第7章岩石化学.

第四章化学岩石学•火成岩的化学成分1.主要元素2.微量元素3.同位素•主要化学成分对岩石中矿物组合的影响1.SiO22.（Na2O+K2O）3.Al2O3（一）火成岩的化学成分•划分依据：岩石中元素或氧化物的含量•类型主要元素（Majorelements）:usuallygreaterthan1%SiO2Al2O3FeO*MgOCaONa2OK2OH2O次要元素（Minorelements）:usually0.1-1%TiO2MnOP2O5CO2痕量元素（Traceelements）：usually0.1%everythingelse主要元素•主要元素ElementWt%OxideAtom%O60.8Si59.321.2Al15.36.4Fe7.52.2Ca6.92.6Mg4.52.4Na2.81.92.地壳中元素的丰度AbundanceoftheelementsintheEarth’sCrust3.主要元素的表示方式SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、H2O氧化物的质量分数形式表示1.主要氧化物的分析方法大型X-荧光光谱分析法化学分析法EnergySourceAbsorptionDetectorSampleEmissionDetectorOutputwithabsorptiontroughOutputwithemissionpeakAbsorbedradiationEmittedradiation•ModernSpectroscopicTechniques4.如何以一种有意义的方式来表示岩石化学分析数据——变异图解VariationDiagramsHowdowedisplaychemicaldatainameaningfulway?二元变异图解Bivariate(x-y)diagrams三角变异图解TernaryVariationDiagrams5.主要元素研究的意义Table8-3.ChemicalanalysesofsomerepresentativeigneousrocksPeridotiteBasaltAndesiteRhyolitePhonoliteSiO242.2649.2057.9472.8256.19TiO20.631.840.870.280.62Al2O34.2315.7417.0213.2719.04Fe2O33.613.793.271.482.79FeO6.587.134.041.112.03MnO0.410.200.140.060.17MgO31.246.733.330.391.07CaO5.059.476.791.142.72Na2O0.492.913.483.557.79K2O0.341.101.624.305.24H2O+3.910.950.831.101.57Total98.7599.0699.399.5099.23•火成岩类型的划分1).SiO2：超基性岩：45%基性岩：45-53%中性岩：53-66%酸性岩：66%2).SiO2—（Na2O+K2O）变异图151311975313741454953576165697377455263Wt%NaO+KOwt%22()Ol10%＜(Q20%)＜(Q20%)＞副长石岩响岩碱玄质响岩响岩质碱玄岩粗面岩粗面英安岩英安岩安山岩玄武安山岩流纹岩粗安岩玄武粗安岩粗面玄武岩玄武岩碧玄岩超基性基性中性酸性3)里特曼（组合）指数（）：[w（K2O+Na2O）2]/[w（SiO2-43）]3.3者为钙碱性岩=3.3—9者为碱性岩9者为过碱性岩4）w（K2O）/w（Na2O）比值：S型花岗岩：1.0（一般情况）I型花岗岩：1.0（一般情况）5）Al2O3：亚碱性玄武岩：w（Al2O3）16.0%为高铝玄武岩mole（Al2O3）/mole（K2O+Na2O+CaO）1.1者多为S型花岗岩•火成岩系列划分Earlyonitwasrecognizedthatsomechemicalparameterswereveryusefulinregardtodistinguishingmagmaticgroups–TotalAlkalis(Na2O+K2O)–Silica(SiO2)andsilicasaturation–Alumina(Al2O3)1）SiO2—（Na2O+K2O）变异图——碱性和亚碱性系列Alkalivs.SilicadiagramforHawaiianvolcanics:Seemstobetwodistinctgroupings:alkalineandsubalkaline注：该图适用于侵入岩和火山岩2）亚碱性系列的进一步划分拉斑玄武岩系列钙碱性系列教材中的：w（FeO）/w（MgO）—w（SiO2）%w（FeO）/w（MgO）—w（FeO）%（注：更适用于基性岩）AFM三角变异图解——更适用于中酸性岩A—w（Na2O+K2O）%F—w（FeO+Fe2O3）%M—w（MgO）%AFMdiagram:canfurthersubdividethesubalkalinemagmaseriesintoatholeiiticandacalc-alkalineseries3）SiO2饱和与SiO2不饱和系列4）Al2O3—过铝质、亚铝质、过碱性（钠闪石）（钠铁闪石）•岩浆演化•问题的提出—一个地区、一组岩石、密切共生、成分变化大——成因关系如何？演化方式如何？•原理—成分的相关性和演化趋势•解决方式—变异图解——常用的Harker图解横坐标的选择：SiO2、MgO、分异指数（DI）、碱度率（AR）DI=标准矿物Q+Af+Ab+Ne+Kp+LcAR=w（Al2O3+K2O+Na2O+CaO）/W（Al2O3-K2O-Na2O-CaO）纵坐标：其他氧化物Bivariate(x-y)diagramsHarkerdiagramforCraterLake•火山岩形成构造环境的判别CharacteristicSeriesConvergentDivergentOceanicContinentalAlkalineyesyesyesTholeiiticyesyesyesyesCalc-alkalineyesPlateMarginWithinPlateAworld-widesurveysuggeststhattheremaybesomeimportantdifferencesbetweenthethreeseries1)玄武岩的主要元素判别图解A.F1-F2-F3图解（JAPearce，1976）B.MgO-FeO-Al2O3图解（THpearce，1977）C.TiO2-K2O-P2O5图解（THpearce，1977）D.MnO-TiO2-P2O5图解（Mullen，1983）E.K2O-H2O图解（Muenow等，1990）注意：图解应用的前提及适用的范围2）花岗岩的主要元素判别图解A.Maniar等（1989）提出的图解B.R1—R2图解（BatchelorRA.等，1985）•微量元素1）分析方法X射线荧光光谱（XRF）分析中子活化分析（INAA和RNAA）原子吸收光谱（AAS）等离子光谱（ICP）质谱方法：同位素稀释质谱法（IDMS）等离子光谱质谱法（ICP-MS）2）分类A.依据：元素的相容性相容元素：优先进入矿物相的元素不相容元素（亲岩浆元素）：优先进入熔体相的元素B.依据：不相容元素的进一步划分依据是电荷/半径比值（也称场强，相当于离子势）高场强元素（HFS）：半径小和电价高阳离子的元素，离子势大于2.0包括：REE，Sc、Y、Th、U、Pb、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta低场强元素（LFS），又称大离子亲石元素（LILE）：大半径且低电价阳离子的元素，离子势小于2.0包括：Cs、Rb、K、Ba、Sr，二价的Eu、Pb3）常用图解•稀土元素球粒陨石标准化图解A.图解的制作横坐标：REE从左至右按原子序数排列从左至右元素的相容程度增加纵坐标：REE丰度ConcentrationLaCeNdSmEuTbErDyYbLu-3-2-1012345678910110102030405060708090100AtomicNumber(Z)Log(AbundanceinCIChondriticMeteorite)HHeLiBeBCNOFScFeNiNeMgSiSCaArTiPbPtSnBaVKNaAlPClThU–消除Oddo-Harkinseffect（奇偶效应）•estimatesofprimordialmantleREE•chondritemeteoriteconcentrationsB.应用—REE配分形式-探索岩石的成因及演化原理：火成岩的REE型式-受控于源岩的REE地球化学和岩浆演化过程中矿物—熔体的平衡——分配系数所用参数：REE总量（丰度）：LREE/HREE比值：LREE—La~EuHREE—Gd~LuMREE—Sm~HoEu=2EuN/（SmN+GdN）：铕异常实例：石榴石橄榄岩的部分熔融斜长石的分离结晶或源区残留大陆弧岩浆作用不同成分熔体中矿物的分配系数石榴二辉橄榄岩不同部分熔融程度的REE配分图•Eu异常：当斜长石是–岩浆演化中的分离结晶的斑晶or–岩浆源区的残留相ContinentalArcMagmatism大陆弧岩浆作用•微量元素蛛网图（Spiderdiagram）A.图解的制作—REE图解的扩展标准化数据：球粒陨石/原始地幔/MORB右图：球粒陨石标准化的spiderdiagrams从右到左：元素的不相容程度增加（LR）元素排列顺序：没有统一标准，不同作者稍有差异(poorstandardization)洋中脊玄武岩（MORB）标准化SpiderdiagramSeparatesLILandHFSB.应用原理：不同微量元素的行为存在差异。LIL元素的浓度可能是流体相行为的函数，且富集于大陆地壳中；HFS元素的浓度受控于源区的地球化学特征和岩石演化过程中晶体/熔体的平衡关系。图解特征：表现出较多的峰和谷应用实例：岛弧玄武岩洋岛玄武岩大陆弧的岩浆作用大陆内部的碱性岩浆作用•MORB-normalizedSpiderdiagramsMORB标准化的洋岛玄武岩MORB标准化的岛弧玄武岩大陆弧岩浆作用ContinentalArcMagmatism大陆碱性岩浆作用ContinentalAlkalineMagmatism.金伯利岩Kimberlites不同成因类型花岗岩的Spiderdiagrams•微量元素构造环境判别图玄武质至安山质成分岩石的判别图解花岗岩的判别图解玄武质岩石构造环境判别图不同成因类型花岗岩的构造环境判别图解注：该图不能将造山后花岗岩与火山弧、同碰撞花岗岩区别•同位素——质谱和离子探针方法分析1）种类稳定同位素：O、C、S、H、He等放射性同位素：K-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、Th-Pb、Re-Os等2）应用稳定同位素：岩浆源区示踪例如：S型花岗岩18O10%0M型花岗岩18O6%0放射性同位素：确定火成岩形成的年龄和源区示踪例如：S型花岗岩Isr0.708I型花岗岩Isr0.708（二）主要化学成分对岩石中矿物组合的影响1.SiO22.（Na2O+K2O）3.Al2O3•火成岩的矿物成分分类及成因分类•火成岩的矿物成分分类硅铝矿物—镁铁矿物—暗色矿物•岩石的色率：暗色矿物在火成岩中的含量—体积百分比•成因分类原生矿物—岩浆冷凝过程中结晶的矿物，又可分成高温型和低温型次生矿物—岩浆冷凝固结成岩以后，受残余挥发分和岩浆期后流体的作用（蚀变、交代及充填）而形成的的矿物。如电气石、萤石、黄玉；蛇纹石、黝帘石等。1.SiO2含量对火成岩中矿物共生组合的影响•分类：根据矿物中SiO2的相对含量，硅酸盐矿物可分为两组：SiO2饱和矿物：可与石英共生，如Py、Am、Mica、Feldspar类矿物SiO2不饱和矿物：不能与石英