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第二章火成岩的物质成分火成岩研究的基本内容有火成岩的成分、产状、相、结构构造等，而物质成分则是最基本与最重要的。因为火成岩的成分是内因，决定了其它如相、产状、结构构造的特点以及岩石的成因及含矿性，而且还是分类命名的依据火成岩的物质成分包括化学成分与矿物成分两方面一、火成岩的化学成分化学成分是影响岩石矿物成分、结构构造等的主要因素，是岩石一切变化的内因。在火成岩中几乎地壳中所有元素都能发现，在其作用与含量上又是很不相同的。1、主要元素(主要造岩元素)：指在火成岩中含量较多，起主要作用的元素，它们是O、Si、Al、Ti、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、H、P等，占整个火成岩总重量的99.25%。①表示法及变化范围通常主要元素用氧化物的重量百分数表示，最主要的氧化物是(按价态排列)SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、CO2、H2O十三项。它们占火成岩平均化学成分的98％±，一般化学分析给出的结果也是这十三项。其中几个主要氧化物的变化范围是：SiO234－75%，最高80%；Al2O310-20％；MgO1－15%；CaO0－15%，可达23%；Fe的范围0.5－15%，FeO一般高于Fe2O3，Na2O一般为0－15％，最高可达19.48%；K2O10％，最高达17.94％。上述十三项在化学分析时是必须的，它们是通过化学分析的方法获得，根据需要可增加NiO、Cr2O3、F等。②火成岩的化学成分分类a.SiO2是火成岩中最重要的一种氧化物，通常它决定了火成岩的酸性程度与基性程度。根据SiO2含量可将火成岩分为：SiO245％超基性岩45－53％基性岩53－66％中性岩酸度增高66％酸性岩b.碱度:(K2O+Na2O)是全碱的含量，但还须考虑SiO2等。①李特曼组合指数σ来确定火成岩的碱度。σ＝(Na2O+K2O)2(SiO2－43)σ大，岩石碱度大，σ小，碱度小σ：3.3钙碱性岩3.3－9碱性岩9过碱性岩这两种划分可结合起来使用，不是完全独立的。如超基性岩、基性岩、中性岩又可划分为钙碱性、碱性、过碱性；而酸性岩仅有过碱性和碱性。②SiO2－(K2O＋Na2O)图解该图解是较常使用的碱度系列划分图解，可将火成岩划分为碱性系列(A)和亚碱性系列(S)③氧化物之间的关系这些主要氧化物之间是有规律变化的，以钙碱性岩石为例，随SiO2增加，其它氧化物有规律变化：FeO、MgO逐渐减少，K2O、Na2O逐渐增加，CaO与Al2O3在超基性岩中很少，而在基性岩中最高，然后随SiO2增加而减少，Al2O3减少幅度不大。④研究意义A、火山岩系列和类型的划分碱性系列(A)亚碱性系列(S)拉斑玄武岩系列(T)钙碱性系列(C)上图适用于基性岩下图适用于中酸性岩B、主要氧化物变异图解通常以SiO2或MgO作为横坐标，其它氧化物作为纵坐标，称为Harker图解。可以研究岩浆演化C、标准矿物计算用途：1、分类命名2、温压条件计算2、微量元素指在火成岩体系中不作为任何物相现在的分散元素，其总量不超过千分之一，常用ppm(百万分之一)来表示其含量。例如：Li、Rb、V、Co、Ni、Cr等以及稀土元素。尽管这些元素含量很低，但是对确定火成岩的成因是极为重要的。现在在火成岩的研究中很受重视，已形成一门独立的学科；此外，它们在火成岩中的成矿性也很重要。微量元素可通过中子活化、x荧光等手段定量分析，对火成岩成因很有价值。3、同位素稳定同位素放射性同位素二、火成岩的矿物成分火成岩中出现的矿物很多，但常见的不过20余种，最常见、最重要的是：石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等称为主要造岩矿物通常根据矿物的成因与所起作用可划分为：1、硅铝矿物与镁铁矿物：硅铝矿物(浅色矿物)：主要由SiO2、Al2O3等组成，不含FeO、MgO，如长石类、石英类、似长石类。镁铁矿物(暗色矿物)：FeO、MgO含量高，SiO2含量低，颜色深，如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等。浅色矿物与暗色矿物的比例是鉴定岩石的重要标志之一。所以将火成岩中暗色矿物的含量(体积百分数)称为色率。根据色率可大致判断它们是属于哪一大类岩石。2、主要矿物、次要矿物、副矿物主要矿物：含量众多，是划分岩石大类的依据，如花岗岩中的长石和石英。次要矿物：含量小于主要矿物，但对确定岩石种属起作用的矿物。副矿物：含量很少，通常不到1％的矿物，在分类命名中不起作用。例如：辉长岩中，辉石占45％，斜长石占45％，黑云母占8％，磁铁矿，榍石各占1％，则：辉石、斜长石为主要矿物，决定了岩石的大类，黑云母为次要矿物，磁铁矿、榍石为副矿物。定名：黑云母辉长岩。3、根据矿物成因分为：①原生矿物：直接从岩浆中结晶形成，并在岩石形成过程中相对稳定的矿物。如角闪石、长石。②成岩矿物：在岩浆完全结晶后，由于外界物理化学条件变化，原生矿物发生转变而形成的新矿物。如β-石英－α-石英，碱性长石－出溶形成条纹长石③岩浆期后矿物：岩浆冷凝后，由于挥发分和岩浆期后溶液作用(蚀变、交代、充填)而形成的矿物。如气成矿物：电气石、萤石、黄玉；蚀变矿物：蛇纹石④它生矿物：岩浆与围岩或捕虏体反应所形成的矿物如：硅灰石、红柱石，不是火成岩中出现的矿物，而是由于同化、混染所致。⑤次生矿物：主要是地表风化形成的矿物(产状上限于风化带内)如钾长石的高岭土化。4、按是否与石英共生划分为：①硅酸不饱和矿物：不能与石英共生。Mg2SiO4(Fo)+SiO2===2MgSiO3(En)NaAlSiO4(Ne)+SiO2===NaAlSi3O8(Ab)所以Ol、Ne为硅酸不饱和矿物，出现在不饱和岩石中。②硅酸饱和矿物：可与石英共生的矿物，除Ol、似长石之外的矿物。③硅酸过饱和矿物：Q，出现石英，表示SiO2过剩。三、化学成分与矿物成分的关系岩石的矿物成分除了受形成条件控制外，主要取决于化学成分，化学成分是决定矿物成分变化的内因。1、SiO2(酸度)对火成岩矿物组合的影响火成岩中，SiO2与其它氧化物结合，形成各类硅酸盐矿物。若出现石英，则表明岩石SiO2过饱和，若有镁橄榄石、似长石出现，表明SiO2不饱和；既无Q也无不饱和矿物，表明SiO2含量适当(饱和)。因此，SiO2较多表明岩石可能出现石英和饱和矿物，SiO2不足则出现不饱和矿物，据此可将岩石划分为：过饱和岩石(含Q)、饱和岩石(不含Q与不饱和矿物)，不饱和岩石。随着岩石SiO2增加，火成岩矿物共生组合发生变化，以钙碱性岩为例：SiO245橄榄石、辉石Fe、Mg高45－53辉石、基性斜长石Al、Ca高53－66角闪石、中性斜长石Fe、Mg低，K、Na高66Q、钾长石、酸性斜长石K、Na高，Fe、Mg、Ca低2、碱度对矿物共生组合的影响钙碱性碱性过碱性钾长石酸性岩中才见到全部出现全部出现斜长石普遍出现比过碱性岩An低仅见于基性岩石英中酸性岩中常见酸性岩中不出现似长石无少量常见辉石普通辉石、斜方辉石霓石、霓辉石霓石、霓辉石角闪石普通角闪石碱性角闪石碱性角闪石云母酸性岩中出现富铁黑云母四、侵入岩与火山岩中矿物的差别侵入岩是在地下高温或高压下缓慢结晶而成。而火山岩有较复杂的结晶历史，它们的斑晶是在地下结晶形成的，而基质(细粒部分)是在地表快速冷凝结晶形成的，这就决定了它们的差异。①矿物成分不同：火山岩中斑晶成分与基质同种矿物成分不同，如pl斑晶中An比基质高，成分变化大；而侵入岩中成分是均匀的。同种成分的侵入岩与喷出岩相比，两者矿物成分也不同，斑晶多比侵入岩中斜长石的An要高。②有序度不同：指长石类矿物中Si－Al占位的有序化程度称有序度。一般火山岩中长石为高温无序，有序度低，而侵入岩为低温有序，有序度高。③矿物形态上的差异火山岩中矿物斑晶有熔蚀、暗化边，基质中有雏晶，骸晶，火山玻璃等，侵入岩中矿物多为同时结晶，多为半自形。④同种矿物光性上差别Ol：火山岩中2V比侵入岩中小3－40，长石差别更大，光性可正可负。此外，折射率、多色性、双折率、消光角等均有差别。四、侵入岩与火山岩中矿物的差别第三章火成岩结构构造结构、构造是火成岩的重要特征之一。结构：是指组成岩石的矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态(自形程度)以及矿物间(包括玻璃)的相互关系。构造：是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其它组成部分之间的排列、充填方式。火成岩的结构构造不仅是分类命名的主要依据，而且可以反映地质与物理化学条件、岩浆的成分变化，是鉴定岩石种属的重要依据。一、火成岩的结构1、结晶程度：指火成岩中结晶物质与非结晶物质(玻璃)的比例①全晶质结构：岩石全部由已结晶的矿物颗粒组成，这一般是岩浆缓慢结晶形成，多见于深成岩中。②玻璃质结构：岩石几乎全部由未结晶的火山玻璃组成，主要出现于酸性喷出岩中，或超浅成侵入体边部。③半晶质结构：岩石由部分晶体和一部分玻璃组成，多见于喷出岩及部分浅成岩中，如玄武岩，安山岩火山玻璃是一种未结晶的(其中原子是无规则排列的)、处于不稳定状态的固态物质。手标本上呈黑色、砖红色、褐色、灰绿色等，镜下：均质体，基性玻璃呈黑色，酸性无色，一般酸度越高，玻璃折射率越低。火山玻璃不稳定，会向结晶物质转化，称为脱玻化(去玻化)，可形成下面一系列的结构。雏晶结构：脱玻化最初阶段，主要由刚结晶的晶芽组成，还没有表现出结晶物质的特征，正交镜下无光性。霏细结构：细小的，它形的长英质矿物颗粒的隐晶质集合体，颗粒界线不清。球粒结构：由中心向外呈放射状排列的长英质物质组成，呈扇形，球形正交镜下呈十字形消光。岩浆快速结晶也能形成这些结构，但它们有一些区别。2、颗粒大小①绝对大小：根据肉眼可分为显晶质结构和隐晶质结构。显晶质结构：肉眼能分辨出矿物颗粒，可进一步划分为粗粒结构矿物粒径5mm中粒结构2－5mm细粒结构2mm对于颗粒2mm者，称为微粒结构，1cm者称伟晶结构粗、中、细粒结构适用于等粒岩石，一般以长石来测量；若无长石，则以主要矿物来确定。隐晶质结构：肉眼不能分辩出矿物颗粒。与玻璃质结构的区别：前者为瓷状断口，光泽黯淡，后者为贝壳状断口，玻璃光泽。显微晶质结构：镜下由结晶颗粒组成，可以明显看出矿物颗粒显微隐晶质结构：颗粒细小，镜下不能分辨出矿物颗粒。②相对大小等粒结构：同种矿物颗粒大小大致相同不等粒结构：同种矿物颗粒大小不等，大小都有。如颗粒从大到小依次降低，称连续不等粒结构。斑状结构：岩石中矿物颗粒可分为大小截然不同的两群，大者称斑晶，小者及不结晶的称为基质。是浅成岩和喷出岩的重要特征。斑晶早于基质，形成于不同的世代。斑晶多在深处或上升过程中晶出，结晶早，结晶时间长，颗粒大；随后，携带斑晶的岩浆上升到地表或较浅处，快速冷凝，形成细小的晶体，隐晶质，微晶，甚至来不及结晶而成玻璃质，即为基质。斑状结构中斑晶常有熔蚀或脱水而形成两个特征结构：a.熔蚀结构：早结晶的斑晶边缘被熔蚀呈港湾状或浑圆状。地下深处形成的斑晶上升到地表，由于物理化学条件变化，例如压力降低，使得矿物的熔点降低，造成早先结晶的斑晶的熔蚀。b.暗化边结构：含水矿物角闪石、黑云母出现的暗色边缘，含水斑晶：常因降压、高温氧化、脱水等原因，边缘发生分解，析出细小的磁铁矿及无水的透长石、橄榄石、辉石组成。似斑状结构：也分为两群，基质为显晶质，多见于浅成岩及中深成岩中，斑晶和基质基本上是同世代产物，局部物理化学条件变化或不均一形成。3、自形程度：矿物结晶成完好晶体的程度自形结构：岩石由自形矿物晶体组成。自形晶：晶体具有完整的晶面，镜下由规则的多边形组成，多为直边接触。它形结构：岩石由它形晶组成。晶体呈它形，不规则的曲线所包围。半自形结构：岩石由半自形晶组成。部分晶面发育良好，其它晶面发育不好。4、相互关系：包括矿物之间相互关系及其与火山玻璃及隐晶质之间的关系。①包裹关系：大颗粒包裹小颗粒。a.包橄关系：大颗粒辉石中包含有小的橄榄石颗粒b.含长关系：大颗粒辉石中包含有小的自形斜长石颗粒②反应关系a.反应边结构：早形成的矿物与熔浆发生反应，当反应不彻底时，会在早形成的矿物边缘形成一个反应边。OlPyPyHbMg2SiO4(