岩成分上的差异(地幔不均一性)等。而最根本的原因在于产生岩浆的大地构造环境的差别，具体内容将在第九章做详细阐述。
思考题
1.超基性侵入岩有哪些典型的结构类型?与之相关的矿产有哪些?
2.科马提岩作为一种典型的超基性火山岩，在化学成分、矿物组成、结构、形成时代和构造环境方面有哪些特点?
3.简要说明地幔岩的类型、结构、产状、成因和蚀变类型。
4.玄武岩是如何按化学成分分类的?举例说明每个系列中最常见的1～2个岩石类型，并描述其结构、构造特征以及产出的构造环境。
5.简述钾玄岩的一般特征。