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1、第二章 常量元素与成矿环境研究,第一节 常用的岩石化学指数,在岩石化学研究中，岩石化学指数或参数或比值或它们的联合等，常用来解决岩系(或系列)的划分、成分的演化、成因以及与含矿性的关系等。岩石化学指数、参数已有很多，这里介绍几种常用的岩石化学参数。,一、组合指数(),里特曼指数： (Na2O+K2O)2(SiO2-43) (式中氧化物为质量百分数)值大，表示碱性程度强。一般来说，一个火山岩组合，其值大致相等，因此又称为“组合指数”。,图上的放射线1、1.8、3是值等值钱；L、F粗的曲线为世界上六个典型火山岩组合的变化曲线，这六个变化曲线收敛于SiO243和Na2O+K2O0处，上述求组合指数的
2、公式中分母的43数字就是从此而来。,二、钙碱指数(CA),针对一套有成因联系的岩石的一组样品。,三、碱度率(AR),赖特(1969)认为，SiO242及70的岩石，用划分碱度的精度较差；碱度不仅与SiO2和全碱有关，而且与Al2O3和CaO也有关。因此，他提议用碱度率来研究岩系的碱性程度，碱度率(AR)的计算公式为：ARAl2O3+CaO+(Na2O+K2O) / Al2O2+CaO-(Na2O+K2O) (B),四、分异指数(DI),依据岩浆分异理论，硅酸盐岩浆分异作用向着富集SiO2-NaAlSi3O8-KAlSi3O8残余岩浆方向演化，即向着愈来愈富含碱铝硅酸盐方向演化。鲍文指出，残余的
3、 SiO2-NaAlSi3O8-KAlSi3O8系统可能包括六种CIPW标准矿物：石英、正长石、钠长石、霞石、白榴石和六方钾霞石。Thornton和Tuttle（1960）将这六种标准矿物质量百分数之和叫作分异系数（DL）。 DI 反映岩浆分异程度和基性度。,五、固结指数(SI),岩浆在分异结晶过程中SiO2是逐渐增高的，但也不完全如此。而MgO则不同，任何类型岩浆都是向MgO降低的方向演化的，且比SiO2的变化更加显著。因此，久野（1957）等认为使用反映MgO变化的固结指数研究玄武岩演化比用SiO2更好一些。固结指数表示为：SIMgO100/(MgO +FeO +Fe2O3 +Na2O +
4、K2O) (B)应用氧化物lgSI图解能反映岩浆演化的性质和规律。,六、长英指数（FL）和镁铁指数（MF）,岩浆分异结晶时，镁铁组分（橄榄石和辉石等）较早从岩浆中分离，残余熔体向富集长英质方向演化。长英指数和镁铁指数计算公式为：长英指数(FL)100(Na2O+K2O) / (Na2O + K2O +CaO)(B)镁铁指数(MF)100( Fe2O3+FeO) / (Fe2O3+ FeO+MgO) (B)无论长英指数还是镁铁指数，它们的值都随着岩浆结晶分异而趋于增大。,七、拉森指数(LI),拉森指数(LI) ： LI(SiO2/3)+ K2O-(CaO+MgO+FeO*)(B)其中FeO*Fe
5、O+0.9 Fe2O3+MnO。拉森指数是岩石酸度的一个指标，其值可正可负。正值表示岩石酸度高，负值表示基性度高。以拉森指数为横坐标，以各种氧化物为纵坐标构成的图解可以用来研究岩浆演化和岩系类型。,诺克斯（1953）对拉森指数修改为：LI(1/3Si+K)-(Ca+Mg)(原子数)，并以LI为横坐标，稀有元素为纵坐标作图，研究岩浆分异过程中稀有元素的变化趋势，还可以用于区分正、负变质岩。,八、氧化度(OX)及氧化率(OX),氧化度： OXFe3+(Fe3+Fe2+Mn)(原子数)氧化率：OX=FeO/ (FeO+Fe2O3) （质量%）,九、镁铁比值(MF、mf),索波列夫于1959年提出用M
6、/F（镁铁比值）来研究基性、超基性岩的分类和含矿性。计算公式为： M/F=MgO/(FeO+2Fe2O3+MnO+NiO) (氧化物为分子数)计算M/F时，首先必须扣除形成铬尖晶石的Mg和Fe之后再行计算。,吴利仁(1963)在研究我国基性、超基性岩的成矿专属性时，也提出了镁铁比值公式：m/f=(Mg2+Ni2+)/(Fe2+Fe3+Mn) (原子数比值)根据m/f比值，将基性-超基性岩分成以下五类，并对应不同的成矿专属性。镁质超基性岩 m/f6.5铁质超基性岩 6.52富铁质超基性岩 20.5铁质基性岩 20.5富铁质基性岩 0.50,十、结晶指数(CI),结晶指数用来度量岩浆或岩石的演化程
7、度。上面提到的分异指数的侧重点是研究岩浆结晶的最终残余物特征，而结晶指数则侧重于结晶作用的开始阶段的岩石化学特征，其计算公式： CI(An+Di+Fo+Sp)其中：An钙长石标准矿物 Di镁透辉石2.157003EnDi。EnDi是标准矿物透辉石中的En Fo标准矿物镁橄揽石+换算成镁橄揽石的顽火辉石标准矿物Fo+0.700837EnHyEnHy为紫苏辉石中的顽火辉石标准矿物。 Sp镁尖晶石。,第二节 标准矿物计算,一、CIPW标准矿物计算l902年英国学者克劳斯(Cross)、伊丁斯(Iddlngs)、皮尔逊(Pirsson)和华盛顿(Washington)四人提出一种岩石化学标准矿物计算法
8、，取四人姓的第一个字母表示，所以叫CIPW标准矿物计算法。以后约翰森(1931)等进行过修改，1974年Kelsey进一步完善了该方法。 这种计算法除了用于岩石分类命名外，把标准矿物投影到图上可以分析岩石形成的物理化学条件及岩石成因问题。,(一)方法原理,岩石氧化物质量百分数氧化物分子数然后按照一定的顺序将其分子数依一定的规律结合成若干理想成分的标准矿物标准矿物分子数标准矿物质量百分数。“标准矿物”与实际矿物之间有差别，但是把它作为一个统一的对比标准研究岩石学问题是非常有用的。,标准矿物分为两类：SiO2饱和矿物，如钾长石、钠长石、钙长石、辉石等；SiO2不饱和矿物，如霞石、白榴石、钾霞石、橄
9、榄石等。岩石中SiO2饱和程度不同，计算方法也略有不同。,(二)计算步骤,在计算之前必须对硅酸盐分析值进行校正和调整。 1将各氧化物质量百分数换算成分子数。 2把次要氧化物并入性质相似的主量氧化物中。把MnO分子数归入FeO分子数中。BaO和SrO分子数归入CaO分子数中。 3将微量组分结合成副矿物(注意：后边的每一步计算所用的氧化物分子数都是经过前边计算之后剩余的数)。,4. 造岩矿物计算（分子数）5将标准矿物分子数换算为标准矿物质量百分数,（三）检查计算结果,由上述步骤可知，不同岩石类型及相同岩石类型而SiO2饱和度不同时，其标准矿物组合不同（除副矿物外）。,第三节 Niggli岩石化学特
10、征值及变质建造原岩恢复,此方法是瑞士岩石学家Niggli于1919年提出来的。它主要用于变质岩。近年来在变质岩原岩恢复方面又出现不少新的图解，其中不少使用本方法的参数。要了解这些新图解的含义，必须掌握尼格里岩石化学计算法。,(一)原理,根据主要氧化物(除SiO2以外)在造岩矿物中结合的特征，将其分子数合并为四个参数(c、al、fm、alk)，作为岩石基本化学特征的对比依据。fm代表暗色组分，alk代表碱质组分。为便于作图和对比，需把这四个主要参数换算为百分比，分别用c、al、fm、alk表示，并在等边四面体内投影以表征岩石基本化学特征。另外，还用一些补充参数表示岩石次一级的化学特征。SiO2虽
11、然是极重要的氧化物，但它的数值比四个主要参数大得多，不便于放在系统内，因此，把它作为独立参数来考虑。,(二)计算步骤,1将氧化物质量百分数换算为分子数并扩大1000倍。2计算主要参数及cfm alAl2O3+Cr2O3 (分子数和) fmFeO+2 Fe2O3+MnO+MgO+NiO (分子数和) cCaO+BaO+SrO (分子数和) alkK2O+Na2O+Li2O (分子数和)令al+c+fm+alk，那么al=100al/，c100c/，alk100alk/，fm100fm/.c/fmc/fm.,3计算补充参数(si、ti、h、p、k、mg、o、t、qz)si100SiO2/，ti10
12、0TiO2，h100H2O，p100P2O2/；kK2O/ alk ，mgMgO/ fm ，o2Fe2O3/ fm ；tal(alk+c)，它等于氧化铝分子总数与形成长石所需氧化铝分子数之差；qzsi -si，它代表岩石中SiO2的分子数(si)与形成各种饱和硅酸盐矿物所需要的SiO2分子数和(si)之差，si 的计算： 正常类型(alkalalk + c）：si 100+4alk 铝过饱和类型(alalk + c)：si100+ alk，当al50时，si 100+4 alk +0.5t. 碱过饱和类型：si 100+ alk +3al,尼格里实践证实，qz12SiO2过饱和的岩石，岩石中含
13、有石英或潜在的石英(未晶出)；qz-12SiO2不饱和岩石，岩石中含橄榄石或似长石；Qz=12SiO2饱和的岩石。,(三)作图法,选用等边四面体作图，四个角顶分别代表四个主要参数al、alk、c、fm。在四面体内投点很不便。Niggli提出一种方法，在四面体的c - fm棱上等距离选10个点，通过每个点和四面体alalk棱构成10个切面，每个切面都是一个三角形(图24)。这十个切面可展开成五对具alalk公共边的三角形(图25)。每个切面的编号及cfm比值范围如下：,I切面：00.11； ：0.110.25；：0.250.43； IV：0.430.67；V：0.671.00； ：1.001.5
14、0；：1.502.30； ：2.304.0；：4.09.0； X：9.0以上。,Niggli四面体图严格说，这些三角形都是等腰三角形，但与等边三角形极相近，可以用等边三角形代替它。三角形的顶点分别为al、alk和c+fm。尼格里根据大量岩浆岩及沉积岩的岩石化学资料圈定了沉积岩和岩浆岩的范围，用以恢复变质岩的原岩。,第四节 常量元素用于火成岩分类,一、全碱-硅图解(TAS) Cox等(1979)演示了TAS图解的用途，说明了选择SiO2和Na2O + K2O作为分类基础是具有充分的理论依据的。图3.1是根据Le Maitre等(1989)用2400新鲜火山岩的分析数据绘制的，原始数据中每个岩石均
15、有自己的名称。将相邻岩石重叠最小的边界定义为不同岩石分布区域的界线。,二、利用Ab-An-Or图解划分花岗岩,Ab-An-Or图解能够用于进行标准矿物石英大于10的长英质岩石的分类。 它主要用于侵入岩的分类。这个分类的长石的成分是按照Barth-Niggli阳离子标准矿物计算法计算的 。,三、R1-R2图解(De la Roche等，1980),Dela Roche和LeTerrier(1973)提出了根据阳离子数(千阳离子数)进行火山岩和侵入岩的分类方案。这个图解对干侵入岩特别有用。用投影参数R1和R2进行投影，构筑双变量图解。R1作为x轴，按下式计算： R14Si11(Ka+K)2(Fe+
16、Ti)其中，Fe代表全铁。R2作为y轴，按下式计算： R2(Al+2Mg+6Ca),虽然参数R1和R2没有直观的成因含义，也很难看出它们和岩石的矿物成分之间存在什么联系，但是它们确实能够反映不同类型岩石之间的数值差别。,第五节 常量元素用于成岩成矿构造环境,一、适用于基性火成岩的判别图解利用主要元素的判别图解没有微量元素那么成功，因为MORB、后弧盆地拉斑玄武岩和火山弧玄武岩之间的主要元素化学出现广泛的重叠(Perfit等，1980)。这是因为存在大量可能的因素控制元素浓度，而在实际的研究工作中我们所建立的判别图解很难体现所有这些控制因素。因此，也很难识别哪些元素是完全不活泼的，或者不受晶体分
17、离作用影响。,1、F1-F2-F3图解(JAPearce，1976),F1+0.0088SiO2-0.774TiO2 +0.0102A12O3 +0.0066FeO -0.0017MgO-0.0143CaO -0.0155Na2O -0.0007K2O F2-0.0130 SiO2 -0.0185 TiO2 -0.0129 A12O3-0.0134FeO -0.0300MgO -0.0204CaO -0.0481 Na2O -0.0715 K2OF3=-0.2210 SiO2-0.0532 TiO2-0.0361 A12O3-0.0016FeO-0.0310MgO-0.0237CaO-0.06
18、14 Na2O -0.0289 K2O,2、MgO-FeO-A12O3图解(TH Pearce等，1977),适用于SiO2范围为51wt56wt的火成岩石，即亚碱性玄武岩相玄武质安山岩(分析数据需重新换算成干的，即剔除挥发份后再换算成100) 。Pearce等(1977)发现用MgO、A12O3和FeO(全铁换算成FeO)能够判别以下大地构造环境：大洋脊和洋底玄武岩(MORB)、大洋岛玄武岩、大陆玄武岩、火山弧和活动大陆边缘玄武岩(按Pearce等的术语是造山的玄武岩)、扩张中心岛玄武岩(如Iceland，Galapagos)。图5.20：,3TiO2-K2O-P2O5图解(THPearce
19、等，1975),该判别图解的主要优点就在于能够区分大洋和大陆玄武岩。Pearce等(1975)在一个经验性的研究中，发现在TiO2- K2O-P2O5三角形图解中(图5.21)可以用条直线边界把大洋玄武岩与非大洋玄武岩分开。他们的大洋玄武岩分布区包括MORB和大洋岛的地盾形成阶段。大陆玄武岩的分布区成功地从6个试验性数据组中正确地划分出4个，尽管Duncon(1987)发现Karoo火成岩区大陆泛流玄武岩常常被错误地划分。,4MnO-TiO2-P2O5图解(Mullen，1983),SiO2含量为45wt54wt的玄武岩和玄武安山岩，按其MnO、TiO2和P2O5含量可以进一步划分为洋脊玄武岩
20、、大洋岛拉斑玄武岩、大洋岛碱性玄武岩、岛弧玄武岩和钙碱性玄武岩(Mullen，1983)。元素Mn、Ti和P相对不活泼，对绿片岩相的温度范围的热液过程不敏感，尽管在碳酸盐质岩石中Mn-Ti-P关系被认为是不可靠的。,2、花岗岩构造环境R1-R2因子判别图解(Bechelor等，1985),R1和R2因子不仅可以用来进行火成岩的分类，还可以用来判别岩石形成时的构造背景。可以将岩石形成环境分为七种：(1)地幔分异产物：(2)板块碰撞前；(3)碰撞后隆起，(4)造山晚期；(5)非造山；(6)同碰撞；(7)造山后。这幅图解的优点在于充分考虑到岩石化学的总体特征，涉及的化学元素有八个。对一般的火成岩来说这八个元素的氧化物占总量的95wt以上。,再见,
