趙志丹巖石地球化學(xué)3主量處理

1、第一節(jié)、主量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第二節(jié)、元素數(shù)據(jù)處理與解釋第三節(jié)、同位素數(shù)據(jù)處理與解釋第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋1計算CIPW的軟件，Norm3A TEXTURAL ATLAS OF MINERALS IN THIN SECTION, 軟件, 編寫者為Daniel J. Schulze, University of Toronto.Ragland P. C. Basic analytical Petrology. Oxford University Press, New York, 1989. 【書號： 350 R12】Wilson M. Igneous Petrogenesis. K

2、luwer Academic Publishers,London. 2001 推薦軟件和參考書2(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(2) MacKenzie W. S., Donaldson C. H., and Guilford C. Atlas of igneous rocks and their textures. John Wiley & Sons, Inc

3、. New York, 1982(3) Best M. G. Igneous and metamorphic petrology. 2nd edition. Blackwell Science Ltd, 2003 (有掃描件)(4) Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【書號360/L46/2】關(guān)于巖石化學(xué)/顯微結(jié)構(gòu)英文參考書 （可供）3推薦新出版參考書(研究生教材)鄧晉福，羅照華，蘇尚國，等.

4、 巖石成因、構(gòu)造環(huán)境與成礦作用。地質(zhì)出版社，20044第一節(jié)、主量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋一、巖石化學(xué)的主要指標(biāo)二、主量元素數(shù)據(jù)直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學(xué)）作用過程五、主量元素應(yīng)用于實驗巖石學(xué)5 代表性巖漿巖的化學(xué)成分 橄欖巖玄武巖 安山巖 流紋巖 響巖SiO242.2649.2057.9472.8256.19TiO20.631.840.870.280.62Al2O34.2315.7417.0213.2719.04Fe2O33.613.793.271.482.79FeO6.587.134.0

5、41.112.03MnO0.410.200.140.060.17MgO31.246.733.330.391.07CaO5.059.476.791.142.72Na2O0.492.913.483.557.79K2O0.341.101.624.305.24H2O+3.910.950.831.101.57Total98.7599.0699.399.5099.23(引自Winter, 2001)6一、巖石化學(xué)的主要指標(biāo)1. SiO2與巖石分類SiO2在主要元素中含量最高，變化范圍:34-80 %，意義:對巖漿及巖漿巖的物理化學(xué)性質(zhì)及礦物組成的影響最大，因此是火成巖中最重要的一種氧化物。2. 用SiO2

6、含量是巖漿巖4大類劃分的依據(jù)3. 酸性程度就是指SiO2含量高低4. SiO2飽和度決定礦物組合7巖漿巖分類表SiO2用于巖漿巖的4大類劃分8SiO2 (wt.%)巖石大類典型巖石66酸性花崗巖-流紋巖酸性增強(qiáng)玄武巖花崗閃長巖花崗巖橄欖巖9(3) SiO2飽和礦物： SiO2含量充足（剛好），則形成輝石、角閃石、斜長石，鉀長石，云母等不含Q，也不含SiO2不飽和礦物。(1) SiO2過飽和SiO2很多（過多），除形成硅酸鹽礦物外，還有剩余石英， Q就是過飽和礦物，含有Q的巖石，就是SiO2過飽和巖石。(2) SiO2不飽和： SiO2不足，出現(xiàn)鎂橄欖石，似長石類（霞石、白榴石等）礦物，不含Q。

7、 【為什么?若有Q存在會發(fā)生反應(yīng)（見下頁）】SiO2過飽和巖石SiO2不飽和巖石SiO2飽和巖石SiO2飽和度與礦物共生組合的關(guān)系10不能與SiO2共存，屬于SiO2不飽和礦物1. 霞石霞石NaAlSiO4鉀霞石KAlSiO4, 高溫時為連續(xù)固溶體系列產(chǎn)于富含Na2O而SiO2不飽和巖漿巖中，六方短柱，厚板狀2. 白榴石，KAlSi2O6, 正方晶系（假等軸晶系）自形晶，四角三八面體白榴石西藏白榴石斑巖特別強(qiáng)調(diào)：似長石類礦物霞石11六方短柱，厚板狀霞石-似長石類礦物霞石Na3K(SiAlO4)412SiO2不飽和礦物與SiO2反應(yīng)式Mg2SiO4+SiO2 = 2MgSiO3 橄欖石 熔體 頑

8、火輝石NaAlSiO4+SiO2=NaAlSi3O8 霞石 熔體 鈉長石KAlSi2O6+SiO2=KAlSi3O8 鉀霞石 熔體 鉀長石 13SiO2飽和度與礦物組合142. Na2O+K2ONa2O+K2O-稱為全堿含量,里特曼指數(shù) （ , Rittmann Index）9過堿性巖 大小與巖石系列劃分=15巖漿巖的分類（考慮全堿含量）169鈣堿性堿性過堿性堿性長石較酸性巖石普遍出現(xiàn)斜長石普遍偏酸性巖石基性巖石 英普遍最酸性巖石不似長石不5 %輝石或閃石普通輝石或閃石含Na (霓石、霓輝石) 或Ti (鈦輝石)，含Na閃石（鈉閃石、鈉鈣閃石、棕閃石）堿質(zhì)(Na2O+K2O)與礦物組合173.

9、 Al2O3飽和度與礦物組合鉀長石:KAlSi3O8, K2O/Al2O3=1鈉長石:NaAlSi3O8, Na2O/Al2O3=1鈣長石:CaAl2Si2O8, CaO/Al2O3=1根據(jù)Al2O3/（K2O+Na2O+CaO）比值判定Al2O3的飽和度。18Al2O3飽和度與礦物組合19Figure 18-2. Alumina saturation classes based on the molar proportions of Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (“A/CNK”) after Shand (1927). Common non-quartzo-feldspathi

10、c minerals for each type are included. After Clarke (1992). Granitoid Rocks. Chapman Hall.20第一節(jié)、主量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋一、巖石化學(xué)的主要指標(biāo)二、主量元素數(shù)據(jù)直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學(xué)）作用過程五、主量元素應(yīng)用于實驗巖石學(xué)211. 火山巖的TAS圖解(Total Alkalis-Silica diagram)（引自La Maitre等，1989）22火山巖的TAS圖解是國際地科聯(lián)（IUGS）巖

11、漿巖分類學(xué)分會推薦的火山巖分類圖解, 參見新書Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【書號360/L46/2】23火山巖的TAS圖解使用方法1. 適用于新鮮的、無蝕變和未變質(zhì)的火山巖（因為K和Na活潑易于帶入帶出），不適合于高M(jìn)g巖石（另外圖）。2. 計算投圖：主量元素數(shù)據(jù)中，先剔除H2O，CO2，LOI。再重新計算到100，之后投圖。3. TAS圖中，有些是2個巖石類型，成分一致，但是根據(jù)特征礦

12、物細(xì)分，例如是粗面巖還是粗面英安巖，需要根據(jù)CIPW計算結(jié)果，確定Q含量，若Q20為粗面英安巖 。24火山巖的TAS圖解使用：注意高鎂巖石分類TAS投點之前需要先剔除高鎂的樣品，如果是高鎂的，用右邊的圖解。強(qiáng)調(diào)：MgO和TiO2含量25火山巖的TAS圖解使用：注意Na2O與K2O的相對含量原因：在TAS圖解中，僅僅是Na2O與K2O的加和，沒有考慮它們相對的含量不同，巖石類型也不同。26火山巖TAS圖解邊界點27火山巖TAS圖解邊界點和作圖方法（個人作法）A. 先在繪圖軟件(如Photoshop, CorelDraw,我用Illustrator畫圖)中畫好一個空白的有所有邊界和名稱的TAS圖.

13、C. 把Excel中投點圖粘貼到繪圖軟件中, 疊合之后形成自己樣品的TAS投點圖.其他各類地球化學(xué)投點圖均如此作圖.B. 在Excel中處理數(shù)據(jù),畫好二維TAS投點圖,做好圖形花紋符號修飾見舉例演示.28舉例：TAS圖解應(yīng)用西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石具體作法：1. 先檢驗MgO含量是否符合TAS作圖要求 【見數(shù)據(jù)表和右圖,符合】2. 去除LOI計算到100，得到全堿和SiO2含量，投圖?！疽娧菔尽?9應(yīng)用舉例：西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石30舉例：TAS圖解應(yīng)用西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石3. 由于樣品投入玄武粗安巖和粗安巖區(qū)域，需要進(jìn)一步鑒別名稱：【見舉例數(shù)據(jù)計算】鑒別結(jié)果均為Na2O-2.0 3%K2O/Na2O2M

14、gO3%離群數(shù)據(jù)Y-1-1, Y-2, Y-3, Y-4羊應(yīng)鄉(xiāng)地?zé)崽飿悠凡皇浅涃|(zhì)巖石41FAMCalc-alkaline TholeiiticFigure 8-14. AFM diagram showing the distinction between selected tholeiitic rocks from Iceland, the Mid-Atlantic Ridge, the Columbia River Basalts, and Hawaii (solid circles) plus the calc-alkaline rocks of the Cascade volcanic

15、s (open circles). From Irving and Baragar (1971). After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.6. AFM圖解用于拉斑玄武巖和鈣堿性玄武巖劃分用途：區(qū)別亞堿性巖石系列中的拉斑玄武巖和鈣堿性巖石42AFM圖解作圖方法 屬于三變量圖解，需要把三個變量進(jìn)行歸一化計算到100 圖解直接應(yīng)用主量元素分析結(jié)果A=Na2O+K2OF=FeOT=FeO+0.8998 Fe2O3M=MgO計算A+F+M=100%43補(bǔ)充：三角圖的作圖方法三變量A+B+C=100舉例：44補(bǔ)充：三

16、角圖的作圖方法推薦一個三角圖軟件45第一節(jié)、主量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋一、巖石化學(xué)的主要指標(biāo)二、主量元素數(shù)據(jù)直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學(xué)）作用過程五、主量元素應(yīng)用于實驗巖石學(xué)46模式礦物與標(biāo)準(zhǔn)礦物模式礦物含量（Mode）是觀察到的礦物體積百分?jǐn)?shù)橄欖玄武巖OlCpxPl （MacKenzie等，1982標(biāo)準(zhǔn)礦物計算（Norm）是巖石經(jīng)過計算的理想化的礦物組成，肉眼無法鑒定具體礦物含量，如火山巖類橄欖巖47CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算方法（CIPW Norm）名稱由來：20世紀(jì)初四位美國巖石學(xué)和地球化學(xué)

17、家設(shè)計的，Cross，Iddings，Pirrson， Washington巖石的CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物與實際礦物含量是有出入的，主要是CIPW計算是以無水巖漿中礦物結(jié)晶順序，按照標(biāo)準(zhǔn)礦物理想分子式進(jìn)行計算，得到巖石中各種標(biāo)準(zhǔn)礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，簡化了很多內(nèi)容，如標(biāo)準(zhǔn)礦物是無水的，不考慮含水礦物黑云母、角閃石等。48計算CIPW的軟件，Norm3推薦軟件49計算之后可以進(jìn)行一系列的巖石分類501. Ab-An-Or圖解用于花崗巖分類 根據(jù)OConnor( 1965), 應(yīng)用CIPW計算之后的Ab-An-Or，三個標(biāo)準(zhǔn)礦物，換算100后投圖。舉例：西藏花崗巖51Ab-An-Or圖解用于花崗巖分類特點與要求

18、 用于標(biāo)準(zhǔn)礦物Q10的酸性巖分類，為簡便方法 可以有效地區(qū)分英云閃長巖、更長花崗巖、花崗巖和花崗閃長巖。 也可以謹(jǐn)慎地用于變形和變質(zhì)的花崗質(zhì)巖石，判斷原巖類型522. 玄武巖Ne-Di-Ol-Hy-Q分類圖Thompson (1984)紫蘇輝石三個三角區(qū)域分別代表SiO2不飽和、飽和和過飽和玄武巖53三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分其他分類：火山巖和侵入巖多陽離子R1-R2分類Jenson分類科馬提巖，拉斑質(zhì)和鈣堿性巖石分類沉積巖陸源砂巖分類請參考巖石地球化學(xué)54第一節(jié)、主量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋一、巖石化學(xué)的主要指標(biāo)二、主量元素數(shù)據(jù)直接用于巖石分類和系

19、列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學(xué)）作用過程五、主量元素應(yīng)用于實驗巖石學(xué)55依據(jù)的原理判別巖漿（地球化學(xué)）作用過程，主要是看一系列巖石的主量元素成分的變化趨勢使用的方法雙變量、三變量圖解法雙變量圖解法又稱為哈克圖解法A Harker，1909年開始使用SiO2作為橫坐標(biāo)(x) / 其他元素作為縱坐標(biāo)(y)的雙變量圖，后來稱為哈克圖解。56Harker diagram For Crater LakeAfter Winter， 2001Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volca

20、nic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 雙變量圖解哈克圖解57Bivariate (x-y) diagramsHarker diagram For Crater Lake雙變量圖解哈克圖解After Winter， 2001Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Maza

21、ma), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 58三變量圖解 例如: AFM 圖解， (alkalis-FeO*-MgO)After Winter， 2001Figure 8-2. AFM diagram for Crater Lake volcanics, Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 59From Winter (2001).1. 哈克圖解的做法以SiO2為橫坐標(biāo)，其他氧

22、化物為縱坐標(biāo)，投出一組樣品的結(jié)果，得到不同氧化物對SiO2的散點圖。推廣：任意兩個組分之間的二元投點都可以稱為哈克圖解意義：如果一組巖石樣品具有成因和演化關(guān)系，則全部樣品將顯示正的或者負(fù)的相關(guān)關(guān)系。60哈克圖解橫坐標(biāo)表示分異結(jié)晶過程，SiO2為橫坐標(biāo)，可以指示從基性到酸性，范圍寬，如果主要是基性熔巖，可以用MgO、或者Zr為橫坐標(biāo)(After Wilson, 2001)61原始巖漿成分原始巖漿成分(After Wilson 2001)SiO2為橫坐標(biāo)哈克圖解作法62(After Wilson 2001)MgO為橫坐標(biāo)哈克圖解作法63From Winter (2001).2. 哈克圖解代表的過程

23、SiO2變化代表：分異系數(shù)趨勢代表：部分熔融作用、分異結(jié)晶作用、巖漿混合作用、地殼混染作用64From Winter (2001).(1) 分離結(jié)晶作用是指巖漿中，某個礦物持續(xù)從巖漿中結(jié)晶出去，剩余的巖漿就會發(fā)生成分的有規(guī)律變化?？傮w為液相固相可以把巖石中斑晶礦物作為分離結(jié)晶的礦物，例如Ol，各種巖漿作用過程如何從主量元素變化趨勢中顯示出來？65(2) 同化作用和分離結(jié)晶作用在礦物分離結(jié)晶作用發(fā)生的同時，還存在圍巖或者外來物質(zhì)的加入和混合，導(dǎo)致主量元素圖解不顯示明顯的連續(xù)變化趨勢。各種巖漿作用過程如何從主量元素變化趨勢中顯示出來？66各種巖漿作用過程如何從主量元素變化趨勢中顯示出來？(3) 部

24、分熔融作用是指巖石從固相到液相的過程，固相的礦物不斷加入到液相中，使得液相的成分發(fā)生有規(guī)律的變化。但是，部分熔融與分離結(jié)晶這2個作用過程是互為可逆的過程，因此顯示在主量元素哈克圖解上，難于區(qū)分?？赡艿膮^(qū)分是，在深部階段為部分熔融，為某些礦物加入巖漿，而到淺部結(jié)晶時，另一些礦物發(fā)生分離結(jié)晶。2個過程，可能被區(qū)分出來。67舉例：連續(xù)變化趨勢一致受控于一種巖漿作用過程，例如夏威夷Kilauea火山19591960年噴發(fā)的Kilauea Iki火山68(After Wilson 2001)轉(zhuǎn)折點的含義3. 哈克圖解的解釋轉(zhuǎn)折點或者曲折趨勢，表示結(jié)晶作用過程出現(xiàn)一個新的礦物相，或者在部分熔融的過程中消耗

25、了一個礦物相。需要掌握不同礦物的成分特征。69(After Wilson 2001)3. 哈克圖解的解釋一相或者多相礦物分離結(jié)晶中巖漿演化趨勢需要掌握不同礦物的成分特征。70礦物結(jié)晶分離與殘余巖漿演化礦物結(jié)晶析出的數(shù)量與殘余巖漿演化可用杠杠原理討論E(%)=100（PM-DM距離）/（E-DM距離）71先復(fù)習(xí)主要礦物的化學(xué)成分特征橄欖石 Ol，輝石 PyCpx，Opx，斜長石 Pl72斜方晶系，晶體呈厚板狀、粒狀或短柱狀，解理010，100不完全。黃綠色-綠色，薄片下無色，正高突起-正極高突起，一般見不到解理，常見不規(guī)則的裂紋。干涉色I(xiàn)I級-III級，平行消光。橄欖石：(Mg,Fe)2SiO4

26、73橄欖石類 Olivine Group 橄欖石類是二價元素為陽離子構(gòu)成的硅酸鹽，具有典型的孤立硅氧四面體構(gòu)造，一般式為R2SiO4，RMg、Fe2+、Mn以及Ca、Zn?？煞譃槿齻€類質(zhì)同象系列： 1鎂橄欖石Mg2SiO4鐵橄欖石Fe2SiO4 2錳橄欖石Mn2SiO4鐵橄欖石Fe2SiO4 3鈣鎂橄欖石(Ca，Mg)SiO4鈣鐵橄欖石(Ca，F(xiàn)e)SiO4 自然界分布最廣泛的是鎂橄欖石(Fo)鐵橄欖石(Fa)系列，可形成完全的類質(zhì)同象系列。74輝石的分類輝石主要為Ca、Mg、Fe三個端元組分的固溶體斜方輝石75斜方輝石斜方輝石亞類由頑火輝石（En，Mg2Si2O6）和斜方鐵輝石（Fs，F(xiàn)e2

27、Si2O6）兩種獨立端元組分組成的連續(xù)固溶體，根據(jù)比例不同，分為六個亞種：頑火輝石（En100-88Fs0-12）古銅輝石（En88-70Fs12-30）紫蘇輝石（En70-50Fs30-50）鐵紫蘇輝石（En50-30Fs50-70）易熔石或尤萊輝石（En30-12Fs70-88）斜方鐵輝石（En12-0Fs88-100）76單斜輝石單斜輝石的成分較為復(fù)雜，是一系列端元組分的復(fù)雜固溶體。其組成除了Fe、Mg之外，Ca是含量較高的組分，有的變種還含有較多的Na、Al、Fe3+等。常見的單斜輝石種屬（透輝石鈣鐵輝石亞類）一般采用由波爾德瓦特和赫斯（1951）首先提出的四組分CaMgSi2O6Ca

28、FeSi2O6Mg2Si2O6Fe2Si2O6方法進(jìn)行分類命名，堿性輝石亞類可以采用克拉克等（Clarke等，1968）提出的方法進(jìn)行分類命名。單斜輝石77長石的三個端元和長石分類鉀長石 KAlSi3O8 (Or)鈉長石 NaAlSi3O8 (Ab) 鈣長石 CaAl2Si2O4(An)Ca長石Na長石K長石堿性長石（K-Na長石）亞類，不連續(xù)固溶體系列（An 5-10%）斜長石（Ca-Na長石）亞類，連續(xù)固溶體系列（Or 5-10%）K-Ca長石不形成固溶體長石類78斜長石類 Plagioclase化學(xué)通式：MT4O8 或 M(Al,Si)Si2O8其中M=K,Na,Ca,Ba斜長石系列劃分三斜晶系 基性酸性中性巖漿巖標(biāo)志礦物基性巖漿巖標(biāo)志礦物AnAb79磷灰石 六方晶系A(chǔ)patiteCa5PO43(F,Cl,OH) 自形的磷灰石（P），橫切面為六邊形，縱切面為長方形。單偏光。自形的磷灰石（P），干涉色一級灰，橫切面垂直光軸，全消光。正交偏光。80哈克圖解轉(zhuǎn)折