高级岩浆岩岩石学第三章 火成岩的成分及其分类

Oceanic crust - MORB basalt Continental crust granite
e1 e2
2. 控制因素－b 地质过程
熔融
同化 混染
围岩 固结成岩
源区物质
岩浆
岩浆岩
岩浆 混合
结晶 分异
残余
岩浆的形成和分异过程（据 周新民）
3. 表示方法
主量元素 氧化物的质量百分数 (weight percentage of oxide) 举例 SiO2, Al2O3
0.69 1.80 1.35 0.44 0.17 0.59 0.00 0.74 0.00 0.48 0.00 0.49 0.07
0.33 0.93 0.99 0.38 0.16 0.55 0.00 0.70 0.00 0.46 0.00 0.47 0.07
U, Th, Pb in ppb Th U Pb 120 47 300 5600 1400 12500 1,200 200 4,300 6100 1600 15000 10700 2,800 20,000 85 20 138 17 7 35
Trace Elements in ppm Ba Rb Sr Zr Nb Ta Hf Y Sc Cr Ni Co Cu Zn 13.8 0.6 90.0 74.0 2.0 0.0 2.0 28.0 38.0 1036.0 471.4 47.0 75.0 58.3 392.0 57.0 327.0 124.0 8.6 0.7 3.7 20.0 22.0 120.0 51.0 25.0 24.0 74.0 262.0 12.0 347.0 69.0 5.4 0.6 1.9 16.0 31.0 215.0 88.0 38.0 26.0 78.0 402.0 62.0 281.0 125.0 8.0 0.6 4.0 22.0 22.0 83.0 33.0 25.0 20.0 70.0 550.0 7.0 2.7 112.0 0.6 0.1 350.0 21.0 16.6 190.0 11.2 8.2 14.0 0.6 0.3 1.0 0.0 0.0 5.8 0.3 0.2 22.0 4.5 4.4 11.0 17.1 16.9 35.0 2520.0 2869.0 20.0 1860.0 2028.0 10.0 102.0 111.0 25.0 25.0 0.0 71.0 53.3 0.0
大洋壳
49.4 1.4 15.4 7.6 10.1 12.5 2.6 0.3 99.3
大陆壳
60.3 1.0 15.6 3.9 7.2 5.8 3.2 2.5 99.5
主量元素
Cations normalized to 100 cations Si Ti Al Mg Fe Ca Na K O 38.5 0.5 3.6 47.6 6.0 2.8 0.9 0.1 140.2 46.1 1.0 16.9 10.6 7.9 12.5 4.7 0.5 153.0 56.4 0.7 17.2 5.4 5.6 5.8 5.8 3.0 161.3
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
1.基本矿物类型 c
分类原则 矿物的化学成分
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
1.基本矿物类型 d
分类原则 研究手段的差异
实际矿物(modal mineral, mode)： 从薄片或标本上统计出的岩石中实际出 现的矿物组成。
CIPW方法的四位美国学者
标准矿物(normative mineral, 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。
第二节 岩浆岩的矿物成分
1.基本矿物类型 a
分类原则 矿物成因的差异
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。
英国岩石学家
作用 两种元素之间变化的关联 岩石系列划分
( Jung et al, 1998, Lithos )
方法 岩石系列样品的两个指 标在直角坐标系上的投点
( Ma et al, 1998, Lithos )
4. 成分变异图（举例）— （b）三维变异图
方法
作用 三种元素之间变化的关联 统计意义上的成因分类
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% （<1000 ppm)： Rb,Sr,Ba,Zr,Nb,Ta,Hf,La,Ce,Sm
2. 控制因素－a 地球的层圈和成分
( She et al, 2006, Chemical Geology )
4. 成分变异图（举例）— （c）标准化图解(微量元素)
稀土元素 球粒陨石 标准化
(Boynton, 1984)
方法 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 作用 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
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
大洋壳
（Ronov, 1976）
大陆壳
（Rudnick and Gao, 2003）
岩浆岩
（Clarke, 1992）
花岗岩
(Le Maitre, 1976)
玄武岩
(Le Maitre, 1976)
SiO2 TiO2
45.2 0.71
49.4 1.4
60.6 0.7
59.12 1.05
71.84 0.31
49.97 1.87
Al2O3
FeOT MnO MgO CaO Na2O
3.54
8.45 0.14 37.48 3.08 0.57
15.4
10.1 0.3 7.6 12.5 2.6
15.9
6.7 0.10 4.7 6.4 3.1
15.34
6.57 0.124 3.49 5.08 3.84
14.43
2.75 0.05 0.72 1.85 3.71
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。
1.基本矿物类型 b
分类原则 矿物的相对含量（体积分数）
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
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（major elements) ＋ 微量元素(trace elements)；
8.60 20.00 11.00 2.80 1.10 3.10 0.48 3.10 0.68 1.90 0.32 1.50 0.25
17.00 45.00 24.00 4.40 1.50 4.00 0.58 3.80 0.82 2.30 0.00 2.30 0.41
30.00 64.00 26.00 4.50 0.88 3.80 0.64 3.50 0.80 2.30 0.33 2.20 0.32
wk.baidu.com
微量元素 原始地幔 标准化
(McDonough et al.,1992)
( Ma et al, 2000, Precambrian Research )
Trace element composition of the Earth’s crust
Oceanic Continental Lower Middle Upper Primitive Depleted Crust Crust CC CC CC Mantle Mantle
Mineralogy (oxygen units, XFe3+ = 0.10) Quartz Feldspar Clinopyroxene Orthopyroxene Olivine Oxides 0.0 13.2 6.7 18.3 59.9 1.8 0.0 57.3 25.7 4.1 9.9 3.0 13.0 64.3 5.9 14.7 0.0 2.0
La Ce Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
2.50 7.50 7.30 2.63 1.02 3.68 0.00 4.57 0.00 3.00 0.00 3.00 0.46
18.00 42.00 20.00 3.90 1.18 3.60 0.56 3.50 0.76 2.20 0.32 2.00 0.33
微量元素 元素的质量 百万分数 (part per million of element mass) 举例 Zr, Hf, Y
单位 ( unit )
国内：WB% 国际：Wt %
单位 ( unit )
国内：μg/g 国际：ppm
4. 成分变异图（举例） （a）二维变异图
Alfred Harker (1859-1939)
15.99
10.70 0.20 6.84 9.62 2.96
K2O P2O5
0.13 -
0.3 0.2
1.8 0.13
3.14 0.299
4.10 0.12
1.12 0.35
地幔
SiO2 TiO2 Al2O3 MgO FeO CaO Na2O K2O Total 45.2 0.7 3.5 37.5 8.5 3.1 0.6 0.1 99.2
占地球质量97％的 7 种元素及其相对含量
(An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter , Prentice Hall, 2001)
2. 控制因素－a地球的层圈和成分
氧化物比例 WB%
成分
（氧化物）
地幔
（Ringwoo d, 1975）
5. 岩石化学成分的测试方法
(1) X 射线荧光光谱 法 (主量元素) X-ray fluorescence (XRF) (2) 中子活化法 （微量元素） Neutron activation analysis (INAA and RNAA)
(3) 电感耦合等离子体发射光谱法 （微量元素）
Inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP) (4) 原子吸收分光光度法 （微量元素） Atomic absorption spectrophotometry (AAS) (5) 质谱仪 （微量元素） Mass spectrometry (MS)
Rare Earth Elements in ppm
The continental crust is highly enriched in incompatible trace elements. Despite its small proportional mass (< 0.2 wt.%), the continental crust remains an important reservoir for the large ion lithophile elements, as well as the important heat producing elements U, Th, and K, but shows relative depletions in HFSE elements such as Nb, with respect to trace elements with similar degrees of incompatibility (e.g., K, Th, La).