第二章岩浆岩的物质成分

第二章岩浆岩的物质成分岩浆岩的物质成分是指其化学成分与矿物成分而言。一、岩浆岩的化学成分地球化学研究资料表明，差不多地壳中所有的元素都可以在岩浆岩中出现，但其含量却很不相同，含量最多的是：O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等元素，这些元素称为造岩元素，其总和约占岩浆岩总重量的99.25%，其次为P、H、Mn、B等元素，氧的含量最高，占岩浆岩重量46.59%，占体积94.2%。在研究岩浆岩的化学成分时常常用氧化物重量百分比来表示从表中可以看出：SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、K2O、Na2O和H2O等九种为最主要，占岩浆岩平均化学成分的98%左右，并且在各类岩石中都能出现。在不同岩石类型中各种氧化物含量有明显差异：SiO2变化范围：34—75%，少数可达80%；Al2O310～20%，在纯橄榄岩中较低MgO1～25%CaO0～15%，但在某些辉石岩达23%两种铁的氧化物0.5-15%，一般FeOFe2O3Na2O在某些霞石岩中可高达19.48%，一般0～15%K2O在某些白榴石岩中可达17.94%，但一般岩石中不高于10%，且常低于Na2OH2O+代表结晶水，H2O-为吸附水，一些火山玻璃含10%H2O，某些结晶岩石含H2O3～5%，一般地说，含水2%以上的岩石常常由次生变化所引起。TiO2很少超过5%，一般0～2%P2O5很少超过3%，一般0～0.5%MnO很少超过2%，一般0～0.3%SiO2是最重要的一种氧化物。据SiO2含量可把岩浆岩分为四类：即超基性岩(SiO245%)，基性岩(SiO245－53%),中性岩(SiO253-66%),酸性岩(SiO266%)。通常所指的岩石酸性程度及基性程度，就是指岩浆岩中SiO2含量，习惯上对SiO2含量高者，称之为酸性程度高或酸度大，也叫基性程度低，反之，对SiO2含量低者，谓之酸度小，亦可称基性程度高。在岩浆岩中，各种主要氧化物之间关系很密切，其变化也有规律。从图中看到，在各种岩浆岩中，随着SiO2含量的增加，FeO及MgO逐渐减少，也就是说比较基性的岩石中FeO及MgO比酸性的岩石中含量高。K2O和Na2O的含量逐渐增加，超基性岩中几乎不含K2O、Na2O；CaO和Al2O3在纯橄榄岩中含量很低，但在辉石岩和基性岩中随SiO2增加而急剧增加，以后随着SiO2含量的增加又逐渐下降。除了常量元素外，岩浆岩中还存在大量的微量元素，如Li、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、Ta、Pb、Th、U等，它们的含量很低，一般用10-6或μg/g来表示，根据微量元素含量可以求得一些有意义的微量元素比值，如K/Rb、K/Ba、Rb/Sr、Nb/Ta、Th/U等，它们对于探讨岩石成因和岩浆演化具有重要意义。某些元素的同位素丰度及比值，对于探索岩浆的起源及其演化历史也是很有意义的，如Sr87/Sr86、Pb206/Pb204、Pb207/Pb204等，而O18/O16、S34/S32等非放射性同位素，对于判断岩浆晚期或岩浆岩冷却的过程有很重要的意义。这些内容将在专门的学科中学习。二、岩浆岩的矿物成分岩浆岩的矿物成分，对于了解岩石的化学成分、生成条件，以及岩石成因都有重大的意义。同时它也是岩浆岩分类和鉴别的主要依据。组成岩浆岩的矿物，常见的不过20几种，这些构成岩石的矿物通称为造岩矿物。(一)、硅铝矿物和铁镁矿物常见造岩矿物根据其化学成分可分为两类：1、硅铝矿物SiO2和Al2O3含量较高，不含铁镁。如石英、长石类及似长石类，这些矿物颜色均较浅，所以又叫浅色矿物。2、铁镁矿物FeO与MgO含量较高，SiO2含量较低，如橄榄石、辉石类、角闪石类及黑云母类等，这些矿物颜色一般较深，所以又叫暗色矿物。岩浆岩中暗色矿物的百分含量通常称为“色率”。也就是暗色矿物和浅色矿物在岩石中的比例，它是岩浆岩鉴定和分类的重要标志之一。浅色岩：习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占优势的岩石称为浅色岩，其色率在0～30之间。暗色岩：色率在60～100，以暗色矿物占优势的岩石称为暗色岩，如橄榄岩、辉长岩等。根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。(二)、主要矿物、次要矿物、副矿物按矿物在岩浆岩中的含量和在岩浆岩分类中的作用，可分为以下三类：1、主要矿物在岩石中含量众多，对于确定岩石名称是不可缺少的，在分类命名上起主要作用。如石英、钾长石是花岗岩的主要矿物，有石英是正长岩，没有钾长石是石英岩或脉石英。2、次要矿物在岩石中含量次于主要矿物，对于划分岩石大类不起主要作用，但对确定岩石种属起一定作用的那些矿物，如闪长岩中的石英，含量约2%，没有石英也叫闪长岩，当石英5%，则叫石英闪长岩，它对岩石大类不起命名作用，是确定岩石种属的矿物。3、副矿物含量很少，常小于1%，个别情况可达5%，在一般的分类命名中均不起作用。如磁铁矿、钛铁矿、锆石、磷灰石等。但它们对于了解一个岩体的形成条件，对比不同岩体，确定岩体时代以及研究稀散元素有重要意义。(三)、岩浆岩矿物的成因类型按矿物形成阶段及形成时的物理化学条件划分1、原生岩浆矿物这是在岩浆冷凝过程中形成的矿物，按成因特点又可分为以下三类：正常矿物：是直接从岩浆中结晶出来而且在岩石形成过程中稳定的矿物。残余矿物和反应矿物：矿物从岩浆中析出后，因温度、压力、成分等发生变化，使这些矿物受到部分熔蚀、反应或分解，其中尚未遭受变化的残余部分叫残余矿物，已经受反应，分解而形成的新矿物称反应矿物。如橄榄石的辉石反应边。2、成岩矿物在岩浆完全结晶后，由于外界物理化学条件的变化(主要是温度和压力的降低)，使原生岩浆矿物发生转变而新形成的矿物叫成岩矿物。如透长石→正长石，α石英—β石英。3、岩浆期后矿物在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后，由于受残余挥发分和岩浆期后溶液作用而生成岩浆期后矿物。它们往往交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。4、它生矿物它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的，这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。如富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。5、外生矿物岩浆岩受外营力，如地表风化形成的矿物，也称表生矿物。如绢云母、高岭石。岩浆期后矿物，尤其是一些自变质矿物常常与外生矿物难以区分，镜下无法区分时，统称为次生矿物。(四)、矿物共生组合的规律及其与化学成分的关系岩浆岩中的矿物组合，主要决定于岩浆岩的化学成分1、SiO2含量对矿物共生组合的影响石英是硅酸盐熔体中游离的SiO2结晶的产物，石英的出现表示岩浆岩中SiO2含量过剩，因此，石英是岩浆岩中SiO2过饱和的指示矿物。镁橄榄石的出现是岩浆中SiO2不足(不饱和)的表现，岩浆岩中镁橄榄石和石英是不能共生的矿物。因为在岩浆中存在下列反应式：Mg2SiO4+SiO2(1557℃)→２MgSiO3镁橄榄石(液相)顽火辉石与上述原理类似，由于岩浆中存在下列反应过程：NaAlSiO4+2SiO2→NaAlSi3O8霞石(液相)(钠长石)KAlSiO4+2SiO2→KAlSi3O8白榴石(液相)(正长石因此，霞石、白榴石(统称为似长石类矿物)等似长石类矿物是和石英不能共生的矿物。硅酸饱和或饱和矿物：在岩浆岩中，凡是可以与石英共生的矿物称饱和矿物。硅酸不饱和或不饱和矿物：在岩浆岩中，凡是不可以与石英共生的矿物称不饱和矿物。根据SiO2饱和状态，可将岩浆岩分为：过饱和(含石英)岩石，饱和岩石(不含石英，也不含不饱和矿物)，不饱和岩石(含不饱和矿物)三大类。各类岩浆岩的主要成分及其含量绘于下图中，从图中可以很容易地查出各类岩浆岩中的共生矿物及其含量。例如花岗岩有五种共生矿物：钾长石约50%，石英约25%，酸性斜长石约14%，黑云母约5%，角闪石4%。随着SiO2含量的增加，岩石中浅色矿物含量增加，而随岩石中FeO、MgO含量升高，则暗色矿物的含量增高，可划分出下列六种典型组合：(1)、橄榄石—辉石组合：相当于超基性岩，钙、铁、镁多而硅少，且贫碱，故构成大量铁镁暗色矿物(橄榄石—辉石等)，不出现石英和长石。(2)、基性斜长石—辉石组合：相当于基性岩，Al2O3和CaO多，FeO、MgO和SiO2均较充分，主要形成基性斜长石和辉石，二者近于1：1，不出现石英。(3)、中性斜长石—角闪石组合：相当于中性岩，Na2O和K2O略有增加，Al2O3、SiO2、CaO、FeO、MgO均较充分，主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母，可能出现少量石英和钾长石，浅色矿物同暗色矿物之比约2：1。(4)、石英—钾长石—酸性斜长石组合：相当于酸性岩，Na2O、K2O和SiO2含量高，FeO、MgO和CaO含量低，因而大量出现石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物，暗色矿物很少，浅色矿物同暗色矿物之比一般大于十比一。(5)、钾长石—黑云母—角闪石组合：该组合按SiO2含量相当于中性岩，Na2O和K2O多，FeO和MgO低，因而大量出现钾长石。(6)、霞石—钾长石组合：按SiO2含量较接近于基性岩(SiO2平均为53.36%)，Na2O和K2O含量高，所以出现霞石，因Na2O过多，故常出现碱性暗色矿物。2、碱质含量对矿物共生组合的影响在岩浆岩中，碱质含量一般随SiO2含量的增加而增加，但在SiO2含量相同的岩石中，有些岩石K2O+Na2O含量偏高，就会形成富含碱质的岩石。通常根据岩石中SiO2及K2O+Na2O含量以及里特曼指数，可将岩石划分为：钙碱性系列(σ3.3)、碱性系列(σ=3.3～9)、过碱性系列(σ9)，其矿物共生组合特点如下表所列：里特曼指数：也称组合指数，是用以反映岩浆岩组合及岩浆岩岩石碱性特征的参数，由里特曼1957年提出，其表达式为：σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)，其中，K2O、Na2O、SiO2均为氧化物重量百分数。3、Al2O3含量对岩浆岩矿物成分的影响Al2O3含量对铝硅酸盐矿物的种属有很大关系，类似于SiO2饱和的概念，也有Al2O3饱和度的概念。通常根据Al2O3与CaO、K2O、Na2O分子数的相对值，及在矿物成分上的反映，可将岩浆岩划分为四种类型：(1)、过铝质岩石：Al2O3(CaO+K2O+Na2O)，特征矿物是白云母、黄玉、电气石、锰铝—铁铝榴石、刚玉、红柱石或矽线石。(2)、亚铝质岩石：Al2O3≈(Na2O+K2O)，主要含铝矿物是长石和似长石。(4)、过碱质岩石：Al2O3(Na2O+K2O)，Al2O3K2O较少见，以出现碱性铁镁质矿物为特征，如霓石、霓辉石、钠闪石等。