赵志丹岩石地球化学-主量处理
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一、岩石化学的主要指标 二、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分 三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分 计算后用于岩石分类和系列划分 主量元素用于判别岩浆（地球化学） 四、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程 五、主量元素应用于实验岩石学
代表性岩浆岩的化学成分
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O H2O+ Total 橄榄岩 42.26 0.63 4.23 3.61 6.58 0.41 31.24 5.05 0.49 0.34 3.91 98.75 玄武岩 49.20 1.84 15.74 3.79 7.13 0.20 6.73 9.47 2.91 1.10 0.95 99.06 安山岩 57.94 0.87 17.02 3.27 4.04 0.14 3.33 6.79 3.48 1.62 0.83 99.3 流纹岩 72.82 0.28 13.27 1.48 1.11 0.06 0.39 1.14 3.55 4.30 1.10 99.50 响岩 56.19 0.62 19.04 2.79 2.03 0.17 1.07 2.72 7.79 5.24 1.57 99.23
Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)<1
亚铝质 (K2O+Na 2O)<Al2O3<(K2O+Na2O+CaO) 岩石 过碱质 岩石 (K2O+Na2O)>Al2O3
Mg2SiO4+SiO2 = 2MgSiO3
橄榄石 熔体 顽火辉石
NaAlSiO4+SiO2=NaAlSi3O8
霞石 熔体 钠长石
KAlSi2O6+SiO2=KAlSi3O8
钾霞石 熔体 钾长石
SiO2饱和度与矿物组合
2. Na2O+K2O
Na2O+K2O-称为全碱含量 称为全碱含量, 称为全碱含量 里特曼指数 （ σ , Rittmann Index） ）
关于岩石化学/ 可供） 关于岩石化学/显微结构英文参考书 （可供）
(1) MacKenzie W. S. and Adams A. E. A color atlas of rocks and minerals in thin section. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1993, 192p (有扫描件 有扫描件) 有扫描件 (2) MacKenzie W. S., Donaldson C. H., and Guilford C. Atlas of igneous rocks and their textures. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1982 (有扫描件 有扫描件) 有扫描件 (3) Best M. G. Igneous and metamorphic petrology. 2nd edition. Blackwell Science Ltd, 2003 (有扫描件 有扫描件) 有扫描件 (4) Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【书号 书号360/L46/2】 】
SiO2用于岩浆岩的4大类划分 用于岩浆岩的 大类划分
岩浆岩分类表
岩石系列 岩石类型 SiO2含量 (%) 石英含量 长石种类和含量 超基性岩 <45 无 基性岩 45-53 无或很少 钙 碱 性 中性岩 53-66 <5% 酸性岩 >66 >20% 钾长石 > 斜长石 碱 性 碱性岩 53-66 无 钾长石为 主 ， 含似 长石
第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释 第一节、主量元素数据处理与解释 第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第三节、同位素数据处理与解释 第三节、同位素数据处理与解释
推荐软件和参考书
1. 2. 3. 计算CIPW的软件，Norm3 的软件， 计算 的软件 Geokit, 路远发编写 A TEXTURAL ATLAS OF MINERALS IN THIN SECTION, 软件 编写者为 软件, 编写者为Daniel J. Schulze, University of Toronto. 4. 5. Ragland P. C. Basic analytical Petrology. Oxford University Press, New York, 1989. 【书号： 350 R12】 书号： 】 Wilson M. Igneous Petrogenesis. Kluwer Academic Publishers, London. 2001
特别强调： 特别强调：似长石类矿物
不能与SiO2共存，属于 共存，属于SiO2不饱和矿物 不能与 1. 霞石
霞石Na[AlSiO4]——钾霞石 钾霞石K[AlSiO4], 霞石 钾霞石 高温时为连续固熔体系列 不饱和岩浆岩中， 产于富含Na 而 产于富含 2O而SiO2不饱和岩浆岩中， 六方短柱， 六方短柱，厚板状
黑云母为 碱性辉石 主 ， 次为 和碱性角 角闪石， 闪石， 角闪石 ， 闪石 ， 10-15 % <40% 霞石正长 岩 霞石正长 花岗斑岩 斑岩 花岗岩 流纹岩 响岩
酸性 增强
SiO2 (wt.%) 岩石大类 <45 45-53 53-66 >66
玄武岩 花岗闪长岩
典型岩石 橄榄岩-科马提岩 橄榄岩 科马提岩 辉长岩-玄武岩 辉长岩 玄武岩 闪长岩-安山岩 闪长岩 安山岩 花岗岩-流纹岩 花岗岩 流纹岩
(Na 2 O + K 2 O) 2 σ= SiO 2 − 43
( wt %)
3. Al2O3饱和度与矿物组合
钾长石:KAlSi3O8, K2O/Al2O3=1 钾长石 钠长石:NaAlSi3O8, Na2O/Al2O3=1 钠长石 钙长石:CaAl2Si2O8, CaO/Al2O3=1 钙长石 根据Al 根据 2O3/（K2O+Na2O+CaO）比值判定 （ ） Al2O3的饱和度。 的饱和度。
超基性 基性 中性 酸性
橄榄岩
花岗岩
SiO2饱和度与矿物共生组合的关系 饱和度与矿物共生组合的关系
(1) SiO2过饱和 过饱和——SiO2很多（过多），除形成硅 很多（过多）， ），除形成硅 酸盐矿物外，还有剩余—石英 石英， 就是过饱和矿 酸盐矿物外，还有剩余 石英， Q就是过饱和矿 过饱和岩石。 含有Q的岩石 就是SiO2过饱和岩石。 的岩石， 物，含有 的岩石，就是 (2) SiO2不饱和： SiO2不足，出现镁橄榄石，似长 不饱和： 不足，出现镁橄榄石 镁橄榄石， 石类（霞石、白榴石等）矿物，不含Q。 石类（霞石、白榴石等）矿物，不含 。 若有Q存在会发生反应 【为什么?若有 存在会发生反应（见下页）】 为什么 若有 存在会发生反应（见下页） (3) SiO2饱和矿物： SiO2含量充足（刚好），则形 饱和矿物： 含量充足（刚好）， ），则形 辉石、角闪石、斜长石，钾长石，云母等 成辉石、角闪石、斜长石，钾长石，云母等—— ——不含 ，也不含 不含Q，也不含SiO2不饱和矿物。 不饱和矿物。 不含 SiO2饱和 岩石 SiO2过饱 和岩石 SiO2不饱 和岩石
(Na 2 O + K 2 O) 2 σ= SiO 2 − 43 ( wt %)
σ<3.3 σ大小与岩石系列划分= 大小与岩石系列划分 σ=3.3-9 =3.3σ>9 钙碱性岩 碱性岩 过碱性岩
岩浆岩的分类（考虑全碱含量） 岩浆岩的分类（考虑全碱含量）
岩石大类 酸度） （ 酸度 ） 岩石系列 碱度） （ 碱度 ） 岩石类型 SiO2 σ Na2O+K2O
推荐新出版参考书(研究生教材) 推荐新出版参考书(研究生教材)
邓晋福，罗照华，苏尚国， 岩石成因、 邓晋福，罗照华，苏尚国，等. 岩石成因、构 造环境与成矿作用。地质出版社， 造环境与成矿作用。地质出版社，2004
第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、 第一节、主量元素数据处理与解释
在主要元素中含量最高，变化范围:34 :34%， SiO2在主要元素中含量最高，变化范围:34-80 %，
意义: 意义: 对岩浆及岩浆岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大， 1. 对岩浆及岩浆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。 此是火成岩中最重要的一种氧化物。 含量是岩浆岩4 2. SiO2含量是岩浆岩4大类划分的依据 酸性程度就是指SiO 3. 酸性程度就是指SiO2含量高低 4. SiO2饱和度决定矿物组合
一般无长 斜长石为 斜长石为 钾长石为 石 主 主 主
主要为辉 石 ， 可有 橄榄石， 橄榄石 ， 角闪石， 角闪石为主， 角闪石 ， 角闪石为主 ， 次为黑 暗色矿物种类和含量 辉石 ， 辉石， 黑云母， 云母， 辉石， 黑云母 ， 云母 ， 辉石 ， 15-40% >90% 橄榄石， 橄榄石 ， <90% 中粗粒 /似 橄榄岩 深成岩 辉长岩 闪长岩 正长岩 斑状结构 辉岩 细粒 /斑状 苦橄玢岩 浅成岩 辉绿岩 闪长玢岩 正长斑岩 结构 金伯利岩 班状/ 班状 /玻璃 苦橄岩 喷出岩 玄武岩 安山岩 粗面岩 质 / 隐晶质 科马提岩
<3.5 >3.5
超基性岩
钙碱 偏碱 性 性
橄榄岩 － 苦橄 岩类
பைடு நூலகம்
基性岩
钙碱 性 碱性
中性岩
酸性岩
过碱性
过碱 钙碱 钙碱性－ 钙碱性 － 碱性 过碱性 钙碱性 碱性 性 性
霓霞岩 辉长岩 闪长岩 霞石正 碱性辉长岩 － 金伯 碳酸 正长岩 -粗面岩类 , － 霞石 － 玄武 安山岩 长岩 - 花岗岩 -流纹岩类 碱性玄武岩类 利岩 岩类 二长岩 -粗安岩类 岩类 岩类 类 响岩类
Al2O3饱和度与矿物组合
分类 过铝质 岩石 偏铝质 岩石 比值特征 Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)>1 特征矿物 白云母、 黄玉、 白云母 、 黄玉 、 电气石 刚玉、 矽线石、 、 刚玉 、 矽线石 、 红柱 石 铝硅酸盐矿物： 黑云母 铝硅酸盐矿物 ： 角闪石、 、 角闪石 、 黄长石等 长石类、 长石类 、 似长石 碱性镁铁质矿物类： 碱性镁铁质矿物类 ： 霓 辉石、 霓石、 钠闪石 、 辉石 、 霓石 、 钠闪石、 碱锰闪石等
霞石
2. 白榴石，K[AlSi2O6], 白榴石，
正方晶系（假等轴晶系） 正方晶系（假等轴晶系） 自形晶， 自形晶，四角三八面体
白榴石
西藏白榴石斑岩 西藏白榴石斑岩
霞石---霞石 似长石类矿物 Na3K(SiAlO4)4
六方短柱， 六方短柱，厚板状
霞石
霞石
SiO2不饱和矿物与SiO2反应式 不饱和矿物与SiO
< 45 %
45-53 % <3.3 3.3-9 >9 <3.3
平均 3.6 平均 4.6 平均 7 平均 5.5
53-66 % 3.3-9
平均 9
> 66 % >9
平均 14
<3.3 3.3-9
平均 6-8
(Na 2 O + K 2O) 2 σ= SiO 2 − 43
( wt %)
碱质(Na2O+K2O)与矿物组合 碱质 与矿物组合
σ <3 钙碱性 碱性长石 斜长石 石 英 似长石 辉石或 闪石 较酸性岩石 普遍 普遍 不 3.3-9 碱性 普遍出现 偏酸性岩石 最酸性岩石 <5 % 基性岩 不 >5 % >9 过碱性
含Na (霓石、霓辉石) 或Ti (钛 霓石、霓辉石 钛 霓石 普通辉石或 辉石)，含Na闪石（钠闪石、 辉石 ， 闪石（钠闪石、 闪石 闪石 钠钙闪石、棕闪石） 钠钙闪石、棕闪石）
(引自 引自Winter, 2001) 引自
一、岩石化学的主要指标
1. SiO2与岩石分类
Sample DS-1 SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 Fe2 O 3 FeO MnO 0 .1 7 MgO CaO N a2 O K2 O 3 .1 4 P2 O 5 0 .9 8 LO I 2 .0 1 TO TAL 9 9 .7 1 4 1 .5 9 4 .4 0 9 .7 8 1 2 .9 0 5 .0 8 9 .2 6 1 2 .4 9 2 .9 9
代表性岩浆岩的化学成分
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O H2O+ Total 橄榄岩 42.26 0.63 4.23 3.61 6.58 0.41 31.24 5.05 0.49 0.34 3.91 98.75 玄武岩 49.20 1.84 15.74 3.79 7.13 0.20 6.73 9.47 2.91 1.10 0.95 99.06 安山岩 57.94 0.87 17.02 3.27 4.04 0.14 3.33 6.79 3.48 1.62 0.83 99.3 流纹岩 72.82 0.28 13.27 1.48 1.11 0.06 0.39 1.14 3.55 4.30 1.10 99.50 响岩 56.19 0.62 19.04 2.79 2.03 0.17 1.07 2.72 7.79 5.24 1.57 99.23
Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)<1
亚铝质 (K2O+Na 2O)<Al2O3<(K2O+Na2O+CaO) 岩石 过碱质 岩石 (K2O+Na2O)>Al2O3
Mg2SiO4+SiO2 = 2MgSiO3
橄榄石 熔体 顽火辉石
NaAlSiO4+SiO2=NaAlSi3O8
霞石 熔体 钠长石
KAlSi2O6+SiO2=KAlSi3O8
钾霞石 熔体 钾长石
SiO2饱和度与矿物组合
2. Na2O+K2O
Na2O+K2O-称为全碱含量 称为全碱含量, 称为全碱含量 里特曼指数 （ σ , Rittmann Index） ）
关于岩石化学/ 可供） 关于岩石化学/显微结构英文参考书 （可供）
(1) MacKenzie W. S. and Adams A. E. A color atlas of rocks and minerals in thin section. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1993, 192p (有扫描件 有扫描件) 有扫描件 (2) MacKenzie W. S., Donaldson C. H., and Guilford C. Atlas of igneous rocks and their textures. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1982 (有扫描件 有扫描件) 有扫描件 (3) Best M. G. Igneous and metamorphic petrology. 2nd edition. Blackwell Science Ltd, 2003 (有扫描件 有扫描件) 有扫描件 (4) Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【书号 书号360/L46/2】 】
SiO2用于岩浆岩的4大类划分 用于岩浆岩的 大类划分
岩浆岩分类表
岩石系列 岩石类型 SiO2含量 (%) 石英含量 长石种类和含量 超基性岩 <45 无 基性岩 45-53 无或很少 钙 碱 性 中性岩 53-66 <5% 酸性岩 >66 >20% 钾长石 > 斜长石 碱 性 碱性岩 53-66 无 钾长石为 主 ， 含似 长石
第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释 第一节、主量元素数据处理与解释 第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第三节、同位素数据处理与解释 第三节、同位素数据处理与解释
推荐软件和参考书
1. 2. 3. 计算CIPW的软件，Norm3 的软件， 计算 的软件 Geokit, 路远发编写 A TEXTURAL ATLAS OF MINERALS IN THIN SECTION, 软件 编写者为 软件, 编写者为Daniel J. Schulze, University of Toronto. 4. 5. Ragland P. C. Basic analytical Petrology. Oxford University Press, New York, 1989. 【书号： 350 R12】 书号： 】 Wilson M. Igneous Petrogenesis. Kluwer Academic Publishers, London. 2001
特别强调： 特别强调：似长石类矿物
不能与SiO2共存，属于 共存，属于SiO2不饱和矿物 不能与 1. 霞石
霞石Na[AlSiO4]——钾霞石 钾霞石K[AlSiO4], 霞石 钾霞石 高温时为连续固熔体系列 不饱和岩浆岩中， 产于富含Na 而 产于富含 2O而SiO2不饱和岩浆岩中， 六方短柱， 六方短柱，厚板状
黑云母为 碱性辉石 主 ， 次为 和碱性角 角闪石， 闪石， 角闪石 ， 闪石 ， 10-15 % <40% 霞石正长 岩 霞石正长 花岗斑岩 斑岩 花岗岩 流纹岩 响岩
酸性 增强
SiO2 (wt.%) 岩石大类 <45 45-53 53-66 >66
玄武岩 花岗闪长岩
典型岩石 橄榄岩-科马提岩 橄榄岩 科马提岩 辉长岩-玄武岩 辉长岩 玄武岩 闪长岩-安山岩 闪长岩 安山岩 花岗岩-流纹岩 花岗岩 流纹岩
(Na 2 O + K 2 O) 2 σ= SiO 2 − 43
( wt %)
3. Al2O3饱和度与矿物组合
钾长石:KAlSi3O8, K2O/Al2O3=1 钾长石 钠长石:NaAlSi3O8, Na2O/Al2O3=1 钠长石 钙长石:CaAl2Si2O8, CaO/Al2O3=1 钙长石 根据Al 根据 2O3/（K2O+Na2O+CaO）比值判定 （ ） Al2O3的饱和度。 的饱和度。
超基性 基性 中性 酸性
橄榄岩
花岗岩
SiO2饱和度与矿物共生组合的关系 饱和度与矿物共生组合的关系
(1) SiO2过饱和 过饱和——SiO2很多（过多），除形成硅 很多（过多）， ），除形成硅 酸盐矿物外，还有剩余—石英 石英， 就是过饱和矿 酸盐矿物外，还有剩余 石英， Q就是过饱和矿 过饱和岩石。 含有Q的岩石 就是SiO2过饱和岩石。 的岩石， 物，含有 的岩石，就是 (2) SiO2不饱和： SiO2不足，出现镁橄榄石，似长 不饱和： 不足，出现镁橄榄石 镁橄榄石， 石类（霞石、白榴石等）矿物，不含Q。 石类（霞石、白榴石等）矿物，不含 。 若有Q存在会发生反应 【为什么?若有 存在会发生反应（见下页）】 为什么 若有 存在会发生反应（见下页） (3) SiO2饱和矿物： SiO2含量充足（刚好），则形 饱和矿物： 含量充足（刚好）， ），则形 辉石、角闪石、斜长石，钾长石，云母等 成辉石、角闪石、斜长石，钾长石，云母等—— ——不含 ，也不含 不含Q，也不含SiO2不饱和矿物。 不饱和矿物。 不含 SiO2饱和 岩石 SiO2过饱 和岩石 SiO2不饱 和岩石
(Na 2 O + K 2 O) 2 σ= SiO 2 − 43 ( wt %)
σ<3.3 σ大小与岩石系列划分= 大小与岩石系列划分 σ=3.3-9 =3.3σ>9 钙碱性岩 碱性岩 过碱性岩
岩浆岩的分类（考虑全碱含量） 岩浆岩的分类（考虑全碱含量）
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第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、 第一节、主量元素数据处理与解释
在主要元素中含量最高，变化范围:34 :34%， SiO2在主要元素中含量最高，变化范围:34-80 %，
意义: 意义: 对岩浆及岩浆岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大， 1. 对岩浆及岩浆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。 此是火成岩中最重要的一种氧化物。 含量是岩浆岩4 2. SiO2含量是岩浆岩4大类划分的依据 酸性程度就是指SiO 3. 酸性程度就是指SiO2含量高低 4. SiO2饱和度决定矿物组合
一般无长 斜长石为 斜长石为 钾长石为 石 主 主 主
主要为辉 石 ， 可有 橄榄石， 橄榄石 ， 角闪石， 角闪石为主， 角闪石 ， 角闪石为主 ， 次为黑 暗色矿物种类和含量 辉石 ， 辉石， 黑云母， 云母， 辉石， 黑云母 ， 云母 ， 辉石 ， 15-40% >90% 橄榄石， 橄榄石 ， <90% 中粗粒 /似 橄榄岩 深成岩 辉长岩 闪长岩 正长岩 斑状结构 辉岩 细粒 /斑状 苦橄玢岩 浅成岩 辉绿岩 闪长玢岩 正长斑岩 结构 金伯利岩 班状/ 班状 /玻璃 苦橄岩 喷出岩 玄武岩 安山岩 粗面岩 质 / 隐晶质 科马提岩
<3.5 >3.5
超基性岩
钙碱 偏碱 性 性
橄榄岩 － 苦橄 岩类
பைடு நூலகம்
基性岩
钙碱 性 碱性
中性岩
酸性岩
过碱性
过碱 钙碱 钙碱性－ 钙碱性 － 碱性 过碱性 钙碱性 碱性 性 性
霓霞岩 辉长岩 闪长岩 霞石正 碱性辉长岩 － 金伯 碳酸 正长岩 -粗面岩类 , － 霞石 － 玄武 安山岩 长岩 - 花岗岩 -流纹岩类 碱性玄武岩类 利岩 岩类 二长岩 -粗安岩类 岩类 岩类 类 响岩类
Al2O3饱和度与矿物组合
分类 过铝质 岩石 偏铝质 岩石 比值特征 Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)>1 特征矿物 白云母、 黄玉、 白云母 、 黄玉 、 电气石 刚玉、 矽线石、 、 刚玉 、 矽线石 、 红柱 石 铝硅酸盐矿物： 黑云母 铝硅酸盐矿物 ： 角闪石、 、 角闪石 、 黄长石等 长石类、 长石类 、 似长石 碱性镁铁质矿物类： 碱性镁铁质矿物类 ： 霓 辉石、 霓石、 钠闪石 、 辉石 、 霓石 、 钠闪石、 碱锰闪石等
霞石
2. 白榴石，K[AlSi2O6], 白榴石，
正方晶系（假等轴晶系） 正方晶系（假等轴晶系） 自形晶， 自形晶，四角三八面体
白榴石
西藏白榴石斑岩 西藏白榴石斑岩
霞石---霞石 似长石类矿物 Na3K(SiAlO4)4
六方短柱， 六方短柱，厚板状
霞石
霞石
SiO2不饱和矿物与SiO2反应式 不饱和矿物与SiO
< 45 %
45-53 % <3.3 3.3-9 >9 <3.3
平均 3.6 平均 4.6 平均 7 平均 5.5
53-66 % 3.3-9
平均 9
> 66 % >9
平均 14
<3.3 3.3-9
平均 6-8
(Na 2 O + K 2O) 2 σ= SiO 2 − 43
( wt %)
碱质(Na2O+K2O)与矿物组合 碱质 与矿物组合
σ <3 钙碱性 碱性长石 斜长石 石 英 似长石 辉石或 闪石 较酸性岩石 普遍 普遍 不 3.3-9 碱性 普遍出现 偏酸性岩石 最酸性岩石 <5 % 基性岩 不 >5 % >9 过碱性
含Na (霓石、霓辉石) 或Ti (钛 霓石、霓辉石 钛 霓石 普通辉石或 辉石)，含Na闪石（钠闪石、 辉石 ， 闪石（钠闪石、 闪石 闪石 钠钙闪石、棕闪石） 钠钙闪石、棕闪石）
(引自 引自Winter, 2001) 引自
一、岩石化学的主要指标
1. SiO2与岩石分类
Sample DS-1 SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 Fe2 O 3 FeO MnO 0 .1 7 MgO CaO N a2 O K2 O 3 .1 4 P2 O 5 0 .9 8 LO I 2 .0 1 TO TAL 9 9 .7 1 4 1 .5 9 4 .4 0 9 .7 8 1 2 .9 0 5 .0 8 9 .2 6 1 2 .4 9 2 .9 9