赵志丹岩石地球化学3主量处理

1、第一节、主量元素数据处理与解释第二节、元素数据处理与解释第三节、同位素数据处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释1计算CIPW的软件，Norm3A TEXTURAL ATLAS OF MINERALS IN THIN SECTION, 软件, 编写者为Daniel J. Schulze, University of Toronto.Ragland P. C. Basic analytical Petrology. Oxford University Press, New York, 1989. 【书号： 350 R12】Wilson M. Igneous Petrogenesis. K

2、luwer Academic Publishers,London. 2001 推荐软件和参考书2(1) MacKenzie W. S. and Adams A. E. A color atlas of rocks and minerals in thin section. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1993, 192p(2) MacKenzie W. S., Donaldson C. H., and Guilford C. Atlas of igneous rocks and their textures. John Wiley & Sons, Inc

3、. New York, 1982(3) Best M. G. Igneous and metamorphic petrology. 2nd edition. Blackwell Science Ltd, 2003 (有扫描件)(4) Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【书号360/L46/2】关于岩石化学/显微结构英文参考书 （可供）3推荐新出版参考书(研究生教材)邓晋福，罗照华，苏尚国，等.

4、 岩石成因、构造环境与成矿作用。地质出版社，20044第一节、主量元素数据处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释一、岩石化学的主要指标二、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分四、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程五、主量元素应用于实验岩石学5 代表性岩浆岩的化学成分 橄榄岩玄武岩 安山岩 流纹岩 响岩SiO242.2649.2057.9472.8256.19TiO20.631.840.870.280.62Al2O34.2315.7417.0213.2719.04Fe2O33.613.793.271.482.79FeO6.587.134.0

5、41.112.03MnO0.410.200.140.060.17MgO31.246.733.330.391.07CaO5.059.476.791.142.72Na2O0.492.913.483.557.79K2O0.341.101.624.305.24H2O+3.910.950.831.101.57Total98.7599.0699.399.5099.23(引自Winter, 2001)6一、岩石化学的主要指标1. SiO2与岩石分类SiO2在主要元素中含量最高，变化范围:34-80 %，意义:对岩浆及岩浆岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大，因此是火成岩中最重要的一种氧化物。2. 用SiO2

6、含量是岩浆岩4大类划分的依据3. 酸性程度就是指SiO2含量高低4. SiO2饱和度决定矿物组合7岩浆岩分类表SiO2用于岩浆岩的4大类划分8SiO2 (wt.%)岩石大类典型岩石66酸性花岗岩-流纹岩酸性增强玄武岩花岗闪长岩花岗岩橄榄岩9(3) SiO2饱和矿物： SiO2含量充足（刚好），则形成辉石、角闪石、斜长石，钾长石，云母等不含Q，也不含SiO2不饱和矿物。(1) SiO2过饱和SiO2很多（过多），除形成硅酸盐矿物外，还有剩余石英， Q就是过饱和矿物，含有Q的岩石，就是SiO2过饱和岩石。(2) SiO2不饱和： SiO2不足，出现镁橄榄石，似长石类（霞石、白榴石等）矿物，不含Q。

7、 【为什么?若有Q存在会发生反应（见下页）】SiO2过饱和岩石SiO2不饱和岩石SiO2饱和岩石SiO2饱和度与矿物共生组合的关系10不能与SiO2共存，属于SiO2不饱和矿物1. 霞石霞石NaAlSiO4钾霞石KAlSiO4, 高温时为连续固溶体系列产于富含Na2O而SiO2不饱和岩浆岩中，六方短柱，厚板状2. 白榴石，KAlSi2O6, 正方晶系（假等轴晶系）自形晶，四角三八面体白榴石西藏白榴石斑岩特别强调：似长石类矿物霞石11六方短柱，厚板状霞石-似长石类矿物霞石Na3K(SiAlO4)412SiO2不饱和矿物与SiO2反应式Mg2SiO4+SiO2 = 2MgSiO3 橄榄石 熔体 顽

8、火辉石NaAlSiO4+SiO2=NaAlSi3O8 霞石 熔体 钠长石KAlSi2O6+SiO2=KAlSi3O8 钾霞石 熔体 钾长石 13SiO2饱和度与矿物组合142. Na2O+K2ONa2O+K2O-称为全碱含量,里特曼指数 （ , Rittmann Index）9过碱性岩 大小与岩石系列划分=15岩浆岩的分类（考虑全碱含量）169钙碱性碱性过碱性碱性长石较酸性岩石普遍出现斜长石普遍偏酸性岩石基性岩石 英普遍最酸性岩石不似长石不5 %辉石或闪石普通辉石或闪石含Na (霓石、霓辉石) 或Ti (钛辉石)，含Na闪石（钠闪石、钠钙闪石、棕闪石）碱质(Na2O+K2O)与矿物组合173.

9、 Al2O3饱和度与矿物组合钾长石:KAlSi3O8, K2O/Al2O3=1钠长石:NaAlSi3O8, Na2O/Al2O3=1钙长石:CaAl2Si2O8, CaO/Al2O3=1根据Al2O3/（K2O+Na2O+CaO）比值判定Al2O3的饱和度。18Al2O3饱和度与矿物组合19Figure 18-2. Alumina saturation classes based on the molar proportions of Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (“A/CNK”) after Shand (1927). Common non-quartzo-feldspathi

10、c minerals for each type are included. After Clarke (1992). Granitoid Rocks. Chapman Hall.20第一节、主量元素数据处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释一、岩石化学的主要指标二、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分四、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程五、主量元素应用于实验岩石学211. 火山岩的TAS图解(Total Alkalis-Silica diagram)（引自La Maitre等，1989）22火山岩的TAS图解是国际地科联（IUGS）岩

11、浆岩分类学分会推荐的火山岩分类图解, 参见新书Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【书号360/L46/2】23火山岩的TAS图解使用方法1. 适用于新鲜的、无蚀变和未变质的火山岩（因为K和Na活泼易于带入带出），不适合于高Mg岩石（另外图）。2. 计算投图：主量元素数据中，先剔除H2O，CO2，LOI。再重新计算到100，之后投图。3. TAS图中，有些是2个岩石类型，成分一致，但是根据特征矿

12、物细分，例如是粗面岩还是粗面英安岩，需要根据CIPW计算结果，确定Q含量，若Q20为粗面英安岩 。24火山岩的TAS图解使用：注意高镁岩石分类TAS投点之前需要先剔除高镁的样品，如果是高镁的，用右边的图解。强调：MgO和TiO2含量25火山岩的TAS图解使用：注意Na2O与K2O的相对含量原因：在TAS图解中，仅仅是Na2O与K2O的加和，没有考虑它们相对的含量不同，岩石类型也不同。26火山岩TAS图解边界点27火山岩TAS图解边界点和作图方法（个人作法）A. 先在绘图软件(如Photoshop, CorelDraw,我用Illustrator画图)中画好一个空白的有所有边界和名称的TAS图.

13、C. 把Excel中投点图粘贴到绘图软件中, 叠合之后形成自己样品的TAS投点图.其他各类地球化学投点图均如此作图.B. 在Excel中处理数据,画好二维TAS投点图,做好图形花纹符号修饰见举例演示.28举例：TAS图解应用西藏钾质超钾质岩石具体作法：1. 先检验MgO含量是否符合TAS作图要求 【见数据表和右图,符合】2. 去除LOI计算到100，得到全碱和SiO2含量，投图。【见演示】29应用举例：西藏钾质超钾质岩石30举例：TAS图解应用西藏钾质超钾质岩石3. 由于样品投入玄武粗安岩和粗安岩区域，需要进一步鉴别名称：【见举例数据计算】鉴别结果均为Na2O-2.0 3%K2O/Na2O2M

14、gO3%离群数据Y-1-1, Y-2, Y-3, Y-4羊应乡地热田样品不是超钾质岩石41FAMCalc-alkaline TholeiiticFigure 8-14. AFM diagram showing the distinction between selected tholeiitic rocks from Iceland, the Mid-Atlantic Ridge, the Columbia River Basalts, and Hawaii (solid circles) plus the calc-alkaline rocks of the Cascade volcanic

15、s (open circles). From Irving and Baragar (1971). After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.6. AFM图解用于拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩划分用途：区别亚碱性岩石系列中的拉斑玄武岩和钙碱性岩石42AFM图解作图方法 属于三变量图解，需要把三个变量进行归一化计算到100 图解直接应用主量元素分析结果A=Na2O+K2OF=FeOT=FeO+0.8998 Fe2O3M=MgO计算A+F+M=100%43补充：三角图的作图方法三变量A+B+C=100举例：44补充：三

16、角图的作图方法推荐一个三角图软件45第一节、主量元素数据处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释一、岩石化学的主要指标二、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分四、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程五、主量元素应用于实验岩石学46模式矿物与标准矿物模式矿物含量（Mode）是观察到的矿物体积百分数橄榄玄武岩OlCpxPl （MacKenzie等，1982标准矿物计算（Norm）是岩石经过计算的理想化的矿物组成，肉眼无法鉴定具体矿物含量，如火山岩类橄榄岩47CIPW标准矿物计算方法（CIPW Norm）名称由来：20世纪初四位美国岩石学和地球化学

17、家设计的，Cross，Iddings，Pirrson， Washington岩石的CIPW标准矿物与实际矿物含量是有出入的，主要是CIPW计算是以无水岩浆中矿物结晶顺序，按照标准矿物理想分子式进行计算，得到岩石中各种标准矿物的质量分数，简化了很多内容，如标准矿物是无水的，不考虑含水矿物黑云母、角闪石等。48计算CIPW的软件，Norm3推荐软件49计算之后可以进行一系列的岩石分类501. Ab-An-Or图解用于花岗岩分类 根据OConnor( 1965), 应用CIPW计算之后的Ab-An-Or，三个标准矿物，换算100后投图。举例：西藏花岗岩51Ab-An-Or图解用于花岗岩分类特点与要求

18、 用于标准矿物Q10的酸性岩分类，为简便方法 可以有效地区分英云闪长岩、更长花岗岩、花岗岩和花岗闪长岩。 也可以谨慎地用于变形和变质的花岗质岩石，判断原岩类型522. 玄武岩Ne-Di-Ol-Hy-Q分类图Thompson (1984)紫苏辉石三个三角区域分别代表SiO2不饱和、饱和和过饱和玄武岩53三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分其他分类：火山岩和侵入岩多阳离子R1-R2分类Jenson分类科马提岩，拉斑质和钙碱性岩石分类沉积岩陆源砂岩分类请参考岩石地球化学54第一节、主量元素数据处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释一、岩石化学的主要指标二、主量元素数据直接用于岩石分类和系

19、列划分三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分四、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程五、主量元素应用于实验岩石学55依据的原理判别岩浆（地球化学）作用过程，主要是看一系列岩石的主量元素成分的变化趋势使用的方法双变量、三变量图解法双变量图解法又称为哈克图解法A Harker，1909年开始使用SiO2作为横坐标(x) / 其他元素作为纵坐标(y)的双变量图，后来称为哈克图解。56Harker diagram For Crater LakeAfter Winter， 2001Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volca

20、nic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 双变量图解哈克图解57Bivariate (x-y) diagramsHarker diagram For Crater Lake双变量图解哈克图解After Winter， 2001Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Maza

21、ma), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 58三变量图解 例如: AFM 图解， (alkalis-FeO*-MgO)After Winter， 2001Figure 8-2. AFM diagram for Crater Lake volcanics, Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 59From Winter (2001).1. 哈克图解的做法以SiO2为横坐标，其他氧

22、化物为纵坐标，投出一组样品的结果，得到不同氧化物对SiO2的散点图。推广：任意两个组分之间的二元投点都可以称为哈克图解意义：如果一组岩石样品具有成因和演化关系，则全部样品将显示正的或者负的相关关系。60哈克图解横坐标表示分异结晶过程，SiO2为横坐标，可以指示从基性到酸性，范围宽，如果主要是基性熔岩，可以用MgO、或者Zr为横坐标(After Wilson, 2001)61原始岩浆成分原始岩浆成分(After Wilson 2001)SiO2为横坐标哈克图解作法62(After Wilson 2001)MgO为横坐标哈克图解作法63From Winter (2001).2. 哈克图解代表的过程

23、SiO2变化代表：分异系数趋势代表：部分熔融作用、分异结晶作用、岩浆混合作用、地壳混染作用64From Winter (2001).(1) 分离结晶作用是指岩浆中，某个矿物持续从岩浆中结晶出去，剩余的岩浆就会发生成分的有规律变化。总体为液相固相可以把岩石中斑晶矿物作为分离结晶的矿物，例如Ol，各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？65(2) 同化作用和分离结晶作用在矿物分离结晶作用发生的同时，还存在围岩或者外来物质的加入和混合，导致主量元素图解不显示明显的连续变化趋势。各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？66各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？(3) 部

24、分熔融作用是指岩石从固相到液相的过程，固相的矿物不断加入到液相中，使得液相的成分发生有规律的变化。但是，部分熔融与分离结晶这2个作用过程是互为可逆的过程，因此显示在主量元素哈克图解上，难于区分。可能的区分是，在深部阶段为部分熔融，为某些矿物加入岩浆，而到浅部结晶时，另一些矿物发生分离结晶。2个过程，可能被区分出来。67举例：连续变化趋势一致受控于一种岩浆作用过程，例如夏威夷Kilauea火山19591960年喷发的Kilauea Iki火山68(After Wilson 2001)转折点的含义3. 哈克图解的解释转折点或者曲折趋势，表示结晶作用过程出现一个新的矿物相，或者在部分熔融的过程中消耗

25、了一个矿物相。需要掌握不同矿物的成分特征。69(After Wilson 2001)3. 哈克图解的解释一相或者多相矿物分离结晶中岩浆演化趋势需要掌握不同矿物的成分特征。70矿物结晶分离与残余岩浆演化矿物结晶析出的数量与残余岩浆演化可用杠杠原理讨论E(%)=100（PM-DM距离）/（E-DM距离）71先复习主要矿物的化学成分特征橄榄石 Ol，辉石 PyCpx，Opx，斜长石 Pl72斜方晶系，晶体呈厚板状、粒状或短柱状，解理010，100不完全。黄绿色-绿色，薄片下无色，正高突起-正极高突起，一般见不到解理，常见不规则的裂纹。干涉色II级-III级，平行消光。橄榄石：(Mg,Fe)2SiO4

26、73橄榄石类 Olivine Group 橄榄石类是二价元素为阳离子构成的硅酸盐，具有典型的孤立硅氧四面体构造，一般式为R2SiO4，RMg、Fe2+、Mn以及Ca、Zn。可分为三个类质同象系列： 1镁橄榄石Mg2SiO4铁橄榄石Fe2SiO4 2锰橄榄石Mn2SiO4铁橄榄石Fe2SiO4 3钙镁橄榄石(Ca，Mg)SiO4钙铁橄榄石(Ca，Fe)SiO4 自然界分布最广泛的是镁橄榄石(Fo)铁橄榄石(Fa)系列，可形成完全的类质同象系列。74辉石的分类辉石主要为Ca、Mg、Fe三个端元组分的固溶体斜方辉石75斜方辉石斜方辉石亚类由顽火辉石（En，Mg2Si2O6）和斜方铁辉石（Fs，Fe2

27、Si2O6）两种独立端元组分组成的连续固溶体，根据比例不同，分为六个亚种：顽火辉石（En100-88Fs0-12）古铜辉石（En88-70Fs12-30）紫苏辉石（En70-50Fs30-50）铁紫苏辉石（En50-30Fs50-70）易熔石或尤莱辉石（En30-12Fs70-88）斜方铁辉石（En12-0Fs88-100）76单斜辉石单斜辉石的成分较为复杂，是一系列端元组分的复杂固溶体。其组成除了Fe、Mg之外，Ca是含量较高的组分，有的变种还含有较多的Na、Al、Fe3+等。常见的单斜辉石种属（透辉石钙铁辉石亚类）一般采用由波尔德瓦特和赫斯（1951）首先提出的四组分CaMgSi2O6Ca

28、FeSi2O6Mg2Si2O6Fe2Si2O6方法进行分类命名，碱性辉石亚类可以采用克拉克等（Clarke等，1968）提出的方法进行分类命名。单斜辉石77长石的三个端元和长石分类钾长石 KAlSi3O8 (Or)钠长石 NaAlSi3O8 (Ab) 钙长石 CaAl2Si2O4(An)Ca长石Na长石K长石碱性长石（K-Na长石）亚类，不连续固溶体系列（An 5-10%）斜长石（Ca-Na长石）亚类，连续固溶体系列（Or 5-10%）K-Ca长石不形成固溶体长石类78斜长石类 Plagioclase化学通式：MT4O8 或 M(Al,Si)Si2O8其中M=K,Na,Ca,Ba斜长石系列划分三斜晶系 基性酸性中性岩浆岩标志矿物基性岩浆岩标志矿物AnAb79磷灰石 六方晶系ApatiteCa5PO43(F,Cl,OH) 自形的磷灰石（P），横切面为六边形，纵切面为长方形。单偏光。自形的磷灰石（P），干涉色一级灰，横切面垂直光轴，全消光。正交偏光。80哈克图解转折