《岩浆岩成因导论课件第三章 岩石成因的化学和岩相学标志》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩浆岩成因导论课件第三章 岩石成因的化学和岩相学标志（135页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 岩石成因的 化学和岩相学标志 样品采集的要求 岩石成分资料处理及应用 微量元素和稀土元素 同位素 岩石包体 一、样品采集的要求源区成分和熔融源岩的化学和矿物成分对岩浆岩的化 学成分起着基本的控制作用。熔体的主要 和微量元素成分是由熔融作用类型和熔融 程度决定的，同时在岩浆上升到地表的过 程中会受到明显改变。由于在部分熔融和 岩浆房内的分异过程中，放射性同位素比 值一般不发生大的变化，因而，岩浆源区 的特征可以用同位素成分来确定。不过， 源区本身是源区内各种组分混合作用的函 数。例如，与俯冲有关的岩浆岩，就可能 含有地幔、俯冲板片、地壳等多种物质的 印迹。 岩浆房过程：大多数岩浆岩在侵位
2、到浅部 和喷发到地表之前，都会在岩浆房发生过滤 作用。在岩浆房内，分离结晶、岩浆混合、 同化混染和这几种作用的动态混合，通常会 改变由部分熔融产生的原生岩浆的成分。有 效理解这些过程对岩石成分的影响，需要综 合采用各种岩石学、地球化学工具，进一步 可进行岩石成因的定量模拟，并结合实验岩 石学和岩浆动力学资料加以限定。定性的岩 浆房内部过程的分析可以用二组分协变图方 法 。 脱汽、与流体相互作用：在岩浆侵位和喷发后，火成岩的成分可以因脱气作用（outgassing） 、与流体的相互作用而发生化学上的变化。火成岩 的脱气作用主要影响到稳定同位素化学，而与流体 的相互作用可以影响到岩石化学成分的各方
3、面特征 。火成岩研究如果不是以探讨蚀变作用和成矿作用 为目的，应尽量选择新鲜的岩石，但这种条件并不 总是能够达到。例如，海底火山岩和金属矿区岩浆 岩的研究。 岩石的风化作用：对主要的元素影响大，轻微 的风化作用对有些不活动组分和放射性同位素比值 变化的影响不大。采集化学分析样品时应注意以下几点：1、目的性：在野外地质和薄片观察基础上，根据研究的目 的、任务取样，力求少而精，避免浪费。2、代表性：采集的样品应能代表所要研究的岩石，对于岩 性略有变化的岩石、或按岩性系统取样，或拣块取样，才能反映 岩体的实际成分。3、系统性：为了进行不同岩体或同一岩体在时间、空间上 的变化，需要采集系统的岩石样品进
4、行系统的分析。4、全面性：对于采集化学分析样品的岩石，均应采集切制 薄片的岩石样品，如有需要及有可能，还应同时采集稀土、微量 、重砂、电子探针、同位素等样品，以便综合分析，得出全面性 的结论。5、真实性：岩石应新鲜，没有风化、蚀变、交代作用，应 无外来混入物，不要有杏仁体、包体（捕虏体、析离体、同源、 异源包体等）、细脉体等，不新鲜不采，有外来物者要严格除尽 。总的要求是，岩石样品应能代表岩石的真正成分。岩石粒度（mm）所需要的最小样品质量(kg)305.0 102.01-10 1.00-1 0.5表 2.1 均匀岩石取样质量与岩石粒度的关系（ Wager and Brown, 1960)采样
5、方法的理论考虑每个样品要采多少？Wager and Brown(1960)提出了 各种等粒粒度均匀岩石合理取样所要求的质量的经验 方案（表2.1）。一共要采多少个样品 ？对特定的岩石学地球化学研究而言，所需的 样品的多少取决于研究目的，并受研究经费和研 究时间的限制。不可能提出任何普遍适用的原则 来保证采样质量，但以下几点是有指导意义的： 要研究的变量数越大，对地质体划分的 类型越多，需要的样品数越多。 如果出野外所花费用较大，宁可取样过 多也不过少，这样会避免返工去采样。 好的项目实际，高水平的取样和分析 ，常常比大量的取样更重要。 在一个点上采几个副样，结合成 一个组合样，通常能增加采样的
6、精确。一些岩石学专题研究的采样要求I.花岗岩类岩石成因和形成的大陆动力学背景主要包括：岩浆的源岩和壳、幔物质的贡献岩浆产生的热源岩浆的演化和一个岩体内成分多样性的原因岩体的构造样式、与区域构造的关系岩体的形成年龄岩体侵位和岩浆结晶条件 岩体内部不同单元的岩石（包括包体、岩 脉、巨晶等），样品数取决于岩体大小和 内部结构的复杂程度（一般要十多个以上 ） 围岩和基底片麻岩样品（几个以上） 代表岩浆形成时地幔熔体的样品（几个） 其它可能卷入岩体成因的变质岩样品 岩体内外的定向标本 年龄测定样品II.地块分区、归属的同位素填图 样品：酸性片麻岩和部分花岗岩全岩 样品数依研究区范围而定，但至少要20个样
7、品 相应的薄片 最好主要氧化物微量元素(包括稀土元素)和同位素配套测定二、岩石成分资料处理及应用岩石化学是研究岩石化学成分特征、比 较化学成分之间关系、设计各种岩石化学计算 方法、分析岩石及岩系的碱度系列、矿物组合 、分类命名、成因来源、演化规律、构造环境 、物化条件、有关矿产等问题的一门科学。岩石化学主要应用于结晶（岩浆岩、变 质岩）中，沉积岩中应用较少，在结晶岩中又 以岩浆岩应用广泛，尤其是结晶程度较差的火 山岩研究中最为常用，它已成为研究岩类学、 岩理学的最重要、也是最常用的手段之一。岩浆岩中的主要造岩元素（主量元素）：O、Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P、H（12
8、种元素），含量高。通常以氧化物的重量百分含量来表示。岩石样品经化学分析后，都以氧化物的重量百分含量表示，岩石以硅酸盐为主，硅酸盐分析一般为13项氧化物，由SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O、H2O、P2O5 ，其中H2O为结构水、结晶水， H2O吸附水注意：岩石化学成分以氧化物表示是人为的，实际上组成岩石的矿物成分 并不是以氧化物的形式结合的，硅酸盐 熔体的近代物理及测试研究也表明，不 存在氧化物，但是，用氧化物表示岩石 化学成分已形成习惯，而且易于组合造 岩矿物成分，故仍以氧化物表示。 Table 8-3. Chemical
9、analyses of somerepresentative igneous rocks PeridotiteBasaltAndesiteRhyolitePhonolite SiO242.2649.2057.9472.8256.19 TiO20.631.840.870.280.62 Al2O34.2315.7417.0213.2719.04 Fe2O33.613.793.271.482.79 FeO6.587.134.041.112.03 MnO0.410.200.140.060.17 MgO31.246.733.330.391.07 CaO5.059.476.791.142.72 Na2O0
10、.492.913.483.557.79 K2O0.341.101.624.305.24 H2O+3.910.950.831.101.57Total98.7599.0699.399.5099.23岩石成分处理的一些方法： 1、铁的调整 2、CIPW标准矿物计算法 3、全岩特征数值计算法 4、常用的岩石化学指数 钙碱指数（CA）、组合指数（）、碱度率 (AR)、分异指数（DI）、固结指数（SI）、 长英指数（FL）和镁铁指数（MF）、拉森指 数（LI）、氧化度（OX0）和氧化率（OX）、 镁铁比值m/f1、铁的调整FeO、Fe2O3是岩浆岩中主要的变价元素，研究岩浆岩氧化程度及有关特征得常用数据，
11、又是影响标准矿物计算 结果及精度的关键问题。因此FeO、Fe2O3是否需要调整及 如何调整，是国际上岩石化学研究中的重点问题之一。 不需要调整铁的研究内容： 岩体产状岩浆岩所处的深度愈小，喷发愈强者，Fe2O3愈多，FeO 愈少。熔岩岩相熔岩层顶部相一般氧化、风化最强，底部相次之，中部 相最差。 一次喷发的熔岩流，如未经蚀变，其顶部常为褐红色，底部 为褐灰色，中部为黑色。 在海相火山岩中，一般FeO较高，而陆相火山岩，一般Fe2O3 较高。 岩石酸度岩石酸度愈大的岩石，Fe2O3愈高，FeO愈低。 构造环境不同构造环境中火山岩的FeO、Fe2O3也不同。在相同碱的含量条件下，岛弧造山带比板块内
12、部Fe2O3高而FeO低。 次生变化岩石的次生变化（风化、蚀变等）愈强，一般Fe2O3愈高而FeO愈低。玄武岩的风化，一般呈红色。蚀变的岩石一般也是Fe2O3升高FeO降低。库兹涅佐夫研究：弱蛇纹石化超基性岩，Fe2O34.91，FeO2.22%，强蛇纹石化超基性岩，Fe2O37.11，FeO0.43岩石在地表一般是遭受氧化作用，FeO易变为Fe2O3导致标准矿物计算结果的误差，为了能充分利用受过不同程度氧化的岩石的分析数据，又不影响标准矿物的数量，就要对超过Fe2O3上限值的Fe2O3进行调整，把高于上限值的Fe2O3调整为FeO，而FeO则限于上限值。上限值应该是多少，各家理解不一，方法也
13、不同。FeO、Fe2O3调整的方法：把超过上限值Fe2O3调整为FeO，从而使Fe2O3降低，FeO升高。由FeO调换成FeO，应乘以0.89981，即FeOFe2O30.89981，为简化，FeOFe2O30.9代替。用调换的FeO，加上原来岩石中的FeO，即为调整后的FeO，上限值的Fe2O3，即为调整后的Fe2O3。玄武岩和岩浆岩常见的调整方法（略）岩石化学计算法可归纳为两类：1、计算成特征数值（1935年苏联著名岩石学家A.H.扎瓦里茨基提出的岩石化学计算法，吴利仁的超基性岩岩石化学计算法，尼格里岩石化学计算法）2、计算成标准矿物扎瓦里茨基岩石化学计算原理：以造岩元素的原子数为计算单元
14、，根据晶体化学理论，将岩浆岩中的主要矿 物的原子进行归并，用若干个特征数值反映岩浆岩的化学成分 特征。在这些原子中，H、P较少可忽略不计，Mn并入Fe2原 子数中，Ti并入Si原子数中，O原子数量取决于其他金属原子数 ，可不必计算。这样在岩石中起主要作用得元素只有七种：Si 、Al、Fe（Fe2、Fe3 ）、Mg、Ca、K、Na，根据晶体化学 理论，将这七种主要元素合并成四组，构成A、C、B、S四个主要特征数值。A碱性长石的碱金属原子数之和C钙长石的钙原子数B暗色矿物（碱性暗色矿物除外）的Fe、Mg、Ca、Al、Na 的原子数之和。SSi原子数之和为对比方便，四个主要特征数值须换算成100，分
15、别用a、c、b、s代表。为反映岩石成分的详细差异，还需要补充下列特征数值：Q-岩石中硅原子的过剩或不足n-碱性长石中Na原子的百分比f-暗色矿物中Fe原子的百分比m-暗色矿物中Mg原子的百分比c-暗色矿物中Ca原子的百分比a-暗色矿物中Al原子的百分比，岩石中有a则无c，有c则无a。n-暗色矿物中Na（+K ）原子的百分比岩石化学计算中，根据K2O、Na2O、CaO、Al2O3 、 FeO、Fe2O3的分子数将岩浆岩分成四个岩石化学类型：1、正常类型：CaONa2OK2OAl2O3Na2O +K2O2、铝过饱和类型：Al2O3 CaONa2OK2O3、碱过饱和类型： Na2OK2O Al2O3
16、4、碱强烈过饱和类型： Na2OK2O Al2O3FeO/2Fe2O3不同的岩石类型，起特征数值得组合也不同1、正常类型：a、c、b、s、Q、n、f、m、c2、铝过饱和类型：a、c、b、s、Q、n、f、m、a3、碱过饱和类型：a、c-、b、s、Q、n、f、m、c4、碱强烈过饱和类型：a、 c- 、b、s、Q、n、n 、m、cCIPW（Cross，Iddings，Pirsson，Washongton） 标准矿物计算法原理：将岩石氧化物质量百分数换算成氧化物分子数，然后按照一定的顺序再将其分子数依一定的规律结合成若干理想成分的标准矿物，最后再将标准矿物换算为标准矿物质量百分数。“标准矿物”与实际矿物之间有差别，但是把它作为一个统一的对比标准研究岩石学的问题是非常有用的。标准矿物有两类：SiO2饱和矿物及SiO2不饱和矿物。前者如钾长石、钠长石、辉石等
