岩浆岩的化学成分

如题所述

1.主量元素

地球化学研究资料表明,地壳中所有的元素,几乎在岩浆岩中都存在,只不过其含量不同,含量最多的是0、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等元素。这些元素常称为主量元素(major element)或常量元素、主要元素,其总量占岩浆岩总质量的98%以上,其次为P、H、N、C、Mn等。氧的含量最高,占岩浆岩质量的46%以上。岩浆岩的化学成分,常常以氧化物的质量分数来表示(wB,%),岩浆岩中主量元素的含量一般大于0.1%。

根据大量统计资料,岩浆岩的平均化学成分如表1-2所示。岩浆岩主要由SiO2、A1203、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O和H2O等九种氧化物组成,占岩浆岩总质量的98%以上,其含量变化范围是:SiO2为34%~75%,少数可达80%; A12O3为10%~20%,在纯橄岩中较低;MgO为1%~45%,CaO为0~10%,在某些基性岩中(如高铝玄武岩)可达16%以上,铁的氧化物的变化范围为1%~10%,其中FeO一般高于Fe2O3,Na20一般岩石含量为0~10%,在某些纯霞石岩中可高达20%; K2O在白榴岩中可高达20%,但一般岩石中其含量不大于10%,且常低于Na2O的含量。H2O的含量在正常岩浆岩中一般不高于2%,大于2%者常是次生变化所引起的。

表1-2 典型岩浆岩的平均化学成分和矿物成分(%)

续表

(引自Best,2003)

SiO2是最重要的一种氧化物,它是反映岩浆性质和直接影响岩浆岩矿物成分变化的主要因素。因此,根据SiO2的含量,将岩浆岩划分为四大类:

超基性岩类(SiO2<45%)

基性岩类(SiO245%~53%)

中性岩类(SiO253%~66%)

酸性岩类(SiO2>66%)

岩石的酸性程度就是指SiO2含量高低,SiO2含量高,称岩石的酸性程度高、基性程度低;反之称为酸性程度低、基性程度高。岩浆岩中各种氧化物之间的关系十分密切,显示出有规律的变化(图1-2)。可以看出,随着SiO2含量的增加,各种氧化物的含量作有规律的变化:①随着SiO2含量的增加,FeO和MgO逐渐减少,而K2O、Na2O则渐趋增加;②CaO和Al2O3在纯橄岩中含量很低,但在辉石岩、辉长岩中则随SiO2含量的增加而增加,尤其后者更为显著,而后随着SiO2含量的增加又逐渐降低。上述的变化规律与岩石的矿物组成也是统一的。此外,岩石中SiO2含量的多少也称为岩石中SiO2饱和度,其高低决定了岩石的矿物组合特征(见后续介绍)。

全碱含量(Na2O+K2O)是另一重要的含量指标。为衡量碱度与SiO2含量之间的关系,引入了表示岩石碱性程度高低的里特曼指数(Rittmann index,σ):

图1-2 钙碱性岩石中主要氧化物含量随SiO2含量变化图

(据邱家骧,1985)

岩石学(第二版)

以上计算中直接带入分析测试获得的某一岩石的主量元素的结果,去掉百分号直接带入计算,需注意SiO2含量<43%的超基性岩石不进行此计算。按照获得的σ的大小,划分出岩石碱性高低的三个系列,分别是钙碱性岩系列(σ<3.3)、碱性岩系列(σ=3.3~9)和过碱性岩系列(σ>9)。这三个岩石系列对应着不同的矿物组合。

此外,主量元素中Al2O3的含量也具有重要意义,控制了含Al2O3矿物的共生组合关系。

2.微量元素和同位素

岩浆岩中除含有上述的主量元素外,还含有许多微量元素,也称痕量元素(trace element)。一般微量元素的含量很低,常用单位为ppm或者10-6。微量元素有多种分类方法。例如,一般分为微量元素(Li、Rb、Cs、V、Co、Ni、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta等)和稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y)。按照元素在岩浆作用中选择性行为,又可以分为相容元素(compatible element,优先进入矿物相)和不相容元素(incompatible element,优先进入部分熔融的熔体中)。在矿床学研究中可以分为高温成矿元素、金属成矿元素、铂族元素等。

在岩浆岩中这些微量元素可以通过各种地质作用富集成矿,如与钠质酸性岩、碱性岩有关的Li、Be、Rb、Cs、Y、Ti、Zr、Ce和F等;与一定化学类型的超基性岩关系密切的有Cr、Ni、Co、Pt等贵金属元素;与花岗伟晶岩关系十分密切的稀有放射性元素如Nb、Ta、Zr、Hf、Th、U等。

此外,岩浆岩中还含有多种放射性同位素(radioactive isotope)和稳定同位素(stable isotope),它们与微量元素一起作为地球化学研究的主要对象,用以研究岩浆的形成、演化过程,探索岩石源区的特征和岩石成因,应用放射性同位素进行定年和地球化学示踪等,在后续的地球化学等课程中会有更多的介绍。

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