《高等地球化学》之主量元素地球化学

一、地球化学数据的获得

1、常量元素：

湿化学分析法（Wet Chemistry） X射线荧光光谱（XRF） 电子探针（EMPA） 2、微量元素：

X射线荧光光谱(XRF)：主量元素和Rb，Sr，Ba，Zr，Nb，Y，Sc，V，Cr，

Co，Ni，Ga，Zn，(La，Ce，Nd，Sm)

中子活化分析(INAA)：Sc，Cr，Co，Ni，REE，noblemetal，Hf，Ta 等离子光谱(ICP-AES)：大多数主量元素和微量元素，(Hf，Ta，Pb，Th，U) 等离子光谱质谱(ICP-MS)：绝大多数微量元素 离子探针(IMPA)：大部分微量元素 3、送样前的准备：

（1）送样分析的目的要明确，为什么要做这些分析？（2）分析方法选择，了解不同方法的适用范围，分析精度；（3）样品的选择，新鲜，均匀，有代表性；（4）样品的处理，避免污染；

（5）样品重量，碎样和送样重量，与样品的结构，分析的元素和方法相关；（6）样品的系统和统一，主量、微量元素、矿物探针分析、同位素等应配套；

二、岩石主量元素（Major elements）

1、主量元素是指在任何岩石中都占绝对多量的元素，实际上是地壳以及岩石圈地幔中丰度最高的那些元素，通常包括Si，Ti，Al，Fe，Mn，Mg，Ca，Na，。上述9K，P这9个元素（的氧化物形式），有时还包括H（H2O）和C（CO2）个元素一般以氧化物形式表示。对绝大多数岩石来说（不包括矿石和矿化岩石）这些元素氧化物的总和大约是100%（wt%）。因此，对不含挥发份的岩石，岩石样品主量元素氧化物的总和可以作为判别此分析结果和方法可靠性的指标。一般

要求误差不大于1%；

2、Fe有三价和二价之分，分别以Fe2O3，FeO表示。常用的化学分析法（或称湿分析）可以区分Fe3+和Fe2+，但XRF方法无法分辨Fe3+和Fe2+，这时常以Fe2O3(total)，Fe2O3t或FeO(total)，FeOt表示；

3、如果岩石中含有较多的含水矿物，如黑云母，角闪石或白云母，特别是蚀变强烈的岩石（含大量粘土矿物和碳酸盐矿物），则岩石的总量将会低于99%，这时往往用烧失量(LOI)或直接分析H2O+、H2Oˉ、F和CO2的含量来补充。 H2O+、H2Oˉ分别表示结构水或结晶水和吸附水或层间水，后者通常在110℃以下便失去。这样氧化物 + 烧失量或氧化物 + H2O和CO2的含量应在100%左右。如果总和误差超过1%（<99%或>101%），且不知原因，则此分析值一般不适用；

4、实际上全岩的化学成分是由它们所含的矿物组成所决定的（除了火山岩中所含的玻璃），或者说，全岩的化学成分决定了岩石中可能出现的矿物组合；

5、熟悉常见的造岩矿物和它们的成分；

6、大多数矿物存在类质同相的置换，如olivine，clinopyroxene，orthopyroxene，spinel，plagioclase，biotite，garnet，amphibole，alkalinefeldspar，chlorite，epidote-zonsoite。因此实际出现的矿物成分要复杂得多；

7、相同的化学成分的全岩可以形成不同的矿物组合，如玄武质化学组成的原岩在不同变质条件下可以形成绿片岩、斜长角闪岩、二辉麻粒岩和榴辉岩等。

8、对于岩浆岩来说，全岩的化学成分（即岩浆的成分）严格地限定了岩石中的矿物组合，因为岩浆是在大致相同的高温低压下结晶的，其演化和结晶基本上按照Bowen的反应系列演化。这也就是CIPW标准矿物计算的基础(mineralcompositions，compositionsofvariedrocks)。

三、CIPW标准矿物计算

CIPW标准矿物计算是根据岩石的化学分析结果计算出岩石中的矿物组成。此方法是目前最常用的矿物计算方法。由美国的三位岩石学家Cross，Iddings和Pirrson以及一位地球化学家Washington (1903)共同设计，为纪念他们的贡献就以他们姓名的第一个字母组合CIPW表示该计算方法。

Norm (标准矿物)is a calculated “idealized”mineralogy Modal （实际矿物）is the volume % of minerals seen

1、CIPW标准矿物计算方法和步骤

1.氧化物重量百分数除以分子量，得到分子数

2. 将MnO加到FeO中，作为一个整体，因为Mn≒Fe易成类质同象置换 3. 用3.33倍P2O5的CaO与P2O5形成磷灰石

4. 如果FeO>TiO2，用等量的FeO和TiO2形成钛铁矿；如果FeO< TiO2，过量的TiO2和相同量的CaO先形成榍石（在形成钙长石后）；如果仍有过量的TiO2，就形成金红石

5. 用与K2O等量的Al2O3与其（K2O）结合形成正长石

6. 剩余的Al2O3与等量的Na2O形成钠长石；若Al2O3不足，则进行(10) 7. 如果仍有Al2O3剩余，则与等量的CaO形成钙长石 8. 还有Al2O3多余，形成刚玉

9. 如果CaO与Al2O3形成钙长石后有CaO剩余，形成透辉石中的硅灰石 10. 多于Al2O3的Na2O用以形成锥辉石；这时无An，Fe2O3与Na2O结合 11. 如果Fe2O3> Na2O，则剩余的Fe2O3与FeO结合形成磁铁矿

12. 如果与FeO形成磁铁矿后，仍有Fe2O3剩余，则剩余部分形成赤铁矿 13. 将MgO与剩余的FeO计算出他们的相对比例

14. 计算钙长石(7)后剩余的CaO和等量的(FeO+MgO)形成透辉石 15. 如果有CaO剩余，则形成硅灰石 16. 如果是FeO+MgO剩余，则构成紫苏辉石

17. 按照前面所述的分子式比例把SiO2分配到榍石、锥辉石、正长石、钠长石、钙长石、透辉石、硅灰石或紫苏辉石中 18. 剩余的SiO2形成石英

19.如果SiO2不足(17)，就将形成紫苏辉石的SiO2扣除，这时有剩余，就按照以下方程将其分配到紫苏辉石和橄榄石中：x = 2S-M，y = M-x，x是紫苏辉石的分子数，y是橄榄石的分子数，M是可用的(FeO+ MgO)的数值，S是可用的SiO2数值。如果SiO2没有达到(FeO+MgO)的一半，则(FeO+MgO)都形成橄榄石。不足的SiO2，是把榍石中的SiO2释放出来，CaO和TiO2计算成钙钛矿

20. 如果SiO2仍不足，将从钠长石中扣除，使其转化为霞石。x =（S-2N）/4，

y = N-x，x是钠长石的分子数，y是霞石的分子数，N是可用的Na2O，S是可用的SiO2数值

21. 如果(20)的SiO2没有Na2O的两倍，则Na2O都形成霞石。不足的SiO2是通过将部分正长石转变为白榴石而获得

22. 用标准矿物分子数乘以其分子量获得最后的标准矿物重量百分数 2、CIPW计算的应用

（1）CIPW计算出的矿物是理想的（标准的），与实际矿物(modal mineral) 肯定

存在差异；

（2）矿物种类，如在花岗岩中常见的角闪石和黑云母也无法计算。因此，CIPW

计算较适用于中基性以下的岩石，故多用于火山岩中的矿物估计，对花岗质岩石可用的是对长英质矿物的评价；

（3）矿物成分，自然界多数矿物存在类质同象置换，如在透辉石中有少量Al2O3，

Na2O；

（4）CIPW计算也不涉及岩石的结构，故不能简单用于岩石的命名； （5）以实际矿物统计为准，CIPW计算为辅主量元素化学成分的利用；

四、主量元素化学成分的利用

1、分类：

岩石的分类命名 岩石系列的划分

不同花岗岩类的主量元素 2、追踪成岩过程

3、岩石形成构造背景的判别