第2章 火成岩的物质成分课件.ppt

第第 二二 章章 火成岩的基本特征与分类火成岩的基本特征与分类一、一、 火成岩的物质成分火成岩的物质成分l化学成分化学成分l矿物成分矿物成分l化学成分与化学成分与矿物共生组合的关系共生组合的关系l火成岩形成条件对火成岩形成条件对矿物共生组合的影响共生组合的影响一、火成岩的物质成分一、火成岩的物质成分火成岩物质成分研究的意义：火成岩物质成分研究的意义：l是火成岩分类命名的基本依据是火成岩分类命名的基本依据l为研究岩浆起源、演化和岩浆物理性质提为研究岩浆起源、演化和岩浆物理性质提供重要依据供重要依据l为岩浆岩浆形成时的大地构造背景和岩石为岩浆岩浆形成时的大地构造背景和岩石圈层的演化提高重要信息圈层的演化提高重要信息1. 主要元素主要元素（（Major elements）） ：： O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Ti, P, H, Mn, C等等，，其其中中氧氧的的含量最高含量最高 常常用用氧氧化化物物的的形形式式表表示示火火成成岩岩的的成成分分，，即即：：SiO2、、TiO2 、、Al2O3、、Fe2O3、、FeO、、MnO、、MgO、、CaO、、K2O、、Na2O、、 P2O5 、、H2O和和CO2等等13 种种，，每每种种氧氧化化物物含含量量一一般般>0.1%，，占占火成岩平均化学成分的火成岩平均化学成分的98%左右左右。

一）火成岩的化学成分类型：类型：主要元素、痕量元素和同位素主要元素、痕量元素和同位素※ 火成岩主要造岩氧化物含量的大致范围是：火成岩主要造岩氧化物含量的大致范围是： SiO2 34～～75% 少少 数数 可可 达达 80%Al2O3 10～～20% 在在 纯纯 橄橄 榄榄 岩岩 中中 较较 低低MgO 1～～25%CaO 0～～15% 但但 某某 些些 辉辉 长长 岩岩 中中 达达23%Fe2O3+FeO 1～～15% 一一 般般FeO>Fe2O3Na2O 0～～15% 霞霞 石石 岩岩 中中 可可 达达19.48%K2O 一一 般般<10% 白白 榴榴 石石 岩岩 中中 可可 达达17.94%H2O+( 结结 晶晶 水水) 和和H2O- ( 吸吸 附附 水水) 一一 般般<2% ，， 个个 别别 达达10% TiO2 0～～2% 很很 少少 超超 过过 5%P2O5 0～～0.5% 很很 少少 超超 过过 3%MnO 0～～0.3% 很很 少少 超超 过过 2%1. 主要元素：主要元素：  几种主要造岩氧化物几种主要造岩氧化物（（1））SiO2 ：：是最重要的成分是最重要的成分，含量高，，含量高，是岩石酸性程度（基是岩石酸性程度（基性程度）的标志。

性程度）的标志随着随着SiO2含量的变化，其它氧化物呈现规律含量的变化，其它氧化物呈现规律性的增加或减少性的增加或减少 超基性岩超基性岩 SiO2<45% 基基 性性 岩岩 SiO2=45～～52% 中中 性性 岩岩 SiO2=52～～63% 酸酸 性性 岩岩 SiO2>63%（一）火成岩的化学成分（一）火成岩的化学成分 几种主要造岩氧化物几种主要造岩氧化物（（2））Al2O3 ：：在在火火成成岩岩中中含含量量仅仅次次于于SiO2，，SiO2 、、Al2O3 与与 CaO、、Na2O、、 K2O一一起起组组成成长长石石和和副副长长石石类类矿矿物物；；与与FeO*、、MgO、、CaO等结合形成辉石、角闪石、黑云母等矿物等结合形成辉石、角闪石、黑云母等矿物3）） Na2O 和和K2O ：：是是碱碱性性长长石石的的主主要要组组成成部部分分，，当当其其含含量量较高时还可形成碱性暗色矿物和副长石较高时还可形成碱性暗色矿物和副长石a. Al2O3< Na2O +K2O（（分子数比，分子数比，下同下同）：碱过饱和岩石）：碱过饱和岩石b. Al2O3> Na2O +K2O+CaO（（分子数比）：铝过饱和岩石分子数比）：铝过饱和岩石c. Na2O +K2O < Al2O3 < Na2O +K2O+CaO ：钙碱性岩：钙碱性岩（一）火成岩的化学成分（一）火成岩的化学成分 几种主要造岩氧化物几种主要造岩氧化物（（4）） FeO*、、MgO、、MnO与与SiO2 结合形成橄榄结合形成橄榄石、辉石等矿物。

石、辉石等矿物5）） TiO2与与FeO 组成钛铁矿，与组成钛铁矿，与CaO结合生成结合生成榍石，与榍石，与P2O5、、CaO结合则形成磷灰石结合则形成磷灰石TiO2结结合形成橄榄石、辉石等矿物合形成橄榄石、辉石等矿物一）火成岩的化学成分（一）火成岩的化学成分2. 痕量元素痕量元素(Trace elements): 含量甚微，含量甚微，usually < 0.1% 存在形式：存在形式：一般不以独立的矿物相出现一般不以独立的矿物相出现• 主要以主要以类质同像形式类质同像形式替代矿物中的主要元素，替代矿物中的主要元素，• 其次是保存在快速固结和冷凝的其次是保存在快速固结和冷凝的火山玻璃或气火山玻璃或气-液包裹体中液包裹体中• 第三是第三是吸附在矿物表面吸附在矿物表面或以杂质的形式存在于或以杂质的形式存在于矿物矿物晶矿物矿物晶 体缺陷的间隙中体缺陷的间隙中 ※ 痕痕量量元元素素的的对对研研究究岩岩浆浆的的起起源源、、演演化化、、岩岩石石系系列列划划分分和和岩岩石石形成机理等方面将提供重要信息和证据。

形成机理等方面将提供重要信息和证据一）火成岩的化学成分（一）火成岩的化学成分痕量元素的分类：痕量元素的分类：A. 依据：元素的相容性依据：元素的相容性(compatibility) 相容元素：相容元素：优先进入矿物相的元素优先进入矿物相的元素 不相容元素（亲岩浆元素）：不相容元素（亲岩浆元素）：优先进入熔体优先进入熔体 相的元素相的元素B.依据：不相容元素的进一步划分依据是依据：不相容元素的进一步划分依据是电荷电荷/半径半径 比值比值也称场强，相当于离子势）也称场强，相当于离子势） 高场强元素（高场强元素（HFSEs）：）：半径小和电价高阳离子的半径小和电价高阳离子的 元素，离子势大于元素，离子势大于2.0. 包括：包括：REE，，Sc、、Y、、 Th、、U、、Pb、、Zr、、Hf、、Ti、、Nb、、Ta 低场强元素（低场强元素（LFSEs），），又称大离子亲石元素（又称大离子亲石元素（ LILEs）：）：大半径且低电价阳离子的元素，离子大半径且低电价阳离子的元素，离子 势小于势小于2.0 包括：包括：Cs、、Rb、、K、、Ba、、Sr，， 二价的二价的Eu、、Pb（一）火成岩的化学成分（一）火成岩的化学成分稀土元素：稀土元素： La La CeCe Pr Pr NdNd (Pm) (Pm) SmSm EuEu DyDy Tb Tb ErEr Ho Tm Ho Tm YbYb Lu Lu过渡族元素：过渡族元素：Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 3. 同位素同位素(Isotope)：： （（1）稳定同位素：）稳定同位素：碳、氢、氧、硫碳、氢、氧、硫 研究意义：研究意义：主要用来获得岩浆源区的信息主要用来获得岩浆源区的信息 （（2）放射性同位素：）放射性同位素：火成岩研究中具有重要意义的放射性同火成岩研究中具有重要意义的放射性同 位素主要有位素主要有 K-Ar、、Rb-Sr、、Sm-Nd、、U-Pb、、Th- Pb、、Re-Os 和和 Lu-Hf 研究意义：研究意义：主要以此确定火成岩的形成年龄和岩浆源区主要以此确定火成岩的形成年龄和岩浆源区 及岩浆演化的示踪及岩浆演化的示踪（一）火成岩的化学成分（一）火成岩的化学成分 ●火成岩中的矿物组成：火成岩中的矿物组成： 能够反映岩石的化学成分能够反映岩石的化学成分 也是岩石分类命名的主要依据也是岩石分类命名的主要依据 还是判断岩石生成条件的重要标志还是判断岩石生成条件的重要标志 ● 组成岩石的矿物统称组成岩石的矿物统称造岩矿物造岩矿物，火成岩中常见，火成岩中常见的矿物只有的矿物只有20多种，它们被称为多种，它们被称为主要造岩矿物主要造岩矿物。

●火成岩中最主要的造岩矿物是：火成岩中最主要的造岩矿物是：橄榄石类、辉石类、角闪石类、云母类、碱性长石橄榄石类、辉石类、角闪石类、云母类、碱性长石类、斜长石类、副长石类和石英类，等等类、斜长石类、副长石类和石英类，等等二）火成岩的矿物成分（二）火成岩的矿物成分橄榄石橄榄石 (Fe,Mg)2SiO4 SiO238-40% MgO40%斜方辉石斜方辉石(Fe,Mg)2Si2O6 SiO254-57%普通辉石普通辉石 (CaNaK)…Al(AlSi)2O6 SiO248-55%角闪石角闪石 CaNaK…(Al4O11)2(OH…) SiO239-45%黑云母黑云母 KAl…(AlSiO3O10)(OH…) SiO239% K2O10%石石 英英 SiO2 SiO2100%钾长石钾长石 KAlSi3O8 SiO271% K2O8% 斜长石斜长石 NaAlSi3/CaAl2Si2O8 SiO268-50%霞霞 石石 NaAlSiO4 SiO240% Na2O16%例例 钾长石钾长石 SiO2% 的计算的计算 K2O· Al2O3· 6SiO2 SiO2 = 60.1* 6 / ( 44.2 + 102.4 + 60.1* 6 ) = 71%实实 用用 矿矿 物物 化化 学学 （1 1）据矿物的化学成分划分）据矿物的化学成分划分 a. a. 硅硅铝铝矿矿物物：：SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3含含量量较较高高，，不不含含铁铁镁镁。

如如石石英英、、长石类及似长石类长石类及似长石类 b.b. 铁铁镁镁矿矿物物：：FeOFeO与与MgOMgO含含量量较较高高，，SiOSiO2 2含含量量较较低低如如橄橄榄石、辉石类、角闪石类和黑云母类榄石、辉石类、角闪石类和黑云母类 （（2 2）据矿物的颜色划分）据矿物的颜色划分 a. a. 浅浅色色矿矿物物：：颜颜色色较较浅浅的的矿矿物物，，如如白白色色、、灰灰色色和和无无色色，，与硅铝矿物相对应与硅铝矿物相对应 b.b.暗暗色色矿矿物物：：颜颜色色较较深深的的矿矿物物，，如如黑黑色色、、绿绿色色、、褐褐色色、、蓝蓝色色等等，，与与铁铁镁镁矿矿物物相相对对应应有有些些富富含含Na2ONa2O的的暗暗色色矿矿物物称称之之为为碱性暗色矿物，如霓石、钠闪石、星叶石等碱性暗色矿物，如霓石、钠闪石、星叶石等1、火成岩中矿物的分类、火成岩中矿物的分类 ※※ 色色率率：：暗暗色色矿矿物物在在火火成成岩岩中中的的体体积积百百分分含含量量称称为为色色率率，，根根 据据色色率率可可以以粗粗略略判判断断岩岩石石的的成成分分和和酸酸性性程程度度。

它它是是火火成成岩岩分分类命名的重要依据，例如：超镁铁质岩类命名的重要依据，例如：超镁铁质岩 M>90%M>90% ※ ※ 浅浅色色岩岩：：习习惯惯上上把把花花岗岗岩岩、、正正长长岩岩等等浅浅色色矿矿物物占占优优势势的岩石称为的岩石称为浅色岩浅色岩其色率在其色率在0 0～～3030之间 ※※ 暗暗色色岩岩：：色色率率在在6060～～100100，，以以暗暗色色矿矿物物占占优优势势的的岩岩石石称为称为暗色岩暗色岩如橄榄岩如橄榄岩 、、辉长岩等辉长岩等1、火成岩中矿物的分类、火成岩中矿物的分类（（3 3）据矿物在岩石中的含量）据矿物在岩石中的含量 a. a. 主主要要矿矿物物：： 在在岩岩石石中中含含量量多多，，对对火火成成岩岩大大类类的的划划分分和和定定名名起起决决定定作作用用的的矿矿物物 如如石石英英、、长长石石是是花花岗岗岩岩的的主主要要矿矿物 b. b. 次次要要矿矿物物：： 在在岩岩石石中中含含量量次次于于主主要要矿矿物物，，不不影影响响火火成成岩岩大大类类的的划划分分和和定定名名，， 但但对对确确定定岩岩石石种种属属的的进进一一步步划划分分可可起起作作用用矿矿物物。

常常小小于于5 5％％如如闪闪长长岩岩中中的的石石英英，，含含量量约约2 2％％，，没没有石英也叫闪长岩；当石英有石英也叫闪长岩；当石英5 5％时，则叫石英闪长岩％时，则叫石英闪长岩 c. c. 副副矿矿物物：： 含含量量很很少少，，常常小小于于1 1％％通通常常不不参参与与岩岩石石分分类类和和命命名名 但但它它们们对对于于了了解解一一个个岩岩体体的的形形成成条条件件，，确确定定岩岩体体时时代代有有重重要要意意义义常常见见的的有有磁磁铁铁矿矿、、磷磷灰灰石石、、锆锆石石、、独独居居石石、、榍石、褐帘石等榍石、褐帘石等1、火成岩中矿物的分类、火成岩中矿物的分类 （（4 4）据矿物的成因类型）据矿物的成因类型 a. a. 原生矿物：原生矿物： 岩浆冷凝过程中形成的矿物岩浆冷凝过程中形成的矿物 高温矿物高温矿物 低温矿物低温矿物 b. b. 次次生生矿矿物物：：在在岩岩浆浆已已基基本本上上凝凝固固成成固固体体的的岩岩石石后后，，由由于于受受残残余余挥挥发发份份和和岩岩浆浆期期后后流流体体作作用用（（蚀蚀变变、、交交代代、、充充填填））而而生生成成的的矿矿物物，，常常交交代代原原生生矿矿物物或或充充填填在在矿矿物物的的孔孔隙隙及及晶晶洞洞中中。

其其中中原原生生矿矿物物常常发发生生以以水水化化或或碳碳酸酸盐盐化化为为主主的的蚀蚀变变作作用用，，生生成成蚀蚀变变矿矿物物 c. c. 它它生生矿矿物物：：它它们们是是由由于于岩岩浆浆同同化化了了围围岩岩和和捕捕虏虏体体所所引引起起的的这这类类矿矿物物的的形形成成反反映映了了岩岩浆浆中中外外来来组组分分的的参参与与 如如有有些些富富铝铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物1、火成岩中矿物的分类、火成岩中矿物的分类※※6 种典型的岩浆岩矿物共生组合种典型的岩浆岩矿物共生组合 （（1））橄橄榄榄石石＋＋辉辉石石组组合合: 相相当当于于超超基基性性岩岩，，钙钙、、铁铁、、镁镁多多而而硅硅少少，，且且贫贫碱碱，，出出现现大大量量镁镁铁铁矿矿物物（（橄橄榄榄石石－－辉辉石石等等）），，不不出出现石英和长石现石英和长石 （（2））基基性性斜斜长长石石＋＋辉辉石石组组合合：：相相当当于于基基性性岩岩，，铝铝和和钙钙较较多多，，铁铁、、镁镁和和硅硅均均较较充充分分，，主主要要形形成成基基性性斜斜长长石石和和辉辉石石，，二二者者近近于于1:1，不出现石英。

不出现石英3））中中性性斜斜长长石石＋＋角角闪闪石石组组合合：：相相当当于于中中性性岩岩，，钠钠、、钾钾略略有有增增加加，，铝铝、、硅硅、、钙钙、、铁铁、、镁镁均均较较充充分分，，主主要要形形成成中中性性斜斜长长石石、、角角闪闪石石、、黑黑云云母母，，可可能能出出现现少少量量石石英英和和钾钾长长石石浅浅色色矿矿物物：：暗暗色色矿物矿物≈2:12、火成岩中的矿物共生组合规律、火成岩中的矿物共生组合规律※6 ※6 种典型的岩浆岩矿物共生组合种典型的岩浆岩矿物共生组合 （（4 4））石石英英＋＋钾钾长长石石＋＋酸酸性性斜斜长长石石＋＋黑黑云云母母组组合合：：相相当当于于酸酸性性岩岩，，钠钠、、钾钾、、硅硅含含量量高高，，铁铁、、镁镁、、钙钙低低，，石石英英、、钾钾长长石石、、酸酸性斜长石等浅色矿物为主性斜长石等浅色矿物为主5 5））钾钾长长石石＋＋黑黑云云母母＋＋角角闪闪石石组组合合：：其其SiOSiO2 2 相相当当于于中中性性岩岩，，钠、钾高而铁、镁低，钠、钾高而铁、镁低， 大量出现钾长石大量出现钾长石6 6））霞霞石石＋＋白白榴榴石石＋＋钾钾长长石石＋＋碱碱性性暗暗色色矿矿物物组组合合：： 其其SiOSiO2 2 接接近近于于基基性性岩岩（（平平均均53.3653.36％％）），，钠钠、、钾钾含含量量很很高高，，出出现现霞霞石石、、白榴石等矿物白榴石等矿物，因钠过多，故常出现碱性暗色矿物。

因钠过多，故常出现碱性暗色矿物2、火成岩中的矿物共生组合规律、火成岩中的矿物共生组合规律1. SiO2 饱和度饱和度对矿物共生组合的影响对矿物共生组合的影响 （（1））岩浆中岩浆中SiO2 过饱和过饱和：：石英石英→游离的游离的SiO2 结晶产物，结晶产物， 属硅酸过饱和矿物属硅酸过饱和矿物 （（2）岩浆中）岩浆中SiO2不饱和：不饱和：镁橄榄石、副长石类及黑榴石、镁橄榄石、副长石类及黑榴石、 黄长石和刚玉等，它们不能与石英平衡共生，属硅酸黄长石和刚玉等，它们不能与石英平衡共生，属硅酸 不饱和矿物不饱和矿物 Mg2SiO4 + SiO2 MgSiO3(1557℃℃) 镁橄榄石镁橄榄石 液相液相 顽火辉石顽火辉石 NaAlSiO4 + 2SiO2 NaAlSi3O8 霞霞 石石 液液 相相 钠钠 长长 石石 KAlSiO4 + 2SiO2 KAlSi3O8 白白 榴榴 石石 液液 相相 正正 长长 石石 （三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系1. SiO2 饱和度饱和度对矿物共生组合的影响对矿物共生组合的影响 （（3））岩浆中岩浆中SiO2 饱和饱和：： 除上述以外的一些矿物，如铁橄榄石、大多数除上述以外的一些矿物，如铁橄榄石、大多数辉石、角闪石类、云母类和长石类矿物都属于硅酸辉石、角闪石类、云母类和长石类矿物都属于硅酸饱和矿物，都可以与石英平衡共生。

饱和矿物，都可以与石英平衡共生 ※ 提提 示：示： 过饱和岩石过饱和岩石 饱饱 和和 岩岩 石石 不饱和岩石不饱和岩石 （三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系2、、Al2O3和和K2O+Na2O的的含量对矿物成分的影响含量对矿物成分的影响 不同的碱和不同的碱和Al2O3含量火成岩，其矿物组合有很大差含量火成岩，其矿物组合有很大差别具体可简单总结如下：别具体可简单总结如下：（（1）） 铝过饱和岩石铝过饱和岩石（过铝质岩石）（过铝质岩石）: Al2O3>(CaO+K2O+Na2O) 特征是常出现富铝的矿物，如白云母、黄玉、电气石、特征是常出现富铝的矿物，如白云母、黄玉、电气石、锰铝－铁铝榴石、刚玉、红柱石和矽线石，斜长石、钾长锰铝－铁铝榴石、刚玉、红柱石和矽线石，斜长石、钾长石和石和石英是常见矿物。

石英是常见矿物 （三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系2、、Al2O3和和K2O+Na2O的的含量对矿物成分的影响含量对矿物成分的影响（（2）） 钙碱性岩石钙碱性岩石（偏铝质岩石）（偏铝质岩石）: (K2O+Na2O)

英只在高硅岩石中出现，其它岩石中无或很少 （三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系（三）火成岩化学成分与矿物共生组合的关系（四）火成岩形成条件对矿物组合的影响（四）火成岩形成条件对矿物组合的影响1、、深深成成岩岩：：岩岩浆浆在在地地下下深深处处，，温温度度下下降降缓缓慢慢，，压压力力较较高高，，结晶时间充足结晶时间充足——低温矿物组合低温矿物组合 出出现现：：α-石石英英、、正正长长石石、、微微斜斜长长石石、、低低温温斜斜长长石石、、普普通通辉辉石石、、透辉石，角闪石和黑云母无暗化，无玻璃质透辉石，角闪石和黑云母无暗化，无玻璃质2、、火火山山岩岩：：环环境境由由地地下下高高温温高高压压急急速速变变成成地地表表的的常常温温常常压压，，岩岩浆浆冷冷却却快快来来不不及及结结晶晶形形成成玻玻璃璃或或生生成成细细粒粒矿矿物物——高高温温矿矿物物组组合合（（喷喷出出后后结结晶晶的的和和早早先先于于地地下下结结晶晶的的矿矿物物都都有有））和和含含水矿物暗化水矿物暗化出出现现：： β-石石英英、、方方石石英英、、鳞鳞石石英英、、透透长长石石、、歪歪长长石石、、高高温温斜斜长石、白榴石、易变辉石、玻璃质，角闪石和黑云母多暗化。

长石、白榴石、易变辉石、玻璃质，角闪石和黑云母多暗化据据火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素火成岩矿物组合确定岩石名称与主量元素• 我们应该掌握什么？•岩石化学成分组成与分类岩石化学成分组成与分类•化学成分与矿物共生组合的关系化学成分与矿物共生组合的关系•火成岩矿物组合与岩石名称与主量元素火成岩矿物组合与岩石名称与主量元素之间的关系之间的关系*。