岩石化学计算方法基础知识讲解之一

岩石化学计算方法基础知识讲解之一 ——岩浆岩的化学组成及主要造岩矿物的化学特征

许多地质工作者反映，对岩石化学计算方法的道理不好理解。其原因主要是许多讲述这些方法的文献没有对其有关原理没有说明。为此在讲述各种计算方法之前，有必要说明一下有关的道理和依据，弄清楚这些道理就很容易理解和掌握各种计算方法了。

因为岩石化学计算方法主要是用于解决和说明岩浆岩的化学及有关特征的，因而这里在论述有关内容时均以岩浆岩为主，只有在涉及其它类型岩石时，再做具体的说明。

众所周知，岩浆岩主要是由硅酸盐熔浆经冷却结晶作用所形成的。组成硅酸盐熔浆的主要化学成份是：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O等。这些组分在结晶作用中，按照其各自的晶体化学特征互相结合组成各种造岩矿物。

已知岩浆岩的主要造岩矿物可分如下两大类：

1、暗色矿物：以铁镁硅酸盐为主，包括杆栏石、辉石、角闪石、霓石等。 2、浅色矿物：以钾、钠、钙的铝硅酸盐为主。主要有钾长石，斜长石、石英、霞石、白榴石等。

所有矿物尽管各方面都有很多特点和性质，彼此也有很多差别，但在大多数情况下之所以做为一种矿物存在的最本质的因素则是其化学成分。正是这一内在的因素，决定了各种矿物间许多的不同特点和性质，现将各主要造岩矿物化学组成上的特点分述于后：

1、暗色（铁镁）矿物

（1）杆栏石：属岛状硅酸盐，为一类质同象系列矿物的总称。其化学通式为（Mg,Fe）2SiO4。其中铁镁可以任意比例混合形成相对应的各种杆栏石。如图

4所示（所标的百分数为镁杆栏石的含量）

Mg2SiO4 镁杆栏石 贵杆栏石 镁铁杆栏石 铁镁杆栏石 铁杆栏石 Fe2SiO4

100% 90 70 50 10 0

图4：杆栏石的种属划分

杆栏石在化学组成上的特点是： （i）为含铁、镁组分的简单硅酸盐；

（ii）其中的金属离子（Mg,Fe）与硅离子之比例关系为2：1。即每一个硅离子需要两个Mg或Fe或（Mg+Fe）离子相匹配。

（2）、辉石：属单链状硅酸盐，根据其成分及所属晶系，分为斜方辉石和单斜辉石两个亚族。

i斜方辉石：为一完全类质同象系列，其化学通式为（Mg,Fe）SiO3。 根据其铁、镁之间比例的不同又可分为三个种属，如图5所示。

顽火辉石 古铜辉石 紫苏辉石

100% 88 80 50 0 Mg2Si2O6 Fe2Si2O6

图5：斜方辉石的种属划分

其化学组成上的特点是：

金属离子（Mg,Fe）同硅酸离子之比例关系为1：1。这正是它同杆栏石的根本区别。即由杆栏石变为斜方辉石的主要特征是金属离子同硅离子的比由2：1变为1：1。

Ii单斜辉石：它主要包括如下两类：

（i）透辉石—钙铁辉石系，为一完全类质同象系列。化学通式为Ca（Mg,Fe）[Si2O6]，其种属的划分如图6所示。

透辉石 次透辉石 铁次透辉石 钙铁辉石

100% 90 50 10 0 CaMgSi2O6 CaFeSi2O6

图6透辉石—钙铁辉石的种属划分

其化学式组成的特点是：

a)、分子式中较斜方辉石增加了一个钙离子。

b)全部金属离子[Ca+（Mg,Fe）]同硅离子之比仍为1：1。

（ii）普通辉石：其化学通式为Ca（Mg,Fe,Al）[（Si,Al）2O6]，成分更复杂，种属划分困难。其化学组成特点是：

a、分子式中增加了不定量的Al3+，而且Al3+不仅可以取代硅氧四面体中的硅离子，还同时取代金属铁、镁离子。但它永远不取代Ca离子，故每个分子中仍必定有一个钙离子。

b、全部金属离子[Ca+（Mg,Fe,Al）]总数同Si（+Al）之比仍为1：1。 （3）角闪石：属双链硅酸盐。根据其化学成分及所属晶系不同，可以分为斜方闪石和单斜方闪石两大类。

i、斜方闪石：其化学通式为（Mg,Fe）7[Si4O11]2（OH）2，其化学组成特点是：比斜方辉石增加了2个（OH），同时金属离子（Mg,Fe）同Si之比由1：1变为7：8。

ii、单斜闪石：根据其化学成分的不同又可分为两类：

（i）透闪石—铁闪石类，化学通式为Ca2（Mg,Fe）5[（Si4O11]2（OH）2，其化学组成特点是：比透辉石—钙铁辉石增加了两个（OH），同时钙同（Mg,Fe）之比由1：1变为2：5，Ca+（Mg·Fe）:Si=7 : 8。

（ii）普通角闪石：化学通式为（Ca,Na）2-3（Mg,Fe,Al）（Si,Al）（OH）5[4O11]2

2。

其化学组成基本同普通辉石相似，只是增加了两个（OH），Ca同（Mg+Fe+Al）之比为2:5或3:5，且有时部分Ca可被Na取代。 （4）黑云母：属层状硅酸盐，其化学通式为：

K（Mg,Fe）3[AlSi3O10]（OH,F）2

其化学成分特点是：

i、金属阳离子除Mg、Fe外，必须有一个K离子，同时有1/4Si离子被Al所取代。

ii、K+（Mg，Fe）：Si+Al=1：1。

iii、挥发分除（OH）外，尚可有F离子取代（OH）。

综上所述，可以根据各类矿物在化学成分上的特点所反映的成因条件总结如下：

杆栏石：具有最高的金属离子：硅离子比值（2：1），故它是在非常贫硅的条件下形成的，辉石中的金属离子：硅离子=1：1，是在硅饱和的条件下形成的，而单斜辉石又是在有Ca参加下形成的。角闪石与辉石相比增加了（OH），反映了它是在有水蒸气，即在岩浆结晶晚期，在挥发组分参与下形成的。黑云母是在有K参加下形成的，即可能是挥发分中的K在温度逐渐冷却时开始参与矿物而形成的结果，同时挥发组分中的F也参加了结晶，反映其形成较角闪石更晚些。

上述各矿物之间在化学成分上的变化关系大体如下： + SiO2 +Ca

杆栏石 斜方辉石 单斜辉石 +OH- +OH-

斜方闪石 单斜闪石

+K、Al

黑云母 2、浅色（长英质）矿物：

（1）斜长石：为由Na[AlSi3O8]—Ca[AlSi2O8]所组成的连续类质同象系列，按其所含的钙长石（Ca[Al2Si2O8]）分子（An）和钠长石（Na[AlSi3O8]）分子（Ab）的相对含量可以划分为六个主要种属，如图7所示。

0 钙长石10 培长石 30 拉长石 50 中长石 70 奥长石 90 钠长石100?

An 100% 90 70 50 30 10 0

图7斜长石的种属划分

一般所称为的长石牌号，即是指斜长石中所含钙长石分子（An—Ca[Al2Si2O8]）的百分数量。其计算公式为：

An?An?100An?Ab 在岩石中，因Ca[Al2Si2O8]分子同Na[AlSi3O8]分子有着不同的意义，因而在岩石化学计算中需分别考虑，因此这里有必要弄清二者在组成上的差别和特点：

钙长石（Ca[Al2Si2O8]）分子在化学组成上的特点是： 原子比：Ca：Al：Si=1：2：2

分子比：CaO：Al2O3：SiO2=1：1：2

1其中的硅氧四面体有的硅离子被Al所置换。

2钠长石（Na[AlSi3O8]）分子在化学组成上的特点是： 原子比：Na：Al：Si=1：1：3

分子比：Na2O：Al2O3：SiO2=1：1：6

1其中的硅氧四面体只有的硅离子被Al所置换。

4 （2）钾长石：分子式为K[AlSi3O8]有时其中部分K+被Na+呈类质同象置换。原子比K：Al：Si=1：1：3，分子比K2O（+Na2O）：Al2O3：SiO2=1：1：6。

（3）霞石：分子式为Na[AlSiO4]，其中各成分原子比Na：Al：Si=1：1：1，分子比：Na2O：Al2O3：SiO2=1：1：2。

与钠长石相比SiO2少了2/3，为硅不饱和矿物，因而是在SiO2不足的情况下形成的钠铝硅酸盐矿物。

（4）白榴石：分子式为K[AlSi2O6]，其中各组分的原子比：K：Al：Si=1：1：2，分子比：K2O：Al2O3：SiO2=1：1：4。

与钾长石相比SiO2少1/3，为硅不饱和矿物。亦是在SiO2不足时生成的钾铝硅酸盐矿物。

（5）石英：分子式为SiO2。为游离的SiO2。是在SiO2过饱和的情况下形成的。

此外，在岩浆岩中还常见有霓石矿物，其分子式为NaFe[Si2O6]为一种钠铁硅酸盐，是在钠过剩而Al不足的情况下形成的。

总结上述，现将上述各矿物分子中组分的量比关系列表如下（表1）。

表1主要造岩矿物的化学组成及其间的量比关系

名 称 杆栏石 分 子 式 （Mg,Fe）2[SiO4] 分 子 比 （Mg,Fe）O：SiO2=2：1 原 子 比 （Mg,Fe）：Si=2：1 斜方辉石 透辉石— 钙铁辉石 普通辉石 斜方闪石 普通闪石 霓 石 黑云母 钙长石 钠长石 钾长石 霞 石 白榴石 （Mg,Fe）[SiO3] Ca（Mg,Fe）[Si2O6] Ca（Mg,Fe,Al）[（Si,Al）2O6] （Mg,Fe）7[Si8O22]（OH）2 （Mg,Fe）O：SiO2=1：1 CaO：（Mg,Fe）O：SiO2 =1：1；1 CaO：（Mg,Al）O：SiO2 =1：1；1 （Mg,Fe）O：SiO2=7：8 （Mg,Fe）：Si=1：1 Ca：（Mg,Fe）：Si =1：1：1 Ca：（Mg,Fe,Al）：Si =1：1：1 （Mg,Fe）：Si=7：8 Ca2Na（Mg,Fe）（Al,Fe）[（Si,Al）CaO：Na2O：（Mg,,Fe）O：（Al,Fe）Ca：Na:（Mg,Fe）：（Al,Fe）：Si 4OHF）2 SiO2=1:0.5:4:1:4 =2：1：4：1：4 4O11]（2O3：NaFeSi2O6 K（Mg,Fe）3[AlSi3O10]（OH,F）2 Ca[Al2Si2O8] Na[AlSi3O8] K[AlSi3O8] Na[AlSiO4] K[AlSi2O6] Na2O：Fe2O3：SiO2 =1：1：2 K2O：（Mg,Fe）O：SiO2=1：6：6 CaO：Al2O3：SiO2=1：1：2 Na2O：Al2O3：SiO2=1：1：6 K2O：Al2O3：SiO2=1：1：6 Na2O：Al2O3：SiO2=1：1：2 K2O：Al2O3：SiO2=1：1：4 Na：Fe3+：Si=1：1：2 K：（Mg,Fe）：Si=1：3：3 Ca：Al：Si=1：2：2 Na：Al：Si=1：1：3 K：Al：Si=1：1：3 Na：Al：Si=1：1：1 K：Al：Si=1：1：2

斜方辉石 透辉石— 钙铁辉石 普通辉石 斜方闪石 普通闪石 霓 石 黑云母 钙长石 钠长石 钾长石 霞 石 白榴石 （Mg,Fe）[SiO3] Ca（Mg,Fe）[Si2O6] Ca（Mg,Fe,Al）[（Si,Al）2O6] （Mg,Fe）7[Si8O22]（OH）2 （Mg,Fe）O：SiO2=1：1 CaO：（Mg,Fe）O：SiO2 =1：1；1 CaO：（Mg,Al）O：SiO2 =1：1；1 （Mg,Fe）O：SiO2=7：8 （Mg,Fe）：Si=1：1 Ca：（Mg,Fe）：Si =1：1：1 Ca：（Mg,Fe,Al）：Si =1：1：1 （Mg,Fe）：Si=7：8 Ca2Na（Mg,Fe）（Al,Fe）[（Si,Al）CaO：Na2O：（Mg,,Fe）O：（Al,Fe）Ca：Na:（Mg,Fe）：（Al,Fe）：Si 4OHF）2 SiO2=1:0.5:4:1:4 =2：1：4：1：4 4O11]（2O3：NaFeSi2O6 K（Mg,Fe）3[AlSi3O10]（OH,F）2 Ca[Al2Si2O8] Na[AlSi3O8] K[AlSi3O8] Na[AlSiO4] K[AlSi2O6] Na2O：Fe2O3：SiO2 =1：1：2 K2O：（Mg,Fe）O：SiO2=1：6：6 CaO：Al2O3：SiO2=1：1：2 Na2O：Al2O3：SiO2=1：1：6 K2O：Al2O3：SiO2=1：1：6 Na2O：Al2O3：SiO2=1：1：2 K2O：Al2O3：SiO2=1：1：4 Na：Fe3+：Si=1：1：2 K：（Mg,Fe）：Si=1：3：3 Ca：Al：Si=1：2：2 Na：Al：Si=1：1：3 K：Al：Si=1：1：3 Na：Al：Si=1：1：1 K：Al：Si=1：1：2

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