火成岩岩石学 第2章 火成岩的物质成分

第二章火成岩的基本特征与分类一、火成岩的物质成分化学成分矿物成分化学成分与矿物共生组合的关系火成岩形成条件对矿物共生组合的影响一、火成岩的物质成分火成岩物质成分研究的意义：是火成岩分类命名的基本依据为研究岩浆起源、演化和岩浆物理性质提供重要依据为岩浆岩浆形成时的大地构造背景和岩石圈层的演化提高重要信息1.主要元素（Majorelements）：O,Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na,K,Ti,P,H,Mn,C等，其中氧的含量最高。常用氧化物的形式表示火成岩的成分，即：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、K2O、Na2O、P2O5、H2O和CO2等13种，每种氧化物含量一般0.1%，占火成岩平均化学成分的98%左右。（一）火成岩的化学成分类型：主要元素、痕量元素和同位素※火成岩主要造岩氧化物含量的大致范围是：SiO234～75%少数可达80%Al2O310～20%在纯橄榄岩中较低MgO1～25%CaO0～15%但某些辉长岩中达23%Fe2O3+FeO1～15%一般FeOFe2O3Na2O0～15%霞石岩中可达19.48%K2O一般10%白榴石岩中可达17.94%H2O+(结晶水)和H2O-(吸附水)一般2%，个别达10%TiO20～2%很少超过5%P2O50～0.5%很少超过3%MnO0～0.3%很少超过2%1.主要元素：几种主要造岩氧化物（1）SiO2：是最重要的成分，含量高，是岩石酸性程度（基性程度）的标志。随着SiO2含量的变化，其它氧化物呈现规律性的增加或减少。超基性岩SiO245%基性岩SiO2=45～52%中性岩SiO2=52～63%酸性岩SiO263%（一）火成岩的化学成分几种主要造岩氧化物（2）Al2O3：在火成岩中含量仅次于SiO2，SiO2、Al2O3与CaO、Na2O、K2O一起组成长石和副长石类矿物；与FeO*、MgO、CaO等结合形成辉石、角闪石、黑云母等矿物。（3）Na2O和K2O：是碱性长石的主要组成部分，当其含量较高时还可形成碱性暗色矿物和副长石。a.Al2O3Na2O+K2O（分子数比，下同）：碱过饱和岩石b.Al2O3Na2O+K2O+CaO（分子数比）：铝过饱和岩石c.Na2O+K2OAl2O3Na2O+K2O+CaO：钙碱性岩（一）火成岩的化学成分几种主要造岩氧化物（4）FeO*、MgO、MnO与SiO2结合形成橄榄石、辉石等矿物。（5）TiO2与FeO组成钛铁矿，与CaO结合生成榍石，与P2O5、CaO结合则形成磷灰石。TiO2结合形成橄榄石、辉石等矿物。（一）火成岩的化学成分2.痕量元素(Traceelements):含量甚微，usually0.1%。存在形式：一般不以独立的矿物相出现。•主要以类质同像形式替代矿物中的主要元素，•其次是保存在快速固结和冷凝的火山玻璃或气-液包裹体中•第三是吸附在矿物表面或以杂质的形式存在于矿物矿物晶体缺陷的间隙中。※痕量元素的对研究岩浆的起源、演化、岩石系列划分和岩石形成机理等方面将提供重要信息和证据。（一）火成岩的化学成分痕量元素的分类：A.依据：元素的相容性(compatibility)相容元素：优先进入矿物相的元素不相容元素（亲岩浆元素）：优先进入熔体相的元素B.依据：不相容元素的进一步划分依据是电荷/半径比值也称场强，相当于离子势）高场强元素（HFSEs）：半径小和电价高阳离子的元素，离子势大于2.0.包括：REE，Sc、Y、Th、U、Pb、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta低场强元素（LFSEs），又称大离子亲石元素（LILEs）：大半径且低电价阳离子的元素，离子势小于2.0包括：Cs、Rb、K、Ba、Sr，二价的Eu、Pb（一）火成岩的化学成分稀土元素：LaCePrNd(Pm)SmEuDyTbErHoTmYbLu过渡族元素：ScTiVCrMnFeCoNiCuZn3.同位素(Isotope)：（1）稳定同位素：碳、氢、氧、硫研究意义：主要用来获得岩浆源区的信息（2）放射性同位素：火成岩研究中具有重要意义的放射性同位素主要有K-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、Th-Pb、Re-Os和Lu-Hf研究意义：主要以此确定火成岩的形成年龄和岩浆源区及岩浆演化的示踪（一）火成岩的化学成分●火成岩中的矿物组成：能够反映岩石的化学成分；也是岩石分类命名的主要依据；还是判断岩石生成条件的重要标志。●组成岩石的矿物统称造岩矿物，火成岩中常见的矿物只有20多种，它们被称为主要造岩矿物。●火成岩中最主要的造岩矿物是：橄榄石类、辉石类、角闪石类、云母类、碱性长石类、斜长石类、副长石类和石英类，等等。（二）火成岩的矿物成分橄榄石(Fe,Mg)2SiO4SiO238-40%MgO40%斜方辉石(Fe,Mg)2Si2O6SiO254-57%普通辉石(CaNaK)…Al(AlSi)2O6SiO248-55%角闪石CaNaK…(Al4O11)2(OH…)SiO239-45%黑云母KAl…(AlSiO3O10)(OH…)SiO239%K2O10%石英SiO2SiO2100%钾长石KAlSi3O8SiO271%K2O8%斜长石NaAlSi3/CaAl2Si2O8SiO268-50%霞石NaAlSiO4SiO240%Na2O16%例钾长石SiO2%的计算K2O·Al2O3·6SiO2SiO2=60.1*6/(44.2+102.4+60.1*6)=71%实用矿物化学（1）据矿物的化学成分划分a.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。b.铁镁矿物：FeO与MgO含量较高，SiO2含量较低。如橄榄石、辉石类、角闪石类和黑云母类。（2）据矿物的颜色划分a.浅色矿物：颜色较浅的矿物，如白色、灰色和无色，与硅铝矿物相对应。b.暗色矿物：颜色较深的矿物，如黑色、绿色、褐色、蓝色等，与铁镁矿物相对应。有些富含Na2O的暗色矿物称之为碱性暗色矿物，如霓石、钠闪石、星叶石等。1、火成岩中矿物的划分※色率：暗色矿物在火成岩中的体积百分含量称为色率，根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。它是火成岩分类命名的重要依据，例如：超镁铁质岩M90%※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。1、火成岩中矿物的划分（3）据矿物在岩石中的含量a.主要矿物：在岩石中含量多，对火成岩大类的划分和定名起决定作用的矿物。如石英、长石是花岗岩的主要矿物。b.次要矿物：在岩石中含量次于主要矿物，不影响火成岩大类的划分和定名，但对确定岩石种属的进一步划分可起作用矿物。常小于5％。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％时，则叫石英闪长岩。c.副矿物：含量很少，常小于1％。通常不参与岩石分类和命名。但它们对于了解一个岩体的形成条件，确定岩体时代有重要意义。常见的有磁铁矿、磷灰石、锆石、独居石、榍石、褐帘石等。1、火成岩中矿物的划分（4）据矿物的成因类型a.原生矿物：岩浆冷凝过程中形成的矿物。高温矿物低温矿物b.次生矿物：在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后，由于受残余挥发份和岩浆期后流体作用（蚀变、交代、充填）而生成的矿物，常交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。其中原生矿物常发生以水化或碳酸盐化为主的蚀变作用，生成蚀变矿物。c.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。如有些富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。1、火成岩中矿物的划分※6种典型的岩浆岩矿物共生组合（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，出现大量镁铁矿物（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，铝和钙较多，铁、镁和硅均较充分，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，钠、钾略有增加，铝、硅、钙、铁、镁均较充分，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：暗色矿物≈2:1。2、火成岩中的矿物共生组合规律※6种典型的岩浆岩矿物共生组合（4）石英＋钾长石＋酸性斜长石＋黑云母组合：相当于酸性岩，钠、钾、硅含量高，铁、镁、钙低，石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物为主。（5）钾长石＋黑云母＋角闪石组合：其SiO2相当于中性岩，钠、钾高而铁、镁低，大量出现钾长石。（6）霞石＋白榴石＋钾长石＋碱性暗色矿物组合：其SiO2接近于基性岩（平均53.36％），钠、钾含量很高，出现霞石、白榴石等矿物，因钠过多，故常出现碱性暗色矿物。2、火成岩中的矿物共生组合规律1.SiO2饱和度对矿物共生组合的影响（1）岩浆中SiO2过饱和：石英→游离的SiO2结晶产物，属硅酸过饱和矿物。（2）岩浆中SiO2不饱和：镁橄榄石、副长石类及黑榴石、黄长石和刚玉等，它们不能与石英平衡共生，属硅酸不饱和矿物Mg2SiO4+SiO2MgSiO3(1557℃)镁橄榄石液相顽火辉石NaAlSiO4+2SiO2NaAlSi3O8霞石液相钠长石KAlSiO4+2SiO2KAlSi3O8白榴石液相正长石（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系1.SiO2饱和度对矿物共生组合的影响（3）岩浆中SiO2饱和：除上述以外的一些矿物，如铁橄榄石、大多数辉石、角闪石类、云母类和长石类矿物都属于硅酸饱和矿物，都可以与石英平衡共生。※提示：过饱和岩石饱和岩石不饱和岩石（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系2、Al2O3和K2O+Na2O的含量对矿物成分的影响不同的碱和Al2O3含量火成岩，其矿物组合有很大差别。具体可简单总结如下：（1）铝过饱和岩石（过铝质岩石）:Al2O3(CaO+K2O+Na2O)特征是常出现富铝的矿物，如白云母、黄玉、电气石、锰铝－铁铝榴石、刚玉、红柱石和矽线石，斜长石、钾长石和石英是常见矿物。（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系2、Al2O3和K2O+Na2O的含量对矿物成分的影响（2）钙碱性岩石（偏铝质岩石）:(K2O+Na2O)Al2O3(CaO+K2O+Na2O)出现的矿物是黑云母、普通角闪石、普通辉石、透辉石、斜长石、碱性长石和石英。不见碱度高的暗色矿物。（3）碱过饱和岩石（过碱质岩石）:Al2O3(K2O+Na2O)以出现碱性铁镁矿物为特征，如霓辉石、霓石、黑榴石、钠闪石、钠铁闪石和富铁云母等，还有黄长石、碱性火山玻璃，以碱性长石为主，副长石常见。而斜长石无或很少，石英只在高硅岩石中出现，其它岩石中无或很少。（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系（四）火成岩形成条件对矿物组合的影响1、深成岩：岩浆在地下深处，温度下降缓慢，压力较高，结晶时间充足——低温矿物组合。出现：α-石英、正长石、微斜长石、低温斜长石、普通辉石、透辉石，角闪石和黑云母无暗化，无玻璃质。2、火山岩：环境由地下高温高压急速变成地表的常温常压，岩浆冷却快来不及结晶形成玻璃或生成细粒矿物——高温矿物组合（喷出后结晶的和早先于地下结晶的矿物都有）和含水矿物暗化。出现：β-石英、方石英、鳞石英、透长石、歪长石、高温斜长石、白榴石、易变辉石、玻璃质，角闪石和黑云母多暗化。据火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素•我们应该掌握什么？•岩石化学成分组成与分类•化学成分与矿物共生组合的关系•火成岩矿物组合与岩石名称与主量元素之间的关系