Question

火成岩的矿物成分

Answer 1

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。