火成岩的物质成分

火成岩的物质成分是火成岩的最基本特征，它既是火成岩分类命名的基本依据，也是研究岩浆起源、生成和演化的重要手段。

一、火成岩的化学成分

研究表明，地壳中的所有元素在火成岩中都有出现，但含量差别很大。根据元素在火成岩中的含量和地球化学意义，将其划分为主要元素、微量元素和同位素。

(一)主要元素

组成火成岩的元素有很多种，但以O、Si、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、Ti、P、H等12种元素为主，并以O元素含量最高，达45%以上。这12种元素的总和占火成岩总质量的99%以上，称为主要造岩元素。在研究火成岩时，不是以元素的形式表示其化学成分，而是以氧化物的形式表示，即SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、H2O。这些氧化物在火成岩中的含量通常大于01%，称为主要造岩氧化物(表2－1)。根据研究需要，还可以给出CO2、Cr2O3等含量。

表2－1 中国火成岩的化学成分(wB/%)

(1)SiO2是火成岩中含量最多、变化范围最大，也是最重要的氧化物。根据SiO2含量将火成岩划分成酸性岩(SiO2＞63%)、中性岩(SiO252%～63%)、基性岩(SiO245%～52%)和超基性岩(SiO2＜45%)四种类型。通常以SiO2含量高低来称谓火成岩的酸性或基性程度，含量越高者，岩石酸性程度就越大，基性程度就越低。对火成岩化学成分研究表明，随SiO2含量的变化，其他主要造岩氧化物含量发生规律性变化(图2－1)。随SiO2含量增加，Na2O、K2O含量逐渐增加，FeO、MgO含量不断减少;而CaO、Al2O3含量由超基性岩到基性岩随SiO2含量增加而快速增加，之后由基性岩向中性岩、酸性岩变化时则逐渐减少。岩浆中的SiO2在组成长石、云母、角闪石、辉石等硅酸盐矿物之外，还有多余时，就以独立的石英矿物出现。

图2－1 火成岩中SiO2含量与其他氧化物之间的关系(邱家骧，1985)

(2)Na2O与K2O含量之和称为全碱含量，它在不同的岩性中有较大差别(表2－1)。Na2O和K2O是碱性长石的主要成分，全碱含量较高时，岩石中可以出现碱性暗色矿物和副长石。在火成岩研究中，常用里特曼指数(σ)划分岩石的碱性程度，σ=［w(Na2O+K2O)2］/［w(SiO2)－43%］，σ＜33的岩石为钙碱性岩，σ=33～9的岩石为碱性岩，σ＞9的岩石为过碱性岩。但对于SiO2含量很高的岩石(SiO2＞70%)，里特曼指数在确定碱性还是亚碱性时显得无效(邓晋福等，2004)，这是因为SiO2的稀释效应会导致碱含量相对偏低，计算出的σ值偏小，会被误定为钙碱性岩系。如某些SiO2＞80%的碱性流纹岩，应特别注意。

(3)Al2O3是仅次于SiO2的造岩氧化物，火成岩中Al2O3含量主要在10%～18%之间。Al2O3与SiO2及CaO、Na2O、K2O结合形成斜长石、碱性长石和似长石等矿物;与FeO、MgO、CaO和SiO2结合形成辉石、角闪石和黑云母等矿物。Al2O3同样在火成岩分类和成因研究中具有重要作用:①根据碱含量同CaO和Al2O3含量之间的相对比值，将火成岩划分为过碱质岩石(Al2O3＜Na2O+K2O，分子数，下同)、过铝质岩石(Al2O3＞CaO+Na2O+K2O)和偏铝质岩石(Na2O+K2O＜Al2O3＜CaO+Na2O+K2O);②在亚碱性系列玄武岩中，将Al2O3≥16%(质量分数)的岩石称为高铝玄武岩;③将铝指数A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)(分子数比)＞11的花岗岩，称为S型花岗岩。

(4)MgO、FeO与SiO2结合形成铁镁硅酸盐矿物，如橄榄石、辉石等。因MgO、FeO与SiO2含量呈负相关(图2－1)，因而只有在SiO2含量低的情况下，才出现橄榄石、辉石。依据主要元素进行火成岩岩石系列划分、岩石分类和成因研究，是火成岩研究的主要方法之一，所涉及的内容较多。对于初学者来说，以下三个有关主量元素的应用应该掌握和了解。

1火成岩岩石系列的划分

火成岩可以分成三个岩石系列，即碱性、钙碱性和拉斑玄武岩系列，后两者合在一起称为亚碱性系列。首先根据硅碱图(图2－2)，区分碱性系列(A)和亚碱性系列(S)。对于亚碱性系列岩石，利用TFeO/MgO－SiO2图解及TFeO/MgO－TFeO图解(图2－3)或者AFM图解(图2－4)进一步区分是拉斑玄武岩系列，还是钙碱性系列。也可依据SiO2－K2O图解把亚碱性系列的火成岩区分为低钾、中钾、高钾和钾玄岩类型(图2－5)。

图2－2 硅碱图解(Irvine，1977)

图2－3 火山岩系列划分的TFeO/MgO－SiO2图解(a)、TFeO/MgO－TFeO图解(b)(Miyashiro，1974)

图2－4 火成岩系列划分的AFM图解(Rollison，1993;转引自杨学明等，2000)

图2－5 亚碱性火成岩系列划分的SiO2－K2O图解(LeMaitreetal，1989;Rickwood，1989)

有关火成岩系列划分还有许多其他图解，应用时要特别注意每个图解的使用条件，不能生搬硬套。例如:应用硅－碱图解划分岩石系列时，对于高硅的花岗岩和流纹岩(一般SiO2＞70%)需小心，因SiO2含量高导致碱含量低，与里特曼指数一样，在确定是碱性还是亚碱性系列时会无效(邓晋福等，2004)，使得碱性花岗岩和碱性流纹岩落入亚碱性系列区，这显然是错误的。原图解中两个系列分界线的上端点终止于SiO2含量为67%处，没有向上延伸也正是此原因。Irvine＆Baragar(1971)给出了该图解分界线的数学方程式为:S=－(33539×10－4)A6+(12030×10－2)A5－015188A4+086096A3－21111A2+39492A+39。式中S=w(SiO2)、A=w(Na2O+K2O)，当岩石中SiO2大于由公式算出的S时为亚碱区，反之为碱性区。邓晋福等(2004)建议对于SiO2＞70%的火成岩系列划分时采用Wright(1969)提出的碱度率［AR=w(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)/w(Al2O3+CaO－Na2O－K2O)］，并用SiO2－AR图解加以区分(图2－6)。同时，岩石中出现碱性暗色矿物是最重要的岩相学标志，过碱指数(［(Na2O+K2O)/Al2O3］＞1，分子数)是鉴别碱性花岗岩(流纹岩)的最可靠地球化学参数。

图2－6 火成岩划分法的SiO2－AR关系图解(Wright，1969;转引自邓晋福等，2004)

研究表明，不同系列的火成岩，其岩浆起源、演化和形成的构造背景存在许多差异，因此，准确的岩石系列划分有助于火成岩成因的厘定，相关内容将在后续的章节中介绍。

2Harker型岩石化学成分变异图解

这是最简单但又被经常使用的一种图解，该图常以SiO2或MgO含量为横坐标，其他主要氧化物含量为纵坐标构成的图解(图2－7)。根据研究需要，也可以选择相关参数，如碱度率(AR)、分异指数(DI=Q+Or+Ab+Ne+Lc+Kp，标准矿物)等作为变量加以研究。一般所使用的氧化物数据应该是将硅酸盐全分析中的H2O、烧失量等去除后重新换算出的氧化物含量。这种图解表示出随SiO2或MgO含量的变化，其他氧化物或参数的变化趋势(图2－7)。通常，在同一个地区、空间上密切共生、成分变化较大的火成岩，如果其化学成分在Harker图解上存在较强的线性相关性，表明这些岩石很可能是同源岩浆演化形成的一组岩石。若不具相关性，意味着它们可能是不同岩浆结晶的产物。

3CIPW标准矿物计算及应用

当火成岩在快速冷凝条件下形成时，其结晶矿物颗粒细小，或部分甚至是全部由玻璃质组成(如许多火山岩)，那么该岩石的实际矿物成分及含量就无法知晓，依靠实际矿物成分及含量的岩石分类定名就无效。为解决这一问题，人们提出了利用化学成分计算火成岩中的理想矿物组成及含量的方法，即标准矿物计算方法。目前，得以广泛应用的计算方法是由美国的Cross，Iddings，Pirsson，Washington(1902)共同提出的方法，简称CIPW标准矿物计算法。

这种方法是以无水岩浆中矿物结晶顺序的实验研究成果为依据，依次按理想分子式配成标准矿物。首先将岩石的氧化物质量百分数换算为氧化物分子数，然后按照一定的顺序，再将分子数依据一定的规律，组合成若干种理想成分的标准矿物分子，最后将标准矿物分子数换算为标准矿物质量百分数。详细的计算流程参见邱家骧(1985)主编的《岩浆岩岩石学》和林景仟(1995)主编的《火成岩岩类学与岩理学》。现在，已经编制出了相关软件，通过计算机得以快速完成。CIPW标准矿物能够概略地反映出岩石的矿物组成，但并不一定是岩石中实际出现的矿物。其计算结果被用于岩石分类(图2－8，图2－9)、岩浆形成或结晶温压条件的确定(图2－10)等诸多方面。

图2－7 美国俄勒冈州Mazama山火山岩Harker图解(Winter，2001)

图2－8 玄武岩的标准矿物分类图解(邱家骧，1988)

图2－9 花岗质岩石的标准矿物An－Ab－Or分类图(Rollison，1993;转引自杨学明等，2000)

图2－10 酸性岩浆来源深度的确定(Winter，2001)

(二)微量元素

微量元素是指那些在岩石中含量甚微的元素，其含量只能以百万分之几(10－6)表示，一般情况下，它们的总量＜1%。微量元素研究已成为现代岩石学的一个关键组成部分，比主要元素能更有效地区分岩石成因演化过程。经常提到的痕量元素有钒(V)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、铷(Rb)、锶(Sr)、钡(Ba)、铯(Cs)、钍(Th)、铀(U)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)和稀土元素(REE)等。微量元素通常不以独立的矿物出现，主要是以类质同象形式替代矿物中的主要元素，如Cr、Ni可替代橄榄石和辉石中的Mg、Fe位置，Sr可占据斜长石中Ca的位置等;其次是存在于快速冷凝的火山玻璃和气液包裹体中;第三是吸附在矿物表面。

火成岩的微量元素常常随主要造岩元素含量的变化而有规律的变化。例如，随岩石酸度的增高，亲铁元素(V、Cr、Co、Ni等)的含量降低，而碱金属微量元素(Li、Rb、Cs)随之增高。对微量元素特征的研究，可以获得有关岩石系列划分、成因和演化方面的重要信息。

稀土元素包括原子序数为57～71的镧系元素:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、饵(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，另外，通常也将原子序数为39的钇元素(Y)算作稀土元素。除Pm为人工放射性产物外，其余都是地球化学性质相近、难熔而共生、于次生作用中不易发生迁移的元素。稀土元素总量、曲线配分模式和铕(Eu)异常等，都蕴含着岩浆起源和演化、岩石形成机理等方面的重要信息。

在岩浆结晶作用过程中，有些微量元素优先进入结晶矿物相中，或当源区岩石发生部分熔融形成岩浆时，它们易于残留在源岩矿物中，这些元素称为相容元素;相反，在岩浆结晶作用过程中，不被早晶出的矿物捕获或容纳，而富集于残余熔体中，或当源区岩石发生部分熔融形成岩浆时，它们优先进入熔体相中，这些元素称为不相容元素，也叫湿亲岩浆元素。值得注意的是，元素相容性和不相容性的程度在不同岩浆或矿物中是有差别的。例如，P在地幔岩浆中是不相容元素，但在地壳花岗岩浆中，即便是以微量元素的形式出现，也是相容元素;再比如Cr、Ni、Co元素对橄榄石而言是相容元素，而对斜长石而言，则属于不相容元素。

不相容元素依据场强(电荷/半径比值，即离子势)大小，进一步划分高场强元素(HFSE)和低场强元素(LFSE)。离子势大于20的元素称为高场强元素，包括镧系元素、Sc、Th、U、Pb、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta等;离子势小于20的元素称为低场强元素，也称大离子亲石元素(LILE)，包括Cs、Rb、K、Ba、Sr，二价的Eu、Pb等。

正是由于微量元素的上述岩石地球化学差异，导致了其在岩石圈纵向剖面上出现了强烈的分异现象。例如，通过岩浆作用形成的地壳，其不相容元素的丰度远高于地幔。流体对地幔的局部交代作用可以引起地幔不相容元素的富集，造成地幔成分的不均一性。来源于不同源区的岩浆，必然会保留源区微量元素的痕迹。因此，通过对火成岩微量元素特征的研究，可以揭示岩浆源区性质、岩浆演化等岩石成因信息。在火成岩成因研究中，经常应用微量元素比值及其图解，以及微量元素蛛网图(图2－11)、稀土元素配分模式图等进行示踪(图2－12)。图2－11是洋中脊玄武岩(亏损地幔源区)、碱性洋岛玄武岩(富集地幔源区)和岛弧钙碱玄武岩(流体交代地幔源区)的微量元素标准化蛛网图，三者区别明显。岛弧钙碱玄武岩亏损高场强不相容元素，尤其是亏损Nb、Ta;碱性洋岛玄武岩的Nb、Ta则强烈富集;洋中脊玄武岩则亏损大离子亲石元素Ba、Rb、K。说明这三种玄武岩浆源区物质组成的不同。图2－12是不同来源火成岩的稀土元素配分曲线图(徐夕生和邱检生，2010)，徐夕生和邱检生(2010)根据其他学者的研究成果，总结为:玻安岩是岛弧地区由被俯冲洋壳释放的流体交代后的亏损地幔直接熔融产生的岩浆结晶形成，未经历明显演化，稀土元素总量低，轻重稀土元素无明显分馏，重稀土元素略富集，具U形曲线特征;埃达克岩(即岛弧英安岩)是由俯冲洋壳(及其沉积物)直接熔融形成，轻重稀土元素分馏强烈，稀土元素曲线向右陡倾，重稀土元素强烈亏损;若这种洋壳熔融的熔体与地幔橄榄岩反应，可演化成高镁安山岩。图2－12中的“常见弧安山岩”是由玄武岩浆结晶分异形成的，具有明显的负Eu异常。有关微量元素的详细阐述内容请参阅《火成岩微量元素岩石学》教材(李昌年，1992)和《岩石地球化学》一书(Rollison著，1993;杨学明等译，2000)。

图2－11 不同构造环境中玄武岩的微量元素蛛网图(Blattetal，2006)

图2－12 不同成因类型火成岩的稀土元素配分模式图

(三)同位素

同位素在火成岩研究中已得到广泛应用，它不仅可以确定火成岩的形成时代，还可以示踪岩浆源区性质和火成岩形成演化的过程，探讨壳幔相互作用方式及大陆地壳生长等重要科学问题。同位素可以分为稳定同位素和放射性同位素两大类。

◎稳定同位素:火成岩中应用较多的是O、H和S同位素，对它们的研究可以得到火成岩成因、岩浆起源的信息，通常应用的数据有氧同位素的δ18O值、氢同位素的δD值和硫同位素的δ34S值。以氧为例，氧同位素由16O、17O、18O组成，在地质作用和岩浆作用过程中，16O和18O由于质量差别较大而发生分馏，造成岩石圈不同位置的16O和18O组成存在差异。通常以δ18O(‰)表示氧同位素的组成，δ18O=1000×［(18O/16O)样品－(18O/16O)标准］/(18O/16O)标准，(18O/16O)标准值通常采用海水平均值。虽然地幔的氧同位素组成存在较小的不均一性，但δ18O值基本为57‰±03‰左右。不同成因的火成岩其氧同位素不同，如由变质沉积岩熔融形成的花岗岩，其δ18O＞10‰;由幔源岩浆分异形成的花岗岩，其δ18O＜6‰。

◎放射性同位素:火成岩中放射性同位素有K－Ar、U－Pb、Rb－Sr、40Ar－39Ar、Sm－Nd、Re－Os、Lu－Hf等，主要用途是确定火成岩形成年龄、示踪岩石成因及地壳的形成与演化。同位素地质年代测定中最常用的年龄计算方法是等时线年龄、模式年龄、U－Pb一致线年龄和不一致线年龄，相关内容均有专著、教材介绍，可参阅陈岳龙等(2005)编著的《同位素地质年代学与地球化学》。

在同位素示踪火成岩成因方面，通常应用的数据有Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)i、87Sr/86Sr、143Nd/144Nd、εNd(t)、187Os/186Os、206Pb/204Pb、208Pb/206Pb、177Hf/176Hf、εHf(t)等。火成岩同位素比值之所以可以示踪源区特征，是因为常用的这些同位素对之间质量相差太小，致使这些同位素对不可能受控于晶体－液体平衡过程而发生分馏，它们在随后的分异作用过程中保持恒定。因此，部分熔融作用形成的岩浆就具有源区同位素成分的特点。这一事实引起了同位素地球化学两个方面的主要发展，一是特定的源区以其特征的同位素组成能够被识别。图2－13和图2－14给出了亏损地幔、原始地幔、富集地幔、上地壳、下地壳等不同源区的Pb、Sr、Nd同位素组成，其差别十分明显。如由幔源火成岩(如辉长岩)部分熔融形成的花岗岩，其(87Sr/86Sr)i＜0707;由壳源泥质变质岩(如云母片岩、富铝片麻岩)部分熔融形成的花岗岩，其(87Sr/86Sr)i＞0708。二是同位素组成各异的源区间的混合作用、混染作用能够被鉴别。例如，图2－15是苏格兰斯凯岛古近纪－新近纪火山岩的初始Pb同位素组成，该区的酸性花岗岩和基性火山岩在图解中均呈线性排列，且位于麻粒岩相下地壳和赫布里底群岛(洋岛)地幔Pb同位素组成之间，而偏离上地壳(图2－15a)。因此，该套火山熔岩被解释为来源于地幔的岩浆遭受了麻粒岩相下地壳的混染作用而形成。

图2－13 不同源区的Pb同位素组成(Rollison，1993;转引自杨学明等，2000)

图2－14 不同地幔源区Sr－Nd同位素组成(Winter，2001)

图2－15 苏格兰斯凯岛古近纪－新近纪火山岩的初始Pb同位素比值图解(Thompson，1982)

二、火成岩的矿物成分

(一)火成岩中矿物的分类

火成岩中的矿物成分既反映岩石的化学成分，又表征岩石形成的温度、压力和流体条件;既是岩石分类命名的主要根据，又是判断岩石生成条件的重要标志。在火成岩中发现的矿物种类较多，但常见的矿物只有20多种，其中最主要的、对岩石分类起重要作用的矿物有:橄榄石族、辉石族、角闪石族、云母族、碱性长石、斜长石、石英和似长石(霞石、白榴石)等，这些矿物称为主要造岩矿物。在火成岩研究过程中，人们根据矿物的化学成分、颜色、含量、成因及在分类命名中所起的作用等，对矿物进行分类。主要有以下几种分类方法:

1矿物的成分分类

根据组成矿物的化学成分，将火成岩中的矿物分为铁镁矿物和硅铝矿物。

◎铁镁矿物:矿物中MgO、FeO含量较高，主要有橄榄石(镁橄榄石、贵橄榄石和铁橄榄石)、斜方辉石(紫苏辉石、古铜辉石、顽火辉石)、单斜辉石(普通辉石、透辉石、易变辉石和富钛辉石)、角闪石(普通角闪石为主)、黑云母等。它们在岩石中呈现黑色、黑绿色、黑褐色等深色色调，故又称暗色矿物。富含Na2O的暗色矿物称为碱性暗色矿物，如霓石、霓辉石、钠闪石和钠铁闪石。

◎硅铝矿物:不含MgO、FeO，富含SiO2、Al2O3的矿物，主要是石英、斜长石、碱性长石和似长石。它们在岩石中呈现无色、灰白色等浅色色调，因此又称浅色矿物。

暗色矿物在火成岩中的体积百分含量称为色率，是火成岩分类和鉴定的重要标志之一。色率＞90的火成岩为超镁铁质岩，基性岩的色率为40～90，中性岩的色率为15～40，酸性岩的色率＜15。

2矿物的含量及作用分类

根据矿物在火成岩中的含量及其在岩石分类命名中作用，将火成岩中的矿物分为主要矿物、次要矿物和副矿物。

◎主要矿物:在岩石中含量高，且对岩石类型的划分起主要作用的矿物。例如，花岗岩中的石英、碱性长石、斜长石均是主要矿物;辉石和斜长石则是辉长岩的主要矿物。

◎次要矿物:在岩石中含量少于主要矿物，对岩石大类的划分不起主要作用，但对岩石种属的确定起决定作用的矿物。例如:辉长岩中可以出现少量石英，石英的出现与否并不影响辉长岩这一大类岩石的命名，但对其是否叫做石英辉长岩或含石英辉长岩起着控制作用，所以石英在辉长岩中是次要矿物。

◎副矿物:在岩石中含量通常＜1%，不影响岩石的分类命名。常见的有磁铁矿、钛铁矿、榍石、锆石、磷灰石、褐帘石、独居石等。

3矿物的成因分类

根据火成岩中矿物的成因，将其分为原生矿物、成岩矿物和次生矿物。

◎原生矿物:岩浆在冷凝结晶过程中形成的矿物，火成岩中大多数矿物均属此类。原生矿物按生成环境可进一步分为高温矿物和低温矿物。通常来说，火山岩岩浆因温度高，所形成的矿物属高温型，如高温斜长石、高温石英(β－石英)和高温碱性长石(透长石)等;深成侵入岩中出现低温矿物，如低温斜长石、低温石英(α－石英)和低温碱性长石(正长石)。

◎成岩矿物:在岩浆结晶结束后，由于温度、压力的不断降低，使原生矿物发生转变形成新的矿物，该矿物称为成岩矿物。例如，高温的β－石英转变为低温的α－石英;高温的透长石转变为低温的正长石;正长石发生分解形成新的条纹长石;其中，α－石英、正长石和条纹长石均属成岩矿物。

◎次生矿物:属岩浆期后矿物，是岩浆成岩以后，因受残余的挥发分和岩浆期后热液流体的交代及充填作用而形成的新矿物，次生矿物主要是流体交代原生矿物和成岩矿物形成的新矿物，或充填在粒间空隙及气孔中的新矿物。①交代原生矿物和成岩矿物所形成的新矿物也称蚀变矿物，其主要是以水化和碳酸盐化为主。例如，斜长石遭受交代作用形成钠长石、方解石和黝帘石;单斜辉石蚀变成阳起石、透闪石;黑云母转变成绿泥石。②充填于气孔或空隙中的次生矿物，如火山岩气孔中充填的沸石、石英晶簇等。次生矿物还包括岩浆期后的气成矿物萤石、电气石等。

一些蚀变作用和交代作用常伴随矿化现象，因此，研究蚀变交代过程，对岩浆期后矿床的普查找矿意义重大。

(二)火成岩化学成分与矿物共生组合的关系

不同类型的火成岩其矿物成分不同，不同造岩矿物之间构成有规律的共生组合。其组合一方面与岩石形成当时的温度、压力等有关，另一方面主要是取决于岩石的化学成分。化学成分中尤以SiO2、K2O+Na2O、Al2O3的含量影响最大。

1SiO2含量对矿物共生组合的影响

前已述及，SiO2是火成岩中含量最高的氧化物，与其他氧化物结合可形成各类硅酸盐矿物。当SiO2含量过剩(过饱和)时，其会从硅酸盐熔体中游离出来结晶成石英，故石英的出现是火成岩SiO2过饱和的标志。当SiO2含量不足(不饱和)时，岩石中出现SiO2不饱和的矿物，无石英生成，因为当这些矿物形成后，若岩浆中有多余的SiO2时，二者将发生反应生成其他矿物，例如:

岩石学

人们习惯于把火成岩中可以与石英共生的硅酸盐矿物称为SiO2饱和矿物(或硅酸饱和矿物)，如辉石、角闪石、斜长石、碱性长石、云母等;将不与石英共生的硅酸盐矿物称为SiO2不饱和矿物(或硅酸不饱和矿物)，如镁橄榄石、似长石(霞石、白榴石)、黄长石、黑榴石等;石英则称为硅酸过饱和矿物。

如前节所述，火成岩中各主要氧化物随SiO2含量变化而呈现规律性变化。反映在矿物成分上就是随着SiO2含量的增加，岩石中铁镁矿物由多到少，矿物种类从橄榄石、辉石变化到角闪石、黑云母;硅铝矿物则由无到有，或由少到多，矿物种类由富Ca向富Na、K、Si的方向演变(图2－16)。

图2－16 火成岩矿物组合变化图(Adams，1956)

2碱质含量对矿物共生组合的影响

不同碱质(K2O+Na2O)含量的火成岩中矿物组合也有很大的差别。如前所述，根据里特曼指数σ的大小，火成岩可划分成钙碱性岩、碱性岩和过碱性岩类型。不同类型岩石的矿物组合明显不同，σ＜33的钙碱性岩石中不出现似长石、黑榴石和碱性暗色矿物(霓石、钠闪石、星叶石等)，出现长石、石英和普通辉石、透辉石、斜方辉石和普通角闪石等。σ＞9的过碱性岩中，常出现似长石和碱性暗色矿物(霓石、霓辉石、钠闪石、星叶石、富铁云母等)，长石主要为碱性长石，黑榴石也较常见，不见斜方辉石和石英。σ=33～9的碱性岩石中，常见的是碱性长石和碱性暗色矿物，可以出现石英、似长石(二者不共生)和除钠长石以外的斜长石。

3Al2O3含量对矿物组合的影响

根据Al2O3与Na2O+K2O、CaO含量之间关系，火成岩可分为过碱质、过铝质和偏铝质三种类型，不同类型岩石有其特征的矿物组合。过碱质岩石中出现碱性长石、似长石和碱性暗色矿物;过铝质岩石中除长石、石英、黑云母外，还出现白云母、黄玉、电气石、锰铝－铁铝榴石、刚玉、红柱石、矽线石、堇青石等富铝的矿物;偏铝质岩石中则不出现上述岩石中的似长石、碱性暗色矿物以及大多数富铝矿物，而出现长石、石英、普通角闪石、普通辉石、透辉石和黑云母等。

(三)火成岩形成条件与矿物共生组合的关系

火成岩形成的物理化学环境对矿物组合也有重要影响。岩浆在地壳较深部位冷却时，处于温度缓慢下降、压力相对高的环境中，结晶时间充足。开始晶出的矿物，有些可能是高温型(如透长石、β－石英)，但随着温度缓慢下降，早形成的高温矿物不再稳定，逐渐转变为适应低温环境的稳定矿物。如透长石转变为正长石、β－石英转变为α－石英。因此，深成岩以出现低温矿物组合为代表。岩浆喷出地表时，环境由地下的高温高压急速变成常温常压，岩浆快速冷却来不及结晶而形成大量玻璃质，或生成颗粒细小的高温矿物组合岩石。同时，岩浆喷出地表带出的先前在地下结晶的高温矿物，也来不及转变成较低温矿物，仍保留着高温矿物的结构。因此，火山岩的矿物组合以高温矿物、细粒矿物和玻璃质为特征。此外，地下深部高温、高压环境，因大量挥发分参与结晶会形成含挥发分的原生矿物。喷出地表的岩浆，因挥发分大量散失，很难结晶出含水矿物，即便是岩浆在地下深处结晶出的诸如角闪石、黑云母等含水矿物，也因其被岩浆携带至地表发生氧化、脱水而分解或部分分解，转变成磁铁矿、赤铁矿等其他矿物，使原有矿物全部或在边部呈现黑色、褐色，这一情况称为暗化现象。

一、实习目的

1）复习矿物学与晶体光学内容，熟悉造岩矿物的鉴定内容。

2）认识并掌握主要造岩矿物的形态及矿物的鉴定标志。

3）掌握造岩矿物的基本特征，区分矿物的成因类型。

4）估计不同矿物在岩石中的百分含量。

5）了解矿物的共生规律。

二、实习内容及方式

1常见造岩矿物的种类

课堂实验

铁镁矿物:橄榄石类、辉石类、普通角闪石、黑云母、白云母。

硅铝矿物:斜长石、碱性长石、石英、霞石、白榴石。

开放实验

副矿物:磷灰石、锆石、榍石、尖晶石。

蚀变矿物:蛇纹石、绿帘石、绿泥石、纤闪石、绢云母。

2常见造岩矿物标本及观察内容

二辉橄榄岩:观察橄榄石、辉石和尖晶石，以及蚀变矿物蛇纹石。

闪长岩:观察角闪石和斜长石，以及蚀变矿物绿帘石、绿泥石、纤闪石。

花岗岩:观察黑云母、石英和碱性长石，以及蚀变矿物绢云母。

三、使用仪器设备

偏光显微镜、放大镜、小刀、三角板。

四、造岩矿物的鉴定特征

1橄榄石类

橄榄石类按阳离子组成可分为三个类质同象系列:

镁橄榄石Mg2 [ SiO4 ]—铁橄榄石Fe2 [ SiO4 ];

锰橄榄石Mn2 [ SiO4 ]—铁橄榄石Fe2 [ SiO4 ];

钙镁橄榄石CaMg[ SiO4 ]—钙铁橄榄石CaFe[ SiO4 ]。

镁橄榄石（Fo）—铁橄榄石（Fa）形成完全的类质同象系列。按其中镁橄榄石及铁橄榄石分子含量不同，分为镁橄榄石（Fo100～90）、贵橄榄石（Fo90～70）、透铁橄榄石（Fo70～50）、镁铁橄榄石（Fo30～50）、低镁铁橄榄石（Fo10～30）、铁橄榄石（Fo0～30）等。岩浆岩中常见的为镁橄榄石、贵橄榄石。

橄榄石呈橄榄绿、绿灰、墨绿色，不等粒自形—半自形粒状结构，硬度65～7，{010}及{100}不完全解理，相对密度32～439，次生变化主要为蛇纹石。薄片中无色;正高突起，糙面显著;{010}及{100}解理不完全，裂纹发育。Ⅱ级末—Ⅲ级干涉色，平行消光。

自形晶者是结晶较早的产物，多数被熔蚀呈浑圆状。橄榄石易蛇纹石化，特别是镁橄榄石，蛇纹石首先沿矿物的裂纹及边缘交代，交代强烈时则全部变成蛇纹石，仅保留橄榄石假象。在蛇纹石化的同时，游离出来的铁质往往沿橄榄石裂纹或矿物边缘形成磁铁矿。此外，常蚀变为透闪石、滑石、皂石、伊丁石、碳酸盐矿物等。

橄榄石常与辉石类、角闪石共生，受岩浆中CaO的影响，很少有斜长石，不与石英共生。橄榄石主要出现在超基性岩和基性岩之中。

鉴定方法 橄榄石是超基性岩和基性岩中常见的矿物，其含量是这两类岩石分类鉴定的重要依据。新鲜的橄榄石为砂糖状晶体，呈橄榄绿色或黄绿色，一般为油脂光泽，贝壳状断口，不具解理，因此较易与辉石区别。

侵入岩的橄榄石常蚀变为蛇纹石和滑石，由橄榄石蚀变的蛇纹石常呈黑绿色、黑色，具油脂光泽，并常可见由细粒磁铁矿组成的网状细脉。

喷出岩（玄武岩）中橄榄石斑晶常蚀变成褐红色的具橄榄石假象的伊丁石。橄榄石是抗风化能力很弱的矿物，地表露头很难见到新鲜的橄榄石。

2辉石类

辉石类可按其晶系分为斜方辉石和单斜辉石两大类。

斜方辉石 主要有顽火辉石、古铜辉石和紫苏辉石等。

单斜辉石 可分为钙碱性辉石和碱性辉石。 碱性辉石有霓辉石、霓石、锂辉石;钙碱性辉石有透辉石、绿辉石、普通辉石、易变辉石、钙铁辉石、铁辉石。

辉石的共同特征为:

1）绿黑至黑色，短柱状—柱粒状，横断面一般为八边形，由于各轴面发育程度不同也可为四边形。而碱性辉石种属的霓石则为长柱状或针状晶体，硬度5～6，{110}及{110}两组完全解理，夹角87°，{100}和{010}裂理，相对密度31～39，常蚀变为绿泥石、黑云母，有时蚀变为蛇纹石、绿帘石、方解石等。

2）横断面上具有两组完全解理，交角为93°～92°（87°～88°）;纵断面上可见平行C轴的柱状解理。解理交角和角闪石不同。可见{100}、{010}和{001}裂理。

3）薄片中一般无色或略带浅绿色、浅褐色，霓石为深绿色、褐色，其多色性、吸收性不及角闪石显著。

4）高正突起，糙面显著。

5）大部分种属为二轴晶正光性，2V中等至较大（一般均大于50°;易变辉石例外，2V小于30°，甚至更小）。碱性种属和紫苏辉石为负光性。

6）除斜方辉石为平行消光外，大部分辉石为斜消光，消光角一般较角闪石大。消光角的大小可作为鉴别单斜辉石亚类各种属的一个重要依据。

7）大多数辉石为正延性（碱性辉石为负延性）。

8）常见以{100}为结合面的简单双晶。

9）由于出溶作用形成的平行连生现象（出溶页理）较常见，平行（100）和（001）。

10）砂钟和环带构造多见。

单斜辉石与紫苏辉石的区别:后者有多色性，Ⅰ级顶部干涉色，平行消光或对称消光，二轴晶负光性，而且紫苏辉石的光轴角较大，常见席勒构造。单斜辉石一般没有多色性，Ⅱ级中部干涉色，平行消光、斜消光，出现聚片双晶。

斜方辉石之间的区别:顽火辉石与紫苏辉石的区别是前者无色，正光性，干涉色低;古铜辉石的突起及干涉色高于顽火辉石，略低于紫苏辉石。

单斜辉石的种类划分主要依据平行（010）切面的消光角大小进行划分（图1-1），如透辉石消光角在38°左右，普通辉石消光角在43°左右，霓石消光角为94°。

图1-1 单斜辉石类型及消光角特征

普通辉石与透辉石的区别是:①透辉石的手标本颜色较普通辉石浅，普通辉石呈绿黑、黑色。②透辉石（100）及（010）较普通辉石发育，普通辉石（110）发育，故透辉石近四边形，普通辉石近八边形。③透辉石最大消光角经常在40°以下，普通辉石最大消光角为35°～48°，常在40°以上，含铁和钛较多的普通辉石消光角可达55°。④透辉石双折射率较高，一般>0025;而普通辉石双折射率常较低，一般<0025。

普通辉石的光轴角2V大于镁铁辉石和铁辉石，而小于次透辉石和低铁次透辉石，消光角Ng∧C大于铁辉石。

普通辉石与橄榄石的主要区别是具辉石式解理，干涉色较低，柱面上有解理，斜消光，而且光轴角亦较小。

鉴定方法 辉石为超基性岩和基性岩中最主要的矿物，另外在安山岩中常以斑晶出现。大多数辉石呈绿黑色，少量辉石呈灰绿色（如透辉石）。产于侵入岩中的辉石一般呈等轴粒状。

辉石具两组近于垂直的解理，常构成不整齐的阶梯状断口。辉石最常见的次生变化是蛇纹石化和纤闪石化。蛇纹石交代辉石常形成具丝绢光泽的“绢石”。

3角闪石

角闪石类是常见的主要造岩矿物之一，是由 [（Si，Al）O4 ] 构成的具有双链结构的硅酸盐，其中Al代换Si的最大限度是AlSi3 O11。角闪石类矿物的成分极为复杂，目前有独立名称的角闪石变种就有三十几种。根据晶系和化学成分可大致分为斜方角闪石亚族和单斜角闪石亚族。斜方角闪石亚族主要有直闪石、铝直闪石。单斜角闪石亚族主要有透闪石、阳起石、普通角闪石、蓝闪石、钠铁闪石等。

角闪石的共同特征是:

1）晶体常沿轴延伸而呈长柱状、针状，以至纤维状，横断面为菱形或六边形。

2）横切面上可见两组完全解理，{110}解理夹角为124°～1255°或56°～545°，纵切面上只见一个方向的完全解理。

3）薄片中颜色较深，常呈绿、黄褐等色，碱性种属带蓝、紫的特征色调，只有那些不含铁的种属在薄片中呈浅色或无色，多色性和吸收性都很强，吸收性为Ng >Nm >Np，碱性变种的吸收性为Np>Nm>Ng，富镁的红闪石吸收性则为Ng<Nm<Np。某些角闪石在薄片中的颜色往往与其形成温度有关。

4）突起中等，碱性种属突起较高。

5）正延性，但碱性种属为负延性。斜方闪石为平行消光，大多数属于单斜晶系的角闪石为斜消光，在（010）面上Ng∧C是鉴定角闪石种属的重要标志，多数种属消光角Ng∧C<25°。绝大多数单斜角闪石的结晶轴b与Nm一致。

6）二轴晶负光性（极少数是正光性），光轴角一般都很大，多大于50°（碱性种属例外）。光轴面多为（010）。角闪石类矿物的光性特征较为突出，一般可根据其绿或褐等颜色，以及明显的多色性、中等突起、两组完全解理、二轴负晶、2V中等等性质进行辨识。

普通角闪石晶体沿C轴呈长柱状、杆状、针状，或呈短柱状、纤维状、叶片状，有时可具环带构造，还可有锆石、褐帘石，磷灰石、榍石等矿物的包裹体。呈白、绿、黑色，柱状—长柱状，横切面呈近菱形的六边形，硬度5～6，{110}完全解理，夹角为56°或124°，相对密度285～37。显微镜下强多色性，横切面具角闪石式解理，纵切面仅见一个方向解理，中—高正突起，最高干涉色为Ⅱ级底部。⊥（010）纵切面为平行消光，其余纵切面为斜消光，横切面为对称消光，消光角一般小于25°，正延性，负光性。

普通角闪石易蚀变为黑云母、绿泥石、绿帘石、碳酸盐矿物、纤维状阳起石、绢云母以及石英和磁铁矿，某些低铝的普通角闪石还可蚀变为蛇纹石，褐色角闪石蚀变为绿色种属时可次生有榍石。火山岩中的角闪石常具有磁铁、黑云母等构成的暗化边，这是鉴别该岩类的一个重要标志。

普通角闪石在岩浆岩中主要分布在中、酸性岩浆岩及其脉岩中，是中性侵入岩的特征矿物，在喷出岩中则多以斑晶或晶屑形式产出。

鉴定方法 普通角闪石是闪长岩、正长岩中常出现的矿物，也常出现在花岗岩中。普通角闪石多呈黑色、暗绿色，有时为褐色。

侵入岩中的角闪石多呈长柱状晶体，但在某些花岗岩、花岗闪长岩中，角闪石的一向伸长的结晶习性并不显著。角闪石在解理、光泽、硬度上与辉石相近，因此易与辉石混淆，角闪石类矿物和辉石类矿物的物理和光学性质对比见表1-1。野外鉴定时可根据解理夹角相区分。具体做法是:在照射光下看到一组反光良好的阶梯状反光面（解理面），然后在眼睛的注视下转动标本，直到观察到第二组反光面，其旋转角度就是解理夹角。估计这个角度，若接近90°，即为辉石;若为较明显的锐角或钝角，则为角闪石。另外，普通角闪石常与石英、钾长石、黑云母共生;而辉石则常与橄榄石、基性斜长石共生。

表1-1 角闪石类和辉石类矿物的物理和光学性质对比表

在花岗岩中，普通角闪石与黑云母有时也会混淆，其区别在于:角闪石硬度大于小刀，用小刀刻划只能得到碎屑状颗粒，解理面为玻璃光泽;而黑云母硬度小于小刀，用小刀可挑成薄片，解理面具珍珠光泽。另外，遭受风化后的角闪石常具绿色色调，而黑云母风化后常具褐色色调。

4黑云母

颜色呈深棕、绿、黑、金**，不规则叶片状、鳞片状，硬度25～3，一个方向的极完全解理，相对密度29～33，主要蚀变成绿泥石，可水化为蛭石。薄片中为褐、黄褐色。黑云母的突出特征是多色性及吸收性极强，中正突起，{001}底面解理极完全，最高干涉色为Ⅱ级，平行消光。

黑云母常易蚀变成绿色的绿泥石。遭水化时呈现金**，称为水黑云母，水黑云母进一步水化可变成蛭石。黑云母可进变为角闪石，也可由角闪石退变为黑云母。含钛黑云母蚀变时，常可分解形成针状金红石、磁铁矿、细粒钛铁矿或榍石，有时可见有被绿帘石、碳酸盐、石英的集合体代换的矿物假象。黑云母还可变化为白云母或矽线石。喷出岩中的黑云母斑晶周围常有暗化边，主要是磁铁矿、辉石、长石。

鉴定方法 黑云母比较容易和普通角闪石混淆，区别在于:①前者折射率略低于后者，因此突起和糙面均不及后者显著;②黑云母的解理比角闪石完善，前者的解理缝细而直，并且是连续的，后者的解理缝较粗，常呈断断续续状;③角闪石具柱状解理，解理夹角为56°或124°，黑云母是没有的;④黑云母的吸收性比角闪石强，对黑云母来说，当解理缝平行下偏光镜振动方向时，吸收性最强，而普通角闪石则不然;⑤黑云母近于平行消光，而普通角闪石则为倾斜消光;⑥黑云母的双折射率显著大于普通角闪石，而光轴角则比后者小得多。

黑云母的特征明显:黑褐色，多色性显著，吸收性强，片状，极完全解理，平行消光，正延性，（-）2V小。与金云母的区别在于:金云母颜色较浅，多色性弱。与褐色普通角闪石的区别是:角闪石为斜消光，2V大。褐色电气石的吸收性与黑云母相反。黑硬绿泥石的Np方向为金**，黑云母在岩浆岩中主要分布在闪长岩、花岗岩及云母煌斑岩等中，也见于安山岩、中性火山碎屑岩中。

黑云母主要出现在酸性岩浆岩中，新鲜的黑云母呈黑色或黑褐色，风化后褪色，常呈金**，解理极完全，常呈片状，在手标本中常可见到与晶体大小一致的平整的反光面，并可见珍珠光泽，硬度小于小刀。根据以上特征，不难将它与普通角闪石、辉石相区分。

5白云母

颜色呈浅棕、绿、黄、白色，叶片状、鳞片状，硬度25～3，一个方向的极完全解理，沿解理面可剥离成极薄的薄片，相对密度276～31，较稳定，仅在热液作用下可变成高岭石、水铝氧石和石英集合体。薄片中无色，较少呈浅绿、浅**。低正突起，在⊥（001）切面上可见较清晰的闪突起。{001}极完全解理，最高干涉色可达Ⅱ级顶部到Ⅲ级，近平行消光。

6石英

无色、白、烟灰，等六方柱状，硬度7，无解理，相对密度265，柱面上有横纹，贝壳状断口。偏光显微镜下，低正突起，无解理，表面光滑，无色透明，无风化产物，Ⅰ级灰白干涉色和一轴晶正光性。石英主要出现在SiO2 过饱和的中、酸性岩浆岩中，如闪长岩和花岗岩中，基性、超基性和过碱性岩中一般不会出现石英，如出现石英，有可能是次生矿物，应认真观察分析。

鉴定方法 石英是花岗岩类岩石的主要矿物。其形态除在文象花岗岩中呈蠕虫状外和在浅成岩、喷出岩中可呈六方双锥的斑晶外，绝大多数情况下呈他形粒状的晶体。

颜色从无色到烟灰色。晶面呈玻璃光泽，但常见断口面上的油脂光泽。

与钾长石、酸性斜长石、黑云母共生。

抗风化能力强，在岩石风化面上常呈现出明显的凸起。与长石的区别在于:无解理，看不到双晶，油脂光泽和无风化产物。

7斜长石类

斜长石类是钠长石（Ab）和钙长石（An）所构成的连续固溶体系列。

根据斜长石中的钙长石分子（An）的百分数分为钙长石（An90～100）、倍长石（An70～90）、拉长石（An50～70）、中长石（An30～50）、更长石（An10～30）、钠长石（An0～10）。通常把An0～30的称为酸性斜长石;An30～50的称为中性长石;An50～100的称为基性斜长石。

斜长石多呈无色、白、灰、蓝色，有的具变彩，柱状或厚板状，硬度6，相对密度261～276，基性种属常发生钠黝帘石化，中-酸性种属常蚀变为绢云母。偏光显微镜下为无色，易蚀变而表面呈现混浊，酸性种属（钠长石及部分更长石）常为负低突起，中、基性种属为正低突起。干涉色常呈Ⅰ级灰白，只有钙长石出现Ⅰ级**。斜长石的最主要特征是双晶发育，常为钠长石聚片双晶，也可见卡式双晶与肖长石聚片双晶，并常组合成复合双晶（如卡钠复合双晶、肖钠复合双晶等），基性斜长石双晶带宽，有时双晶缝不平整，酸性斜长石双晶带窄且平整。中性斜长石常具环带构造。斜长石分布极广，并且具有一定的规律性，如基性斜长石常与辉石组合，产于基性岩浆岩中;中性斜长石常与角闪石组合，产于中性岩浆岩中;酸性斜长石常与黑云母、石英、正长石组合，产于酸性岩浆岩中。

斜长石类型的鉴定见“岩浆岩鉴定指导”相关介绍。

鉴定方法 斜长石广泛出现在各类岩浆岩中。斜长石的种类和含量对于岩浆岩的分类和鉴定至关重要。斜长石可呈现出不同的色调，一般基性斜长石颜色较深，为深灰色到灰白色;酸性斜长石颜色较浅，可呈灰白、肉红色。基性斜长石由于遭受钠黝帘石化，其蚀变产物常带绿色色调;而酸性斜长石易绢云母化，其风化产物多呈灰白色。在基性浅成岩或喷出岩（如辉绿岩、玄武岩）中，由于斜长石颜色较深且结晶细小，因此很难辨认。这时，可采集半风化的标本观察，由于斜长石风化后颜色变浅，易于与暗色矿物区别。

聚片双晶是斜长石的重要鉴定标志。将标本向不同方向旋转，直到用野外放大镜看到晶面或解理面上出现一组平行的明暗相间的直线或折线，这就是双晶纹。一般情况下，酸性斜长石双晶纹密集且平直，而基性斜长石的双晶纹较稀且不够平直。

8碱性长石类

碱性长石可分为:

富钾碱性长石 透长石、正长石、微斜长石。

富钠碱性长石 钠长石、歪长石。

钾钠碱性长石 条纹长石。

呈肉红、白、红色，柱状或厚板状，硬度6，相对密度255～263，易蚀变为高岭石，其次蚀变为绢云母。薄片中无色，低负突起，{001}完全解理，{010}较完全解理，{001}∧{010}=90°，干涉色通常为Ⅰ级灰—灰白，斜消光，消光角很小。常发育卡斯巴双晶，有时见巴温诺、曼尼巴哈双晶。钾长石包括正长石、微斜长石、条纹长石、透长石等。正长石、微斜长石、条纹长石主要产于正长岩和各种花岗质岩石及含碱性长石的深成岩中，也见于各种伟晶岩、细晶岩中。歪长石和钠长石常出现在钠质碱性岩中，而透长石和歪长石主要出现在中、酸性浅成岩、喷出岩及火山碎屑岩中。

鉴定方法 与石英的区别是有解理和双晶，表面常混浊，负突起和二轴晶;与霞石的区别是有双晶，双折射率略高，二轴晶;与斜长石的区别是不具聚片双晶。不同类型碱性长石的区别如图0-9所示。次生矿物主要为高岭土。

条纹长石是正长石或微斜长石与钠长石交生的产物，其中正长石或微斜长石多于钠长石。颜色可作为鉴别钾长石的标志，钾长石通常是肉红色的，也可呈紫红色、白色、灰白色，甚至灰黑色。但是，钾长石在风化过程中颜色会发生改变，肉红色变为灰白色，灰白色也可变为肉红色，而且酸性斜长石也常呈肉红色。因此，颜色不能作为钾长石鉴定的特征性标志。

产于深成岩中的钾长石、微斜长石常呈他形粒状晶体。当钾长石在斑状、似斑状岩石中构成斑晶时，常呈板状、板柱状自形晶体。

野外鉴定长石时要特别注意双晶的观察。当旋转标本时，发现长石解理面上出现一半反光，一半不反光时，即为卡斯巴双晶;当出现相间反光时即为聚片双晶。钾长石常具卡斯巴双晶，而斜长石常具聚片双晶，这是区别钾长石和斜长石最重要的标志。如果在大的钾长石晶体上，见有根须状的细脉，而且细脉的颜色又较浅，则为条纹长石。钾长石风化时，常生成白色的土状高岭石。

9霞石

霞石为架状结构，晶体为六方短柱状、厚板状，通常为他形粒状集合体或致密块状。常含有许多包裹体。斑晶有时见有带状构造（响岩中）。

霞石呈无色、灰白色。在薄片中，霞石通常为无色透明，但由于风化产物存在而呈浑浊的浅灰色;低正或低负突起，与树胶的折射率十分接近，因此有的切面中两个振动方向上均为低负突起，有的切面则一个方向为低负突起，另一个方向为低正突起;柱面解理和底面解理均不完全，薄片中常见无规则方向的裂纹;干涉色低，不超过Ⅰ级灰;柱状切面具平行消光，六边形底面则为全消光;负延性（自形的柱状切面）。

鉴定特征 霞石以其双折射率低，不完全解理，一轴晶负光性以及易溶于盐酸为鉴定特征。霞石与正长石、石英的区别见表1-2。

表1-2 霞石、正长石和石英的区别

10方解石

不规则的等轴粒状，或具有菱形的晶体，或偏三角面体和菱面体的聚形、柱面与偏三角面体及菱面体的聚形。在薄片中很少见到方解石的自形晶，多成粒状产出。方解石无色透明，有极完全菱形解理，解理交角为75°。具显著的闪突起，高级白干涉色，聚片双晶，一轴晶负光性等重要鉴定特征，可与非碳酸盐矿物区别。

方解石在岩浆岩中为主要矿物或在碳酸盐脉、热液矿脉、火山岩晶洞中均有产出。在岩石的气孔中，方解石和沸石共生。

11绿帘石

绿帘石呈黄绿、黄、灰等色，随含铁量增多而变深;沿b轴呈柱状，断面近六边形，也常见粒状集合体。薄片中黄、绿色;多色性显著;高到极高正突起;解理{001}完全，{100}差;通常为Ⅱ—Ⅲ级的鲜艳干涉色;柱面平行消光，断面斜消光。

与橄榄石的区别是具多色性及解理。与透辉石的区别是具多色性，消光角小，负光性，而透辉石具辉石式解理，正光性。

绿帘石为典型的岩浆期后矿物，广泛分布于接触变质与热液蚀变的岩石与矿脉中，经常是富钙的斜长石和富钙的暗色矿物（如辉石、角闪石、黑云母等）的蚀变产物。

在玄武岩中，绿帘石产出于气孔洞穴中，伴生矿物有辉石、阳起石、钙铝榴石、榍石。

五、矿物共生组合规律

1）超基性岩类:矿物共生组合主要为橄榄石、辉石，长石含量很少或无。

2）基性岩类:矿物共生组合主要为辉石和基性斜长石。

3）中性岩类:矿物共生组合主要为角闪石、中性斜长石，少量的黑云母和石英。

4）酸性岩类:矿物共生组合主要为石英、钾长石、酸性斜长石、黑云母等，其中铁镁矿物一般仅占10%左右。

5）正长岩:矿物共生组合为黑云母或角闪石、辉石与钾长石等。

6）碱性岩类:矿物共生组合为似长石和黑榴石，以及富钠的铁镁质矿物，无石英。

六、实习报告实例

花岗岩（薄片号:If111）

主要矿物为钾长石（条纹长石）、斜长石（更长石）、石英，次要矿物为黑云母。

钾长石:主要为条纹长石，条纹构造清楚，半自形粒状，钾长石常因高岭土化表面浑浊不清，之中见有半自形的更长石晶体包裹体，含量35%左右。

斜长石:主要为更长石，具卡纳复合双晶、双晶平直，双晶纹较密，自形、半自形，边缘具有净化边等钠长石化现象，含量17%左右。

石英:表面干净，他形粒状，之中见有锆石、磷灰石、榍石包裹体，以及线状气液包裹体，含量35%。

黑云母:呈褐色，多色性明显，解理细密清晰，自形、半自形，内部常含副矿物锆石、磷灰石、榍石等包裹体，含量11%左右。

副矿物为锆石、磷灰石、榍石及萤石，锆石、磷灰石、榍石颗粒细小，分散在矿物颗粒之间，萤石沿微裂隙分布，含量2%左右。

共生组合分析:根据矿物之间的接触关系和包裹关系分析，首先结晶的矿物是黑云母及锆石、磷灰石、榍石，其次是斜长石，之后为钾长石，最后是石英。锆石、磷灰石、榍石贯穿于整个岩浆的结晶过程，岩浆演化晚期沿裂隙形成次生矿物萤石。共生矿物组合为黑云母、斜长石、钾长石和石英;萤石为次生矿物。

定名:钾长石35%;斜长石17%;石英35%;黑云母11%。按照QAP分类图解定名为黑云母花岗岩。

七、思考题

1）主要矿物、次要矿物、副矿物、原生矿物、次生矿物、铁镁矿物、硅铝矿物的含义。

2）利用鲍文反应序列解释矿物的结晶顺序。

3）论述矿物的共生组合规律及影响因素。

4）对比侵入岩与喷出岩矿物组合及特点的差异。

5）简述岩浆岩中最主要的七种造岩矿物。

6）说明岩浆岩的化学成分与矿物组成的关系。

宝珠砂又名熔融陶瓷砂，是石英砂的替代品，也称为人工陶粒砂。主要原料以铝矾土，采用电弧熔炼方式将原料熔化，高温矿物液体经过高压空气喷吹，凝固后形成球形颗粒。主要成分三氧化二铝，是一种新型绿色高端铸造用砂。宝珠砂的性能特点：1、热膨胀率低，能格欧保证铸件精度要求，便于铸件清砂。2、低破坏率：莫氏硬度达到78，使得宝珠砂不易破碎，循环使用率高达98%。3、热传导率高：有利于铸件的传热，利于铸件凝固，稳定性好，不易破碎。4、宝珠砂为中性材料，PH值76，适合于各种粘结剂和固化剂。可用于各种金属材料的铸件生产，配砂工艺简单方便。

耐火原料是指生产耐火制品所必需的材料。它是耐火材料生产的基础。耐火原料多为天然矿物(如耐火粘土、铝矾土、硅石、铬铁矿、菱镁矿、白云石、镁橄榄石、锆石、蓝晶石、硅线石、红柱石等。)随着耐火材料综合性能要求的不断提高，工业原料和合成原料(如工业氧化铝、合成莫来石、人造耐火纤维、人造耐火空心球等。)越来越多地用于生产耐火材料。耐火材料产品的质量和成本在很大程度上取决于原材料的正确选择和合理使用。耐火材料按化学性质可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料和中性耐火材料；按来源可分为天然矿物原料和合成原料；人们通常把生产耐火材料的原料分为主原料和辅助原料。用于生产耐火制品的原料，无论是天然矿物原料还是合成原料，从矿物学的角度来看，都必须具有产品足够高的耐火性能；从技术角度看，应能满足技术的基本要求；从性能上看，用它制成的产品应该能够满足产品性能的要求，尤其是高温性能。一般耐火材料分为铝硅耐火材料(二氧化硅、粘土、高铝等。)、碱性耐火材料、隔热耐火材料和其他耐火材料。1硅质原料由于应时变体的体积效应，硅砖也是直接由硅石制成，硅石是脉状应时、石英岩、燧石和砂岩的总称。二氧化硅的主要成分是二氧化硅，其余为杂质。用于耐火材料的硅石原料包括结晶碎石和胶结硅石。表1耐火材料用二氧化硅的分类和特性二、粘土原料耐火粘土是生产硅铝酸盐耐火材料的主要原料。耐火温度高于1580℃的各种硬粘土、软(半软)粘土、粘土质页岩统称为耐火粘土。天然耐火粘土通常是粘土矿物的混合物，主要以高岭石(Al2O32SiO22H2O)为主要成分，即以水合硅酸盐为主要成分，混有游离应时、黄铁矿、金红石和有机质。这种非单一矿物大部分是由直径小于12μm的颗粒组成的分散体。根据粘土形成条件的不同，可分为原生粘土和次生粘土。原生粘土是指母岩(如长石)风化形成的粘土，至今仍留在原地。次生粘土又称残积粘土，是在自然动力条件下，由原生粘土转移到其他地方，然后沉积下来的粘土。它的粒度细，分散度大，可塑性高。用于耐火材料工业的耐火粘土主要分为以下两类。①硬粘土的特点是结构致密，硬度高，颗粒极细，在水中不易分散，可塑性低。这种粘土的外观通常是浅灰色、灰白色或灰色。贝壳状骨折，有的表面有滑腻感，容易风化破碎。②软(半软)粘土常为土块状，组织柔软，可塑性好。由于杂质的种类和含量不同，这种粘土的颜色差异很大。从灰色、深灰色到黑色；有些是紫色、红色或白色。三。高铝原料(1)铝土矿铝矾土是生产棕刚玉的主要原料，Al2O3含量为88%~90%的高铝熟料是生产亚白刚玉的主要原料。氧化铝是生产白刚玉和致密刚玉的原料。铝土矿又称铝土矿或铝土矿，主要矿物为一水硬铝石(al2o3·H2O)和三水铝石(al2o3·3H2O)。中国的铝土矿储量极其丰富:产地从山西、河北、山东到黄河以北，中间经过河南、广西，西南到贵州、云南。目前铝土矿熟料的主要产地有山西、河南、贵州。湖南还有一些正在开发的小煤矿。我国铝土矿的主要矿物为勃姆石、勃姆石、高岭石和叶蜡石，按其矿物组成可分为三种类型:勃姆石-高岭石型(DK)；勃姆石-高岭石型(BK)；一水硬铝石-叶蜡石型(DP)。目前应用最广泛的是DK型铝土矿，DK型铝土矿熟料按其Al2O3含量分为S、_、_A、_B、_等。(2)烧结刚玉和电熔刚玉人造刚玉是以工业氧化铝或高铝矾土为主要原料，在电弧炉中熔融而成。此外，刚玉板状氧化铝可以通过烧结制备。这种方法仍然是以工业氧化铝粉为主要原料，经过煅烧、细磨、造球、烧制而成。这种方法生产技术难度大，但产品强度高，耐腐蚀性强，热震稳定性好。所谓“亚白刚玉”，其实是以高铝为主的致密电熔刚玉，Al2O3含量大于98%，显气孔率小于4%。它由高铝矾土在还原气氛和受控条件下通过电熔制成。刚玉晶体呈颗粒状，一般为1～15mm；主要杂质为金红石、钛酸铝及其固溶体。(3)莫来石莫来石是以3al2o3·2SiO2晶相为主要成分的耐火原料。莫来石分为天然莫来石和合成莫来石。天然莫来石很少，一般都是人工合成的。莫来石化学性质稳定，不溶于氢氟酸。它在高温下具有良好的机械和热性能。因此，合成莫来石及其制品具有致密度高、纯度高、高温结构强度高、高温蠕变率低、热膨胀系数小、抗化学腐蚀和抗热震性强等优点。(4)硅线石矿物硅线石矿物有蓝晶石、红柱石和硅线石，俗称“三石”。三种石头化学成分相同，但晶体结构不同，属于类质同晶。当加热到高温时，它们都转化为莫来石，形成少量的熔融SiO2，并伴有体积膨胀。由于三种石材的热膨胀不同，它们的直接利用程度也不同。由于红柱石体积变化小，无论是用来制砖还是作为添加剂，都是直接使用原料。硅线石和蓝晶石常以膨胀剂的形式加入配料中，尤其是不定型耐火材料。用来制砖，就要煅烧熟料，尤其是蓝晶石。四。碱性耐火原料41镁原料(1)菱镁矿中国的菱镁矿主要有两种:结晶菱镁矿和无定形菱镁矿。中国的菱镁矿主要分布在辽宁和山东省。菱镁矿的主要杂质是滑石，部分菱镁矿CaO含量高，其次是白云石。我国菱镁矿按化学成分可分为S、_、_、_、_五个等级，只有S级和I级用于煅烧砖用镁砂。采用两步浮选和两步煅烧法制备高纯氧化镁。以该方法制备的高纯氧化镁为原料，可开发多种高性能耐火制品。(2)其他含镁矿物镁质耐火材料中镁橄榄石制品的主要矿物成分是镁橄榄石(2MgOSiO2)和方镁石(MgO)。该产品的特点是抗熔融氧化铁能力强，热震稳定性优于普通镁砖。生产该产品的主要原料是橄榄岩和蛇纹石。42白云石原料白云石是一种耐火原料，主要成分为碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3)。其化学式为CaMg(CO3)2或MgCO3CaCO3，理论组成为CaO3041%，MgO2187%，CO247。72%CaO/MgO=139，硬度354。中国的白云石原料丰富，分布广泛，纯度相对较高。辽宁大石桥地区储量丰富。山东、湖北、陕西、广西、甘肃、江西、安徽、四川、云南、湖南等省矿产资源丰富。该矿体常与石灰岩和菱镁矿共生。5锆产品的原材料(1)锆石锆英石(ZrO2SiO2或ZrSiO4)是生产锆制品和锆英石制品的主要原料。中国锆石的产地是海南省。广东省、广西壮族自治区、山东省、福建省和台湾省均有分布。锆石的理论成分是ZrO267。01%和二氧化硅32。99%常含有TiCfe等微量稀土氧化物，由于这些元素的存在，具有不同程度的放射性。因此，使用这种原料生产产品时，应采取必要的防护措施。锆石的热导率较低，在201000℃时为372W/(mK)。与其他晶相相比，锆石的膨胀系数也较低，1000℃时为46×10-6℃。其单晶在垂直和平行主轴(C轴)两个方向上的膨胀系数差别很大。锆英石是化学惰性的，难以与酸反应。它与玻璃熔体反应程度很小，在冶金和玻璃工业中常用作耐火材料。(2)斜锆石天然斜锆石(ZrO2)通常不规则，呈黑色、棕色、**或无色。我国天然斜锆石矿体很少。工业上使用的ZrO2是一种化工原料，是由锆石(ZrO2SiO2)经化学方法制成的白色或微**粉末。常压下纯ZrO2从低温到高温有三种晶型:单斜相、四方相和立方相。根据稳定的程度，稳定的ZrO2可分为部分稳定的ZrO2和完全稳定的ZrO2。由于热膨胀系数大，完全稳定的ZrO2在热震稳定性方面不如部分稳定的ZrO2，所以后者常用作陶瓷和耐火材料的增韧材料。(3)脱硅锆在国外，除锆英石精矿外，在电熔锆刚玉(AZS)耐火材料的生产中，大多加入一定量的“脱硅锆”原料。目的是调整和稳定配方；二是提高和优化产品性能。(4)锆刚玉莫来石原料为工业氧化铝、高岭土和锆英石，经细磨混合均匀，用半干法压制成球，在3001700℃煅烧得到该材料。结果表明，增加锆英石含量会提高烧结温度，降低总收缩率，增加闭孔。这些反应使烧结的锆刚玉莫来石具有更高的密度、强度和更好的抗热震性。不及物动词铬产品的原材料铬铁矿或铬铁矿是生产铬(铬砖、铬镁砖、镁铬砖)耐火材料的主要原料之一。铬铁矿是多种矿物的混合物，因为其矿物成分波动很大，化学成分和物理性质差异很大。通常由含铬粒的脉石矿物组成。这些脉石矿物通常是硅酸镁，如蛇纹石、镁橄榄石和橄榄石。铬铁矿中除Cr2O3外，还有Al2O3、Fe2O3和MgO。通常，由于镁和铁的存在，亚铬酸盐通常表示为(Mg，Fe)Cr2O3。