《巖石學》第二章 火成巖的物質(zhì)成分

上節(jié)講的內(nèi)容－回顧巖石學的概念及三大巖類之間的循環(huán)與轉(zhuǎn)換－特征與區(qū)別*巖石學研究的目的與方法巖漿的概念與性質(zhì)*巖漿作用的概念本節(jié)講的內(nèi)容第一章巖漿及巖漿作用火成巖的產(chǎn)狀與相第二章火成巖的物質(zhì)成分1）侵入巖的產(chǎn)狀

A.依據(jù)：侵入巖與圍巖的接觸關(guān)系類型：整合侵入體不整合侵入體

B.依據(jù)：侵入體的形態(tài)、大小類型：巖基（batholith）：面積大于100km2

巖株（stock）：面積小于100km2

巖盆（lopolith）：呈盆狀的整合侵入體巖床（sill）（巖席）：厚度小，面積大，整合侵入巖墻（dike）：不整合板狀侵入體

C.依據(jù)：侵入體的侵位深度類型：淺成相：0-3km

中深成相：3-10km

深成相：大于10km6.火成巖的產(chǎn)狀與相巖基巖蓋巖盆(lopolith)Figure4-22.

a.RadialdikeswarmaroundSpanishPeaks,Colorado.AfterKnopf(1936),Geol.Soc.Amer.Bull.,47,1727-1784.b.

Erodedremnantofavolcanicneckwithradialdikes.ShipRock,NewMexico.FromJohnShelton?(1966)GeologyIllustrated.W.H.Freeman.SanFrancisco.2）火山巖的產(chǎn)狀與相6.火成巖的產(chǎn)狀與相廣義火山巖2）火山巖的產(chǎn)狀與相A.火山噴發(fā)類型

劃分依據(jù)：火山通道的形狀

a.透熔式（面式）噴發(fā)：大面積、不規(guī)則

b.裂隙式（線式）噴發(fā)：窄而長的通道

c.中心式（點式）噴發(fā)：頸狀管道雙坨子大布蘇火成巖分布特征：（紅色為高磁異常部分）特點：沿斷裂串珠狀分布火山巖的裂隙式噴發(fā)松南地區(qū)磁極化異常圖火山巖的中心式噴發(fā)B.產(chǎn)狀火山錐：由熔巖和火山碎屑巖組成，中心為火山口或破火山口熔巖流：巖漿以平靜的溢流方式噴出地表。多為粘度較小的超基性到中性的巖漿巖鐘、巖針、巖穹：多以侵出的方式噴出火山頸：是火山錐被剝蝕后，出露的火山管道中的充填物次（潛）火山巖：與火山巖同源，且為侵入產(chǎn)狀的巖體.侵入深度一般小于0.5km.火山-沉積巖：是火山活動疊加沉積作用的產(chǎn)物火山巖和侵入巖的產(chǎn)狀火山錐巖頸巖墻巖床火山錐瑪珥湖火山凝灰環(huán)火山凝灰錐StructuresandFieldRelationships與一個中心火山口有關(guān)的火山臺地Volcaniclandformsassociatedwithacentralvent(allatsamescale).

火山渣錐火山穹隆復合火山StructuresandFieldRelationshipsFigure4-7.火山熔巖穹隆的剖面示意圖Schematiccrosssectionthroughalavadome.StructuresandFieldRelationships破火山口的發(fā)展過程DevelopmentoftheCraterLakecaldera.普林尼式噴發(fā)a.瑪珥湖－巖漿與地下水作用爆發(fā)形成b.火山凝灰環(huán)c.

火山錐bcaPyroclasticDeposits火成碎屑沉積Figure4-18.

Typesofpyroclasticflowdeposits.a.

垂直爆發(fā)坍塌或普林尼式柱狀坍塌：collapseofaverticalexplosiveorpliniancolumnthatfallsbacktoearth,andcontinuestotravelalongthegroundsurface.b.橫向爆發(fā)：

Lateralblast,suchasoccurredatMt.St.Helensin1980.c.低壓沸騰：“Boiling-over”ofahighlygas-chargedmagmafromavent.d.熱穹隆坍塌：Gravitationalcollapseofahotdome(Fig.4-18d).Figure4-15.

Ashcloudanddepositsofthe1980eruptionofMt.St.Helens.

a.

照片：PhotoofMt.St.Helensverticalashcolumn,May18,1980(courtesyUSGS).b.灰云的垂直剖面：Verticalsectionoftheashcloudshowingtemporaldevelopmentduringfirst13minutes.c.火山灰沉積平面圖：Mapviewoftheashdeposit.Thicknessisincm.

a)一個典型浮巖流的剖面：Sectionthroughatypicalignimbrite,showingbasalsurgedeposit（基浪沉積）,middleflow,andupperashfallcover.Tanblocksrepresentpumice,andpurplerepresentsdenserlithicfragments.

StructuresandFieldRelationships灰降沉積碎屑流沉積碎屑涌浪沉積長白山火山深部結(jié)構(gòu)－地球物理測深資料MT引自mantlePlumewebsite侵入巖、淺成巖、火山巖的區(qū)別

結(jié)構(gòu)構(gòu)造深成巖顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造淺成巖斑狀結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造火山巖斑狀、玻璃質(zhì)氣孔、杏仁、流紋構(gòu)造第二章火成巖的物質(zhì)成分化學成分礦物成分化學成分與礦物共生組合的關(guān)系火成巖形成條件對礦物共生組合的影響火成巖物質(zhì)成分研究的意義：是火成巖分類命名的基本依據(jù)為研究巖漿起源、演化和巖漿物理性質(zhì)提供重要依據(jù)為巖漿形成時的大地構(gòu)造背景和巖石圈層的演化提高重要信息1.主要元素（Majorelements）

：

O,Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na,K,Ti,P,H,Mn,C等，其中氧的含量最高。

常用氧化物的形式表示火成巖的成分，即：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、K2O、Na2O、P2O5、H2O和CO2等13種，每種氧化物含量一般>0.1%，占火成巖平均化學成分的98%左右。（一）火成巖的化學成分類型：主要元素、痕量元素和同位素※火成巖主要造巖氧化物含量的大致范圍是：

SiO234～75%少數(shù)可達80%Al2O310～20%在純橄欖巖中較低MgO1～25%CaO0～15%但某些輝長巖中達23%Fe2O3+FeO1～15%一般FeO>Fe2O3Na2O0～15%霞石巖中可達19.48%K2O一般<10%白榴石巖中可達17.94%H2O+(結(jié)晶水)和H2O-(吸附水)一般<2%，個別達10%TiO20～2%很少超過5%P2O50～0.5%很少超過3%MnO0～0.3%很少超過2%1.主要元素：

幾種主要造巖氧化物（1）SiO2

：是最重要的成分，含量高，是巖石酸性程度（基性程度）的標志。隨著SiO2含量的變化，其它氧化物呈現(xiàn)規(guī)律性的增加或減少。

超基性巖

SiO2<45%

基性巖

SiO2=45～52%(53)

中性巖

SiO2=52～66%(63)

酸性巖

SiO2>66%(63)（一）火成巖的化學成分幾種主要造巖氧化物（2）Al2O3

：在火成巖中含量僅次于SiO2，SiO2

、Al2O3

與CaO、Na2O、K2O一起組成長石和副長石類礦物；與FeO*、MgO、CaO等結(jié)合形成輝石、角閃石、黑云母等礦物。（3）Na2O和K2O：是堿性長石的主要組成部分，當其含量較高時還可形成堿性暗色礦物和副長石。a.Al2O3<Na2O+K2O（分子數(shù)比，下同）：堿過飽和巖石b.Al2O3>Na2O+K2O+CaO（分子數(shù)比）：鋁過飽和巖石c.Na2O+K2O<Al2O3<Na2O+K2O+CaO：鈣堿性巖（一）火成巖的化學成分幾種主要造巖氧化物（4）FeO*、MgO、MnO與SiO2結(jié)合形成橄欖石、輝石等礦物。（5）TiO2與FeO

組成鈦鐵礦，與CaO結(jié)合生成榍石，與P2O5、CaO結(jié)合則形成磷灰石。TiO2結(jié)合形成橄欖石、輝石等礦物。（一）火成巖的化學成分2.痕量元素(Traceelements):

含量甚微，usually<0.1%。

存在形式：一般不以獨立的礦物相出現(xiàn)。主要以類質(zhì)同像形式替代礦物中的主要元素，其次是保存在快速固結(jié)和冷凝的火山玻璃或氣-液包裹體中第三是吸附在礦物表面或以雜質(zhì)的形式存在于礦物礦物晶體缺陷的間隙中。

※痕量元素的對研究巖漿的起源、演化、巖石系列劃分和巖石形成機理等方面將提供重要信息和證據(jù)。（一）火成巖的化學成分痕量元素的分類：A.依據(jù)：元素的相容性(compatibility)

相容元素：優(yōu)先進入礦物相的元素

不相容元素（親巖漿元素）：優(yōu)先進入熔體相的元素B.依據(jù)：不相容元素的進一步劃分依據(jù)是電荷/半徑比值也稱場強，相當于離子勢）

高場強元素（HFSEs）：半徑小和電價高陽離子的元素，離子勢大于2.0.包括：REE，Sc、Y、

Th、U、Pb、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta

低場強元素（LFSEs），又稱大離子親石元素（

LILEs）：大半徑且低電價陽離子的元素，離子勢小于2.0包括：Cs、Rb、K、Ba、Sr，二價的Eu、Pb（一）火成巖的化學成分稀土元素：

LaCePrNd(Pm)Sm

Eu

DyTbErHoTm

YbLu過渡族元素：ScTiVCr

MnFeCoNiCuZn

3.同位素(Isotope)：

（1）穩(wěn)定同位素：碳、氫、氧、硫

研究意義：主要用來獲得巖漿源區(qū)的信息

（2）放射性同位素：火成巖研究中具有重要意義的放射性同位素主要有K-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、Th-

Pb、Re-Os和Lu-Hf

研究意義：主要以此確定火成巖的形成年齡和巖漿源區(qū)及巖漿演化的示蹤（一）火成巖的化學成分

●火成巖中的礦物組成：

能夠反映巖石的化學成分也是巖石分類命名的主要依據(jù)還是判斷巖石生成條件的重要標志

●

組成巖石的礦物統(tǒng)稱造巖礦物，火成巖中常見的礦物只有20多種，它們被稱為主要造巖礦物

●火成巖中最主要的造巖礦物是：橄欖石類、輝石類、角閃石類、云母類、堿性長石類、斜長石類、副長石類和石英類，等等（二）火成巖的礦物成分橄欖石(Fe,Mg)2SiO4SiO238-40%MgO40%斜方輝石(Fe,Mg)2Si2O6SiO254-57%普通輝石(CaNaK)…Al(AlSi)2O6SiO248-55%角閃石CaNaK…(Al4O11)2(OH…)SiO239-45%黑云母KAl…(AlSiO3O10)(OH…)SiO239%K2O10%石英SiO2SiO2100%鉀長石KAlSi3O8SiO271%K2O8%

斜長石NaAlSi3/CaAl2Si2O8SiO268-50%霞石NaAlSiO4SiO240%Na2O16%例鉀長石SiO2%的計算K2O·Al2O3·6SiO2SiO2=60.1*6/(44.2+102.4+60.1*6)=71%實用礦物化學

（1）據(jù)礦物的化學成分劃分

a.

硅鋁礦物：SiO2和Al2O3含量較高，不含鐵鎂。如石英、長石類及似長石類。

b.鐵鎂礦物：FeO與MgO含量較高，SiO2含量較低。如橄欖石、輝石類、角閃石類和黑云母類。

（2）據(jù)礦物的顏色劃分

a.淺色礦物：顏色較淺的礦物，如白色、灰色和無色，與硅鋁礦物相對應。

b.暗色礦物：顏色較深的礦物，如黑色、綠色、褐色、藍色等，與鐵鎂礦物相對應。有些富含Na2O的暗色礦物稱之為堿性暗色礦物，如霓石、鈉閃石、星葉石等。1、火成巖中礦物的分類

※色率：暗色礦物在火成巖中的體積百分含量稱為色率，根據(jù)色率可以粗略判斷巖石的成分和酸性程度。它是火成巖分類命名的重要依據(jù)，例如：超鎂鐵質(zhì)巖M>90%

※淺色巖：習慣上把花崗巖、正長巖等淺色礦物占優(yōu)勢的巖石稱為淺色巖。其色率在0～30之間。

※暗色巖：色率在60～100，以暗色礦物占優(yōu)勢的巖石稱為暗色巖。如橄欖巖、輝長巖等。1、火成巖中礦物的分類（3）據(jù)礦物在巖石中的含量

a.主要礦物：在巖石中含量多，對火成巖大類的劃分和定名起決定作用的礦物。如石英、長石是花崗巖的主要礦物

b.次要礦物：在巖石中含量次于主要礦物，不影響火成巖大類的劃分和定名，但對確定巖石種屬的進一步劃分可起作用礦物。常小于5％。如閃長巖中的石英，含量約2％，沒有石英也叫閃長巖；當石英5％時，則叫石英閃長巖。

c.副礦物：含量很少，常小于1％。通常不參與巖石分類和命名。但它們對于了解一個巖體的形成條件，確定巖體時代有重要意義。常見的有磁鐵礦、磷灰石、鋯石、獨居石、榍石、褐簾石等。1、火成巖中礦物的分類

（4）據(jù)礦物的成因類型

a.原生礦物：巖漿冷凝過程中形成的礦物。

高溫礦物低溫礦物

b.次生礦物：在巖漿已基本上凝固成固體的巖石后，由于受殘余揮發(fā)份和巖漿期后流體作用（蝕變、交代、充填）而生成的礦物，常交代原生礦物或充填在礦物的孔隙及晶洞中。其中原生礦物常發(fā)生以水化或碳酸鹽化為主的蝕變作用，生成蝕變礦物。

c.它生礦物：它們是由于巖漿同化了圍巖和捕虜體所引起的。這類礦物的形成反映了巖漿中外來組分的參與。如有些富鋁礦物紅柱石、堇青石、矽線石就是巖漿同化了富鋁圍巖的產(chǎn)物。1、火成巖中礦物的分類※6種典型的巖漿巖礦物共生組合（1）橄欖石＋輝石組合:

相當于超基性巖，鈣、鐵、鎂多而硅少，且貧堿，出現(xiàn)大量鎂鐵礦物（橄欖石－輝石等），不出現(xiàn)石英和長石。（2）基性斜長石＋輝石組合：相當于基性巖，鋁和鈣較多，鐵、鎂和硅均較充分，主要形成基性斜長石和輝石，二者近于1:1，不出現(xiàn)石英。（3）中性斜長石＋角閃石組合：相當于中性巖，鈉、鉀略有增加，鋁、硅、鈣、鐵、鎂均較充分，主要形成中性斜長石、角閃石、黑云母，可能出現(xiàn)少量石英和鉀長石。淺色礦物：暗色礦物≈2:1。2、火成巖中的礦物共生組合規(guī)律※6種典型的巖漿巖礦物共生組合

（4）石英＋鉀長石＋酸性斜長石＋黑云母組合：相當于酸性巖，鈉、鉀、硅含量高，鐵、鎂、鈣低，石英、鉀長石、酸性斜長石等淺色礦物為主。（5）鉀長石＋黑云母＋角閃石組合：其SiO2

相當于中性巖，鈉、鉀高,而鐵、鎂低，大量出現(xiàn)鉀長石。（6）霞石＋白榴石＋鉀長石＋堿性暗色礦物組合：

其SiO2

接近于基性巖（平均53.36％），鈉、鉀含量很高，出現(xiàn)霞石、白榴石等礦物，因鈉過多，故常出現(xiàn)堿性暗色礦物。2、火成巖中的礦物共生組合規(guī)律1.SiO2

飽和度對礦物共生組合的影響（1）巖漿中SiO2過飽和：石英→游離的SiO2

結(jié)晶產(chǎn)物，

屬硅酸過飽和礦物。（2）巖漿中SiO2不飽和：鎂橄欖石、副長石類及黑榴石、黃長石和剛玉等，它們不能與石英平衡共生，屬硅酸不飽和礦物

Mg2SiO4+SiO2MgSiO3(1557℃)

鎂橄欖石液相頑火輝石

NaAlSiO4+2SiO2NaAlSi3O8

霞石液相鈉長石

KAlSiO4+2SiO2KAlSi3O8

白榴石

液相

正長石

（三）火成巖化學成分與礦物共生組合的關(guān)系1.SiO2

飽和度對礦物共生組合的影響（3）巖漿中SiO2飽和：

除上述以外的一些礦物，如鐵橄欖石、大多數(shù)輝石、角閃石類、云母類和長石類礦物都屬于硅酸飽和礦物，都可以與石英平衡共生。

※提示：