《岩浆岩石学》岩浆岩的化学应用

第十五章岩石化学的应用第一节火山岩名称确实定第二节碱度确实定第三节系列的划分第四节分异及同化作用的研究第五节板块构造的分析第六节岩浆岩的成因分析第七节地质温度计第八节与矿产的关系

第一节火山岩名称确实定1、米德莫斯特的硅-碱图1〕构图方式以SiO2百分含量划分大类，对SiO238～65％的，再以Na2O+K2O百分含量划分碱度不同的岩石。按SiO2含量可分七大类2、邱家骧的硅-碱图据SiO2可划分岩石酸度，由SiO2及K2O+Na2O含量，从图上即可简便地同时确定火山岩的碱度、系列，岩石组合及岩石名称。第二节碱度确实定1、皮科克法皮科克用钙碱指数(又称皮科克指数)确定碱性程度。以SiO2作横座标、以CaO及K2O+Na2O(重量％)作纵座标。划出一个系列的火成岩成分的K2O+Na2O与CaO两个变异线，两个变异线的交点，即K2O+Na2O=CaO处，此处相应的SiO2位，叫钙碱指数(CA)。皮科克以钙碱指数大小，把岩浆岩碱度划分为四级。CA<51碱性岩CA=51~56碱钙性岩CA=56~61钙碱性岩CA>61钙性岩2．里特曼法里特曼用组合指数σ〔里特曼指数，岩系指数〕确定碱性程度，组合指数σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)组合指数只需用SiO2、K2O，Na2O三个氧化物(重量％)，方法简便。尤其对基-中性岩较为适用。σ值愈大，碱性程度愈强；σ<4者称钙碱性岩，σ>4者叫碱性岩，他并用岩石中σ值及K2O与Na2O相对含量，进一步划分类型。钙碱性岩又称太平洋型，钠质碱性岩又称大西洋型，钾质碱性岩又称地中海型。里特曼以K2O+Na2O与SiO2(重量％)作直坐标图，图中σ值多呈抛物线分布，抛物线起点是SiO2=43，K2O+Na2O=0处。此图只须用岩石的SiO2与K2O+Na2O值投影，即可读出大致的σ值大小，在图上还可看出某个火山岩系的演化趋势。比照不同火岩系之差异，分析岩浆是否同源〔同源的σ值是连续的)。里特曼在该图上标绘出六个典型地区的火山岩系，以虚线表示，便于比照。钙碱指数CA与组合指数σ，大致有以下对应关系，同样可把岩浆岩碱度分为4级：碱性岩CA~51σ>9。碱钙性岩CA=51~56σ=9～3.3．钙碱性岩CA=56~61σ=1.3～1.8。钙性岩CA>61σ<1.8组合指数法较简便，但对于SiO2<45的岩石，σ的可分性差，不宜使用，对SiO2>70％的岩石，碱度确定不准，也最好不用。这时可用碱度率-SiO2图解法划分。碱度率(AR)的计算公式是:其中氧化物均为Wt％。当岩浆岩中SiO2>50%。而且2.5>K2O/N2O>1时，式中(K2O+Na2O)用(2×Na2O)代替。

莱特以AR作横坐标，以SiO2作纵坐标，制成碱度分区图，划分岩浆岩为钙碱性、碱性，过碱性三级。莱特的钙碱性岩，包括皮科克的钙性岩及钙碱性岩，其碱性岩相当皮科克的碱钙性岩，而其过碱性岩与皮科克的碱性岩相当。第二节系列的划分火山岩一般分为碱性和亚碱性系列，亚碱性系列又可进一步分为拉斑玄武岩系列及钙碱性系列。拉斑玄武岩系列，主要为拉斑玄武岩，拉斑玄武安山岩(冰岛岩)等。钙碱性系列，以安山岩、英安岩、流纹岩及侵入的花岗闪长岩等为主。碱性玄武岩系列．以碱性橄榄玄武岩及碧玄岩等为主，并可能有粗面岩、粗安岩、响岩、霞石岩等。1、划分碱性与亚碱性系列图中，Ol为橄榄石，Hy为紫苏辉石，Ne为霞石，Ab为钠长石，Q为石英2、划分亚碱性系列中拉斑玄武岩系列与钙碱性系列对于一系列的基-中-酸性(尤其中酸性)岩，以F-A-N图较好，计算方法为：F=FeO+Fe2O3A=K2O+Na2OM=MgO。对于中-基性岩，以A12O3—“An”图为好。A12O3为重量百数，“An”=An×100/〔An+Ab+5/3Ne〕，第四节分异及同化作用研究1、分异作用可用一些指数或图解进行研究。常见的指数为：1〕较基性的岩石常用固结指数〔久野指数〕〔SI〕该指数用于玄武岩浆分异的岩石，确定其分异程度。日本不同酸度的岩石SI不同：玄武岩SI=40～30，玄武安山岩SI=30~20，安山岩SI=20～10，英安岩SI=10～0。岩石愈酸性，SI愈小。大多数原始玄武岩浆的SI为40±或更大一些。当发生结晶分异时，剩余熔浆的固结指数迅速降低。由于在岩浆结晶分异时，一般由富镁向贫镁方向演化(不一定硅降低)。因此，在玄武岩浆分异的岩石中，SI愈低，那么一般反映其别离结晶的程度愈高，分异愈好。2〕较酸性的岩石常用分异指数(DI)。一般是用以研究花岗岩分异及玄武岩系的后期浅色分异产物。DI=Q+Or+Ab+Ne+Le+Kp它是CIPW法计算出来的六个标准矿物：石英+钾长石+钠长石+霞石+白榴石+钾霞石之和。因为岩浆的分异一般是向富SiO2、NaAlSiO4，KAlSiO4剩余岩浆系统演化，故剩余岩浆中可能包括上述6个矿物。但在任一特定岩石中，上述六个标准矿物是不共生的。因此，每个岩石化学分析计算出的DI,实际上一般为三个标准矿物的和。DI从玄武岩到流纹岩逐渐增高，从35到90。左右，如玄武岩为35，玄武安山岩为35~40，安山岩为50~65，英安岩为65~80，流纹岩>80。如为同一原始岩浆分异产物，分异指数愈大，一般说明岩浆分异程度愈高。

研究分异作用，还可以用氧化物变异图。2、同化作用

花岗岩类同化围岩能力较强。常见铁镁同化作用，铝硅酸盐同化作用、碳酸盐同化作用等。碳酸盐同化作用最明显，也最易发生，同化结果是岩浆中钙、铁，镁增加，而硅，钾，钠减低，致使岩体的酸度变低，而且，不少的矽卡岩型铁矿与之有关。铁镁同化作用多由酸性侵入岩浆与基性的火山岩或侵入岩接触产生，它使岩浆岩铁镁成分增加。铝硅酸盐同化作用，多为酸性岩浆侵入于粘土岩中或基性岩浆侵入于酸性岩中的作用，其共同特点是，铝增高，而酸度变化不一。在有足够化学分析资料的根底上，可采用等值线法进行同化作用的研究。化学分析点在平面图上应分布较匀。分析工程根据同化类型确定，可单项，也可少量几项。如同化碳酸盐用CaO、MgO同化铝硅酸盐用SiO2，Al2O3，同化铁镁用MgO、FeO等。再用插入法绘出其等值线，即可看出某种成分变化与围岩的关系。第五节板块构造分析1)logσ—logτ图里特曼将世界上1300个活火山熔岩，投影在logσ—logτ座标图上，根据实际的地质构造环境，把岩石成份划分为三个区：A区为非构造带(板块内部稳定构造区)火山岩：B区为造山带(岛弧及活动大陆边缘区)火山岩；C区为A、D区火山岩派生的碱性岩。图中σ值为里特曼的组合指数，τ为戈蒂里指数，τ=〔Al2O3-Na2O〕/TiO2。2〕F1，F2，F3判别图玄武岩成份与板块构造环境关系密切。皮尔斯划分五类构造环境不同的玄武岩：板块内部玄式岩(WPB)。大洋底部(或洋中脊)玄武岩〔OFB〕，低钾〔岛弧〕拉斑玄武岩(LKT)、钙碱性玄武岩(CAB)、钾玄岩(SHO〕。用以下三式求出F1、F2，F3。将F1、F2，F3投点于以下图，即确定不同构造环境下生成的玄武岩。2．板块移动速度

火山岩主要分布于板块的扩张边缘(如洋中脊)及闭合边缘(如消减带)，板块扩张或闭合速度(厘米／年)与火山岩中K2O含量反相关。当板块移动速度为0时，火山岩中K2O含量最大。因此，碱性岩主要产于板块扩张或闭合速度最小的地区，而钙碱性岩主要产于移动速度大的地区。在消减带上，闭合速度与岛弧火山岩的碱度系列有以下关系：闭合速度：8~9cm／a，拉斑玄武岩系列为主。3~7cm／a，钙碱性岩系列为主。<2cm／a，碱性玄武岩为主3、消减带的大陆壳厚度及岩浆来源深度

与减带有关的岛弧及活动陆缘中，以安山岩占优势。安山岩中K2O含量与大陆壳厚度正相关，也与来源于消减带的岩浆深度成正相关，它们有以下关系式：大陆地壳厚度(km)=89.2(K2O)+0.45距消减带深度(km)=89.3(K2O)-14.3式中K2O为SiO2固定60％时(K2O)，安山岩中K2O的含量(Wt％)。1．超甚性岩

超基性岩有侵入产物：MgO>30，CaO少，Al2O3低，TiO2几乎不见，MgO/FeO多>6-7。玄武岩浆分异产物：MgO<30，CaO多，Al2O3高，TiO2常见，MgO/FeO多<6-7。第六节岩浆岩的成因分析2．正长岩正长岩或为玄武岩浆分异产物，或为花岗岩浆同化结果。玄武岩浆分异：属碱性岩，SiO2不饱和-饱和，岩体小，与辉长岩及火山岩类共生。FeO/MgO=0.7～1.6，平均1.2。花岗岩浆同化：属钙碱性岩，SiO2过饱和，岩体大，与花岗岩类共生。FeO/MgO=1.0～5.1，平均2.7。3．花岗岩有岩浆结晶者，也有交代者。区别的方法如下。把花岗岩化学成份，用CIPW法计算成标准矿物，取Q、Ab，Or值冉算成100%，投影在图上或者用岩石中Ca，Na，K原子数，分别乘以原子量，求出Ca，Na、K的原子重量数，再算成100％，投影在图上。如果投影点集中地位于图的中部低共熔区，或在图中的圈定范围内，