二、岩浆岩的矿物成分
岩浆岩的矿物成分,对于了解岩石的化学成分、生成条件,以及岩石成因都有重大的意义。同时它也是岩浆岩分类和鉴别的主要依据。组成岩浆岩的矿物,常见的不过20几种,这些构成岩石的矿物通称为造岩矿物。
(一)、硅铝矿物和铁镁矿物
常见造岩矿物根据其化学成分可分为两类: 1、硅铝矿物
SiO2和Al2O3含量较高,不含铁镁。如石英、长石类及似长石类,这些矿物颜色均较浅,所以又叫浅色矿物。 2、铁镁矿物
FeO与MgO含量较高,SiO2含量较低,如橄榄石、辉石类、角闪石类及黑云母类等,这些矿物颜色一般较深,所以又叫暗色矿物。
岩浆岩中暗色矿物的百分含量通常称为“色率”。也就是暗色矿物和浅色矿物在岩石中的比例,它是岩浆岩鉴定和分类的重要标志之一。
浅色岩:习惯上把花岗岩、正长岩等浅色矿物占优势的岩石称为浅色岩,其色率在0~30之间。 暗色岩:色率在60~100,以暗色矿物占优势的岩石称为暗色岩,如橄榄岩、辉长岩等。 根据色率可以粗略判断岩石的成分和酸性程度。 (二)、主要矿物、次要矿物、副矿物
按矿物在岩浆岩中的含量和在岩浆岩分类中的作用,可分为以下三类: 1、主要矿物
在岩石中含量众多,对于确定岩石名称是不可缺少的,在分类命名上起主要作用。如石英、钾长石是花岗岩的主要矿物,有石英是正长岩,没有钾长石是石英岩或脉石英。 2、次要矿物
在岩石中含量次于主要矿物,对于划分岩石大类不起主要作用,但对确定岩石种属起一定作用的那些矿物,如闪长岩中的石英,含量约2%,没有石英也叫闪长岩,当石英>5%,则叫石英闪长岩,它对岩石大类不起命名作用,是确定岩石种属的矿物。 3、副矿物
含量很少,常小于1%,个别情况可达5%,在一般的分类命名中均不起作用。如磁铁矿、钛铁矿、锆石、磷灰石等。但它们对于了解一个岩体的形成条件,对比不同岩体,确定岩体时代以及研究稀散元素有重要意义。
(三)、岩浆岩矿物的成因类型
按矿物形成阶段及形成时的物理化学条件划分 1、原生岩浆矿物
这是在岩浆冷凝过程中形成的矿物,按成因特点又可分为以下三类: 正常矿物:是直接从岩浆中结晶出来而且在岩石形成过程中稳定的矿物。
残余矿物和反应矿物:矿物从岩浆中析出后,因温度、压力、成分等发生变化,使这些矿物受到部分熔蚀、
反应或分解,其中尚未遭受变化的残余部分叫残余矿物,已经受反应,分解而形成的新矿物称反应矿物。如橄榄石的辉石反应边。 2、成岩矿物
在岩浆完全结晶后,由于外界物理化学条件的变化(主要是温度和压力的降低),使原生岩浆矿物发生转变而新形成的矿物叫成岩矿物。如透长石→正长石,α石英—β石英。 3、岩浆期后矿物
在岩浆已基本上凝固成固体的岩石后,由于受残余挥发分和岩浆期后溶液作用而生成岩浆期后矿物。它们往往交代原生矿物或充填在矿物的孔隙及晶洞中。 4、它生矿物
它们是由于岩浆同化了围岩和捕虏体所引起的,这类矿物的形成反映了岩浆中外来组分的参与。如富铝矿物红柱石、堇青石、矽线石就是岩浆同化了富铝围岩的产物。 5、外生矿物
岩浆岩受外营力,如地表风化形成的矿物,也称表生矿物。如绢云母、高岭石。岩浆期后矿物,尤其是一些自变质矿物常常与外生矿物难以区分,镜下无法区分时,统称为次生矿物。 (四)、矿物共生组合的规律及其与化学成分的关系 岩浆岩中的矿物组合,主要决定于岩浆岩的化学成分 1、SiO2含量对矿物共生组合的影响
石英是硅酸盐熔体中游离的SiO2结晶的产物,石英的出现表示岩浆岩中SiO2含量过剩,因此,石英是岩浆岩中SiO2过饱和的指示矿物。
镁橄榄石的出现是岩浆中SiO2不足(不饱和)的表现,岩浆岩中镁橄榄石和石英是不能共生的矿物。因为在岩浆中存在下列反应式:
Mg2SiO4 + SiO2(1557℃) → 2MgSiO3 镁橄榄石 (液相) 顽火辉石?
与上述原理类似,由于岩浆中存在下列反应过程: NaAlSiO4 + 2SiO2 → NaAlSi3O8 霞石 (液相) (钠长石)
KAlSiO4 + 2SiO2 → KAlSi3O8 白榴石 (液相) (正长石)?
因此,霞石、白榴石(统称为似长石类矿物)等似长石类矿物是和石英不能共生的矿物。 硅酸饱和或饱和矿物:在岩浆岩中,凡是可以与石英共生的矿物称饱和矿物。 硅酸不饱和或不饱和矿物:在岩浆岩中,凡是不可以与石英共生的矿物称不饱和矿物。
根据SiO2饱和状态,可将岩浆岩分为:过饱和(含石英)岩石,饱和岩石(不含石英,也不含不饱和矿物),不饱和岩石(含不饱和矿物)三大类。
各类岩浆岩的主要成分及其含量绘于下图中,从图中可以很容易地查出各类岩浆岩中的共生矿物及其含量。例如花岗岩有五种共生矿物:钾长石约50%,石英约25%,酸性斜长石约14%,黑云母约5%,角闪石4%。 随着SiO2含量的增加,岩石中浅色矿物含量增加,而随岩石中FeO、MgO含量升高,则暗色矿物的含量增高,可划分出下列六种典型组合:
(1)、橄榄石—辉石组合:相当于超基性岩,钙、铁、镁多而硅少,且贫碱,故构成大量铁镁暗色矿物(橄榄石—辉石等),不出现石英和长石。
(2)、基性斜长石—辉石组合:相当于基性岩,Al2O3和CaO多,FeO、MgO和SiO2均较充分,主要形成基性斜长石和辉石,二者近于1:1,不出现石英。
(3)、中性斜长石—角闪石组合:相当于中性岩,Na2O和K2O略有增加,Al2O3、SiO2、CaO、FeO、MgO均较充分,主要形成中性斜长石、角闪石、黑云母,可能出现少量石英和钾长石,浅色矿物同暗色矿物之比约2:1。
(4)、石英—钾长石—酸性斜长石组合:相当于酸性岩,Na2O、K2O和SiO2含量高,FeO、MgO和CaO含量低,因而大量出现石英、钾长石、酸性斜长石等浅色矿物,暗色矿物很少,浅色矿物同暗色矿物之比一般大于十比一。
(5)、钾长石—黑云母—角闪石组合:该组合按SiO2含量相当于中性岩,Na2O和K2O多,FeO和MgO低,因而大量出现钾长石。
(6)、霞石—钾长石组合:按SiO2含量较接近于基性岩(SiO2平均为53.36%),Na2O和K2O含量高,所以出现霞石,因Na2O过多,故常出现碱性暗色矿物。 2、碱质含量对矿物共生组合的影响
在岩浆岩中,碱质含量一般随SiO2含量的增加而增加,但在SiO2含量相同的岩石中,有些岩石K2O+Na2O含量偏高,就会形成富含碱质的岩石。通常根据岩石中SiO2及K2O+Na2O含量以及里特曼指数,可将岩石划分为:钙碱性系列(σ<3.3)、碱性系列(σ=3.3~9)、过碱性系列(σ>9),其矿物共生组合特点如下表所列: 里特曼指数:也称组合指数,是用以反映岩浆岩组合及岩浆岩岩石碱性特征的参数,由里特曼1957年提出,其表达式为:σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43),其中,K2O、Na2O、SiO2均为氧化物重量百分数。 3、Al2O3含量对岩浆岩矿物成分的影响
Al2O3含量对铝硅酸盐矿物的种属有很大关系,类似于SiO2饱和的概念,也有Al2O3饱和度的概念。通常根据Al2O3与CaO、K2O、Na2O分子数的相对值,及在矿物成分上的反映,可将岩浆岩划分为四种类型:
(1)、过铝质岩石:Al2O3>(CaO+K2O+Na2O),特征矿物是白云母、黄玉、电气石、锰铝—铁铝榴石、刚玉、红柱石或矽线石。
(2)、亚铝质岩石:Al2O3≈(Na2O+K2O),主要含铝矿物是长石和似长石。
(4)、过碱质岩石:Al2O3<(Na2O+K2O),Al2O3 第三章 岩浆岩的结构构造 岩浆岩的结构(Texture):是指组成岩石的矿物的结晶程度,颗粒大小,晶体形态,自形程度和矿物间(包括玻璃)相互关系。 岩浆岩的构造(Structure):是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其它组成部分之间的排列、充填方式等。 一、岩浆岩的结构: (一)、岩浆岩的结晶程度 1、全晶质结构 岩石全部由已结晶的矿物组成。多见于深成侵入岩中,说明岩石结晶条件好,缓慢结晶的产物。 2、玻璃质结构 岩石几乎全部由未结晶的火山玻璃所组成。多见于火山岩中,是快速冷凝结晶的产物。 3、半晶质结构 岩石由部分晶体和部分玻璃质组成。多见于浅成岩和火山岩中。 雏晶结构:玻璃质是一种未结晶的、不稳定状态下的固态物质,随着地质时代的增长,玻璃质将逐渐脱玻化,转化为结晶物质,在脱玻化初期,形成一些颗粒极细的结晶物质,称为雏晶。如果岩石主要由雏晶组成,则其结构称雏晶结构。 霏细结构:脱玻化达到一定程度时,可形成极细的、它形的长英质矿物颗粒的隐晶质集合体,但颗粒间界线模糊,形状不规则,称霏细结构。 球粒结构:脱玻化可形成球粒,它由中心向外呈放射状生长的长英质纤维构成的球状生成物,也可呈扇状、束状等。岩石中有球粒组成时,则其结构称为球粒结构。如果外形似球状,但其成分不是长英质,而是辉石和斜长石,则称球颗结构。前者多见于中酸性、酸性岩石中,后者则出现在基性火山岩中。 (二)、岩石中矿物的颗粒大小 1、显晶质结构 肉眼观察时基本上能分辨矿物颗粒者;显晶质结构按矿物颗粒绝对大小又分为: (1)、粗粒结构:矿物直径>5mm (2)、中粒结构:晶粒直径在2~5mm之间 (3)、细粒结构:2~0.2mm (4)、微粒结构:<0.2mm 2、隐晶质结构 矿物颗粒很细,肉眼无法分辨出矿物颗粒者。如果在显微镜下可以看清矿物颗粒者,称显微晶质结构;如果镜下只有偏光反映,而无法分辨矿物颗粒者,称显微隐晶质结构。 根据矿物颗粒的相对大小可划分为三种结构类型: (1)、等粒结构:岩石中不同种主要矿物颗粒大小大致相等。 (2)、不等粒结构:岩石中不同种主要矿物颗粒大小不等。 (3)、斑状及似斑状结构:岩石中所有矿物颗粒可分为大小截然不同的两群,大的称为斑晶,小的称为基质,其中没有中等大小的颗粒,这点可与不等粒结构相区别。斑状与似斑状结构的区别是:如果基质为隐晶质及玻璃质,则称斑状结构;如果基质为显晶质,则称似斑状结构。 熔蚀结构和暗化边结构:深部结晶的斑晶在随岩浆上升过程中,由于物化条件的改变,而产生熔蚀,形成浑园状、港湾状形态,称熔蚀结构;而含挥发分的斑晶在上升过程中常发生分解,在晶体边缘形成铁质分解氧化形成的磁铁矿等不透明矿物细粒集合体,称暗化边结构。 (三)、岩石中矿物的自形程度 1、自形晶结构 岩石主要由自形晶组成。 2、它形晶结构 岩石主要由它形晶组成。 3、半自形晶结构 岩石主要由半自形晶组成。 (四)、岩石中矿物颗粒间的相互关系 1、交生结构 两种矿物互相穿插有规律地生长在一起。如文象结构、蠕虫结构及条纹结构等。 (1)、文象结构:许多石英往往呈一定的外形(如尖棱形、象形文字形等),有规律地镶嵌在钾长石中。 (2)、条纹结构:钾长石和斜长石有规律的交生。它可以是固溶体分解而成,也可以是交代成因的。斜长石在钾长石中呈条纹称正条纹长石,反之称反条纹长石。 (3)、蠕虫结构:许多细小的形似蠕虫状的石英穿插生长在长石中。成因有三种:共结蠕虫、交代蠕虫、分解蠕虫。 2、反应边结构 早生成的矿物与熔浆发生反应,当这种反应不彻底时,在早生成的矿物外圈,形成另一种成分完全不同的新矿物,完全或局部包围早结晶的矿物,这种结构称反应边结构。如橄榄石的辉石反应边,单斜辉石的角闪石反应边。如果这种“反应边”是由次生交代作用形成的,则称次变边结构,它是变质岩中的常见结构。 3、环带结构 与反应边结构类似,不同的是反应生成矿物与被反应矿物同属一类矿物,仅端元成分及光性方位有差异,因而呈现为环带状特征。 4、包含结构 较大的矿物颗粒中包含有许多较小的矿物颗粒,称为包含嵌晶结构。如果大的辉石或橄榄石中包含许多自形柱状的斜长石晶体,称嵌晶含长结构。 5、填隙(间)结构 斜长石微晶所组成的间隙内,充填有辉石等暗色矿物,以及隐晶质、玻璃质等。 ? 其它特殊结构将在各章节中介绍。 (五)、岩浆岩结构与岩浆冷凝条件的关系 一般来说,矿物都是在过冷区域,即低于其熔点若干度的条件下结晶的,如果冷却缓慢,过冷度小,有充分的时间结晶,则结晶较好;如果冷却迅速,过冷度大,来不及结晶,则结晶不好或形成玻璃。 1、岩浆在地壳深部,冷却缓慢情况下,结晶作用主要发生在a区,晶体生长速度大于形成结晶中心的速度,因此,围绕少数结晶中心晶体迅速生长,形成较大的晶体,构成岩石的粗粒结构。 2、岩浆在地壳浅部,冷却较快的情况下,结晶作用主要发生在b区,形成结晶中心的速度大于晶体生长速度,围绕大量结晶中心形成大量的细小晶体,构成岩石的细粒结构。 3、岩浆喷出地表或很近地表,在冷却很快的条件下,结晶作用在c区,形成结晶中心及晶体生长速度都大为减弱,但前者仍大于后者,结晶中心非常多,晶体生长速度接近于零,结晶能力很弱,形成微晶结构,隐晶质结构、霏细结构或半晶质结构。 4、冷却极快的情况下,凝固作用主要发生在d区,几乎不形成结晶中心,更谈不上晶体生长,因而形成玻璃质结构。 二、矿物结晶顺序的确定 矿物结晶顺序的研究,对解决岩浆岩的成因及岩浆岩生成后的变化都有一定的意义。