中国地质大学岩石学3

第三讲火成岩的成分、分类一、火成岩的化学成分二、矿物成分三、火成岩的分类命名要求：

1.掌所至握火成岩的物质成分特点（常量、微量、同位素）

2．了解火成岩的物质成分的研究方法及意义

3．了解火成岩的分类原则，掌握本教材的分类系统组成火成岩的元素分为主要元素、微量元素和同位素三类，在火成岩的成因研究中均具有重要意义，其中直接用于火成岩分类的是主要元素。

一、火成岩的化学成分1．主要元素

1）特征及主要参数13项（含量一般大于0.1%）：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、H2O、CO2，总和占火成岩平均化学成分的98%也是地球、地幔及地壳的主要组成。(1）

SiO2含量最高，变化于34-75%之间，少数可达80%，同时它对岩浆及火成岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大，因此是火成岩中最重要的一种氧化物。被用来作为划分火成岩酸性程度和基性程度的参数。酸性岩：SiO2>66%中性岩：SiO2=53-66%基性岩：SiO2=45-53%超基性岩：SiO2<45%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，对含量低者，谓之酸度小，亦可称基性程度高。（2）Na2O+K2O

在岩浆中的含量称为全碱（Alk）含量。因为Na2O、K2O在地幔和地壳中的含量差别显箸，是主要元素中最容易熔融的组分，因而对源区的组成、部分熔融程度的变化以及岩浆的演化过程反应敏感，在火成岩的研究中意义重大。火成岩碱度及系列的划分：最常用的方法有两种：里特曼（组合）指数（δ）δ=（K2O+Na2O）2/（SiO2-43）（wt%）δ<3.3者称为钙碱性岩，δ=3.3-9者为碱性岩，δ>9者为过碱性岩。SiO2-

Na2O+K2O图解

可将火成岩划分为碱性系列（A）和亚碱性系列（S）。

K2O/Na2O比值等也常作为火成岩研究的一个重要参数

例如:S型花岗岩：一般具K2O/Na2O>1，M型或I型花岗岩：K2O/Na2O<1。（3）

Al2O3

在火成岩的平均组成中含量仅次于SiO2

影响岩浆的物理性质：Al2O3的丰度高，则粘度加大；

是岩石进一步分类和成因研究中的重要参数：如亚碱性玄武岩中Al2O3>16%者被称为高铝玄武岩，是岛弧火山岩中的一个重要特征。花岗岩中A/CNK=Al2O3/（CaO+Na2O+K2O）（摩尔数）

>1.1者，多为S型花岗岩。（4）各主要元素之间的关系（图）：

MgO、FeOT与SiO2为负相关

K2O、Na2O与SiO2成正相关

Al2O3、CaO变化较复杂，从超基性岩到基性岩增加较快，到最大值，然后随酸度增加而降低。

2）火成岩主要元素的研究义容及意义

（1）火山岩系列及类型的划分

(2)主要氧化物变异图解对于一组密切共生、成分变化范围很宽的火成岩，需查清这些岩石之间的成因联系：是否存在相互派生关系？是否都来源于共同的母岩浆？它们是通过什么方式演化的？可通过变异图获取答案。成分变异图通常以SiO2或MgO作为参量（横座标），其它氧化物作因变量（纵座标）来投点，称为Harker图解。由同源岩浆演化的一组岩石投点应具有较好的相关性（3）标准矿物计算及主要用途

利用化学成分计算火成岩中理想矿物组成及含量的方法，称为标准矿物计算方法。目前应用较多的是由W.Cross,

J.P.Iddings,L.V.Pirsson

和H.S.Washington(1902)四人共同提出的计算法，称为CIPW方法，计算结果用标准矿物的重量百分数表示。有关的计算步骤可参看有关的岩浆岩教材（邱家骧，1991）。具体操作可应用已有的软件通过计算机来完成。

CIPW计算结果用于火成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。

????2.微量元素(Traceelements)

微量元素:是指在体系中不作为任何物相的主要组分存在的非化学计量的分散元素，由于含量很低，它们在岩浆中的物理化学形为可以近似地用稀溶液定律来描述。

微量元素的存在方式：（1）呈类质同象占据矿物晶格内晶体化学性质相近的其它元素的位置，例如Cr、Ni可占据橄榄石和辉石中Mg、Fe的位置，Li、Rb、Cs可占据钾长石和云母中K的位置等；

（2）保存在火山玻璃和气-液包体中；

(3)第三是吸附在矿物表面或以杂质的形式存在于矿物晶体缺陷的间隙内。

????/微量微量元素地球化学形为：地幔相容元素：

地幔熔融岩浆的过程中，残留富集于地幔岩的矿物之中的元素，如：Cr、Ni、Co、Yb、Er等元素；地幔不相容元素：

在岩浆中强烈富集，这些元素有Cs、Rb、K、Ba、Sr、La、Y、REE、Th、U、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb和P等。

?????研究意义（主要可用来示踪源区，分析岩浆的形成背景）：

微量元素在岩石化学性质上的上述差异，造成了元素在岩石圈垂向剖面上发生了强烈的分异，由地幔分异（通过岩浆作用）形成的地壳中不相容元素的丰度要比地幔中者高得多，另外，来自软流圈或更深处的流体也可能对局部地幔进行交代，使其不相容元素发生再富集，造成地幔岩横向上的不均一性。

来自不同源区的岩浆，在微量元素特征上势必也会留下源区的烙印，因此，利用火成岩中微量元素的特征来示踪岩浆源区的组成与特征，进而可以分析岩浆形成的构造环境。常用方法：微量元素比值:如Rb/Sr

、Sr/Ba微量元素图解：如图微量元素蛛网图：稀土配分图解等：，图4-5不同成因类型花岗岩的稀土配分型式1.

变质-交代型；2.地壳重熔型；3.分异型（转引自李昌年，1992）0.002.004.006.008.0010.00565860626466687072sample/chondriteL

LaCe

Nd

Sm

EuTbEr

YbLu?3．同位素

稳定同位素：

应用较多的稳定同位素有氧、碳、硫、氢、氦等。以氧为例，氧同位素由16O、17O和18O组成，其中16O和18O因质量差别显著，在地质过程及岩浆过程中会发生分馏，造成岩石圈不同组成部分的16O、18O组成的差异，这样不同源区的岩浆的氧同位素组成就有差别，可用氧同位素组成来示踪。氧同位素组成以δ18O表示：以花岗岩为例，不同成因的花岗岩δ18O值不同：S型花岗岩：δ18O>10‰，M型花岗岩：δ18O<6‰。1000标样O16O18标样O16O18样品O16O18O18´øöççèæøöççèæ-øöççèæ=δ放射性同位素

具重要意义的放射性同位素主要有K-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb和Th-Pb以及Re-Os等同位素。用途：它们的主要用途是确定火成岩的形成年龄和示踪源区以Rb-Sr为例：

Sr有四种稳定同位素：88Sr、86Sr、87Sr和84Sr。在自然界中，88Sr、86Sr和84Sr的丰度是不变的，且86Sr丰度最大。而87Sr是由87Rb放射性衰变生成的，因此它的丰度是不固定的。岩石中87Sr/86Sr的大小与两个因素有关：一是岩浆形成时岩浆源区的87Sr/86Sr初始比值ISr或（87Sr/86Sr）O

二是87Rb的衰变时间。由于岩石圈不同圈层中的不相容元素的分异，87Rb的丰度差别较大，势必导致由87Rb衰变成因的87Sr丰度的差别，所以由不同源区部分熔融形成的岩浆应具有不同的ISr值，这就是用Sr同位素组成示踪岩浆来源的原理。如由幔源火成岩为源区熔融形成的I型花岗岩，ISr值小于0.708，而壳源沉积岩熔融的S型花岗岩ISr值大于0.708。岩石形成的时间越长，由87Rb的衰变形成的87Sr就越多，因此岩石中的87Sr/86Sr比值是随年龄增长的，据此，可确定火成岩的形成年龄。岩石中87Sr/86Sr随时间演化的关系为：87Sr/86Sr=（eλt-1）(87Rb/86Sr)+(87Sr/86Sr)O该方程是一条斜率为（eλt-1），截距为（87Sr/86Sr）O的直线，λ（1.39×10-22年）为87Rb的衰变常数，t为衰变时间，通过一组同源岩浆岩（具相同的ISr值）的87Rb/86Sr对87SrS/86Sr投点，就可以求出该直线的斜率和截距，得到岩石形成的年龄和初始值（（87Sr/86Sr）O）。火成岩中的矿物成分受控于岩浆的化学成分及结晶条件，因而对于了解岩石的化学成分和岩石的成因都有重大的意义，同时它也是火成岩分类和定名的依据。二、矿物成分1．

矿物的成分分类

在火成岩中最常见的且在分类命名中起作用的矿物有：石英、钾长石、斜长石、似长石（白榴石、霞石）、橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、白云母等这些矿物据化学成分可分为两类：

硅铝矿物：矿物中SiO2与Al2O3的含量较高，不含FeO和MgO，包括石英类、长石类及似长石类。又称为浅色矿物。

镁铁矿物：矿物中FeO、MgO的含量较高，包括橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母类。又称为暗色矿物。

色率：暗色矿物在火成岩中的含量（体积百分数）称色率。是火成岩鉴定和分类重要标志之一，如：

色率随岩石酸度的变化情况大致为：超基性岩色率>90，基性岩色率=40-90、中性岩色率=15-40，酸性岩色率<15。2．

矿物的成因分类原生矿物：在岩浆冷凝过程中结晶形成的矿物。原生矿物据形成的环境不同，又可分为高温型和低温型。高温型：火山岩中者，如高温斜长石、高温石英（β石英），低温型：深成岩中者，低温斜长石和低温石英（α石英）成岩矿物：

在岩浆完全结晶后，由于外界物理化学条件的变化（主要是温度和压力的降低），使原生矿物发生转变而新形成的矿物。如高温β-石英，在温度降低时，会转变为同质异相的低温的α-石英，透长石会转变为正长石等。另外，温度降低还会使某些固溶体矿物降低混溶程度，发生固溶体分解而形成成岩矿物，如钾长石分解为条纹长石。次生矿物：

在岩浆基本上凝固成固相的岩石后，由于受残余挥发组分和岩浆期后流体的作用（蚀变、交代及充填）而生成的矿物它往往交代原生矿物，或充填在矿物的孔隙及晶洞中，如岩浆期后的流体可形成电气石、萤石、黄玉等矿物，也可以交代原生矿物形成蚀变矿物，如橄榄石变成的蛇纹石，斜长石遭受钠黝帘石化形成钠长石及黝帘石等。3．矿物成分与化学成分的关系（1）SiO2含量对岩浆岩中矿物共生组合的影响SiO2饱和矿物：可与石英共生，如辉石、长石、角闪石、云母类矿物SiO2不饱和矿物：不能与石英共生，如富镁橄榄石、似长石等。在平衡结晶的条件下，橄榄石（如镁橄榄石Fo）或似长石（如霞石，Ne）与熔体中的SiO2反应分别生成顽火辉石或钠长石Mg2SiO4+SiO2===2MgSiO3

FoLEn

NaAlSiO4+2SiO2===NaAlSi3O8

NeLAb

当岩浆中SiO2过剩（过饱和）时，岩石中会出现SiO2饱和矿物与石英共生，而SiO2不足（不饱和）时会出现SiO2不饱和矿物，而不出现石英。SiO2含量适当（饱和）时，则仅出现SiO2饱和矿物。火成岩中SiO2含量与矿物组成的关系：从超基性岩到酸性岩随SiO2的渐增，具镁铁矿物由多到少，浅色矿物渐增，石英由无到有，含量渐增的变化趋势。

在超基性岩中，SiO2<45%,富FeO、MgO而贫K2O、Na2O，因此在矿物成分上镁铁矿物占主要地位（色率>90），主要由橄榄石和辉石组成。在基性岩中，SiO2=45%—53%,FeO、MgO较超基性岩减少，Al2O3、CaO大量出现，因此矿物成分为辉石与基性斜长石共生，镁铁矿物占40%—90%（一般为40%—70%）。

中性岩中SiO2增至53%—66%,FeO、MgO、CaO均较前减少，K2O、Na2O的含量相对增加，因此在中性岩中常为角闪石与中性斜长石共生，暗色矿物减少，色率在15—40%之间。

酸性岩中SiO2>66%,FeO、MgO、CaO大大减少，而K2O、Na2O，显著增加，因此钾长石、酸性斜长石、石英为主要矿物，暗色矿物多为黑云母，色率小于15。（2）碱质含量对矿物共生组合的影响在SiO2含量相同的岩石中，碱含量的差别会对矿物组合产生明显的影响：（3）Al2O3含量对岩浆岩矿物成分的影响

Al2O3的含量对铝硅酸盐矿物的种属有很大的关系，岩石中Al2O3与CaO、K2O、Na2O分子数的相对值，会对矿物组合产生影响，如：过铝质岩石中：Al2O3>(CaO+K2O+Na2O)，Al2O3在与CaO、K2O、Na2O结合生成长石类矿物后还有剩余，可形成白云母、黄玉、电气石、锰铝—铁铝榴石、刚玉、红柱石或矽线石等富铝矿物。过碱质岩石中：Al2O3<(K2O+Na2O)，K2O+Na2O在与SiO2、Al2O3结合生成长石和似长石类矿物后还有剩余，会进入辉石、角闪石等暗色矿中，形成霓石、霓辉石、碱性角闪石等碱性暗色矿物。1。深成侵入岩的矿物分类用QAPF双三角图分类（1）

矿物分类首先要统计岩石中暗色矿物的含量（M值）。对于M<90%的岩石，进一步统计岩石中石英（Q）、斜长石（P）（An>5%）、碱性长石（A）（包括An<5%的钠长石）、似长石（F）的含量