《岩浆岩石学》岩浆岩的化学应用.pdf

第十五章第十五章 岩石化学的应用岩石化学的应用 第一节第一节 火山岩名称的确定 第二节 火山岩名称的确定 第二节 碱度的确定 第三节 碱度的确定 第三节 系列的划分系列的划分 第四节第四节 分异及同化作用的研究 第五节 分异及同化作用的研究 第五节 板块构造的分析 第六节 板块构造的分析 第六节 岩浆岩的成因分析岩浆岩的成因分析 第七节第七节 地质温度计 第八节 地质温度计 第八节 与矿产的关系与矿产的关系 第一节第一节 火山岩名称的确定火山岩名称的确定 1 米德莫斯特的 硅 米德莫斯特的 硅 碱图碱图 1 构图方式 构图方式 以以 SiO2百分含量划分百分含量划分 大类 对大类 对SiO238 65 的 再以 的 再以 Na2O K2O百分含量百分含量 划分碱度不同的岩 石 按 划分碱度不同的岩 石 按SiO2含量可含量可 分七大类分七大类 2 邱家骧的 硅 邱家骧的 硅 碱图碱图 据据SiO2可 划分岩石酸 度 由 可 划分岩石酸 度 由SiO2 及及K2O Na2O 含量 从图含量 从图 上即可简便 地同时确定 火山岩的碱 度 系列 上即可简便 地同时确定 火山岩的碱 度 系列 岩石组合及岩石组合及 岩石名称 岩石名称 第二节第二节 碱度的确定碱度的确定 1 皮科克法 皮科克法 皮科克用钙碱指数皮科克用钙碱指数 又称皮科克指数又称皮科克指数 确定碱性程度 以确定碱性程度 以SiO2作 横座标 以 作 横座标 以CaO及及K2O Na2O 重量 重量 作纵座标 划出一个系列 的火成岩成分的 作纵座标 划出一个系列 的火成岩成分的K2O Na2O 与与CaO两个变异线 两个变异线的两个变异线 两个变异线的 交点 即交点 即K2O Na2O CaO处 此处相应的处 此处相应的SiO2位 叫钙碱指数位 叫钙碱指数 CA 皮科克以钙碱指数大小 把岩浆岩碱度划分为四级 皮科克以钙碱指数大小 把岩浆岩碱度划分为四级 CA61 钙性岩钙性岩 2 里特曼法 里特曼法 里特曼用组合指数 里特曼指数 岩系指数 确定碱性程度 组合指数 里特曼用组合指数 里特曼指数 岩系指数 确定碱性程度 组合指数 K2O Na2O 2 SiO2 43 组合指数只需用组合指数只需用SiO2 K2O Na2O三个氧化物三个氧化物 重量 重量 方法简便 尤其对基 方法简便 尤其对基 中性岩较为适用 中性岩较为适用 值愈大 碱性程度愈强 值愈大 碱性程度愈强 4者叫碱性岩 他并用岩石中 值及者叫碱性岩 他并用岩石中 值及K2O与与 Na2O相对含量 进一步划分类型 钙碱性岩又称相对含量 进一步划分类型 钙碱性岩又称 太平洋型 钠质碱性岩又称大西洋型 钾质碱性 岩又称地中海型 太平洋型 钠质碱性岩又称大西洋型 钾质碱性 岩又称地中海型 里特曼以里特曼以K2O Na2O与与SiO2 重量 重量 作直坐标图 图中 值 多呈抛物线分布 抛物线起点是 作直坐标图 图中 值 多呈抛物线分布 抛物线起点是SiO2 43 K2O Na2O 0处 此图只须用岩石的 处 此图只须用岩石的SiO2与与K2O Na2O值投影 即可读出大致 的 值大小 在图上还可看出某个火山岩系的演化趋势 对比不同火岩系之差异 分析岩浆是否同源 同源的 值 是连续的 值投影 即可读出大致 的 值大小 在图上还可看出某个火山岩系的演化趋势 对比不同火岩系之差异 分析岩浆是否同源 同源的 值 是连续的 里特曼在该图上标绘出六个典型地区的火山岩 系 以虚线表示 便于对比 里特曼在该图上标绘出六个典型地区的火山岩 系 以虚线表示 便于对比 钙碱指数钙碱指数CA与组合指数 大致有以下对应关 系 同样可把岩浆岩碱度分为 与组合指数 大致有以下对应关 系 同样可把岩浆岩碱度分为4级 级 碱性岩碱性岩 CA 51 9 碱钙性岩碱钙性岩 CA 51 56 9 3 3 钙碱性岩钙碱性岩 CA 56 61 1 3 1 8 钙性岩钙性岩 CA 61 1 8 组合指数法较简便 但对于组合指数法较简便 但对于SiO270 的岩石 的岩石 碱度确定不准 也最好不用 这时可用碱度率碱度确定不准 也最好不用 这时可用碱度率 SiO2图解法划分 图解法划分 碱度率碱度率 AR 的计算公式是的计算公式是 其中氧化物均为其中氧化物均为Wt 当岩浆岩中 当岩浆岩中SiO2 50 而且 而且 2 5 K2O N2O 1时 式中时 式中 K2O Na2O 用用 2 Na2O 代替 代替 莱特以莱特以AR作横坐标 以作横坐标 以 SiO2作纵坐标 制成碱 度分区图 划分岩浆岩 为钙碱性 碱性 过碱 性三级 莱特的钙碱性 岩 包括皮科克的钙性 岩及钙碱性岩 其碱性 岩相当皮科克的碱钙性 岩 而其过碱性岩与皮 作纵坐标 制成碱 度分区图 划分岩浆岩 为钙碱性 碱性 过碱 性三级 莱特的钙碱性 岩 包括皮科克的钙性 岩及钙碱性岩 其碱性 岩相当皮科克的碱钙性 岩 而其过碱性岩与皮 科克的碱性岩相当 科克的碱性岩相当 第二节第二节 系列的划分系列的划分 火山岩一般分为碱性和亚碱性系列 亚 碱性系列又可进一步分为拉斑玄武岩系 列及钙碱性系列 火山岩一般分为碱性和亚碱性系列 亚 碱性系列又可进一步分为拉斑玄武岩系 列及钙碱性系列 拉斑玄武岩系列 主要为拉斑玄武岩 拉斑玄武岩系列 主要为拉斑玄武岩 拉斑玄武安山岩拉斑玄武安山岩 冰岛岩冰岛岩 等 等 钙碱性系列 以安山岩 英安岩 流 纹岩及侵入的花岗闪长岩等为主 钙碱性系列 以安山岩 英安岩 流 纹岩及侵入的花岗闪长岩等为主 碱性玄武岩系列 以碱性橄榄玄武岩 及碧玄岩等为主 并可能有粗面岩 粗 碱性玄武岩系列 以碱性橄榄玄武岩 及碧玄岩等为主 并可能有粗面岩 粗 安岩 响岩 霞石岩等 安岩 响岩 霞石岩等 1 划分碱性与亚碱性系列 划分碱性与亚碱性系列 图中 图中 Ol为橄榄石 为橄榄石 Hy为紫苏辉石 为紫苏辉石 Ne为霞石 为霞石 Ab为钠长石 为钠长石 Q为石英为石英 2 划分亚碱性系列 中拉斑玄武岩系列与 钙碱性系列 划分亚碱性系列 中拉斑玄武岩系列与 钙碱性系列 对于一系列的基对于一系列的基 中中 酸性酸性 尤其中酸性尤其中酸性 岩 岩 以以F A N图较好 计 算方法为 图较好 计 算方法为 F FeO Fe2O3 A K2O Na2O M MgO 对于中对于中 基性岩 以基性岩 以A12O3 An 图为好 图为好 A12O3为 重量百数 为 重量百数 An An 100 An Ab 5 3Ne 第四节第四节 分异及同化作用研究分异及同化作用研究 1 分异作用 分异作用 可用一些指数或图解进行研究 常见的指数为 可用一些指数或图解进行研究 常见的指数为 1 较基性的岩石常用固结指数 久野指数 较基性的岩石常用固结指数 久野指数 SI 该指数用于玄武岩浆分异的岩石 确定其分异程度 日本不同 酸度的岩石 该指数用于玄武岩浆分异的岩石 确定其分异程度 日本不同 酸度的岩石SI不同 玄武岩不同 玄武岩SI 40 30 玄武安山岩 玄武安山岩SI 30 20 安山岩 安山岩SI 20 10 英安岩 英安岩SI 10 0 岩石愈酸性 岩石愈酸性 SI愈小 愈小 大多数原始玄武岩浆的大多数原始玄武岩浆的SI为为40 或更大一些 当发生结晶分异 时 残余熔浆的固结指数迅速降低 由于在岩浆结晶分异时 一般由富镁向贫镁方向演化 或更大一些 当发生结晶分异 时 残余熔浆的固结指数迅速降低 由于在岩浆结晶分异时 一般由富镁向贫镁方向演化 不一定硅降低不一定硅降低 因此 在玄武岩浆分异的岩石中 因此 在玄武岩浆分异的岩石中 SI愈低 则一般反映其分离愈低 则一般反映其分离 结晶的程度愈高 分异愈好 结晶的程度愈高 分异愈好 2 较酸性的岩石常用分异指数 较酸性的岩石常用分异指数 DI 一般是用以研究花岗岩分异及玄武岩系的后期浅 色分异产物 一般是用以研究花岗岩分异及玄武岩系的后期浅 色分异产物 DI Q Or Ab Ne Le Kp 它是它是CIPW法计算出来的六个标准矿物 石英法计算出来的六个标准矿物 石英 钾 长石 钾 长石 钠长石钠长石 霞石霞石 白榴石白榴石 钾霞石之和 因为岩浆 的分异一般是向富 钾霞石之和 因为岩浆 的分异一般是向富SiO2 NaAlSiO4 KAlSiO4残余岩 浆系统演化 故残余岩浆中可能包括上述 残余岩 浆系统演化 故残余岩浆中可能包括上述6个矿物 个矿物 但在任一特定岩石中 上述六个标准矿物是不共 生的 因此 每个岩石化学分析计算出的 但在任一特定岩石中 上述六个标准矿物是不共 生的 因此 每个岩石化学分析计算出的DI 实际上 一般为三个标准矿物的和 实际上 一般为三个标准矿物的和 DI从玄武岩到流纹岩逐渐 增高 从 从玄武岩到流纹岩逐渐 增高 从35到到90 左右 如玄武岩为 左右 如玄武岩为35 玄武安山岩 为 玄武安山岩 为35 40 安山岩为 安山岩为50 65 英安岩为 英安岩为65 80 流纹岩 流纹岩 80 如为同一原始岩浆分异产物 分异指数愈大 如为同一原始岩浆分异产物 分异指数愈大 一般说明岩浆分异程度愈高 一般说明岩浆分异程度愈高 研究分异作用 还可以用氧化物变异图 2 2 同化作用 同化作用 花岗岩类同化围岩能力较强 常见铁镁同化作 用 铝硅酸盐同化作用 碳酸盐同化作用等 花岗岩类同化围岩能力较强 常见铁镁同化作 用 铝硅酸盐同化作用 碳酸盐同化作用等 碳酸盐同化作用最明显 也最易发生 同化结 果是岩浆中钙 铁 镁增加 碳酸盐同化作用最明显 也最易发生 同化结 果是岩浆中钙 铁 镁增加 而硅 钾 钠减低 而硅 钾 钠减低 致使岩体的酸度变低 而且 不少的矽卡岩型铁 矿与之有关 致使岩体的酸度变低 而且 不少的矽卡岩型铁 矿与之有关 铁镁同化作用多由酸性侵入岩浆与基性的火山 岩或侵入岩接触产生 它使岩浆岩铁镁成分增加 铁镁同化作用多由酸性侵入岩浆与基性的火山 岩或侵入岩接触产生 它使岩浆岩铁镁成分增加 铝硅酸盐同化作用 多为酸性岩浆侵入于粘土 岩中或基性岩浆侵入于酸性岩中的作用 其共同 铝硅酸盐同化作用 多为酸性岩浆侵入于粘土 岩中或基性岩浆侵入于酸性岩中的作用 其共同 特点是 铝增高 而酸度变化不一 特点是 铝增高 而酸度变化不一 在有足够化学分 析资料的基础上 可采用等值线法进 行同化作用的研究 化学分析点在平面 图上应分布较匀 分析项目根据同化 类型确定 可单项 也可少量几项 如 同化碳酸盐用 在有足够化学分 析资料的基础上 可采用等值线法进 行同化作用的研究 化学分析点在平面 图上应分布较匀 分析项目根据同化 类型确定 可单项 也可少量几项 如 同化碳酸盐用CaO MgO同化铝硅酸盐 用 同化铝硅酸盐 用SiO2 Al2O3 同 化铁镁用 同 化铁镁用MgO FeO等 再用插入法 绘出其等值线 即 等 再用插入法 绘出其等值线 即 可看出某种成分变 化与围岩的关系 可看出某种成分变 化与围岩的关系 第五节第五节 板块构造分析板块构造分析 1 log log 图 里特曼将世界上 图 里特曼将世界上1300个活火山熔岩 投影在个活火山熔岩 投影在log log 座标 图上 根据实际的地质构造环境 把岩石成份划分为三个区 座标 图上 根据实际的地质构造环境 把岩石成份划分为三个区 A区为非构造带区为非构造带 板块内 部稳定构造区 板块内 部稳定构造区 火山岩 火山岩 B区为造山带区为造山带 岛弧及活 动大陆边缘区 岛弧及活 动大陆边缘区 火山岩 火山岩 C区为区为A D区火山岩派 生的碱性岩 图中 值 为里特曼的组合指数 为戈蒂里指数 区火山岩派 生的碱性岩 图中 值 为里特曼的组合指数 为戈蒂里指数 Al2O3 Na2O TiO2 2 F1 F2 F3判别图判别图 玄武岩成份与板块构造环境关系密切 皮尔斯划分 五类构造环境不同的玄武岩 板块内部玄式岩 玄武岩成份与板块构造环境关系密切 皮尔斯划分 五类构造环境不同的玄武岩 板块内部玄式岩 WPB 大洋底部 大洋底部 或洋中脊或洋中脊 玄武岩 玄武岩 OFB 低钾 岛弧 拉斑玄武岩 低钾 岛弧 拉斑玄武岩 LKT 钙碱性玄武岩 钙碱性玄武岩 CAB 钾玄岩 钾玄岩 SHO 用以下三式求出 用以下三式求出F1 F2 F3 将将F1 F2 F3 投点于下图 即确定不同构造 环境下生成的玄武岩 投点于下图 即确定不同构造 环境下生成的玄武岩 2 板块移动速度 板块移动速度 火山岩主要分布于板块的扩张边缘火山岩主要分布于板块的扩张边缘 如洋中脊如洋中脊 及 闭合边缘 及 闭合边缘 如消减带如消减带 板块扩张或闭合速度 板块扩张或闭合速度 厘米 年 厘米 年 与火山岩中与火山岩中K2O含量反相关 当板块移动速度为含量反相关 当板块移动速度为 0时 火山岩中时 火山岩中K2O含量最大 因此 碱性岩主要产 于板块扩张或闭合速度最小的地区 而钙碱性岩主 要产于移动速度大的地区 含量最大 因此 碱性岩主要产 于板块扩张或闭合速度最小的地区 而钙碱性岩主 要产于移动速度大的地区 在消减带上 闭合速度与岛弧火山岩的碱度系列 有以下关系 在消减带上 闭合速度与岛弧火山岩的碱度系列 有以下关系 闭合速度 闭合速度 8 9cm a 拉斑玄武岩系列为主 拉斑玄武岩系列为主 3 7cm a 钙碱性岩系列为主 钙碱性岩系列为主 30 CaO 少 少 Al2O3低 低 TiO2几乎不见 几乎不见 MgO FeO 多多 6 7 玄武岩浆分异产物 玄武岩浆分异产物 MgO 30 CaO多 多 Al2O3高 高 TiO2常见 常见 MgO FeO多多 6 7 第六节第六节 岩浆岩的成因分析岩浆岩的成因分析 2 正长岩 正长岩 正长岩或为玄武岩浆分异产物 或为 花岗岩浆同化结果 正长岩或为玄武岩浆分异产物 或为 花岗岩浆同化结果 玄武岩浆分异 属碱性岩 玄武岩浆分异 属碱性岩 SiO2不饱不饱 和和 饱和 岩体小 与辉长岩及火山岩类 共生 饱和 岩体小 与辉长岩及火山岩类 共生 FeO MgO 0 7 1 6 平均 平均1 2 花岗岩浆同化 属钙碱性岩 花岗岩浆同化 属钙碱性岩 SiO2过 饱和 岩体大 与花岗岩类共生 过 饱和 岩体大 与花岗岩类共生 FeO MgO 1 0 5 1 平均 平均2 7 3 花岗岩 花岗岩 有岩浆结晶者 也有交代者 区