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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（1000ppmRb,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,,SiO245.249.460.3TiO20.71.41.0Al2O33.515.415.6MgO37.57.63.9FeO8.510.17.2CaO3.112.55.8Na2O0.62.63.2K2O0.10.32.5Total99.299.399.5Cationsnormalizedto100cationsSi38.546.156.4Ti0.51.00.7Al3.616.917.2Mg47.610.65.4Fe6.07.95.6Ca2.812.55.8Na0.94.75.8K0.10.53.0O140.2153.0161.3Mineralogyoxygenunits,XFe30.10Quartz0.00.013.0Feldspar13.257.364.3Clinopyroxene6.725.75.9Orthopyroxene18.34.114.7Olivine59.99.90.0Oxides1.83.02.0,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μg/g国际ppm,4.成分变异图（举例）（a）二维变异图,Jungetal,1998,Lithos,Maetal,1998,Lithos,AlfredHarker1859-1939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.Despiteitssmallproportionalmass0.2wt.,thecontinentalcrustremainsanimportantreservoirforthelargeionlithophileelements,aswellastheimportantheatproducingelementsU,Th,andK,butshowsrelativedepletionsinHFSEelementssuchasNb,withrespecttotraceelementswithsimilardegreesofincompatibilitye.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-rayfluorescenceXRF2中子活化法（微量元素）NeutronactivationanalysisINAAandRNAA3电感耦合等离子体发射光谱法（微量元素）InductivelycoupledplasmaemissionspectrometryICP原子吸收分光光度法（微量元素）AtomicabsorptionspectrophotometryAAS质谱仪（微量元素）MassspectrometryMS,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,Fe2SiO4普通辉石－Ca,NaMg,Fe,AlAl,Si2O6普通角闪石－Ca2Mg,Fe,Al5Al,Si8O22OH2黑云母－KFe,Mg3AlSi3O10F,OH2,1.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.Cross1854-1949J.P.Iddings1857-1920L.V.Pirsson1860-1919H.S.Washington1867-1934,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（modewt.,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RockingMinerals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（CI035）例如花岗岩，斜长岩中色（CI3565）例如辉长岩，闪长岩暗色（CI65100）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（Na2OK2O）Al2O3及铝饱和指数,1对矿物共生组合的控制因素SiO2（酸度）,①硅酸不饱和矿物不能与石英共生2Mg2SiO4Fo2SiO22Mg2Si2O6En2NaAlSiO4Ne4SiO22NaAlSi3O8Ab所以Fo、Ne为硅酸不饱和矿物，出现在硅酸不饱和岩石中；②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③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（Na2OK2O）,碱度的衡量标准（1）里特曼（组合）指数（δ）δ[wNa2OK2O2]/[wSiO2-43]δ9过碱性（2）SiO2－Na2OK2O图解,Totalalkalisvs.silicadiagramforthealkalineandsub-alkalinerocksofHawaii.AfterMacDonald1968.GSAMemoir116,2对矿物共生组合的控制因素碱度（Na2OK2O）,3对矿物共生组合的控制因素Al2O3及铝饱和指数,ASIAluminumSaturationIndex分子摩尔数之比A–Al2O3;C–CaO;N–Na2O;K–K2O,ACNKmolarAl2O3/CaONa2OK2O,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,FoidSyenite,Foid,Monzodiorite,FoidGabbro,Qtz.Diorite/,Qtz.Gabbro,5,10,Diorite/Gabbro/,Anorthosite,Foid-bearing,Diorite/Gabbro,60,Foidolites,Quartzolite,Granite,Grano-,diorite,Tonalite,AlkaliFeldsparGranite,Q,A,P,F,60,石英,碱性长石,斜长石,似长石,3.国际地科联推荐的定名方案,b适用于基性岩,c适用于超基性岩,,,,,,,,,,,Olivine,Clinopyroxene,Orthopyroxene,Lherzolite,Harzburgite,Wehrlite,Websterite,Orthopyroxenite,Clinopyroxenite,OlivineWebsterite,Peridotites,Pyroxenites,,,,,,,,90,40,10,,Dunite,,,3.国际地科联推荐的定名方案,橄榄石,斜方辉石,单斜辉石,d适用于火山岩,3.国际地科联推荐的定名方案,Q,石英,碱性长石,A,P,斜长石,F,似长石,60,20,10,60,火成岩TAS分类图（IUGS,1989,以全岩的主要化学为定名依据，更加适合隐晶质的火山岩,（QK-fs,（QPl,（K-Fs,（Pl,K-Fs,（PlAm/Py/Ol,,火山岩可根据斑晶类型简易定名,4.岩浆岩划分类别小结,,,,,,,,本章重点掌握的知识点,岩浆岩化学成分与矿物成分的主要特点和相互关系；岩浆岩的分类体系,
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