第三章 火成岩的成分和分类
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一、化学成分 二、矿物成分 三、化学成分与矿物成分的联系 四、分类命名
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一、 火成岩的化学成分
1. 一般特点
• 化学成分是影响岩石矿物成分、结构构造的主要因素， 是岩石一切变化的内因；
• 元素含量有高有低， 主量元素（major elements) ＋ 微量元素(trace elements)；
7.1
1.4
1.7
K
2.3
0.33
0.08
0.11
Na
2.2
1.6
0.15
0.84
Mg
1.9
7.6
24.7
18.8
Ti
0.4
1.1
0.12
0.08
C
0.3
H
0.2
Mn
0.07
0.15
0.07
0.33
Ni
Cr
0.51
特点
以硅酸盐为主，富集Si、O
Core
Outer
Inner
10--15
80--85
80
5
20
铁镍核心
2、化学成分控制因素 a. 地球的层圈和成分
氧化物比例 wB%
成分
(氧化物)
地幔 大洋壳 大陆壳 岩浆岩
(Ringwood, 1975)
(Rudnick and (Ronov, 1976)
Gao, 2003)
(Clarke, 1992)
花岗岩
(Le Maitre, 1976)
SiO2 TiO2
Th 120 5600
U
47 1400
Pb 300 12500
1,200 200 4,300
6100 1600 15000
10700 2,800 20,000
85
17
20
7
138
35
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5、化学成分的测试方法
(1) X射线荧光光谱 法 (主量元素)
(2) X-ray fluorescence (XRF)
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2、化学成分控制因素 a. 地球的层圈和成分
元素比例 wB%
Crust
Mantle
Continental Oceanic
Upper
Lower
O
41.2
43.7
44.7
43.7
Si
28
22
21.1
22.5
Al
14.3
7.5
1.9
1.6
Fe
4.7
8.5
5.6
9.8
Ca
3.9
• 主量元素O、Si、Al、Ti、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、 K、H、P等，占整个火成岩总重量的 99.25%；一般 含量>0.1%
• 微量元素：含量（Wb%）小于 0.1% （<1000 ppm part per million, 10-6 )：Rb、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、 Hf、La、Ce、Sm
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典型火成岩的化学成分
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO
MgO
CaO Na2O K2O H2O+
橄榄岩 42.26 0.63 4.23 3.61 6.58 0.41 31.24 5.05 0.49 0.34 3.91
玄武岩 49.20 1.84 15.74 3.79 7.13 0.20 6.73 9.47 2.91 1.10 0.95
262.0 12.0
347.0 69.0 5.4 0.6 1.9 16.0 31.0
215.0 88.0 38.0 26.0 78.0
402.0 62.0
281.0 125.0
8.0 0.6 4.0 22.0 22.0 83.0 33.0 25.0 20.0 70.0
550.0 7.0 2.7
112.0 0.6
0.1
350.0 21.0 16.6
190.0 11.2 8.2
14.0 0.6
0.3
1.0 0.0 0.0
5.8 0.3 0.2
22.0 4.5 4.4
11.0 17.1 16.9
35.0 2520.0 2869.0
20.0 1860.0 2028.0
10.0 102.0 111.0
25.0 25.0 0.0
B. 次生矿物：主要是地表风化和岩浆期后蚀变而形成的矿 物(产状上限于风化带内)。如钾长石的高岭土化，橄榄石 的蛇纹石化。
C. 它生矿物：岩浆与围岩或捕虏体反应所形成的矿物。如： 硅灰石、红柱石，不是火成岩中出现的矿物，而是由于同 化、混染所致。
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1、基本矿物类型 b — 根据矿物的相对含量(体积分数)
Quartz
0.0
Feldspar
13.2
Clinopyroxene 6.7
Orthopyroxene 18.3
Olivine
59.9
Oxides
1.8
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0.0 57.3 25.7
4.1 9.9 3.0
13.0 64.3
5.9 14.7 0.0 2.0
主量元素
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2、化学成分控制因素控制因素 b.地质过程
A.主要矿物：含量高，是划分岩石大类的依据。 例如 花岗岩中的石英、长石
B.次要矿物：含量小于主要矿物，对确定岩石种属起作 用的矿物。例如 花岗岩中的黑云母
C.副矿物：分布广泛，但含量很少(< 1％)，一般不参与 岩石命名。 例如 锆石、磷灰石、榍石
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1、基本矿物类型 c — 根据矿物的化学成分
Cations normalized to 100 cations
Si
38.5
46.1 56.4
Ti
0.5
1.0
0.7
Al
3.6
16.9 17.2
Mg
47.6
10.6
5.4
Fe
6.0
7.9
5.6
Ca
2.8
12.5
5.8
Na
0.9
4.7
5.8
K
0.1
0.5
3.0
O
140.2 153.0 161.3
Mineralogy (oxygen units, XFe3+ = 0.10)
安山岩 57.94 0.87 17.02 3.27 4.04 0.14 3.33 6.79 3.48 1.62 0.83
流纹岩 72.82 0.28 13.27 1.48 1.11 0.06 0.39 1.14 3.55 4.30 1.10
Total
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98.75
99.06
99.33
99.50
(3)(2) 中子活化法 （微量元素）
(4) Neutron activation analysis (INAA and RNAA)
(5)(3) 电感耦合等离子体发射光谱法 （微量元素）
(6) Inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP)
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4、化学成分变异图 — (a)二维变异图
( Jung et al, 1998, Lithos )
Alfred Harker
(1859-1939)
作用
英国岩石学家
✓ 两种元素之间变化的关联
✓ 岩石系列划分
方法
✓ 岩石系列样品的两个指 标在直角坐标系上的投点
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6.4
5.08
1.85
Na2O K2O P2O5
0.57
2.6
0.13
0.3
-
0.2
3.1
3.84
3.71
1.8
3.14
4.10
0.13
0.299
0.12
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玄武岩
(Le Maitre, 1976)
49.97 1.87
15.99 10.70
0.20 6.84 9.62 2.96 1.12 0.35
(weight percentage of oxide) 如： SiO2, Al2O3
单位 ( unit )
国内：WB% 国际：Wt %
✓ 元素的质量 百万分数 (part per million of element mass) 如： Zr, Hf, Y
单位 ( unit )
国内：μg/g 国际：ppm
71.0 53.3 0.0
Rare Earth Elements in ppm
La 2.50 18.00 Ce 7.50 42.00 Nd 7.30 20.00 Sm 2.63 3.90 Eu 1.02 1.18 Gd 3.68 3.60 Tb 0.00 0.56 Dy 4.57 3.50 Ho 0.00 0.76 Er 3.00 2.20 Tm 0.00 0.32 Yb 3.00 2.00 Lu 0.46 0.33
8.60 20.00 11.00 2.80
1.10 3.10 0.48 3.10 0.68 1.90 0.32 1.50 0.25
17.00 45.00 24.00 4.40 1.50 4.00 0.58 3.80 0.82 2.30
0.00 2.30 0.41
30.00 64.00 26.00 4.50 0.88 3.80 0.64 3.50 0.80 2.30