高级岩浆岩岩石学第三章 火成岩的成分及其分类.ppt

第四章岩浆岩的成分和分类 化学成分矿物成分化学成分与矿物成分的联系分类命名 第一节岩浆岩的化学成分 1 一般特点化学成分是影响岩石矿物成分 结构构造的主要因素 是岩石一切变化的内因 元素含量有高有低 主量元素 majorelements 微量元素 traceelements 主量元素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 一般含量 0 1 微量元素 含量 WB 小于0 1 1000ppm Rb Sr Ba Zr Nb Ta Hf La Ce Sm 2 控制因素 a地球的层圈和成分 占地球质量97 的7种元素及其相对含量 AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology byJohnWinter PrenticeHall 2001 2 控制因素 a地球的层圈和成分 氧化物比例WB SiO245 249 460 3TiO20 71 41 0Al2O33 515 415 6MgO37 57 63 9FeO8 510 17 2CaO3 112 55 8Na2O0 62 63 2K2O0 10 32 5Total99 299 399 5Cationsnormalizedto100cationsSi38 546 156 4Ti0 51 00 7Al3 616 917 2Mg47 610 65 4Fe6 07 95 6Ca2 812 55 8Na0 94 75 8K0 10 53 0O140 2153 0161 3Mineralogy oxygenunits XFe3 0 10 Quartz0 00 013 0Feldspar13 257 364 3Clinopyroxene6 725 75 9Orthopyroxene18 34 114 7Olivine59 99 90 0Oxides1 83 02 0 地幔大洋壳大陆壳 Oceaniccrust MORBbasalte1 Continentalcrust granitee2 主量元素 2 控制因素 b地质过程 岩浆的形成和分异过程 据周新民 3 表示方法 氧化物的质量百分数 weightpercentageofoxide 举例SiO2 Al2O3单位 unit 国内 WB 国际 Wt 元素的质量百万分数 partpermillionofelementmass 举例Zr Hf Y单位 unit 国内 g g国际 ppm 4 成分变异图 举例 a 二维变异图 Jungetal 1998 Lithos Maetal 1998 Lithos AlfredHarker 1859 1939 英国岩石学家 4 成分变异图 举例 b 三维变异图 Sheetal 2006 ChemicalGeology 4 成分变异图 举例 c 标准化图解 微量元素 Maetal 2000 PrecambrianResearch 球粒陨石标准化 Boynton 1984 原始地幔标准化 McDonoughetal 1992 微量元素 稀土元素的配分形式某些特殊元素的富集或亏损 稀土元素 微量元素 样品含量与标准化值的比值的对数消除微量元素的奇偶效应 OceanicContinentalLowerMiddleUpperPrimitiveDepletedCrustCrustCCCCCCMantleMantleTraceElementsinppmBa13 8392 0262 0402 0550 07 02 7Rb0 657 012 062 0112 00 60 1Sr90 0327 0347 0281 0350 021 016 6Zr74 0124 069 0125 0190 011 28 2Nb2 08 65 48 014 00 60 3Ta0 00 70 60 61 00 00 0Hf2 03 71 94 05 80 30 2Y28 020 016 022 022 04 54 4Sc38 022 031 022 011 017 116 9Cr1036 0120 0215 083 035 02520 02869 0Ni471 451 088 033 020 01860 02028 0Co47 025 038 025 010 0102 0111 0Cu75 024 026 020 025 025 00 0Zn58 374 078 070 071 053 30 0RareEarthElementsinppmLa2 5018 008 6017 0030 000 690 33Ce7 5042 0020 0045 0064 001 800 93Nd7 3020 0011 0024 0026 001 350 99Sm2 633 902 804 404 500 440 38Eu1 021 181 101 500 880 170 16Gd3 683 603 104 003 800 590 55Tb0 000 560 480 580 640 000 00Dy4 573 503 103 803 500 740 70Ho0 000 760 680 820 800 000 00Er3 002 201 902 302 300 480 46Tm0 000 320 320 000 330 000 00Yb3 002 001 502 302 200 490 47Lu0 460 330 250 410 320 070 07U Th PbinppbTh12056001 2006100107008517U47140020016002 800207Pb300125004 3001500020 00013835 TraceelementcompositionoftheEarth scrust Thecontinentalcrustishighlyenrichedinincompatibletraceelements Despiteitssmallproportionalmass 0 2wt thecontinentalcrustremainsanimportantreservoirforthelargeionlithophileelements aswellastheimportantheatproducingelementsU Th andK butshowsrelativedepletionsinHFSEelementssuchasNb withrespecttotraceelementswithsimilardegreesofincompatibility e g K Th La 5 岩石化学成分的测试方法 X射线荧光光谱法 主量元素 X rayfluorescence XRF 2 中子活化法 微量元素 Neutronactivationanalysis INAAandRNAA 3 电感耦合等离子体发射光谱法 微量元素 Inductivelycoupledplasmaemissionspectrometry ICP 原子吸收分光光度法 微量元素 Atomicabsorptionspectrophotometry AAS 质谱仪 微量元素 Massspectrometry MS 第二节岩浆岩的矿物成分 1 基本矿物类型a 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 次生矿物 主要是地表风化和岩浆期后蚀变 受岩浆挥发分和地幔流体的影响 而形成的矿物 产状上限于风化带内 如钾长石的高岭土化 橄榄石的蛇纹石化 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 矿物成因的差异 1 基本矿物类型b 主要矿物 含量高 是划分岩石大类的依据 例如花岗岩中的石英 长石次要矿物 含量小于主要矿物 对确定岩石种属起作用的矿物例如花岗岩中的黑云母副矿物 分布广泛那但含量很少 1 一般不参与岩石命名例如锆石 磷灰石 矿物的相对含量 体积分数 硅铝矿物 浅色矿物 SiO2和Al2O3含量高 不含FeO MgO 包括石英 长石 似长石石英 SiO2钠长石 NaAlSi3O8正长石 KAlSi3O8霞石 似长石 NaAlSiO4镁铁矿物 暗色矿物 FeO和MgO含量高 包括橄榄石 辉石 角闪石 黑云母橄榄石 Mg Fe 2SiO4普通辉石 Ca Na Mg Fe Al Al Si 2O6普通角闪石 Ca2 Mg Fe Al 5 Al Si 8O22 OH 2黑云母 K Fe Mg 3AlSi3O10 F OH 2 1 基本矿物类型c 矿物的化学成分 1 基本矿物类型d 实际矿物 modalmineral mode 从薄片或标本上统计出的岩石中实际出现的矿物组成 标准矿物 normativemineral norm 根据岩石的化学成分计算出的矿物组成 例如 CIPW标准矿物 研究手段的差异 CIPW方法的四位美国学者 上左顺时针方向 C W Cross 1854 1949 J P Iddings 1857 1920 L V Pirsson 1860 1919 H S Washington 1867 1934 岩石和矿物成分 某一岩石得到的三种成分 Best 2003 全岩化学成分 岩石中矿物的化学成分 岩石中的实际矿物含量 镜下统计的实际矿物 modal 含量 vol 由各个矿物的密度和体积 计算的实际矿物 mode wt A 黑云母B 石英C 碱性长石 岩石中实际矿物含量目估对比图 2 鲍文反应序列 Bowen sReactionSeries 与造岩矿物 RockFormingMinerals 组合 镁铁质矿物 硅铝质矿物 byN L Bowen 1928 橄榄石 辉石 角闪石 黑云母 钙长石 钙 钠斜长石 钠长石 正长石 白云母 石英 架状硅酸盐 岛状 单链 双链 层状 不连续系列 连续系列 鲍文反应序列的不同表达方式 特定的岩浆并不完全经历整个演化系列 岩浆完全结晶前在不连续系列中一般仅出现3 4种矿物 例如 辉长岩浆的结晶以橄榄石开始 角闪石结束 意义 矿物组合环带和反应边结构岩浆成因同化混染地壳演化 3 岩浆岩的色率与矿物成分 色率 colorindex CI 火成岩 特别是侵入岩 中暗色矿物 镁铁质 的含量 体积百分数 根据色率 鉴定岩石中浅色矿物 硅铝质 与暗色矿物 镁铁质 的比例 可以估计岩浆岩的基性程度 是岩石分类的重要标志之一 淡色 CI 0 35 例如花岗岩 斜长岩中色 CI 35 65 例如辉长岩 闪长岩暗色 CI 65 100 例如玄武岩 橄榄岩 长英质 中色岩 镁铁质 第三节化学成分与矿物成分的联系 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 三个组分对矿物共生组合起重要控制作用SiO2 酸度 碱质 Na2O K2O Al2O3及铝饱和指数 1对矿物共生组合的控制因素SiO2 酸度 硅酸不饱和矿物 不能与石英共生2Mg2SiO4 Fo 2SiO2 2Mg2Si2O6 En 2NaAlSiO4 Ne 4SiO2 2NaAlSi3O8 Ab 所以Fo Ne为硅酸不饱和矿物 出现在硅酸不饱和岩石中 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 硅酸过饱和矿物 Q 出现石英 表示SiO2过剩 2对矿物共生组合的控制因素碱度 Na2O K2O 碱度的衡量标准 1 里特曼 组合 指数 w Na2O K2O 2 w SiO2 43 9过碱性 2 SiO2 Na2O K2O图解 Totalalkalisvs silicadiagramforthealkalineandsub alkalinerocksofHawaii AfterMacDonald 1968 GSAMemoir116 2对矿物共生组合的控制因素碱度 Na2O K2O 3对矿物共生组合的控制因素Al2O3及铝饱和指数 ASI AluminumSaturationIndex 分子摩尔数之比A Al2O3 C CaO N Na2O K K2O ACNK molarAl2O3 CaO Na2O K2O 据火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素 在课程学习中 完成下表 第四节分类和命名 岩浆岩分类和命名的要素野外产状和结构构造化学成分矿物成分 1 产状和结构构造的简单分类 侵入岩 矿物颗粒较粗 肉眼可以分辨 火山岩 斑状结构或颗粒细 至隐晶质 除斑晶外 一般无法用肉眼可辨 斜长花岗岩 玄武岩 侵入岩 缓慢冷却结晶 喷出岩 快速冷却结晶 2 以SiO2为指标的简单分类 3 国际地科联推荐的定名方案 a适用于中酸性岩色率10 Quartz rich Granitoid 90 90 60 60 20 20 AlkaliFs QuartzSyenite Quartz Syenite Quartz Monzonite Quartz Monzodiorite Syenite Monzonite Monzodiorite Foid bearing Syenite 5 10 35 65 Foid bearing Monzonite Foid bearing Monzodiorite 90 AlkaliFs Syenite Foid bearing AlkaliFs Syenite 10 Foid Monzosyenite Foid Syenite Foid Monzodiorite Foid Gabbro Qtz D