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第二章 岩浆岩的物质成分

作者:      来源:     发表时间:2006-05-12     浏览次数:      字号:    

 

第二章  岩浆岩的物质成分

 

岩浆岩的物质成分是指其化学成分与矿物成分而言。

 

一、岩浆岩的化学成分

地球化学研究资料表明,差不多地壳中所有的元素都可以在岩浆岩中出现,但其含量却很不相同,含量最多的是:O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等元素,这些元素称为造岩元素,其总和约占岩浆岩总重量的99.25%,其次为P、H、Mn、B等元素,氧的含量最高,占岩浆岩重量46.59%,占体积94.2%。

在研究岩浆岩的化学成分时常常用氧化物重量百分比来表示

从表中可以看出:SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、K2O、Na2O和H2O等九种为最主要,占岩浆岩平均化学成分的98%左右,并且在各类岩石中都能出现。

在不同岩石类型中各种氧化物含量有明显差异:

SiO2变化范围:34—75%,少数可达80%;

Al2O3  10~20%,在纯橄榄岩中较低

MgO  1~25%

CaO  0~15%,但在某些辉石岩达23%

两种铁的氧化物  0.5-15%,一般FeO>Fe2O3

Na2O在某些霞石岩中可高达19.48%,一般0~15%

K2O在某些白榴石岩中可达17.94%,但一般岩石中不高于10%,且常低于Na2O

H2O+代表结晶水,H2O-为吸附水,一些火山玻璃含10%H2O,某些结晶岩石含H2O 3~5%,一般地说,含水2%以上的岩石常常由次生变化所引起。

TiO2很少超过5%,一般0~2%

P2O5很少超过3%,一般0~0.5%

MnO很少超过2%,一般0~0.3%

SiO2是最重要的一种氧化物。据SiO2含量可把岩浆岩分为四类:即超基性岩(SiO2<45%),基性岩(SiO2  45-53%),中性岩(SiO2 53-66%),酸性岩(SiO2>66%)。通常所指的岩石酸性程度及基性程度,就是指岩浆岩中SiO2含量,习惯上对SiO2含量高者,称之为酸性程度高或酸度大,也叫基性程度低,反之,对SiO2含量低者,谓之酸度小,亦可称基性程度高。

在岩浆岩中,各种主要氧化物之间关系很密切,其变化也有规律。从图中看到,在各种岩浆岩中,随着SiO2含量的增加,FeO及MgO逐渐减少,也就是说比较基性的岩石中FeO及MgO比酸性的岩石中含量高。K2O和Na2O的含量逐渐增加,超基性岩中几乎不含K2O、Na2O;CaO和Al2O3在纯橄榄岩中含量很低,但在辉石岩和基性岩中随SiO2增加而急剧增加,以后随着SiO2含量的增加又逐渐下降。

除了常量元素外,岩浆岩中还存在大量的微量元素,如Li、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、Ta、Pb、Th、U等,它们的含量很低,一般用10-6或μg/g来表示,根据微量元素含量可以求得一些有意义的微量元素比值,如K/Rb、K/Ba、Rb/Sr、Nb/Ta、Th/U等,它们对于探讨岩石成因和岩浆演化具有重要意义。

某些元素的同位素丰度及比值,对于探索岩浆的起源及其演化历史也是很有意义的,如Sr87/Sr86、Pb206/Pb204、Pb207/Pb204等,而O18/O16、S34/S32等非放射性同位素,对于判断岩浆晚期或岩浆岩冷却的过程有很重要的意义。这些内容将在专门的学科中学习。

 

二、岩浆岩的矿物成分

岩浆岩的矿物成分,对于了解岩石的化学成分、生成条件,以及岩石成因都有重大的意义。同时它也是岩浆岩分类和鉴别的主要依据。组成岩浆岩的矿物,常见的不过20几种,这些构成岩石的矿物通称为造岩矿物。

 

(一)、硅铝矿物和铁镁矿物

常见造岩矿物根据其化学成分可分为两类:

 

1、硅铝矿物

SiO2和Al2O3含量较高,不含铁镁。如石英、长石类及似长石类,这些矿物颜色均较浅,所以又叫浅色矿物。

 

2、铁镁矿物

FeO与MgO含量较高,SiO2含量较低,如橄榄石、辉石类、角闪石类及黑云母类等,这些矿物颜色一般较深,所以又叫暗色矿物。

岩浆岩中暗色矿物的百分含量通常称为“色率”。也就是暗色矿物和浅色矿物在岩石中的比例,它是岩浆岩鉴定和分类的重要标志之一。

浅色岩:习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占优势的岩石称为浅色岩,其色率在0~30之间。

暗色岩:色率在60~100,以暗色矿物占优势的岩石称为暗色岩,如橄榄岩、辉长岩等。

根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。

 

(二)、主要矿物、次要矿物、副矿物

按矿物在岩浆岩中的含量和在岩浆岩分类中的作用,可分为以下三类:

 

1、主要矿物

在岩石中含量众多,对于确定岩石名称是不可缺少的,在分类命名上起主要作用。如石英、钾长石是花岗岩的主要矿物,有石英是正长岩,没有钾长石是石英岩或脉石英。

 

2、次要矿物

在岩石中含量次于主要矿物,对于划分岩石大类不起主要作用,但对确定岩石种属起一定作用的那些矿物,如闪长岩中的石英,含量约2%,没有石英也叫闪长岩,当石英>5%,则叫石英闪长岩,它对岩石大类不起命名作用,是确定岩石种属的矿物。

 

3、副矿物

含量很少,常小于1%,个别情况可达5%,在一般的分类命名中均不起作用。如磁铁矿、钛铁矿、锆石、磷灰石等。但它们对于了解一个岩体的形成条件,对比不同岩体,确定岩体时代以及研究稀散元素有重要意义。

 

(三)、岩浆岩矿物的成因类型

按矿物形成阶段及形成时的物理化学条件划分

 

1、原生岩浆矿物

这是在岩浆冷凝过程中形成的矿物,按成因特点又可分为以下三类:

正常矿物:是直接从岩浆中结晶出来而且在岩石形成过程中稳定的矿物。

残余矿物和反应矿物:矿物从岩浆中析出后,因温度、压力、成分等发生变化,使这些矿物受到部分熔蚀、反应或分解,其中尚未遭受变化的残余部分叫残余矿物,已经受反应,分解而形成的新矿物称反应矿物。如橄榄石的辉石反应边。

 

2、成岩矿物

在岩浆完全结晶后,由于外界物理化学条件的变化(主要是温度和压力的降低),使原生岩浆矿物发生转变而新形成的矿物叫成岩矿物。如透长石→正长石,α石英—β石英。

 

3、岩浆期后矿物

在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后,由于受残余挥发分和岩浆期后溶液作用而生成岩浆期后矿物。它们往往交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。

 

4、它生矿物

它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的,这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。如富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。

 

5、外生矿物

岩浆岩受外营力,如地表风化形成的矿物,也称表生矿物。如绢云母、高岭石。岩浆期后矿物,尤其是一些自变质矿物常常与外生矿物难以区分,镜下无法区分时,统称为次生矿物。

 

(四)、矿物共生组合的规律及其与化学成分的关系

岩浆岩中的矿物组合,主要决定于岩浆岩的化学成分

 

1、SiO2含量对矿物共生组合的影响

石英是硅酸盐熔体中游离的SiO2结晶的产物,石英的出现表示岩浆岩中SiO2含量过剩,因此,石英是岩浆岩中SiO2过饱和的指示矿物。

镁橄榄石的出现是岩浆中SiO2不足(不饱和)的表现,岩浆岩中镁橄榄石和石英是不能共生的矿物。因为在岩浆中存在下列反应式:

Mg2SiO4 + SiO2(1557℃) →  2MgSiO3

镁橄榄石 (液相)           顽火辉石

与上述原理类似,由于岩浆中存在下列反应过程:

NaAlSiO4 + 2SiO2   →  NaAlSi3O8

霞石       (液相)      (钠长石)

KAlSiO4 +  2SiO2      →   KAlSi3O8

白榴石    (液相)          (正长石)

因此,霞石、白榴石(统称为似长石类矿物)等似长石类矿物是和石英不能共生的矿物。

硅酸饱和或饱和矿物:在岩浆岩中,凡是可以与石英共生的矿物称饱和矿物。

硅酸不饱和或不饱和矿物:在岩浆岩中,凡是不可以与石英共生的矿物称不饱和矿物。

根据SiO2饱和状态,可将岩浆岩分为:过饱和(含石英)岩石,饱和岩石(不含石英,也不含不饱和矿物),不饱和岩石(含不饱和矿物)三大类。

各类岩浆岩的主要成分及其含量绘于下图中,从图中可以很容易地查出各类岩浆岩中的共生矿物及其含量。例如花岗岩有五种共生矿物:钾长石约50%,石英约25%,酸性斜长石约14%,黑云母约5%,角闪石4%。

随着SiO2含量的增加,岩石中浅色矿物含量增加,而随岩石中FeO、MgO含量升高,则暗色矿物的含量增高,可划分出下列六种典型组合:

(1)、橄榄石—辉石组合:相当于超基性岩,钙、铁、镁多而硅少,且贫碱,故构成大量铁镁暗色矿物(橄榄石—辉石等),不出现石英和长石。

(2)、基性斜长石—辉石组合:相当于基性岩,Al2O3和CaO多,FeO、MgO和SiO2均较充分,主要形成基性斜长石和辉石,二者近于1:1,不出现石英。

(3)、中性斜长石—角闪石组合:相当于中性岩,Na2O和K2O略有增加,Al2O3、SiO2、CaO、FeO、MgO均较充分,主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母,可能出现少量石英和钾长石,浅色矿物同暗色矿物之比约2:1。

(4)、石英—钾长石—酸性斜长石组合:相当于酸性岩,Na2O、K2O和SiO2含量高,FeO、MgO和CaO含量低,因而大量出现石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物,暗色矿物很少,浅色矿物同暗色矿物之比一般大于十比一。

(5)、钾长石—黑云母—角闪石组合:该组合按SiO2含量相当于中性岩,Na2O和K2O多,FeO和MgO低,因而大量出现钾长石。

(6)、霞石—钾长石组合:按SiO2含量较接近于基性岩(SiO2平均为53.36%),Na2O和K2O含量高,所以出现霞石,因Na2O过多,故常出现碱性暗色矿物。

 

2、碱质含量对矿物共生组合的影响

在岩浆岩中,碱质含量一般随SiO2含量的增加而增加,但在SiO2含量相同的岩石中,有些岩石K2O+Na2O含量偏高,就会形成富含碱质的岩石。通常根据岩石中SiO2及K2O+Na2O含量以及里特曼指数,可将岩石划分为:钙碱性系列(σ<3.3)、碱性系列(σ=3.3~9)、过碱性系列(σ>9),其矿物共生组合特点如下表所列:

 

里特曼指数:也称组合指数,是用以反映岩浆岩组合及岩浆岩岩石碱性特征的参数,由里特曼1957年提出,其表达式为:σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43),其中,K2O、Na2O、SiO2均为氧化物重量百分数。

 

3、Al2O3含量对岩浆岩矿物成分的影响

Al2O3含量对铝硅酸盐矿物的种属有很大关系,类似于SiO2饱和的概念,也有Al2O3饱和度的概念。通常根据Al2O3与CaO、K2O、Na2O分子数的相对值,及在矿物成分上的反映,可将岩浆岩划分为四种类型:

(1)、过铝质岩石:Al2O3>(CaO+K2O+Na2O),特征矿物是白云母、黄玉、电气石、锰铝—铁铝榴石、刚玉、红柱石或矽线石。

(2)、亚铝质岩石:Al2O3≈(Na2O+K2O),主要含铝矿物是长石和似长石。

(4)、过碱质岩石:Al2O3<(Na2O+K2O),Al2O3<K2O较少见,以出现碱性铁镁质矿物为特征,如霓石、霓辉石、钠闪石等。

 

 
 
 
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