16-18-第五章--岩浆岩的成分和分类

第五章岩浆岩的成分和分类2020/2/272《岩浆岩岩石学》课程章节•第六章超基性岩类•第七章基性岩类•第八章中性岩类•第九章酸性岩类•第十章脉岩类第一章绪论第二章岩浆与岩浆作用第三章岩浆岩的产状和相第四章岩浆岩的结构和构造第五章岩浆岩的成分和分类第三部分研究理论基础第十一章岩浆岩岩石化学应用第十二章岩浆的演化机理第十二章岩浆岩的组合及成因第一部分总论第二部分分论2020/2/273第五章岩浆岩的成分和分类•岩浆岩的物质成分主要是指其化学成分与矿物成分。•研究岩石的物质成分，不仅有助于①了解各类岩浆岩的内在联系、成因及次生变化，而且还是②岩浆岩分类的主要依据。•此外，岩石物质成分特点不同，具有不同的含矿性，因此深入研究岩石的物质成分可③为找矿提供有价值的信息。•所以，研究岩浆岩物质成分及其变化规律，是岩浆岩岩石学重要任务之一。2020/2/274本章主要内容•一、岩浆岩的化学成分•二、岩浆岩的矿物成分•三、岩浆岩矿物成分与化学成分的关系•四、岩浆岩的分类命名2020/2/275一、岩浆岩的化学成分•据已有地球化学研究资料，地壳中所有的元素，在岩浆岩中几乎均已发现，但其含量及在岩浆岩中的作用，以及在岩浆发生、演化、岩石形成过程中的行为是不同的。•按岩浆岩中的化学元素含量、地球化学行为及在岩浆岩中的意义，可以分为：•（一）主要造岩元素•（二）微量元素•（三）稀土元素•（四）同位素2020/2/276（一）岩浆岩的主要造岩元素•据地壳中元素丰度值的研究，地壳主要由12种元素O、Si、Ti、A1、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、H、P组成，这些元素占地壳总质量的99％以上，称为主要造岩元素。•岩浆岩的主要造岩元素也是这12种元素，其中含量最多的是：O、Si、A1、Ca、Fe、Mg、Na、K8种元素。它们占岩浆岩总质量的99.25％，尤以氧的含量最高，占总质量的46.59％，占体积的94.2％。2020/2/277岩浆岩的化学成分，常用氧化物质量分数表示。它们主要是以上这些氧化物，还可包括Cr2O3、ZrO2、CO2等，这些氧化物的质量分数一般都大于0.1%，其质量分数总和占岩浆岩平均化学成分的98%以上。2020/2/278此表列出的是据统计得出的岩浆岩平均化学成分（以主要氧化物和元素的平均含量表示）。由表可以看出：SiO2、A12O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、K2O、Na2O和H2O等9种氧化物为最主要，它们占岩浆岩平均化学成分的98％±，且在各类岩石中都能出现。2020/2/279氧化物含量（质量分数）变化范围•SiO2：一般34~75％，少数可达80％；•A12O3：一般10~20％，在纯橄榄岩中较低；•MgO：一般1~15％；•CaO：一般0~15％，但在某些辉石岩中达23％；•FeO+Fe2O3：0.5~15％，FeO一般高于Fe2O3。•Na2O：一般0~15％，在某些霞石岩中高达19.48％；•K2O：一般岩石中不高于10％，而且常低于Na2O，但在某些白榴石岩中可达17．94％。•H2O：有H2O+及H2O-之分，H2O+为化合水，H2O-为吸附水。一些火山玻璃可含高达10％的H2O，某些结晶岩石含H2O3~5％。一般说来，含H2O2％以上的岩石常常是由次生变化所引起。•TiO2：一般0~2％，很少超过5％；•P2O5：一般0~0.5％，很少超过3％；•MnO：一般为0~0.3％，很少超过2％；•ZrO：一般0~1％，最高不超过5％；•Cr2O3：一般0~0.5％，在个别岩浆岩中达2~3％。2020/2/27101SiO2•SiO2对岩浆及岩浆岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大，是岩浆岩中最重要的一种氧化物，并被用来作为划分岩浆岩酸性程度和基性程度的参数。•酸性程度就是指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，或称基性程度高。SiO2（wt%）岩石类型典型岩石45超基性橄榄岩-苦橄岩45-53基性辉长岩-玄武岩53-66中性闪长岩-安山岩66酸性花岗岩-流纹岩SiO2重要意义——把岩浆岩分为4大类酸性增强2020/2/27122Na2O和K2O•Na2O和K2O的含量虽然不及FeO、Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3等高，但在岩浆岩研究中的意义重大，因为在地幔和地壳中的含量差别显著，二者又是主要造岩元素中最容易熔融的组分，对源区的组成和部分熔融程度的变化以及岩浆的演化过程反应敏感。•通常把Na2O和K2O质量百分数之和，称为全碱含量（碱的含量），用ALK表示。2020/2/2713①里特曼（组合）指数（Σ）•碱性程度（碱度）是指岩石中碱的饱和程度。确定岩浆岩碱性程度的方法很多，最方便而又常用的是里特曼的组合指数()，又叫系列指数或里特曼指数（RittmannIndex）。•＝[w(Na2O＋K2O)2]/[wSiO2-43]•越大，碱性程度越强。1.8者称为钙性岩•3.3者称为钙碱性岩=1.8~3.3称为狭义的钙碱性岩=3.3~9者称为碱性岩9者称为过碱性岩2020/2/2714②SiO2－(Na2O＋K2O)图解•该图解是较常使用的碱度系列划分图解，可将岩浆岩划分为碱性系列(A)和亚碱性系列(S)。•另外，Na2O与K2O的相对含量、w(Na2O)/w(K2O)比值等也常作为岩浆岩研究的主要参数。例如，由陆壳沉积物熔融形成的(S型)花岗岩，一般具有w(Na2O)/w(K2O)1的特征，而幔源岩浆分异形成的(M型)花岗岩或地壳中以岩浆岩为源区重熔形成的(I型)花岗岩则常具w(Na2O)/w(K2O)1的特征。2020/2/27153Al2O3•Al2O3在岩浆岩的平均组成中的含量仅次于SiO2。岩浆中Al2O3的含量高，则粘度加大，暗示着长石的含量高。Al2O3也是岩石进一步分类和成因研究中的重要参数。如在亚碱性玄武岩中，w(Al2O3)16%者被称为高铝玄武岩，是岛弧火山岩的一个重要特征。在花岗岩中，w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+CaO)（常表示为A/CNK）1.1者，多为S型花岗岩。2020/2/27162020/2/2717岩浆岩主要氧化物之间的关系岩浆岩中，各主要氧化物之间的关系很密切，其变化也有规律。以SiO2含量为横座标，作出相应的6种氧化物的变化曲线，可以看出，钙碱性系列酸度不同的岩浆岩中各种氧化物，随SiO2含量的增减，作有规律的变化：随SiO2含量增加，FeO及MgO逐渐减少，即比较基性的岩石中FeO及MgO比酸性岩中要多；反之，SiO2含量增加，K2O及Na2O的含量逐渐增加，在超基性岩中几乎不含K2O及Na2O。CaO和Al2O3在纯橄榄岩中的含量很低，但在辉石岩和基性岩中达最大值，以后随着SiO2含量的增加又逐渐下降。2020/2/2718岩浆岩主要造岩元素的研究意义•(1)火山岩系列和类型的划分•(2)主要氧化物变异图解•(3)标准矿物计算及其主要用途2020/2/2719(1)火山岩系列和类型的划分2020/2/2720(1)火山岩系列和类型的划分2020/2/2721(1)火山岩系列和类型的划分2020/2/2722安徽南部地区花岗岩硅－碱对比图（afterIrvine,1971）A－碱性;S－亚碱性1.皖南地区;2.安徽沿江地区A型花岗岩;3.牯牛降岩体;4.东库岩体;5.谭山岩体;6.铜陵地区花岗闪长岩;7.库山岩体;8.五塘岗岩体2020/2/2723安徽南部地区花岗岩FAM对比图（afterHyndman,1974）TH－拉班玄武岩系列;CA－钙碱性岩系列;F－FeO+0.8998Fe2O3;A－K2O+Na2O;M－MgO。1.皖南地区;2.安徽沿江地区A型花岗岩;3.牯牛降岩体;4.东库岩体;5.谭山岩体;6.铜陵地区花岗闪长岩;7.库山岩体;8.五塘岗岩体2020/2/2724铜陵矿集区中酸性侵入岩硅碱图解曲线为碱性系列（A）和亚碱性系列（S）分界线，据Irvine&Baragar（1971）2020/2/2725安徽石台地区花岗岩硅-钾对比图HK－高钾岩系;MK－中钾岩系;LK－低钾岩系1.皖南地区;2.安徽沿江地区A型花岗岩;3.牯牛降岩体;4.东库岩体;5.谭山岩体;6.铜陵地区花岗闪长岩;7.库山岩体;8.五塘岗岩体2020/2/2726白芒山岩体K2O-SiO2图解底图据Ewart(1982);图中符号1-刑凤鸣和徐祥(1999);2-黄顺生等(2004);3-王建中等(2008)2020/2/2727(2)主要氧化物变异图解成分变异图解通常以SiO2或MgO作为参量（横坐标），以其它氧化物作因变量（纵坐标），称为Harker图解。也可根据研究的需要选用由多种氧化物或标准矿物计算的参数，如分异指数DI、碱度率AR等。如果是同源岩浆演化形成的一组岩石，其在成分变异图解上的投点应具有较好的相关性。左图显示，虽然因受到后期蚀变，每种氧化物不能连成一条圆滑的曲线，但其变化范围仍显示与SiO2有较好的相关性，表明岩浆分异在演化过程中的主导作用。2020/2/2728TiO2012303540455055606570MgO012345303540455055606570CaO024681012303540455055606570SiO2SiO2MgOCaOTiO2FeO012345678910303540455055606570Na2O0123456303540455055606570Al2O305101520303540455055606570Na2OAl2O3FeO铜陵狮子山岩浆岩哈克图解2020/2/2729(3)标准矿物计算及其主要用途•岩浆岩中矿物组合及其含量是岩石分类和对比的基础。但是，当岩石结晶粒度细小、尤其是快速冷凝的火山岩中存在大量的玻璃质时，岩石实际矿物含量无法测量，因而无法进行矿物及其含量的对比。为解决此类问题，不少人提出了统一的计算程序，利用化学成分计算岩浆岩中理想矿物组成及其含量的方法，称为标准矿物(normativeminerals)计算法。目前应用较多的是由WCross,JPIdings,LVPirsson和HSWashington(1992)4人共同提出的计算法，称为CIPW方法，计算结果用标准矿物的质量分数表示。CIPW计算结果可用于岩浆岩的分类命名及成分对比，也用于实验相图投点，以分析岩浆形成过程或结晶的温压条件。•除此之外，主要氧化物还用来估算岩浆中矿物的结晶温度、粘度、密度及氧逸度等与岩浆性质有关的参数。2020/2/2730（二）岩浆岩中的微量元素•除了主要造岩元素之外，岩浆岩中还有一些含量甚微的元素，其总量一般不超过千分之一，称为微量元素(minorelementsortraceelements)，又称痕迹元素。它们的含量多以ppm（即10-6，百万分之一）来表示。•微量元素包括Li,Rb,Cs,V,Co,Ni,Cr等大离子亲石元素和过渡族元素及稀土元素（57-71）La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,(Y)2020/2/2731（二）岩浆岩中的微量元素•不同的岩石，随主要造岩元素含量的变化，其微量元素也呈有规律的变化。•岩石酸度增高，K和Na的含量也增高，能够以类质同像代替K、Na离子的第一族碱金属微量元素Li、Rb、Cs的含量也随之增加。相反，对于亲铁元素如V、Co、Ni、Cr，随着岩石酸度增高，其含量急剧减少；但随着岩石基性程度的增高，而明显增加。•岩石中碱度的增高，明显地有利于稀有元素的富集。•由此可见，微量元素在不同岩类中的分布，也呈现有规律的变化。2020/2/27322020/2/27332020/2/2734相容元素和不相容元素•林伍德(AERingwood,1966)在研究玄武岩的成因时，按地幔矿物和玄武岩熔体之间微量元素的分配状况将其分为不相容元素和相容元素(compatibleeleme