趙志丹巖石地球化學3-主量處理

第一節(jié)、主量元素數據處理與解釋第二節(jié)、微量元素數據處理與解釋第三節(jié)、同位素數據處理與解釋第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋2021/5/91計算CIPW的軟件，Norm3ATEXTURALATLASOFMINERALSINTHINSECTION,軟件,編寫者為DanielJ.Schulze,UniversityofToronto.RaglandP.C.BasicanalyticalPetrology.OxfordUniversityPress,NewYork,1989.【書號：350R12】WilsonM.IgneousPetrogenesis.KluwerAcademicPublishers,London.2001推薦軟件和參考書2021/5/92(1)

MacKenzieW.S.andAdamsA.E.Acoloratlasofrocksandmineralsinthinsection.JohnWiley&Sons,Inc.NewYork,1993,192p

(2)

MacKenzieW.S.,DonaldsonC.H.,andGuilfordC.Atlasofigneousrocksandtheirtextures.JohnWiley&Sons,Inc.NewYork,1982

(3)

BestM.G.Igneousandmetamorphicpetrology.2ndedition.BlackwellScienceLtd,2003(有掃描件)

(4)LeMaitre(ed),IgneousRocks:AclassificationandGlossaryofTerms(2ndedition).CambridgeUniversityPress,2002.【書號360/L46/2】關于巖石化學/顯微結構英文參考書（可供）2021/5/93推薦新出版參考書(研究生教材)鄧晉福，羅照華，蘇尚國，等.巖石成因、構造環(huán)境與成礦作用。地質出版社，20042021/5/94第一節(jié)、主量元素數據處理與解釋第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋一、巖石化學的主要指標二、主量元素數據直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學）作用過程五、主量元素應用于實驗巖石學2021/5/95

代表性巖漿巖的化學成分

橄欖巖玄武巖

安山巖

流紋巖

響巖SiO242.2649.2057.9472.8256.19TiO20.631.840.870.280.62Al2O34.2315.7417.0213.2719.04Fe2O33.613.793.271.482.79FeO6.587.134.041.112.03MnO0.460.17MgO31.246.733.330.391.07CaO5.059.476.791.142.72Na2O0.492.913.483.557.79K2O0.341.101.624.305.24H2O+3.910.950.831.101.57Total98.7599.0699.399.5099.23(引自Winter,2001)2021/5/96一、巖石化學的主要指標1.SiO2與巖石分類SiO2在主要元素中含量最高，變化范圍:34-80%，意義:對巖漿及巖漿巖的物理化學性質及礦物組成的影響最大，因此是火成巖中最重要的一種氧化物。2.用SiO2含量是巖漿巖4大類劃分的依據3.酸性程度就是指SiO2含量高低4.SiO2飽和度決定礦物組合2021/5/97巖漿巖分類表SiO2用于巖漿巖的4大類劃分2021/5/98SiO2(wt.%)巖石大類典型巖石<45超基性橄欖巖-科馬提巖45-53基性輝長巖-玄武巖53-66中性閃長巖-安山巖>66酸性花崗巖-流紋巖酸性增強玄武巖花崗閃長巖花崗巖橄欖巖2021/5/99(3)SiO2飽和礦物：SiO2含量充足（剛好），則形成輝石、角閃石、斜長石，鉀長石，云母等————不含Q，也不含SiO2不飽和礦物。(1)SiO2過飽和——SiO2很多（過多），除形成硅酸鹽礦物外，還有剩余—石英，Q就是過飽和礦物，含有Q的巖石，就是SiO2過飽和巖石。(2)SiO2不飽和：SiO2不足，出現鎂橄欖石，似長石類（霞石、白榴石等）礦物，不含Q?！緸槭裁?若有Q存在會發(fā)生反應（見下頁）】SiO2過飽和巖石SiO2不飽和巖石SiO2飽和巖石SiO2飽和度與礦物共生組合的關系2021/5/910不能與SiO2共存，屬于SiO2不飽和礦物1.霞石霞石Na[AlSiO4]——鉀霞石K[AlSiO4],高溫時為連續(xù)固溶體系列產于富含Na2O而SiO2不飽和巖漿巖中，六方短柱，厚板狀2.白榴石，K[AlSi2O6],正方晶系（假等軸晶系）自形晶，四角三八面體

白榴石西藏白榴石斑巖特別強調：似長石類礦物霞石2021/5/911六方短柱，厚板狀霞石----似長石類礦物霞石Na3K(SiAlO4)42021/5/912SiO2不飽和礦物與SiO2反應式Mg2SiO4+SiO2=2MgSiO3

橄欖石熔體頑火輝石NaAlSiO4+SiO2=NaAlSi3O8

霞石熔體鈉長石KAlSi2O6+SiO2=KAlSi3O8

鉀霞石熔體鉀長石

2021/5/913SiO2飽和度與礦物組合2021/5/9142.Na2O+K2ONa2O+K2O-稱為全堿含量,里特曼指數（

,RittmannIndex）<3.3 鈣堿性巖=3.3-9 堿性巖>9 過堿性巖大小與巖石系列劃分=2021/5/915巖漿巖的分類（考慮全堿含量）2021/5/916<33.3-9>9鈣堿性堿性過堿性堿性長石較酸性巖石普遍出現斜長石普遍偏酸性巖石基性巖石英普遍最酸性巖石不似長石不<5%>5%輝石或閃石普通輝石或閃石含Na(霓石、霓輝石)或Ti(鈦輝石)，含Na閃石（鈉閃石、鈉鈣閃石、棕閃石）堿質(Na2O+K2O)與礦物組合2021/5/9173.Al2O3飽和度與礦物組合鉀長石:KAlSi3O8,K2O/Al2O3=1鈉長石:NaAlSi3O8,Na2O/Al2O3=1鈣長石:CaAl2Si2O8,CaO/Al2O3=1根據Al2O3/（K2O+Na2O+CaO）比值判定Al2O3的飽和度。2021/5/918Al2O3飽和度與礦物組合2021/5/919Figure18-2.AluminasaturationclassesbasedonthemolarproportionsofAl2O3/(CaO+Na2O+K2O)(“A/CNK”)afterShand(1927).Commonnon-quartzo-feldspathicmineralsforeachtypeareincluded.AfterClarke(1992).GranitoidRocks.ChapmanHall.2021/5/920第一節(jié)、主量元素數據處理與解釋第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋一、巖石化學的主要指標二、主量元素數據直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學）作用過程五、主量元素應用于實驗巖石學2021/5/9211.火山巖的TAS圖解

(TotalAlkalis-Silicadiagram)（引自LaMaitre等，1989）2021/5/922火山巖的TAS圖解是國際地科聯（IUGS）巖漿巖分類學分會推薦的火山巖分類圖解,參見新書LeMaitre(ed),IgneousRocks:AClassificationandGlossaryofTerms(2ndedition).CambridgeUniversityPress,2002.【書號360/L46/2】2021/5/923火山巖的TAS圖解使用方法1.適用于新鮮的、無蝕變和未變質的火山巖（因為K和Na活潑易于帶入帶出），不適合于高Mg巖石（另外圖）。2.計算投圖：主量元素數據中，先剔除H2O，CO2，LOI。再重新計算到100％，之后投圖。3.TAS圖中，有些是2個巖石類型，成分一致，但是根據特征礦物細分，例如是粗面巖還是粗面英安巖，需要根據CIPW計算結果，確定Q含量，若Q<20為粗面巖，若Q>20為粗面英安巖。2021/5/924火山巖的TAS圖解使用：

——注意高鎂巖石分類TAS投點之前需要先剔除高鎂的樣品，如果是高鎂的，用右邊的圖解。強調：MgO和TiO2含量2021/5/925火山巖的TAS圖解使用：

——注意Na2O與K2O的相對含量原因：在TAS圖解中，僅僅是Na2O與K2O的加和，沒有考慮它們相對的含量不同，巖石類型也不同。2021/5/926火山巖TAS圖解邊界點2021/5/927火山巖TAS圖解邊界點和作圖方法（個人作法）A.先在繪圖軟件(如Photoshop,CorelDraw,我用Illustrator畫圖)中畫好一個空白的有所有邊界和名稱的TAS圖.C.把Excel中投點圖粘貼到繪圖軟件中,疊合之后形成自己樣品的TAS投點圖.其他各類地球化學投點圖均如此作圖.B.在Excel中處理數據,畫好二維TAS投點圖,做好圖形花紋符號修飾見舉例演示.2021/5/928舉例：TAS圖解應用——西藏鉀質超鉀質巖石具體作法：1.先檢驗MgO含量是否符合TAS作圖要求【見數據表和右圖,符合】2.去除LOI計算到100％，得到全堿和SiO2含量，投圖?！疽娧菔尽?021/5/929應用舉例：西藏鉀質超鉀質巖石2021/5/930舉例：TAS圖解應用——西藏鉀質超鉀質巖石3.由于樣品投入玄武粗安巖和粗安巖區(qū)域，需要進一步鑒別名稱：【見舉例數據計算】鑒別結果均為Na2O-2.0<K2O因此，我們命名為：橄欖玄武粗安巖安粗巖具體作法：2021/5/9312.侵入巖的TAS圖(1)右圖(a)是Cox（1979）的火山巖分類圖，(b)是Wilson（1989）直接轉換為侵入巖分類圖。(2)由于邊界是為火山巖設計，而且實際界線與LaMaitre等（1989）的界線有出入，因此是初步的分類方法。(3)這是目前可以直接應用巖石化學數據進行侵入巖鑒別的最好方法。(4)真正的侵入巖分類應該使用礦物成分的QAP圖解精確分類。2021/5/932FromRollinson19933.(Na2O+K2O)-SiO2用于劃分巖石系列MacDonald(1968)界線堿性系列亞堿性系列2021/5/933夏威夷玄武巖可以分為2群，堿性系列和亞堿性系列，這是FromWinter,2001.Figure8-11.Totalalkalisvs.silicadiagramforthealkalineandsub-alkalinerocksofHawaii.AfterMacDonald(1968).GSAMemoir116舉例:Na2O+K2O用于劃分巖石系列2021/5/934Fig.8-17.AfterLeMaitre(1976)J.Petrol.,17,589-637.2021/5/935LaMaite(1989)劃分出低K、中K、高K巖石（紅色虛線為界線）4.K2O-SiO2用于劃分巖石系列

分別與Rinwood(1989)劃分的低K拉斑系列、鈣堿性系列和高K鈣堿性系列相對應（黃色區(qū)域是Rinwood匯總的界線區(qū)域）2021/5/936離群數據

Y-1-1,Y-2,Y-3,Y-4

羊應鄉(xiāng)地熱田樣品，有地熱流體活動，導致火山巖遭受水熱蝕變，其中K2O和Na2O已經有帶入，有K化舉例：西藏鉀質超鉀質巖石K2O-SiO2超鉀質鉀質2021/5/9375.K2O-Na2O用于劃分鉀質與鈉質巖石

用于區(qū)分K2O與Na2O之間的關系屬于前一個圖解中shoshoniteseries系列的進一步劃分可以與前一個配合，也可以獨立使用2021/5/938舉例：西藏超鉀質巖石SiO2=45.4~61.6K2O=6.0~8.8K2O/Na2O=2.0~4.4MgO=2.1~12.3%2021/5/939關于鉀質、高鉀等術語含義

鉀質或者富鉀是指K2O-Na2O的關系（下圖）

高鉀是指K2O-SiO2的關系(右圖)，不考慮Na2O的含量。

一般來說，高鉀大體上都是鉀質的。關于鉀質和鈉質不同作者有區(qū)別。2021/5/940關于“超鉀質巖石”的定義：Foley等(1987)對超鉀質巖石(Ultrapotassicrocks)定義：K2O>3%K2O/Na2O>2MgO>3%離群數據

Y-1-1,Y-2,Y-3,Y-4

羊應鄉(xiāng)地熱田樣品不是超鉀質巖石2021/5/941FAMCalc-alkaline

TholeiiticFigure8-14.AFMdiagramshowingthedistinctionbetweenselectedtholeiiticrocksfromIceland,theMid-AtlanticRidge,theColumbiaRiverBasalts,andHawaii(solidcircles)plusthecalc-alkalinerocksoftheCascadevolcanics(opencircles).FromIrvingandBaragar(1971).AfterIrvineandBaragar(1971).Can.J.EarthSci.,8,523-548.6.AFM圖解用于拉斑玄武巖和鈣堿性玄武巖劃分用途：區(qū)別亞堿性巖石系列中的拉斑玄武巖和鈣－堿性巖石2021/5/942AFM圖解作圖方法

屬于三變量圖解，需要把三個變量進行歸一化計算到100％

圖解直接應用主量元素分析結果A=Na2O+K2OF=FeOT=FeO+0.8998Fe2O3M=MgO計算A+F+M=100%2021/5/943補充：三角圖的作圖方法三變量A+B+C=100％舉例：2021/5/944補充：三角圖的作圖方法推薦一個三角圖軟件2021/5/945第一節(jié)、主量元素數據處理與解釋第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋一、巖石化學的主要指標二、主量元素數據直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學）作用過程五、主量元素應用于實驗巖石學2021/5/946模式礦物與標準礦物模式礦物含量（Mode）是觀察到的礦物體積百分數橄欖玄武巖Ol＋Cpx＋Pl

（MacKenzie等，1982標準礦物計算（Norm）是巖石經過計算的理想化的礦物組成，肉眼無法鑒定具體礦物含量，如火山巖類橄欖巖2021/5/947CIPW標準礦物計算方法（CIPWNorm）名稱由來：20世紀初四位美國巖石學和地球化學家設計的，Cross，Iddings，Pirrson，Washington巖石的CIPW標準礦物與實際礦物含量是有出入的，主要是CIPW計算是以無水巖漿中礦物結晶順序，按照標準礦物理想分子式進行計算，得到巖石中各種標準礦物的質量分數，簡化了很多內容，如標準礦物是無水的，不考慮含水礦物黑云母、角閃石等。2021/5/948計算CIPW的軟件，Norm3推薦軟件2021/5/949計算之后可以進行一系列的巖石分類2021/5/9501.Ab-An-Or圖解用于花崗巖分類

根據O’Connor(1965),應用CIPW計算之后的Ab-An-Or，三個標準礦物，換算100％后投圖。舉例：西藏花崗巖2021/5/951Ab-An-Or圖解用于花崗巖分類特點與要求

用于標準礦物Q>10％的酸性巖分類，為簡便方法可以有效地區(qū)分英云閃長巖、更長花崗巖、花崗巖和花崗閃長巖。

也可以謹慎地用于變形和變質的花崗質巖石，判斷原巖類型2021/5/9522.玄武巖Ne-Di-Ol-Hy-Q分類圖Thompson(1984)紫蘇輝石三個三角區(qū)域分別代表SiO2不飽和、飽和和過飽和玄武巖2021/5/953三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分其他分類：火山巖和侵入巖多陽離子R1-R2分類Jenson分類——科馬提巖，拉斑質和鈣堿性巖石分類沉積巖陸源砂巖分類請參考《巖石地球化學》2021/5/954第一節(jié)、主量元素數據處理與解釋第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋一、巖石化學的主要指標二、主量元素數據直接用于巖石分類和系列劃分三、CIPW計算后用于巖石分類和系列劃分四、主量元素用于判別巖漿（地球化學）作用過程五、主量元素應用于實驗巖石學2021/5/955依據的原理——

判別巖漿（地球化學）作用過程，主要是看一系列巖石的主量元素成分的變化趨勢使用的方法——

雙變量、三變量圖解法雙變量圖解法——又稱為哈克圖解法

AHarker，1909年開始使用SiO2作為橫坐標(x)/其他元素作為縱坐標(y)的雙變量圖，后來稱為哈克圖解。2021/5/956HarkerdiagramForCraterLakeAfterWinter，2001Figure8-2.Harkervariationdiagramfor310analyzedvolcanicrocksfromCraterLake(Mt.Mazama),OregonCascades.DatacompiledbyRickConrey(personalcommunication).

雙變量圖解哈克圖解2021/5/957Bivariate(x-y)diagramsHarkerdiagramForCraterLake雙變量圖解哈克圖解AfterWinter，2001Figure8-2.Harkervariationdiagramfor310analyzedvolcanicrocksfromCraterLake(Mt.Mazama),OregonCascades.DatacompiledbyRickConrey(personalcommunication).

2021/5/958三變量圖解例如:AFM圖解，(alkalis-FeO*-MgO)AfterWinter，2001Figure8-2.AFMdiagramforCraterLakevolcanics,OregonCascades.DatacompiledbyRickConrey(personalcommunication).

2021/5/959FromWinter(2001).1.哈克圖解的做法以SiO2為橫坐標，其他氧化物為縱坐標，投出一組樣品的結果，得到不同氧化物對SiO2的散點圖。推廣：任意兩個組分之間的二元投點都可以稱為哈克圖解意義：如果一組巖石樣品具有成因和演化關系，則全部樣品將顯示正的或者負的相關關系。2021/5/960哈克圖解橫坐標表示分異結晶過程，SiO2為橫坐標，可以指示從基性到酸性，范圍寬，如果主要是基性熔巖，可以用MgO、或者Zr為橫坐標(AfterWilson,2001)2021/5/961原始巖漿成分原始巖漿成分(AfterWilson2001)SiO2為橫坐標哈克圖解作法2021/5/962(AfterWilson2001)MgO為橫坐標哈克圖解作法2021/5/963FromWinter(2001).2.哈克圖解代表的過程SiO2變化代表：分異系數趨勢代表：部分熔融作用、分異結晶作用、巖漿混合作用、地殼混染作用2021/5/964FromWinter(2001).(1)分離結晶作用——是指巖漿中，某個礦物持續(xù)從巖漿中結晶出去，剩余的巖漿就會發(fā)生成分的有規(guī)律變化?？傮w為液相→固相可以把巖石中斑晶礦物作為分離結晶的礦物，例如Ol，各種巖漿作用過程如何從主量元素變化趨勢中顯示出來？2021/5/965(2)同化作用和分離結晶作用——在礦物分離結晶作用發(fā)生的同時，還存在圍巖或者外來物質的加入和混合，導致主量元素圖解不顯示明顯的連續(xù)變化趨勢。各種巖漿作用過程如何從主量元素變化趨勢中顯示出來？2021/5/966各種巖漿作用過程如何從主量元素變化趨勢中顯示出來？(3)部分熔融作用——是指巖石從固相——到液相的過程，固相的礦物不斷加入到液相中，使得液相的成分發(fā)生有規(guī)律的變化。但是，部分熔融與分離結晶這2個作用過程是互為可逆的過程，因此顯示在主量元素哈克圖解上，難于區(qū)分。可能的區(qū)分是，在深部階段為部分熔融，為某些礦物加入巖漿，而到淺部結晶時，另一些礦物發(fā)生分離結晶。2個過程，可能被區(qū)分出來。2021/5/967舉例：

連續(xù)變化趨勢

一致受控于一種巖漿作用過程，例如夏威夷Kilauea火山1959－1960年噴發(fā)的KilaueaIki火山2021/5/968(AfterWilson2001)轉折點的含義3.哈克圖解的解釋轉折點或者曲折趨勢，表示結晶作用過程出現一個新的礦物相，或者在部分熔融的過程中消耗了一個礦物相。需要掌握不同礦物的成分特征。2021/5/969(AfterWilson2001)3.哈克圖解的解釋一相或者多相礦物分離結晶中巖漿演化趨勢需要掌握不同礦物的成分特征。2021/5/970礦物結晶分離與殘余巖漿演化礦物結晶析出的數量與殘余巖漿演化可用杠杠原理討論E(%)=100×（PM-DM距離）/（E-DM距離）2021/5/971先復習主要礦物的化學成分特征橄欖石

Ol，輝石

Py＝Cpx，Opx，斜長石

Pl2021/5/972斜方晶系，晶體呈厚板狀、粒狀或短柱狀，解理{010}，{100}不完全。黃綠色-綠色，薄片下無色，正高突起-正極高突起，一般見不到解理，常見不規(guī)則的裂紋。干涉色II級-III級，平行消光。橄欖石：(Mg,Fe)2[SiO4]2021/5/973橄欖石類OlivineGroup

橄欖石類是二價元素為陽離子構成的硅酸鹽，具有典型的孤立硅氧四面體構造，一般式為R2[SiO4]，R＝Mg、Fe2+、Mn以及Ca、Zn?？煞譃槿齻€類質同象系列：

1．鎂橄欖石Mg2[SiO4]—鐵橄欖石Fe2[SiO4]2．錳橄欖石Mn2[SiO4]—鐵橄欖石Fe2[SiO4]3．鈣鎂橄欖石(Ca，Mg)[SiO4]—鈣鐵橄欖石(Ca，Fe)[SiO4]

自然界分布最廣泛的是鎂橄欖石(Fo)—鐵橄欖石(Fa)系列，可形成完全的類質同象系列。2021/5/974輝石的分類輝石主要為Ca、Mg、Fe三個端元組分的固溶體斜方輝石2021/5/975斜方輝石斜方輝石亞類由頑火輝石（En，Mg2Si2O6）和斜方鐵輝石（Fs，Fe2Si2O6）兩種獨立端元組分組成的連續(xù)固溶體，根據比例不同，分為六個亞種：頑火輝石（En100-88Fs0-12）古銅輝石（En88-70Fs12-30）紫蘇輝石（En70-50Fs30-50）鐵紫蘇輝石（En50-30Fs50-70）易熔石或尤萊輝石（En30-12Fs70-88）斜方鐵輝石（En12-0Fs88-100）2021/5/976單斜輝石單斜輝石的成分較為復雜，是一系列端元組分的復雜固溶體。其組成除了Fe、Mg之外，Ca是含量較高的組分，有的變種還含有較多的Na、Al、Fe3+等。常見的單斜輝石種屬（透輝石－鈣鐵輝石亞類）一般采用由波爾德瓦特和赫斯（1951）首先提出的四組分CaMgSi2O6－CaFeSi2O6－Mg2Si2O6－Fe2Si2O6方法進行分類命名，堿性輝石亞類可以采用克拉克等（Clarke等，1968）提出的方法進行分類命名。單斜輝石2021/5/977長石的三個端元和長石分類

鉀長石KAlSi3O8(Or)

鈉長石NaAlSi3O8(Ab)

鈣長石CaAl2Si2O4(An)Ca長石Na長石K長石堿性長石（K-Na長石）亞類，不連續(xù)固溶體系列（An5-10%）斜長石（Ca-Na長石）亞類，連續(xù)固溶體系列（Or5-10%）K-Ca長石不形成固溶體長石類2021/5/978斜長石類Plagioclase化學通式：M[T4O8]或M[(Al,Si)Si2O8]其中M=K,Na,Ca,Ba斜長石系列劃分三斜晶系基性酸性中性巖漿巖標志礦物