第6章 岩石化学及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.,主要元素,2.,微量元素,3.,同位素,第六章 岩石化学及其应用,（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,（,Major elements,）,:usually,greater than 1%,SiO,2,Al,2,O,3,FeO,*,MgO,CaO,Na,2,O,K,2,O H,2,O,次要元素,（,Minor elements,）,:,usually 0.1-1%,TiO,2,MnO,P,2,O,5,CO,2,痕量元素,（,Trace elements,）：,usually 0.1%,everything else,主要元素,主要元素,Element,Wt%Oxide,Atom%,O,60.8,Si,59.3,21.2,Al,15.3,6.4,Fe,7.5,2.2,Ca,6.9,2.6,Mg,4.5,2.4,Na,2.8,1.9,2.,地壳中元素的丰度,Abundance of the,elements in the Earths,Crust,3.,主要元素的表示方式,SiO,2,、,TiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,FeO,、,MnO,、,MgO,、,CaO,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,P,2,O,5,、,H,2,O,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,Modern Spectroscopic Techniques,4.,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,Variation Diagrams,How do we display chemical data in a meaningful way?,二元变异图解,Bivariate,(x-y)diagrams,三角变异图解,Ternary Variation Diagrams,主要元素应用,CIPW,标准矿物计算法,主要元素应用,CIPW,标准矿物计算法,1,、基本原理：,1900,1903,年间，美国的,W Cross,，,J P,Iddings,，,L V,Pirsson,和,H S,Wahsington,等,4,人共同提出的一种岩石化学标准矿物计算方法。,这种方法是将岩石的氧化物质量百分数换算为氧化物分子数，然后按照一定的顺序再将其分子数依据一定的规律组合成若干种,理想成分的标准矿物分子,，即“标准矿物”，最后将标准矿物分子数换算为标准矿物质量百分数。,2,、计算实例：,氧化物含量和分子数,Sample,DTEJ1-1,0035-2,97105-2,岩性,玄武岩,分子数,闪长岩,分子数,花岗岩,分子数,SiO,2,48.14,82.18,58.57,98.27,72.73,121.86,TiO,2,2.09,2.68,0.79,1.00,0.23,0.29,Al,2,O,3,17.59,17.69,16.50,16.31,14.05,13.87,TFe,2,O,3,9.79,6.29,7.24,4.57,2.00,1.26,MnO,0.13,0.19,0.11,0.16,0.05,0.07,MgO,4.02,10.23,3.53,8.83,0.45,1.12,CaO,9.98,18.25,6.12,11.00,1.53,2.75,Na,2,O,3.82,6.32,3.48,5.66,4.42,7.18,K,2,O,1.48,1.61,2.69,2.88,3.71,3.96,P,2,O,5,0.46,0.33,0.17,0.12,0.07,0.05,LOI,2.18,0.60,0.47,Total,99.68,99.80,99.71,Sample,DTEJ1-1,0035-2,97105-2,岩性,玄武岩,闪长岩,花岗岩,Q,石英,0.00,7.86,28.13,C,刚玉,0.00,0.00,0.00,Or,钾长石,9.10,16.16,22.17,Ab,钠长石,24.91,29.88,37.73,An,钙长石,27.48,21.75,7.58,Ne,霞石,4.69,0.00,0.00,Di,透辉石,19.83,7.52,0.08,Hy,紫苏辉石,0.00,13.84,3.47,Ol,橄榄石,7.86,0.00,0.00,Mt,磁铁矿,2.01,1.46,0.39,Il,钛铁矿,4.13,1.52,0.44,总 量,100.01,99.99,99.99,2,、计算实例：,标准矿物质量百分数,3,、注意：,CIPW,计算所得标准矿物与岩石中实际存在的矿物之间是有差别的,4,、,CIPW,标准矿物计算结果的岩石学意义：（,1,）火成岩的分类命名 （,2,）在实验相图上投点，来分析岩浆来源深度和岩浆结晶的温压条件,（在下面将会讲到）,5.,主要元素研究的意义,Table 8-3.Chemical analyses of some,representative igneous rocks,Peridotite,Basalt,Andesite,Rhyolite,Phonolite,SiO2,42.26,49.20,57.94,72.82,56.19,TiO2,0.63,1.84,0.87,0.28,0.62,Al2O3,4.23,15.74,17.02,13.27,19.04,Fe2O3,3.61,3.79,3.27,1.48,2.79,FeO,6.58,7.13,4.04,1.11,2.03,MnO,0.41,0.20,0.14,0.06,0.17,MgO,31.24,6.73,3.33,0.39,1.07,CaO,5.05,9.47,6.79,1.14,2.72,Na2O,0.49,2.91,3.48,3.55,7.79,K2O,0.34,1.10,1.62,4.30,5.24,H2O+,3.91,0.95,0.83,1.10,1.57,Total,98.75,99.06,99.3,99.50,99.23,火成岩类型的划分,1).SiO,2,：,超基性岩：,66%,2).SiO,2,（,Na,2,O+K,2,O,）,变异图,3),里特曼（组合）指数（,）,：,w,（,K,2,O+Na,2,O,）,2,/,w,（,SiO,2,-43,）,9,者为过碱性岩,4,）,w,（,K,2,O,）,/,w,（,Na,2,O,）,比值：,S,型花岗岩：,1.0,（一般情况）,I,型花岗岩：,16.0%,为高铝玄武岩,mole,（,Al,2,O,3,）,/mole,（,K,2,O+Na,2,O+CaO,）,1.1,者,多为,S,型花岗岩,火成岩系列划分,Early on it was recognized that some chemical parameters were very useful in regard to distinguishing magmatic groups,Total Alkalis(Na,2,O+K,2,O),Silica(SiO,2,)and silica saturation,Alumina(Al,2,O,3,),1,）,SiO,2,（,Na,2,O+K,2,O,）,变异图,碱性和亚碱性系列,Alkali vs.Silica diagram for Hawaiian volcanics:,Seems to be two distinct groupings:,alkaline,and,subalkaline,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,（,Na,2,O+K,2,O,）,%,F,w,（,FeO+Fe2O3,）,%,M,w,（,MgO,）,%,F,A,M,Calc-alkaline,T,h,o,l,e,i,i,t,i,c,AFM diagram:,can further subdivide the subalkaline magma series into a,tholeiitic,and a,calc-alkaline,series,拉斑玄武岩系列 钙碱性系列,3,）,SiO2,饱和与,SiO2,不饱和系列,4,）,Al,2,O,3,过铝质、亚铝质、过碱性,（,钠闪石）,（,钠铁闪石）,（霓石）,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+Lc,AR=,w,（,Al,2,O,3,+,K,2,O+Na,2,O+CaO,）,/,W,（,Al,2,O,3,-,K,2,O-,Na,2,O-CaO,）,纵坐标：,其他氧化物,Bivariate(x-y)diagrams,Harker,diagram,for,Crater,Lake,（,1,）花岗岩岩浆来源深度的确定,（,Platen,等，,1969,）,P=0.4,Gpa,左右,h=13 Km,左右,火成岩岩浆来源深度的确定,（,2,）玄武岩岩浆来源深度的确定,（,Yoder,，,1976,）,火成岩岩浆来源深度的确定,研究实例,古近纪：,Ek,-,孔店组,Es-,沙河街组,Ed-,东营组,新近纪：,Ng-,馆陶组,Nm-,明化镇组,火山岩形成构造环境的判别,A world-wide survey suggests that there may be some important differences between the three series,碱性系列,拉斑玄武岩系列 钙碱性系列,1),玄武岩的主要元素判别图解,A.F1-F2-F3,图解 （,J A Pearce,，,1976,）,B.MgO-FeO-Al2O3,图解（,T H,pearce,，,1977,）,C.TiO2-K2O-P2O5,图解（,T H,pearce,，,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.R1R2,图解（,Batchelor R A.,等，,1985,）,2.,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,、,Pb,3,）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