组成岩石的化学元素

组成岩石矿物成分

不同的火成岩中浅色矿物和暗色矿物的种类和含量的变化是有规律的，根据色率把火成岩分为4类：

浅色岩

色率0-35；中色岩

色率35-65；深色岩

色率65-90；暗深色岩

色率90-100

岩石的化学成分

岩浆岩主要是由硅酸盐矿物组成，二氧化硅是最主要的组分，据其含量可将火成岩划分为：

超基性岩

SiO2

＜45%；基性岩

SiO2

45～52%

中性岩

SiO2

52～65%；酸性岩

SiO2

＞65%

岩石的产出方式

根据其产出环境分为深成岩，浅成岩和喷出岩。深成岩常具全晶质结构，喷出岩多为玻璃质或隐晶质。

定量矿物成分

橄榄石(Mg, Fe)2SiO4 斜方辉石(Mg, Fe)SiO3

单斜辉石 (Ca, Mg, Fe)2(Si, Al)2O6

角闪石(Ca, Na)2-3(Mg, Fe, Al)5(Si, Al)8O22(OH, F)2

黑云母K2(Mg, Fe, Al, Ti)6(Si, Al)8O20(OH, F)4

白云母 K2Al4(Si, Al)8O20(OH, F)4

斜长石(Na, Ca)(Si, Al)4O8

钾长石KAlSi3O8

（一）变质岩的化学成分

变质岩是早先已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩）遭受变质作用的产物，因此其化学成分一方面与原岩有密切关系，同时又和变质作用的特点有关。

由于变质原岩的种类繁多，所以变质岩化学成分的含量变化比较复杂。一般情况下，虽然变质岩仍由SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、CaO、K2O、Na2O、P2O5等氧化物组成，但与岩浆岩、沉积岩相比，变质岩化学成分含量变化范围大。

原岩的化学组成在变质作用的过程中是否发生变化，是变质作用和变质成矿作用理论研究的一个重要问题。从这一角度可以把变质作用划分为两类：等化学变质作用和异化学变质作用。

等化学变质情况下，变质岩化学成分（除H2O和CO2外）取决于原岩的化学成分，根据变质岩化学成分可以恢复原岩类型。一般说，来源于岩浆岩的正变质岩与来源于沉积岩的副变质岩在化学成分（wB）上有如下区别：

1）SiO2：正变质岩34%～80%，副变质岩（大理岩）0～95%以上（变质燧石岩）。

2）Al2O3：正变质岩不超过40%，副变质岩可高达90%以上（刚玉岩）。

3）Fe2O3+FeO：正变质岩一般﹤15%，副变质岩可高达30%以上（富铁岩）。

4）MnO：正变质岩含量少（﹤2%），副变质岩可高达20%以上（富锰岩）。

5）CaO：正变质岩不超过23%，但富钙副变质岩则常见，可达50%以上。

6）K2O+Na2O：正变质岩中K2O/Na2O﹤1的情况常见，副变质岩则经常K2O/Na2O﹥1以上。

7）P2O5：正变质岩中很少超过3%，副变质岩可﹥10%，甚至达40%（磷灰岩）。

在变质岩的分类研究中，岩石的物质成分是基础。对一般变质岩，多数学者都很重视等化学系列和等物理系列的划分。等化学系列是指具有同一原始化学成分的所有岩石，其中矿物组合不同是由变质作用类型和强度决定的。如基性岩石在区域变质条件下，随着变质程度增加，出现绿片岩、绿帘角闪岩、角闪岩、斜长石-辉石麻粒岩，构成一个等化学系列；泥质岩则出现板岩、千枚岩、片岩、片麻岩系列。等物理系列是指同一变质条件下形成的所有岩石，其矿物组合的不同是由原岩化学成分决定的，如一个变质相或变质带的岩石。

（二）变质岩化学类型的划分

Tumer（1955）提出一个简明的等化学分类，将常见的变质岩划分为5个化学类型。

1）泥质变质岩：来源于泥质沉积物。

2）长英质变质岩：来源包括变质的砂岩、硅质凝灰岩和中酸性岩浆岩。

3）钙质变质岩：来源于灰岩和白云岩（可含石英、粘土矿物等杂质）等钙质沉积物。

4）基性变质岩：由基件岩浆岩、凝灰岩及含显著数量的Ca、Al、Fe、Mg的不纯泥灰质沉积物转变而来的变质岩。

5）镁质变质岩：来源于超基性岩浆岩和绿泥石质及其他富含Mg、Fe的沉积物。

除上述5个常见的化学类型外，尚存在硅质、铝质、铁质、锰质、磷质、炭质等6个特殊类型。它们是一些较少见的副变质岩石，以某个元素特别富集为特征。

五大类常见变质岩石中，以泥质和基性岩石对温压条件变化最敏感，矿物组合随p-T条件变化快，富钙和镁质岩石对p-T变化亦较敏感，长英质岩石则是对温压变化不敏感的岩石。因而，变质带、变质相的划分以泥质和基性变质岩矿物组合为标志。

大理石化学成分：碳酸钙 其他成分碳酸镁，二氧化硅等

方解石化学成分：碳酸钙 其他成分铁锰铅镁钡钴等

云母化学成分： 铝硅酸盐 金属离子钾镁铁锂等

辉石化学成分： 硅酸盐 其他成分铁钙镁钠铝锌锰等

玄武石化学成分：硅酸盐，二氧化硅，主要金属离子镁钙铁锂锌钠等

你所问的问题是地质学研究的问题，在通常划分的三个类别的岩石中（火成岩、沉积岩、变质岩），化学成分是以复合态存在的，最普遍的无机盐类物质就是硅酸盐，也就是硅酸根和金属离子化合而成的物质，比如硅酸镁、硅酸铝、硅酸钙等等，我们平时常见的石灰岩和砂石的主要成分则是碳酸盐（主要是碳酸钙）和二氧化硅。岩石的组成成分非常复杂，不是一两段话可以完整表述，否则，它也不会单独成为一个学科。如果你对岩石分类感兴趣，可以到地质学的资料中查阅学习，对于了解地质演化和生物进化也有不小的帮助。我中学的时候对岩石也产生过不小的兴趣，后来的学习奠定了地理学、地质学、古生物学、古脊椎动物学和古植物学的基础，所以，如果真有兴趣，提倡进行系统的学习。

地壳中存在的所有元素在岩浆岩中几乎都有发现，但最主要的是O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti、Mn、P、H等12种元素;它们占地壳总质量的99%以上，称为主要造岩元素。因岩浆岩的化学成分常用这些元素的氧化物质量分数来表示，因此常用造岩氧化物来表示岩石的成分。据统计，造岩氧化物的含量在不同的岩浆岩中变化很大，如表1－2、表1－3所示。

表1－2 岩浆岩的化学成分及含量变化

表1－3 中国各岩浆岩的平均化学成分(wB/%)

括号内的数值为统计样品数。 (据黎彤等，1963)

从上述两表可以看出，绝大多数岩浆岩以SiO2含量为最多，其次为Al2O3，它们的变化通常反映了岩浆岩的化学性质并影响矿物成分。因此，在研究岩浆岩时，常依据SiO2含量，将岩浆岩划分为不同的类型，即SiO2含量<45%，为超基性岩，45%～52%，为基性岩，52%～66%，为中性岩，>66%，为酸性岩。

岩浆岩中的主要造岩氧化物含量变化是有规律的，从图1－1和表1－3中可以看出，从超基性岩至酸性岩，随着SiO2增加，FeO、MgO逐渐减少，K2O、Na2O渐显增加，CaO和Al2O3由超基性的纯橄榄岩至基性的辉长岩增加较大，随后向中性的闪长岩、酸性的花岗岩则减少。

岩浆岩中除主要和次要造岩氧化物以外，常有一些含量甚微的元素(总量<1)，称为微量元素(trace elements)，如:Li、Be、Nb、Ta、Sr、U、Th、Zr、Hf、Rb、Cs、Pb、Zn、Sn等。这些元素虽然量微，但在有利条件下可富集成矿，有的可用以研究岩浆岩的成因，所以具有重要的意义。

岩浆岩中还常含有微量的稀土元素(REE)，即元素周期表中的镧系元素和Y，共16种元素;它们又可分为轻稀土(即铈族元素)及重稀土(即钇族元家)。稀土元素赋存于岩石中而且不易遭受后期变化，所以常用作研究岩浆的起源、演化和岩浆岩成因。常应用的稀土元素特征值包括稀土元素总量(∑REE)、轻稀土(LREE)和重稀土(HREE)及其比值、铕异常值(Eu/Eu)、球粒陨石标准化值(岩石/球粒陨石)(图1－2)以及其他一些比值，不同成因的岩石，这些值和比值有很大的差异。

对岩浆岩中同位素组成的研究也已引起广泛重视，同位素丰度值及其变化规律可以有效解决岩浆岩的形成时代，判断岩浆的起源、演化和岩浆岩的成因等问题。应用研究较多的有18O/16O、87Sr/86Sr、34S/32S、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb等。

图1－1 侵入岩SiO2与其他氧化物之间的关系

图1－2 不同岩浆岩的稀土元素配分型式(据CJAllegre等，1978)