岩浆岩的矿物成分

除极少数玻璃质岩石以外，绝大部分岩浆岩都由矿物组成，组成岩浆岩的矿物常见的不过20多种，这些构成岩石的矿物通称为造岩矿物。

1硅铝矿物和铁镁矿物

常见造岩矿物根据其化学成分特点可分为两类。

1）硅铝矿物：SiO2与Al2O3的含量较高，不含铁镁，其中包括石英、长石类及似长石类，这些矿物颜色较浅，又称浅色或淡色矿物。

2）铁镁矿物：FeO与MgO的含量较高，SiO2含量较低，其中包括橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母类等，这些矿物的颜色一般较深，又称暗色矿物。

暗色矿物和浅色矿物在岩浆岩中的比例，是岩浆岩鉴定和分类的重要标志之一，岩浆岩中暗色矿物的含量（体积分数，用φB）称色率，根据岩浆岩中色率可大致推知岩石的化学性质、岩石分类等，如浅色（色率为0～30%）的花岗岩，反映岩石中SiO2含量高，属酸性岩类。

2主要矿物、次要矿物、副矿物

根据矿物在岩石中的含量及在岩浆岩分类中的作用可分类如下。

1）主要矿物：指岩石中含量多并在确定岩石大类名称上起主要作用的矿物。例如花岗岩类，主要矿物是石英和钾长石，没有石英或石英含量不够，则岩石为正长岩类，没有钾长石则为石英岩或脉石类，所以对于花岗岩来说，石英、长石为主要矿物。

2）次要矿物：指岩石中含量次于主要矿物的矿物，对划分岩石大类不起主要作用，但对确定岩石种属起一定作用，含量一般小于15%。如闪长岩类，石英是次要矿物，闪长岩中有石英（含量达5%）称石英闪长岩，无石英或石英＜5%，则称闪长岩，但二者均属闪长岩大类，所以对闪长岩来说石英是次要矿物。

3）副矿物：岩石中含量很少，通常不到1%，它们通常不参与岩石命名，只有对岩石成因或成矿方面有特殊意义时，有选择地用作岩石名称前的点缀，如独居石花岗岩，独居石以副矿物存在，但指示该花岗岩富稀土元素。

3岩浆岩矿物成因的类型

岩浆岩矿物按其形成的阶段及形成时的物理化学条件分类如下。

1）原生矿物：是在岩浆冷却过程中形成的矿物。按成因特点又可分为正常矿物、残余矿物和反应矿物三个亚类。

a正常矿物：直接从岩浆中结晶出来而且在岩石形成过程中相对稳定的矿物，如喷出岩中新鲜的透长石斑晶。

b残余矿物和反应矿物：矿物从岩浆中析出后，因温度、压力、成分等发生变化，使这些矿物受到部分反应、分解，其中尚未遭受变化的残余部分称为残余矿物，而反应、分解所形成的新矿物称反应矿物。例如，岩浆中析出的镁橄榄石，与岩浆中SiO2反应形成顽火辉石，那么顽火辉石就是反应矿物，而未反应完、残留的橄榄石就是残余矿物。

2）成岩矿物：在岩浆中完全结晶后，由于外界物理化学条件的变化使原生矿物发生转变而新形成的矿物称成岩矿物。如高温β-石英转变成低温a-石英。

3）岩浆期后矿物：在岩浆基本上凝固成固体的岩石后，由于受残余挥发分和岩浆期后溶液的作用（蚀变、交代及充填）而生成的矿物称岩浆期后矿物。它们往往交代原生矿物或填充在矿物的孔隙和晶洞中，既包括气成矿物，如电气石、萤石、黄玉等，也包括那些自-他形变质矿物，如橄榄石变成蛇纹石、滑石、皂石，斜长石的钠黝帘石化（即钠长石、黝帘石等）矿物。

4）他生矿物：它们是由岩浆同化了围岩和捕虏体所形成的矿物。在纯净的正常岩浆中不会析出这类矿物。如花岗岩与富铝泥质岩石接触出现的富铝矿物：堇青石、红柱石及铁铝榴石等；与碳酸盐类接触往往出现富钙矿物：钙铁榴石、透辉石、硅灰石等。

5）外生矿物：又称表生矿物，是岩石受到各种外界营力，主要是地表风化作用而形成的矿物，如钾长石风化成高岭土等。

沉积岩中已发现的矿物有160余种，但主要的和经常出现的大约只有20多种。如硅质矿物（石英、玉髓、蛋白石等）、粘土矿物（伊利石、蒙脱石、高岭石）、云母类矿物、长石类矿物、碳酸盐类矿物等。上述几类矿物约占沉积岩中矿物组成总量的98%左右。此外，在沉积岩中还常见有铁、锰的氧化物和氢氧化物，磷酸盐类矿物和硫酸盐类矿物等（表7-4）。

表7-4 沉积岩与岩浆岩的平均矿物成分（%）

从表7-4中看出，沉积岩的矿物成分与岩浆岩不同，主要有：

1）沉积岩中很稀少或几乎不存在的矿物有：橄榄石、似长石类、普通角闪石、辉石等。而上述矿物在岩浆岩中却普遍存在。

2）粘土矿物、盐类矿物、碳酸盐类矿物、有机质等为沉积岩的特征矿物，也是沉积岩的主要矿物成分。

3）酸性斜长石、钾长石及石英、白云母等矿物既存在于岩浆岩中，也存在于沉积岩中，但含量有很大的差异。

组成沉积岩的矿物，若按其形成阶段可分为以下几种类型：即陆源碎屑矿物、同生矿物，成岩矿物与后生矿物。同生矿物、成岩矿物和后生矿物都是在沉积岩形成的过程中生成的，故又统称为自生矿物。

1）陆源碎屑矿物：来源于风化原岩，在沉积岩形成以前就已存在，故又称为继承矿物。常见有石英、长石、白云母以及锆石、石榴子石、磷灰石、金红石、十字石等重矿物。

2）同生矿物：是指从胶体溶液或真溶液中沉淀生成的矿物。如各种盐类矿物（岩盐、钾盐、光卤石等）、自生粘土、铝、铁、锰的氧化物和硫化物、胶磷矿、海绿石等。

3）成岩矿物和后生矿物：主要有沸石、后生白云石、自生石英、自生长石等。

岩浆岩的结构(texture)是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形态特征以及组分之间的相互关系所反映的岩石特征。

图1－4 按结晶程度划分的三种结构

图1－5 过冷却与结晶能力关系示意图

1岩浆岩结构的要素、特征和分类

(1)结晶程度

是指岩石中结晶物质和非结晶玻璃物质的含量比例。据其可将岩浆岩结构分成如下三类:

全晶质结构(holocrystalline texture) 即全部由结晶矿物所组成的岩石结构(图1－4A)。这种结构多见于深成岩中，如花岗岩。

玻璃质结构(vitreous texture) 即全部由玻璃物质所组成的岩石结构(图1－4C)。这种结构常见于火山岩中，如黑曜岩。

半晶质结构(miocrystalline texture) 即既有结晶矿物又有非晶质玻璃所组成的岩石结构(图1－4B)。这种结构也主要见于火山岩中，如流纹岩。

这些结构是岩浆在不同条件下结晶的产物。如图1－5所示，随着岩浆活动，温压条件变化，岩浆开始结晶，形成结晶中心，并在这些中心上不断长大。但是任何矿物都在它的过冷却区域内(低于熔点若干度)结晶。如果它们在过冷却区内停留时间长，即冷却缓慢，结晶中心形成速度小于晶体生长速度(如a区)，矿物晶体就会充分发育，形成全晶质或较大的晶体;如果冷却迅速(如b、c区)，就会结晶不全或形成细小的晶体，甚至来不及结晶而形成玻璃(如d区)。另外岩浆的成分也会影响岩石的结晶程度，形成不同的结构，如易流动的基性熔岩常为全晶质，而黏度大的酸性熔岩则常为半晶质或玻璃质。

玻璃质是一种不稳定物质，随着时间的推移和物化条件的改变，常常会发生脱玻璃化作用，形成一些细小的雏晶。雏晶是一些形态多种多样的晶芽(图1－6)。这些晶芽一般无明显的光性特征，当它们进一步转化，就会形成骨架状的骸晶或细小的微晶。所以，除了时代较新的火山岩中可见玻璃质结构之外，那些较老的前新生代的岩浆岩中很少有玻璃质结构存在。当火山玻璃中有微晶发育时，它们就可转变成微晶结构或晶体轮廓不清的隐晶质集合体，而组成霏细结构(felsophyric texture);和霏细结构伴存的还常有一些由放射状纤维组成的球粒，当球粒特别发育时即称为球粒结构(spherulitic texture)(图1－7)。

(2)矿物颗粒大小(粒度大小)

包括绝对大小和相对大小两个方面。

按照矿物颗粒的绝对大小(粒度)和肉眼下可辨别的程度，可将岩浆岩的结构划

图1－6 火山玻璃中的雏晶

图1－7 球粒结构(花岗斑岩，河南桐柏，照片素描)

显晶质结构(phanerocrystallinetexture) 矿物颗粒在肉眼或放大镜下可以分辨者。按岩石中主要矿物颗粒的平均直径又可分为:

粗粒结构，颗粒直径>5mm;

中粒结构，颗粒直径5～1mm;

细粒结构，颗粒直径1～01mm;

微粒结构，颗粒直径<01mm。

隐晶质结构(cryptocrystalline texture) 是指颗粒非常细小，肉眼或放大镜下不可分辨，但在显微镜下可以分辨矿物晶粒者。这是浅成侵入岩和熔岩中常有的一种结构，这种结构很致密，有时和玻璃物质不易区分，但是它们的手标本一般无玻璃光泽和贝壳状断口，也不像玻璃那样脆，常有瓷状断面。按其晶粒在显微镜下的可见程度还可以进一步细分为显微显晶质结构和显微隐晶质结构。

按照矿物颗粒的相对大小可以分出(图1－8):

等粒结构(equigranular texture) 岩石中同种主要矿物颗粒大小大致相等(图1－8A)。

不等粒结构(inequigranular texture) 岩石中同种主要矿物颗粒大小不等，如果其粒度大小依次降低，构成连续变化系列，则称不等粒结构(图1－8C)。

斑状(porphyritic)和似斑状(porphyroid) 结构岩石中所有的矿物颗粒和成分都俨然分属于大小不同的两群，大者组成斑晶，小的组成基质。若基质由微晶质或隐晶质和玻璃质组成则称为斑状结构(图1－8B);若基质由显晶质组成则形成似斑状结构(图1－8D)。

斑状结构常见于浅成侵入岩和火山岩中，其斑晶和基质形成于不同的物化条件和不同的世代。熔浆在地壳深处时开始析出晶体，形成了一些较大的斑晶，随后这种含有一些晶体的岩浆又沿着一定的构造位置，迅速上升到地壳较浅处或喷溢至地表，这时炽热的含晶熔浆骤然冷却，快速形成一些微晶，甚至有时来不及结晶而形成一些玻璃，这样早世代的斑晶和晚世代的微晶或玻璃基质就构成斑状结构。

图1－8 按矿物颗粒相对大小划分的结构

似斑状结构主要分布于浅成侵入岩和部分中深成侵入岩中，其基质一般都是显晶质的(如细粒、中粒，甚至是粗粒)，斑晶和基质形成在相同或几乎相同的物化条件和同一世代。因此，斑晶和基质的矿物成分常常是一样的，斑晶中也无其他反应现象。有时斑晶的继续生长和基质的结晶同时进行，这时基质的颗粒就往往从边缘插到斑晶中去，因而斑晶虽一般都有结晶轮廓，但却没有平整的晶面。另外在这种结构中，斑晶和基质的晶粒往往在大小上并无明显的界线，有时是连续变化的，这时就可以过渡为不等粒结构。

(3)矿物颗粒的形状

矿物的形状特点包括矿物的自形程度和结晶习性。自形程度是指矿物晶面发育的完善程度。据其可将岩石结构分为(图1－9):

自形晶(idiomorphic crystal) 矿物晶形发育完整，这种晶体多半是在空间有利或晶体生长能力较强的情况下形成的。如果岩石全部由这种自形晶粒组成，即构成全自形粒状结构(panidiomorphic granular texture)。

半自形晶(hypidiomorpic crystal) 矿物晶形发育得不完整，仅有部分有完整的晶面，部分则为不规则的轮廓。这是因为晶体生长有先有后，或多种矿物都在生长，条件不充分造成的。这是侵入岩中很多矿物常有的形状，如果岩石由它们组成，即构成了半自形粒状结构(hypidiomorpic granular texture)。

他形晶(xenomorphic crystal) 所有的晶面都不发育，成为形状不规则的他形晶体，一般多充填于其他矿物颗粒之间，常常是特定条件下的形成物。如岩石全由这种他形晶粒组成，即构成他形粒状结构(allotriomorphic granular texture)。

由于矿物的结晶习性不同，矿物的形态也不一样，常见的有粒状、柱状、板状、片状、针状、纤维状等。据其可命名为相应的结构，如粒状结构、柱状结构等。

图1－9 矿物颗粒外形完整程度

图1－10 交生结构

(4)岩石中矿物(组分)间的相互关系

包括矿物颗粒之间的相互关系和矿物与火山玻璃间的相互关系。常见的有:

交生关系 两种矿物彼此交生嵌布在一起。常见的有文象结构、条纹结构、蠕虫结构等。

文象结构(graphic texture) 是规则或不规则状的(状如象形文字)石英(称之为嵌晶)有规律地镶嵌生在钾长石中(图1－10A)，其中石英嵌晶具有相同的光性方位。

蠕虫结构(myrmekitic texture) 是蠕虫状石英嵌布在酸性斜长石边部(图1－10B)。

条纹结构 ( perthitic texture) 钾长石和钠长石呈条纹状交生 ( 图 1 －11) 。通常都是钠长石呈条纹无定向或定向分布在钾长石中，相反的情况较少见。它们多由固溶体出溶或交代作用形成。

反应关系 早期晶出的矿物与残余熔浆发生反应而形成，如反应边结构、环带结构等。

反应边结构 ( reaction rim texture) 是指早生成的矿物或捕虏晶与岩浆发生反应，当反应不彻底时，环绕早生成矿物形成一个新矿物边。常见的如: 橄榄石周围有斜方辉石或单斜辉石的反应边; 有时在辉石之外还可有角闪石的反应边 ( 图 1 －12) 。

图 1 －11 交生结构

图 1 －12 反应边结构

环带结构 ( zonal texture) 主要见于斜长石中，可见完整的斜长石晶粒由不同成分的环带组成。

2 岩浆岩中矿物的结晶顺序和鲍温反应原理

( 1) 结晶顺序

确定岩浆岩矿物的晶出顺序是研究岩浆岩结晶过程的重要内容。一般情况下，从以下几方面来观察、判断矿物的晶出顺序。

矿物的自形程度 一般来说矿物的自形程度愈好，晶出愈早，至少是结晶期结束早的比结晶期结束晚的自形程度高。

矿物的包裹关系 一般被包裹的客晶结晶早于主晶，但固溶体出溶形成的包裹关系不属此列。

矿物的相对大小 对于斑状结构岩石，斑晶矿物比基质矿物晶出早; 但在似斑状岩石中，有些斑晶可能是后来交代形成的。

矿物的共生关系 有些副矿物与次生矿物共生，例如黑云母被绿泥石交代，这时可见绿泥石与榍石共生，其中榍石由黑云母变成绿泥石时析出的钛和钙组成，因此属晚期形成的产物。

( 2) 鲍温反应原理

20 世纪 20 年代，鲍温 ( N L Bowen) 根据玄武岩浆冷凝结晶过程的人工实验观察，提出的一个表示岩浆结晶过程的反应系列 ( reaction series) 。该原理较好的解释了钙碱性岩浆的矿物结晶情况 ( 如图 1 －13) 。反应系列分两个支系，C 支为浅色的———斜长石系，由培长石到钠长石，其成分是渐变的固溶体系，结晶格架未见显著变化，也称连续反应系列; D 支为深色的———铁镁矿物系，橄榄石到黑云母，其成分不是渐变，结晶格架显著变化，称之为不连续反应系列。鲍温反应系列可以概略反映矿物的结晶顺序，即橄榄石比辉石早析出，辉石又比角闪石、黑云母早结晶。随着岩浆温度的下降，早晶出的高温矿物可以与岩浆反应生成系列中较低温的矿物，如常见的橄榄石与岩浆反应生成辉石，辉石与岩浆反应生成角闪石等。另外也说明了矿物的共生关系、岩浆的分异趋势，即成分由基性向酸性演化。还说明了岩浆岩和围岩捕虏体间的关系，较基性的岩浆可熔化酸性捕虏体，而较酸性的岩浆则一般不能熔化较基性的捕虏体，所以自然界中较基性的暗色捕虏体最常见。

图 1 －13 鲍温反应系列

花岗岩以石英、长石和云母为主要成分。其中长石含量为40%~60%，石英含量为20%~40%，其颜色决定于所含成分的种类和数量。岩质坚硬密实。

花岗岩是一种由火山爆发的熔岩在受到相当的压力的熔融状态下隆起至地壳表层，岩浆不喷出地面，而在地底下慢慢冷却凝固后形成的构造岩，是一种深成酸性火成岩，属于岩浆岩(火成岩)。

主要应用于大型公共建筑或装饰等级要求较高的室内外装饰工程。不易风化，外观色泽可保持上百年以上。

花岗岩属于酸性（SiO2>66%）岩浆岩中的侵入岩，这是此类中最常见的一种岩石，多为浅肉红色、浅灰色、灰白色等。中粗粒、细粒结构，块状构造。也有一些为斑杂构造、球状构造、似片麻状构造等。主要矿物为石英、钾长石和酸性斜长石，次要矿物则为黑云母、角闪石，有时还有少量辉石。副矿物种类很多，常见的有磁铁矿，榍石，锆石、磷灰石、电气石，萤石等。石英含量是各种岩浆岩中最多的，其含量可从20—50%，少数可达50—60%。钾长石的含量一般比斜长石多，两者的含量比例关系常常是钾长石占长石总量的三分之二，斜长石占三分之一，钾长石在花岗岩中多呈浅肉红色，也有灰白、灰色的。灰白色的钾长石和斜长石在手标本上往往不易区分。这时我们要仔细观察这两种长石的双晶特征，因为斜长石具聚片双晶，转动手标本时可见到斜长石晶体上有规则的明暗相间的聚片，而钾长石为卡式双晶，表现为明亮程度不同的两半晶体。

花岗岩还可以根据暗色矿物种类进一步命名，如暗色矿物主要是黑云母，可称为黑云母花岗岩，这是常见的一种花岗岩。如为黑云母和白云母，其含量接近相等，可称为二云母花岗岩，如果暗色矿物以角闪石为主，则称为角闪花岗岩，如果暗色矿物以辉石为主，则称为辉石花岗岩，几乎不含暗色矿物的则可称为白岗岩