高级岩浆岩岩石学第三章 火成岩的成分及其分类
第三章 火成岩
第三章火成岩岩石:是在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，它是构成地壳及地幔的主要物质。
矿物组成：由一种矿物组成；多种矿物组成。
如根据成因，岩石可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。
第一节岩浆、岩浆作用和火成岩的概念1、火成岩由两类岩石组成：一类是岩浆作用形成的岩浆岩；另一类是非岩浆作用形成的，如花岗岩化作用形成的花岗岩。
火成岩中以岩浆岩为主。
岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65％。
2、岩浆1）概念：岩浆是在地壳深处或上地慢天然形成的、富含挥发组分的高温粘稠的硅酸盐熔浆流体，它是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。
2）存在位置：地壳深处或上地幔中；3）组成：一部分是以硅酸盐熔浆为主体；一部分是挥发组分。
①硅酸盐熔浆在一定条件下凝固后形成各种岩浆岩，②挥发性组分主要是水蒸汽和其它气态物质。
在岩浆上升、压力减小时可以从岩浆中逸出形成热水溶液，对于成矿往往起很重要作用。
也有极少数岩浆是以碳酸盐和氧化物为主的。
3）岩浆的化学成分若以氧化物表示，其主要成分是：Si02、A1203、MgO、FeO、Fe203、CaO、NaO、 K20、H20等。
其中以Si02的含量为最大。
4）岩浆根据含有Si02的多少可分为酸性岩浆(SiO2>65％)、700--900℃中性岩浆(52--65％)、900--1000℃基性岩浆(45--52％)、1000--1 200℃超基性岩浆(<45％)、1200℃以上5）岩浆的成因：是由于局部物理化学条件发生变化(如压力减小、热能积累等)，从而导致部分固态原岩转变为熔融状态，形成岩浆。
3、岩浆作用1）概念：岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程，称为岩浆作用。
具有巨大的动能、热能和化学能2）岩浆作用：侵入作用，喷出作用。
a.侵入作用：一种是岩浆上升到一定位置，由于上覆岩层的外压力大干岩浆的内压力，迫使岩浆停留在地壳之中冷凝而结晶。
这种岩浆活动称侵入作用。
地质学第三章火成岩
第三章火成岩岩石是在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，是构成地壳及地幔的主要物质。
有些岩石主要由一种矿物组成，称单矿岩。
如天安门前金水桥的大理石，古代称汉白玉，由单一的方解石组成的。
多矿物构成的岩石称多矿岩，自然界绝大多数岩石是由两种以上矿物组成的。
岩石是地质作用的产物，其化学成分、矿物成分、结构、构造及产状都与地质作用有密切的因果关系。
同时岩石又是地质作用的对象，地球的内、外营力共同对岩石外表形态等进行塑造。
概况地说，岩石是地球发展的产物，其记录了地球发展的历史和规律。
按成因，岩石可以分火成岩 (岩浆岩)、沉积岩和变质岩三大类。
(1) 火成岩(岩浆岩)(Magmatic rocks, Igneous rocks)：它主要是由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石。
简单地说：由岩浆冷凝固结而成的岩石称为岩浆岩。
(2) 沉积岩(Sedimentary rocks)：它是由地壳风化产物、生物有关物质、火山碎屑物等，在外营力作用下搬运、沉积、固结而成。
如砂岩、灰岩。
(3) 变质岩(Metamorphic rocks)：由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石。
如大理岩、片麻岩等。
就面积而言，沉积岩占75%，火成岩和变质岩共占25％。
就重量而言，火成岩占89%，沉积岩和变质岩分别为5%和6％。
岩浆岩和变质岩又可统称为结晶岩。
三大岩类可以相互转化。
一、基本概念1.火成岩简单地说，火成岩就是由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆冷却后而形成的一种岩石。
现在已经发现700多种岩浆岩，大部分是在地壳里面的岩石。
火成岩包括两类岩石：一类是由岩浆冷凝结晶作用形成的岩浆岩；另一类是由非岩浆作用形成的(如花岗岩化作用)。
其中，以岩浆岩为主，占地壳总体积的65%。
2.岩浆的概念岩浆是在地壳深处或上地幔天然形成的、富含挥发组分的高温粘稠的硅酸盐熔浆流体，是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。
火成岩分类
二、本书采用的分类
综合考虑矿物成分、化学成分、结构和产状进行分类
1、超基性岩类（橄榄岩－科马提岩） 2、基性岩类（辉长岩－玄武岩类） 3、中性岩类（闪长岩－安山岩类；
二长岩－粗面安山岩； 正长岩－粗面岩）
4、酸性岩类（花岗岩－流纹岩类） 5、碱性岩类（霓霞岩－霞石岩及黄长石岩、碳酸岩；
霞斜岩－碧玄岩、碱玄岩； 霞石正长岩－响岩）
6、脉岩类 7、火山碎屑岩类
几点说明：
（1）脉岩有特殊的成因和产状， 火山碎屑岩类成岩机 制有其特殊性， 因而单列一章。
（2）每一类侵入岩和火山岩在成分上类似， 但成因上 不一定有联系， 也不一定是同源岩浆产物。
（3）“斑岩”和“玢岩”仅用于浅成岩中斑状结构的岩 石。“斑岩”的斑晶是以石英、 碱性长石和似长石为主； “玢岩”的斑晶以斜长石和暗色矿物为主。对于喷出岩 中斑状结构的 岩石，不使用“斑岩”和“玢岩”的名称。
主要考虑石英、长石、似长石、暗色矿物的种属及含量。 暗色矿物在岩石中的总量一般称为色率。
超基性岩类 SiO2低，不含石英，不含或很少含长石，极
富暗色矿物，色率大于90％为特征。
酸性岩类
正好与超基性岩相反，SiO2高，富含石英 和长石，贫暗色矿物，色率＜15％为特征。
SiO2处于二者之间，但据色率及长石的 种类可以区分。基性岩色率30～50％，
一、火成岩分类基础
1、按化学成分分类
根据SiO2含量的多少，可将火成岩分为：
超基性岩 SiO2＜45％
基性岩
SiO2 45～52％
火成岩的成分、分类
岩石形成的时间越长，由87Rb的衰变形成的87Sr就越多，因 此岩石中的87Sr/86Sr比值是随年龄增长的，据此，可确定火成岩 的形成年龄。岩石中87Sr/86Sr随时间演化的关系为：
87Sr/86Sr=（eλt-1）(87Rb/86Sr)+(87Sr/86Sr) O
2.微量元素(Trace elements)
微量微量元素地球化学形为：
地幔相容元素：
地幔熔融岩浆的过程中，残留富集于地幔岩的矿 物之中的元素，如：Cr、Ni、Co、Yb、Er等元素；
地幔不相容元素： 在岩浆中强烈富集，这些元素有Cs、Rb、K、Ba 、Sr、La、Y、REE、Th、U、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb 和P等。
中性岩：SiO2 =53-66%
基性岩：SiO2 = 45-53%
超基性岩：SiO2 <45%
习惯上对SiO2含量高者称之为酸性程度高或酸度大， 也叫基性程度低；反之，对含量低者，谓之酸度小， 亦可称基性程度高。
（2）Na2O+K2O （Alk ---全碱含量）
在岩浆中的含量称为全碱（Alk）含量。因为Na2O、 K2O在地幔和地壳中的含量差别显箸，是主要元素中最 容易熔融的组分，因而对源区的组成、部分熔融程度的 变化以及岩浆的演化过程反应敏感，在火成岩的研究中 意义重大。 火成岩碱度及系列的划分：最常用的方法有两种： 里特曼（组合）指数（δ）
在岩浆基本上凝固成固相的岩石后由于受残余挥发组分和岩浆期后流体的作用蚀变交代及充填而生成的矿物它往往交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中如岩浆期后的流体可形成电气石萤石黄玉等矿物也可以交代原生矿物形成蚀变矿物如橄榄石变成的蛇纹石斜长石遭受钠黝帘石化形成钠长石及黝帘石等
4-岩石地球化学之三--火成岩类及其构造岩石组合
U2响岩质碱玄岩；U3碱玄质响岩；
玄武岩系列划分
玄武岩系列的划分方法首先是根据碱度（δ）的大小 或用SiO2—Alk图分为亚碱性系列玄武岩（δ<3.3）和 碱性系列玄武岩（δ>3.3）两类。其中的亚碱性系列 玄武岩可以用AFM图或w（FeOt）／w（MgO）—w （SiO2）图解（当SiO2含量范围较窄，没有派生的中、 酸性火山岩时）进一步划分为拉斑玄武岩系列和钙碱 性系列。
钾玄岩系列-3
钾玄岩系列的化学成分特征是：Al2O3、Alk、 K2O及大离子亲石元素（P、Bb、Sr、Ba、Zr、 Th、U、LREE）的含量高，w（K2O）／w （Na2O）比值大，接近于1或大于1，TiO2低， SiO2饱和或不饱和，标准矿物中可出现Q或Ne 分子。
亚碱性系列岩石种类
亚碱性系列岩石种类
玄武岩的主要类型-2
（2）高铝玄武岩（high-alumina basalt）：化学成分 特征是w（Al2O3）>16％～17％。矿物成分与拉斑玄 武岩相似，但斜长石含量较多，且牌号偏高。高铝玄 武岩是钙碱性火山岩基性端元的典型岩类，多分布于 造山带、岛弧和活动大陆边缘。
（3）粗玄岩（dolerite）：结晶程度较好，为全晶质， 基质具粗玄结构，具喷出产状。
碱性系列岩石种类
碱性玄武岩矿物成分和化学成分
碱性玄武岩的矿物成分和化学成分变化范围都很大， 突出的特征是富碱，其中w（K2O）+w（Na2O）均>5 ％，最高可达9％；多数为w（Na2O）>w（K2O）。 与亚碱性玄武岩相比，富TiO2（质量分数>2％），高 碱。碱性玄武岩在矿物成分上以含碱性长石、碱性暗 色矿物、富钛辉石等为特征。如果岩石碱性较强时， 则会出现似长石，通常不含贫钙辉石。
工程资料：造岩矿物中火成岩有哪些成因及分类
岩土工程资料：造岩矿物中火成岩有哪些成
因及分类
岩浆岩又称火成岩，是由岩浆冷凝固结后形成的岩石。
岩浆位于地幔和地壳深处，是以硅酸盐为主和一部分金属硫化物、氧化物、水蒸气及其它挥发性物质（如C02、C0、S02、HC1及H2S 等）组成的高温、高压熔融体。
岩浆主要通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升冷却凝结。
其中侵入到周围岩层（简称围岩）中形成的岩浆岩称为侵入岩。
根据形成深度，侵入岩又可分为深成岩（形成深度大于3km）和浅成岩（形成深度小于3km）。
而岩浆喷出地表形成的岩浆岩则称为喷出岩，包括火山碎屑岩和熔岩（岩浆沿火山通道喷溢地表冷凝固结而形成）。
上篇第三章火成岩
1902年小安德列斯群岛的马提尼克 岛上的培雷火山爆发时形成的熔 岩锥（转引自毕令斯）
8 次课
地质地貌学·上·第三章
基性熔岩往往沿着山坡或沟谷流动，呈狭长带状，前端 散开或扩大，有如舌状，长可达数十公里，称为熔岩流。
中国五大莲池。形成于熔岩急流部分的粗绳状 构造，“绳束”直径达30-60cm，“单绳”直径 达5-8cm （据中华人民共和国地质部地质博物 馆，1979）
2、斯特龙博利式喷发型 属于宁静式与爆烈式之 间的喷发型，以中、基性熔 浆喷发为主，并有一定的爆 炸力。爆炸力小，一般没有 火山灰。这种喷发以斯特龙 博利火山为代表。 3、爆烈式喷发型 大都以中酸性熔浆喷发 为主，含气体多，爆炸力强， 经常形成大量的火山碎屑特 别是火山灰。
地质地貌学·上·第三章
宁静式喷发——夏维夷正在流动的玄武岩 流。由于热的熔岩流在继续流动，其表面因快 速冷却形成了褶皱的外壳。据
基性岩（45—52%）、中性岩（52—65%）和酸性岩
（>65%）四大类。
8 次课
地质地貌学·上·第三章
二、火成岩的矿物成分
❖ 组成火成岩的矿物以硅酸盐矿物为主，其中最多的是 长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等（以上石 黄属于氧化物）、占火成岩矿物总含量的99%，所以称之 为火成岩的重要造岩矿物。其中颜色较浅的，称浅色矿物， 因以二氧化硅和钾、钠的铝硅酸盐类为主，又称硅铝矿物， 其中颜色较深的，称暗色矿物，因以含铁、镁的硅酸盐类 为主，又称铁镁矿物。
美国哥伦比亚高原。连续的玄武岩流堆积 形成了巨大的高原，覆盖了华盛顿和俄勒 冈的大部分地区（据Raymond Siever）
8 次课
德干高原在印度半岛的中西部，是世界面积最大的 玄武岩台地，它的东西宽1500km，南北长为1400 km2， 总面积达50万km2。如此辽阔的台地是粘性较低的玄武 岩熔岩从地壳中喷发、重叠形成的。
火成岩分类
火成岩分类火成岩是地球上最常见的岩石之一，由于其独特的形成过程和组成成分，被广泛应用于地质学和矿产资源研究领域。
火成岩主要由岩浆在地壳或地下形成并冷却而成。
根据其形成过程和矿物成分的差异，火成岩可以分为几种不同的类型。
1. 基性火成岩基性火成岩是一类富含镁铁矿物和较少硅酸盐的火成岩。
其主要成分为辉石和斜长石，少量含有矿物质如黑云母、辉石和角闪石等。
基性火成岩常常呈现为黑色或暗绿色，具有密度高、结构紧密和硬度高的特点。
常见的基性岩石有玄武岩、辉长岩等。
玄武岩是最常见的一种基性岩石，主要由辉石和斜长石组成。
它具有细粒、致密、块状构造和高密度等特点，通常呈暗灰色或黑色。
玄武岩广泛分布于地球上，尤其是大洋中脊和火山活跃地区。
辉长岩是另一种典型的基性岩石，主要成分为辉石和斜长石。
与玄武岩相比，辉长岩富含铝和钙，具有较浅色的外观。
辉长岩常出现在地壳较浅的地区，如洋壳和陆壳的边缘带。
2. 酸性火成岩酸性火成岩是一类富含硅酸盐的火成岩，其成分相对而言较为丰富。
酸性火成岩具有低密度、多孔性和颗粒间的质块相对较大等特点。
酸性火成岩通常呈现为浅色，如浅灰色或浅粉色。
花岗岩是酸性火成岩中最常见的类型之一，主要由石英、长石和黑云母组成。
花岗岩具有均质的颗粒结构和大块状的结构特征，其颗粒细腻且晶体发育良好。
花岗岩可分为斑状花岗岩和块状花岗岩两种类型，前者结构较粗大，后者则由许多小块状结构组成。
一些较为特殊的酸性火成岩包括英安岩和花岗闪长岩。
英安岩的主要矿物组成为斜长石和角闪石，与花岗岩相似，但斜长石的含量较高。
花岗闪长岩则富含钠长石和角闪石，其颜色较为深黑而具有金属光泽。
3. 中性火成岩中性火成岩是介于基性火成岩和酸性火成岩之间的一类岩石。
其岩石成分介于两者之间，具有较高的硅酸盐含量和较低的镁铁含量。
中性火成岩在颜色上通常为灰色，呈现出明显的颗粒状结构。
安山岩是一种典型的中性火成岩，成分主要由斜长石、辉石和少量黑云母等矿物组成。
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大洋壳
（Ronov, 1976）
大陆壳
（Rudnick and Gao, 2003）
岩浆岩
（Clarke, 1992）
花岗岩
(Le Maitre, 1976)
玄武岩
(Le Maitre, 1976)
SiO2 TiO2
45.2 0.71
49.4 1.4
60.6 0.7
59.12 1.05
71.84 0.31
5. 岩石化学成分的测试方法
(1) X 射线荧光光谱 法 (主量元素) X-ray fluorescence (XRF) (2) 中子活化法 （微量元素） Neutron activation analysis (INAA and RNAA)
(3) 电感耦合等离子体发射光谱法 （微量元素）
Inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP) (4) 原子吸收分光光度法 （微量元素） Atomic absorption spectrophotometry (AAS) (5) 质谱仪 （微量元素） Mass spectrometry (MS)
第二节 岩浆岩的矿物成分
1.基本矿物类型 a
分类原则 矿物成因的差异
原生矿物：直接从岩浆中结晶形成，并在岩石 形成过程中相对稳定的矿物。如角闪石、长石。
次生矿物：主要是地表风化和岩浆期后蚀变(受 岩浆挥发分和地幔流体的影响）而形成的矿物(产 状上限于风化带内)。如钾长石的高岭土化，橄榄 石的蛇纹石化。
副矿物：分布广泛那但含量很少(< 1％)，一般不参与岩石命名
例如 锆石、磷灰石
1.基本矿物类型 c
分类原则 矿物的化学成分
硅铝矿物(浅色矿物)：SiO2和 Al2O3含量高，不含FeO、MgO，
包括 石英、长石、似长石
石英 －SiO2 钠长石 － NaAlSi3O8 正长石 － KAlSi3O8 霞石(似长石) － NaAlSiO4
它生矿物：岩浆与围岩或捕虏体反应所形成的矿 物。如：硅灰石、红柱石，不是火成岩中出现的 矿物，而是由于同化、混染所致。
1.基本矿物类型 b
分类原则 矿物的相对含量（体积分数）
主要矿物：含量高，是划分岩石大类的依据， 例如 花岗岩中的石英、长石 次要矿物：含量小于主要矿物，对确定岩石种属起作用的矿物 例如 花岗岩中的黑云母
镁铁矿物(暗色矿物)：FeO和MgO含量高，
包括 橄榄石、辉石、角闪石、黑云母
橄榄石 － (Mg, Fe)2SiO4 普通辉石 － (Ca, Na)(Mg, Fe, Al)(Al, Si)2O6 普通角闪石 － Ca2(Mg, Fe, Al)5(Al, Si)8O22(OH)2 黑云母 － K (Fe, Mg)3AlSi3O10(F, OH)2
49.97 1.87
Al2O3
FeOT MnO MgO CaO Na2O
3.54
8.45 0.14 37.48 3.08 0.57
15.4
10.1 0.3 7.6 12.5 2.6
15.9
6.7 0.10 4.7 6.4 3.1
15.34
6.57 0.124 3.49 5.08 3.84
14.43
2.75 0.05 0.72 1.85 3.71
微量元素 原始地幔 标准化
(McDonough et al.,1992)
( Ma et al, 2000, Precambrian Research )
Trace element composition of the Earth’s crust
Oceanic Continental Lower Middle Upper Primitive Depleted Crust Crust CC CC CC Mantle Mantle
第四章 岩浆岩的成分和分类
化学成分
矿物成分 化学成分与矿物成分的联系
分类命名
第一节 岩浆岩的化学成分
1.一般特点
化学成分是影响岩石矿物成分、结构构造的主要因素， 是岩石一切变化的内因；
元素含量有高有低， 主量元素（major elements) ＋ 微量元素(trace elements)；
英国岩石学家
作用 两种元素之间变化的关联 岩石系列划分
( Jung et al, 1998, Lithos )
方法 岩石系列样品的两个指 标在直角坐标系上的投点
( Ma et al, 1998, Lithos )
4. 成分变异图（举例）— （b）三维变异图
方法
作用 三种元素之间变化的关联 统计意义上的成因分类
占地球质量97％的 7 种元素及其相对含量
(An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter , Prentice Hall, 2001)
2. 控制因素－a地球的层圈和成分
氧化物比例 WB%
成分
（氧化物）
地幔
（Ringwoo d, 1975）
主量元素O、Si、Al、Ti、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、 H、P等，占整个火成岩总重量的 99.25%；一般含量 >0.1% 微量元素：含量（WB%）小于 0.1% （<1000 ppm)： Rb,Sr,Ba,Zr,Nb,Ta,Hf,La,Ce,Sm
2. 控制因素－a 地球的层圈和成分
( She et al, 2006, Chemical Geology )
4. 成分变异图（举例）— （c）标准化图解(微量元素)
稀土元素 球粒陨石 标准化
(Boynton, 1984)
方法 样品含量与标准化值的比值的对数 消除微量元素的奇偶效应 作用 微量元素、稀土元素的配分形式 某些特殊元素的富集或亏损
La Ce Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
2.50 7.50 7.30 2.63 1.02 3.68 0.00 4.57 0.00 3.00 0.00 3.00 0.46
18.00 42.00 20.00 3.90 1.18 3.60 0.56 3.50 0.76 2.20 0.32 2.00 0.33
Oceanic crust - MORB basalt Continental crust granite
e1 e2
2. 控制因素－b 地质过程
熔融
同化 混染
围岩 固结成岩
源区物质
岩浆
岩浆岩
岩浆 混合
结晶 分异
残余
岩浆的形成和分异过程（据 周新民）
3. 表示方法
主量元素 氧化物的质量百分数 (weight percentage of oxide) 举例 SiO2, Al2O3
微量元素 元素的质量 百万分数 (part per million of element mass) 举例 Zr, Hf, Y
单位 ( unit )
国内：WB% 国际：Wt %
单位 ( unit )
国内：μg/g 国际：ppm
4. 成分变异图（举例） （a）二维变异图
Alfred Harker (1859-1939)
1.基本矿物类型 d
分类原则 研究手段的差异
实际矿物(modal mineral, mode)： 从薄片或标本上统计出的岩石中实际出 现的矿物组成。
CIPW方法的四位美国学者
标准矿物(normative mineral, norm)：根据岩石的化学成分计算出的 矿物组成，例如，CIPW标准矿物。
Mineralogy (oxygen units, XFe3+ = 0.10) Quartz Feldspar Clinopyroxene Orthopyroxene Olivine Oxides 0.0 13.2 6.7 18.3 59.9 1.8 0.0 57.3 25.7 4.1 9.9 3.0 13.0 64.3 5.9 14.7 0.0 2.0
0.69 1.80 1.35 0.44 0.17 0.59 0.00 0.74 0.00 0.48 0.00 0.49 0.07
0.33 0.93 0.99 0.38 0.16 0.55 0.00 0.70 0.00 0.46 0.00 0.47 0.07
U, Th, Pb in ppb Th U Pb 120 47 300 5600 1400 12500 1,200 200 4,300 6100 1600 15000 10700 2,800 20,000 85 20 138 17 7 35
Trace Elements in ppm Ba Rb Sr Zr Nb Ta Hf Y Sc Cr Ni Co Cu Zn 13.8 0.6 90.0 74.0 2.0 0.0 2.0 28.0 38.0 1036.0 471.4 47.0 75.0 58.3 392.0 57.0 327.0 124.0 8.6 0.7 3.7 20.0 22.0 120.0 51.0 25.0 24.0 74.0 262.0 12.0 347.0 69.0 5.4 0.6 1.9 16.0 31.0 215.0 88.0 38.0 26.0 78.0 402.0 62.0 281.0 125.0 8.0 0.6 4.0 22.0 22.0 83.0 33.0 25.0 20.0 70.0 550.0 7.0 2.7 112.0 0.6 0.1 350.0 21.0 16.6 190.0 11.2 8.2 14.0 0.6 0.3 1.0 0.0 0.0 5.8 0.3 0.2 22.0 4.5 4.4 11.0 17.1 16.9 35.0 2520.0 2869.0 20.0 1860.0 2028.0 10.0 102.0 111.0 25.0 25.0 0.0 71.0 53.3 0.0