火成岩的矿物成分有哪些？

火成岩的矿物成分~

火成岩中的矿物成分受控于岩浆的化学成分和结晶条件，它不仅是岩石分类命名的主要依据，而且是理解岩石的化学成分、岩石成因和成矿作用的基础。
（一）火成岩矿物的类型
1.根据矿物形成与岩浆作用的关系划分
根据矿物形成与岩浆作用的关系，可划分为原生矿物、岩浆期后矿物和岩浆期前矿物三类。
◎原生矿物（primary mineral）：直接从岩浆中结晶而成的矿物，如角闪石、长石等。原生矿物内部成分和结构的变化是岩浆成分演变、形成条件和岩浆房内部过程变化的记录。
根据形成环境的不同，原生矿物又可分为高温型和低温型。一般来说，火山岩中的为高温型，深成岩中的为低温型。由于火山岩所处的高过冷度、淬火、低压、脱气、脱水和氧化条件，在快速晶出过程中，就出现高温石英（β－石英）、透长石、歪长石、高温斜长石、六方钾霞石、白榴石、易变辉石、黄长石等高温型矿物；由于冷凝快，矿物内部和矿物之间未完全达到平衡，可保留矿物环带，甚至有反应边、暗化边等结构特征。不仅斜长石可以出现环带，甚至组分扩散较快的镁铁质矿物也可出现成分环带。低温型矿物是岩浆侵入到深部的条件下，过冷度小、高压、缓慢冷却条件下结晶的产物，如出现低温石英（α－石英）、正长石、微斜长石、低温斜长石、斜方辉石等矿物，由于有较充分的时间实现成分交换，矿物的不平衡现象较少，环带不发育。
在岩浆结晶和冷凝过程中，由于所处的物理化学条件（温度、压力）的变化，原生矿物的状态会发生转变。例如，温度降低时，高温石英会变为低温的α－石英，透长石会转变为正长石，某些固溶体矿物因混溶程度降低而分解，如钾长石分解为条纹长石。
◎岩浆期后矿物（post－magmatic mineral）：是在岩浆完全结晶后形成的矿物。岩浆期后矿物可分两大类，一是充填于气孔和岩脉中的热液矿物（hydrothermal mineral），例如，气孔中充填的沸石；二是由于氧化、水化等作用而取代原生矿物的次生矿物（secondarymineral），例如，由辉石、角闪石或黑云母转变而来的绿泥石、纤闪石。原生矿物向次生矿物转化的方向是，从高温到低温，从还原到氧化，从缺少流体到富含流体的矿物转变。与成矿关系密切的蚀变作用，就是产生次生矿物的过程。值得注意的是，有些岩石的原生矿物已经难以辨认，但根据矿物之间特有的转换关系，以及次生矿物类型来推断原生矿物的类型。例如，玄武岩中的橄榄石在低温、氧化和水化条件下转变成伊丁石（硅酸盐与Fe、Mg氧化物的混合物）。次生矿物与原生矿物之间，不是等化学的转变，涉及组分的带出带入。因此，次生矿物的形成会改变岩石的化学成分。根据原生与次生矿物组合、矿物间的结构关系，可以推断矿物的转变过程、流体的性质与演化。
◎岩浆期前矿物（pre－magmatic mineral）：也可称为他生矿物。是来自岩浆系统以外、在岩浆结晶之前就已形成的矿物，例如，直接来自地下深部的捕虏晶（xenocryst）；部分可能是岩浆与围岩或捕虏体反应而成的矿物，例如，很多起源于变质沉积岩的过铝质花岗岩类岩石中，有时能见到形态浑圆的锆石，其年龄比岩浆结晶年龄老，这样的锆石就是从岩浆源区继承下来的矿物（称为继承锆石或残留锆石）。他生矿物的识别，对于认识岩浆与围岩的相互作用和鉴别深部物质组成具有重要意义。
2.根据原生矿物的相对含量划分
根据原生矿物的相对含量（体积分数），可划分为主要矿物、次要矿物和副矿物三类：
◎主要矿物（essential mineral）：指在岩石中含量高，并在确定岩石大类名称上起主要作用的矿物（图3－1）。例如，花岗岩的主要矿物是石英、钾长石和斜长石，如果缺少石英和斜长石，岩石为正长岩类；缺少石英和钾长石则为闪长岩类。

图3－1 常见火成岩的主要矿物组成（据Washington＆Adams，1951，修改）

◎次要矿物（subordinate mineral）：含量小于主要矿物，可用它来进一步确定岩石的种属。例如，闪长岩中若存在次要矿物黑云母，可称为黑云母闪长岩。
◎副矿物（accessory mineral）：含量很少（一般＜1％），如花岗岩中的锆石、磷灰石、绿帘石（岩浆成因的）、电气石、榍石、堇青石等。如果某些副矿物的存在对划分岩石单元、确定岩石形成条件和含矿性有指示意义，也可以将副矿物名称作为前缀加在基本的岩石名称之前，如绿帘石花岗闪长岩。
主要矿物、次要矿物和副矿物是构成岩石的主要组分，称为造岩矿物（rock－formingmineral）。应该注意的是，某个矿物在一种岩石中属于主要矿物，在另外一种岩石中可能是次要矿物，而在其他的岩石中甚至是副矿物。
造岩矿物一般都是原生矿物，但有些副矿物可能属于他生矿物。在岩相学观察中，除了要描述主要矿物、次要矿物和副矿物外，还要注意观察其中的岩浆期后矿物的类型、特征和含量。
此外，有些矿物对划分岩石类型具有标型意义，称为特征矿物（characteristic mineral），如过铝质花岗岩中的堇青石、石榴子石等。
3.根据研究手段的差异划分
根据研究手段的差异，划分为实际矿物和标准矿物。
◎实际矿物（modal mineral，mode）：在薄片或手标本上统计出的岩石中实际出现的矿物组成。
◎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（见第四章）。
4.按照实际矿物的种类划分
按照实际矿物的种类，分为长英质矿物和镁铁质矿物。
◎长英质矿物（felsic mineral）：是长石（碱性长石、斜长石）、似长石、石英、白云母等的总称。由于这些矿物的颜色较浅，所以也称浅色矿物或淡色矿物。
◎镁铁质矿物（mafic mineral）：是橄榄石、辉石（单斜辉石、斜方辉石）、角闪石、黑云母和不透明矿物等的总称。这类矿物的颜色一般较深，所以又称暗色矿物。镁铁质矿物在岩石中的体积百分含量称为色率（color index）。色率是肉眼鉴定侵入岩的重要标志，例如，可根据色率将火成岩划分为以下几种：超镁铁质岩，色率＞90；镁铁质岩，色率为50～90；中性岩，色率为15～50；长英质岩，色率＜15（详见第四章）。
5.根据标准矿物的化学成分划分
根据标准矿物的化学成分，分为硅铝矿物和铁镁矿物。
◎硅铝矿物（salic mineral）：这类标准矿物组分中SiO2和Al2O3含量高，FeO和 MgO等组分含量很低，包括石英、长石、似长石。由一种或多种硅铝矿物（标准矿物）作为主要组分的岩石就叫做硅铝质岩石。
◎铁镁矿物（femic mineral）：这类标准矿物的FeO和MgO含量高，SiO2含量较低，包括橄榄石、辉石等。由一种或多种铁镁矿物（标准矿物）作为主要组分的岩石就叫做铁镁质岩石。
（二）火成岩的常见造岩矿物
火成岩中的造岩矿物主要是Mg、Fe、Ca、Na、K的硅酸盐、铝硅酸盐，Fe、Ti氧化物，以及石英及其同质多象变体。常见矿物有20多种，其中，在岩石分类命名中起重要作用的矿物包括石英族、长石族、似长石族、橄榄石族、辉石族、角闪石族和云母族。表3－1列举了火成岩中主要造岩矿物的名称、成分和产状特征。
表3－1 火成岩的主要造岩矿物


续表


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注：(1)矿物名称缩写据Whitney ＆Evans（2010）。（据Blatt et al.，2005；Hughes，1982，略修改）
（三）实际矿物的含量分析
实际矿物含量分析就是从岩石薄片或手标本中直接统计出每种矿物的体积分数。统计方法有多种，包括面积法、直线法、光电扫描自动计积法和目估法等，每种方法的精确度和准确度有所不同。
面积法、直线法以及光电扫描自动计积法虽然较为精确，但比较耗时费力，有的需要依赖仪器设备。在通常的鉴定中，可以采用目估法，粗略估计岩石标本或薄片中矿物的含量。
手标本上估计矿物含量时，要选择有代表性的部位，先估计整个岩石中浅色矿物与暗色矿物的比例，然后再细分暗色矿物各种属和浅色矿物各种属的相对含量。需要注意的是，由于颗粒越小，岩石的颜色就越暗淡，初学者对颗粒细小的岩石，往往将暗色矿物的含量估计过高。
显微镜下对矿物含量的估测，须事先准备一套矿物含量对比图。先观察某种矿物所有颗粒，同时与对比图相对比，估计其百分含量。一个视域估测完后，移动薄片，在另一视域再进行同样的估测。当矿物分布均匀时，只用少数几个视域即可，若矿物分布不均匀，则须多统计一些视域，甚至几个薄片，最后计算各种矿物的平均含量。目估法虽较为粗略，但应用却很广泛。在实际工作中，只要勤学多练，经过多次实践后，目估矿物含量也可达到一定精度。有经验的地质人员估计的矿物百分含量，误差不超过5％。
有人尝试利用计算机软件确定实际矿物的含量。为确保计算机能够准确识别矿物，最好先将矿物颗粒数字化，然后运用图像分析软件确定单个矿物颗粒的面积，如NIH Image，Adobe Photoshop等软件。

火成岩中常见的矿物约20余种，称为造岩矿物；而其中最主要的、对岩石分类起重要作用的矿物，不超过10种，称为主要造岩矿物，即橄榄石族、辉石族、角闪石族、云母族、长石族、石英和似长石? 似长石和副长石英文为同一词，本书统一用似长石。（霞石、白榴石等）。这些造岩矿物不但是火成岩分类和鉴定的基础，而且其组合及其变化，也是分析岩石成因的主要依据之一。

在岩石鉴定工作中，人们常从不同的角度，将造岩矿物分成几种类型，如根据矿物的化学成分划分为铁镁矿物和硅铝矿物；根据矿物在火成岩中的含量及其在岩石分类中起的作用，分为主要矿物、次要矿物和副矿物；根据矿物在火成岩中的成因类型则分为原生矿物和次生矿物等。

1.铁镁矿物和硅铝矿物铁镁矿物 MgO、FeO的质量分数较高，而SiO2 较低。其中包括橄榄石族、辉石族、角闪石族、黑云母等，其颜色较深，通常称暗色矿物。

硅铝矿物 SiO2和Al2O3质量分数较高，不含镁、铁。其中包括石英、长石族（钾钠长石亚族、斜长石亚族）、似长石（霞石、白榴石等），这些矿物颜色浅，通常称浅色矿物。

暗色矿物和浅色矿物在火成岩中的比例，是火成岩鉴定和分类的重要标志之一。暗色矿物在火成岩中的百分含量通常称“色率”或颜色指数（color index），用M′表示。在IUGS分类中根据M′可将岩石分为：浅色岩（0～35）、中色岩（35～65）、暗色岩（65～90）和超镁铁质岩（90～100）。这里的M′是指上述的铁镁（暗色）矿物而不包括白云母、磷灰石、原生碳酸盐矿物、金属矿物等（详见IUGS分类一节）。

2.主要矿物、次要矿物和副矿物主要矿物 含量多，在岩石分类中起主要作用的矿物，如石英和碱性长石是花岗岩的主要矿物；又如橄榄石或辉石是超镁铁质岩的主要矿物。

次要矿物 含量次于主要矿物，对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。如石英在闪长岩中可以出现，但量不多，为次要矿物，该岩石命名时称含石英闪长岩或石英闪长岩。

副矿物 含量很少，一般＜1%，常见的如磷灰石、磁铁矿、榍石、锆石等。副矿物一般不参与命名。

3.原生矿物和次生矿物原生矿物 岩浆冷凝过程中形成的矿物。根据生成环境，又进一步分为高温型（见于火山岩）和低温型。岩浆完全结晶后，由于物理化学条件（温度、压力）的变化，使原生矿物发生转变而新生成的矿物叫成岩矿物，如高温β-石英转变为低温α-石英；透长石转变为正长石等；又如钾钠长石分解成条纹长石。其中的α-石英、正长石、条纹长石称为成岩矿物。

次生矿物 为岩浆期后矿物，岩浆固结成岩后，由于残余挥发分和岩浆期后热液流体的作用（蚀变、交代作用）而形成的矿物。它往往交代原生矿物或充填于裂隙、孔洞中。次生矿物包括气成矿物（如电气石、萤石、黄玉）和蚀变矿物，如斜长石蚀变为钠长石、黝帘石集合体（称钠黝帘石化）；橄榄石蚀变为蛇纹石（蛇纹石化）；黑云母蚀变为绿泥石（绿泥石化）等。需注意次生矿物与表生矿物的区别，后者仅出现于风化带内。

4.矿物共生组合及其与化学成分的关系火成岩中的矿物共生有一定的规律性，此规律性除决定于矿物形成时的温度、压力条件外，主要决定于岩石的化学成分，其中最主要的是SiO2，其次为K2O、Na2O的质量分数。

（1）SiO2的质量分数 在火成岩中SiO2与其他金属氧化物结合，可形成各类硅酸盐矿物，当SiO2质量分数过剩时，SiO2就会在硅酸盐熔体中游离出来而结晶形成石英，因此，石英的出现表明该火成岩中的SiO2过饱和。当SiO2质量分数不足（不饱和）时，有两种情况，若熔浆成分富镁铁，岩石中就会出现镁橄榄石，它与石英不共生，因为镁橄榄石形成后，熔浆中有多余的SiO2时，其二者会反应形成顽火辉石：

因此，我们在薄片中常会见到橄榄石周围产生的斜方辉石反应边；若熔浆成分富钾钠，岩石中就会生成霞石或白榴石，它们与石英也不共生，因为霞石或白榴石形成后，熔浆中有多余的SiO2时，其二者会与SiO2（液相）反应，分别形成钠长石和正长石：

将霞石、白榴石等这些与石英不共生的、富K、Na的硅酸盐矿物统称似长石（IUGS分类中称副长石）。

火成岩中凡可以与石英共生的矿物称SiO2饱和矿物（或硅酸饱和矿物），如辉石族、角闪石族、长石族、云母族等；凡不与石英共生的矿物称SiO2不饱和矿物（或硅酸不饱和矿物），如上述的似长石、镁橄榄石和黄长石、黑榴石等。

正如上节所指出的，火成岩中各主要氧化物随SiO2质量分数的变化而有规律地变化。因此，从超基性岩到酸性岩，随SiO2质量分数的增加，暗色矿物由多到少，且种类由橄榄石、辉石到角闪石、黑云母；浅色矿物则由少（或无）到多，且种类由富Ca向富Na、K、Si的方向变化，如图1-1所示。

（2）碱质含量 主要为Na2O、K2O的质量分数，根据二者与SiO2之间的关系，里特曼（1957）曾提出一个表示岩石碱性程度的公式

称为里特曼指数（组合指数）。当σ＜3.3时，称钙碱性系列；σ=3.3～9时，称碱性系列；σ＞9时，称过碱性系列。不同系列的岩石，其矿物组合特点不同：

过碱性系列岩石中，常出现的浅色矿物为碱性长石（钠长石、歪长石、正长石、微斜长石等）和似长石而不含石英。常见的暗色矿物是碱性暗色矿物，如富钠的霓石、霓辉石、钠闪石、钠铁闪石、红钠闪石、棕闪石和富钛的辉石等，而不见斜方辉石。此外，黑榴石在该系列岩石中为常见矿物。

碱性系列岩石中，经常见到的矿物为碱性长石和碱性暗色矿物，除钠长石外的其他斜长石以及石英或似长石（注意后二者不共生！）可以出现，但量不多，黑榴石较常见。

钙碱性系列岩石中，不出现似长石、黑榴石，也不见碱性暗色矿物，辉石类矿物主要为普通辉石、透辉石和斜方辉石等，角闪石类矿物则以普通角闪石为主。

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