bài giảng thạch luận các đá magma chương 8 các nguyên tố chính

Chương 8: Các nguyên tố chính
Chương 8: Các nguyên tố chính
Nguyên lý chung của kỹ thuật phân tích phổ hiện đại
Nguyên lý chung của kỹ thuật phân tích phổ hiện đại
Sơ đồ nguyên lý của các thiết bị phân tích phổ hiện đại. Theo Winter (2001) An Introduction to
Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Nguồn năng lượng
Detector thu
bức xạ hấp thụ
Mẫu
Detector thu
bức xạ phát ra
Đầu ra với các
trũng bức xạ hấp thụ
Đầu ra với các peak
bức xạ phát ra
Bức xạ
hấp thụ
Bức xạ phát ra
Các nguyên tố chính
Các nguyên tố chính
: hàm lượng > 1%
: hàm lượng > 1%
SiO
SiO
2
2
Al
Al
2
2

O
O
3
3
FeO* MgO CaO Na
FeO* MgO CaO Na
2
2
O K
O K
2
2
O H
O H
2
2
O
O
Các nguyên tố phụ
Các nguyên tố phụ
: thường chiếm 0.1 - 1%
: thường chiếm 0.1 - 1%
TiO
TiO
2
2
MnO P
MnO P
2
2

O
O
5
5
CO
CO
2
2
Các nguyên tố hiếm (vết)
Các nguyên tố hiếm (vết)
: thường < 0.1%
: thường < 0.1%
Element Wt % Oxide Atom %
O 60.8
Si 59.3 21.2
Al 15.3 6.4
Fe 7.5 2.2
Ca 6.9 2.6
Mg 4.5 2.4
Na 2.8 1.9
Mức độ phổ biến của các
Mức độ phổ biến của các
nguyên tố trong vỏ Trái Đất
nguyên tố trong vỏ Trái Đất
Phân tích mẫu đá thông thường
Phân tích mẫu đá thông thường
Wt. % Oxides to Atom % Conversion
Oxide Wt. % Mol Wt. Atom prop Atom %
SiO
2

49.20 60.09 0.82 12.25
TiO
2
1.84 95.90 0.02 0.29
Al
2
O
3
15.74 101.96 0.31 4.62
Fe
2
O
3
3.79 159.70 0.05 0.71
FeO 7.13 71.85 0.10 1.48
MnO 0.20 70.94 0.00 0.04
MgO 6.73 40.31 0.17 2.50
CaO 9.47 56.08 0.17 2.53
Na
2
O 2.91 61.98 0.09 1.40
K
2
O 1.10 94.20 0.02 0.35
H
2
O
+
0.95 18.02 0.11 1.58
(O) 4.83 72.26

Total 99.06 6.69 100.00
Phải nhân với số lượng cation trong oxide
Table 8-3. Chemical analyses of some
representative igneous rocks
Peridotite Basalt Andesite Rhyolite Phonolite
SiO2 42.26 49.20 57.94 72.82 56.19
TiO2 0.63 1.84 0.87 0.28 0.62
Al2O3 4.23 15.74 17.02 13.27 19.04
Fe2O3 3.61 3.79 3.27 1.48 2.79
FeO 6.58 7.13 4.04 1.11 2.03
MnO 0.41 0.20 0.14 0.06 0.17
MgO 31.24 6.73 3.33 0.39 1.07
CaO 5.05 9.47 6.79 1.14 2.72
Na2O 0.49 2.91 3.48 3.55 7.79
K2O 0.34 1.10 1.62 4.30 5.24
H2O+ 3.91 0.95 0.83 1.10 1.57
Total 98.75 99.06 99.3 99.50 99.23
Phương pháp CIPW
Phương pháp CIPW
●
Mode
Mode
là % khối lượng của khoáng vật
là % khối lượng của khoáng vật
●
Norm
Norm
là các khoáng vật được tính toán theo
là các khoáng vật được tính toán theo
lý thuyết

lý thuyết
Các biểu đồ tương quan
Các biểu đồ tương quan
Để biểu diễn các số liệu hóa học một cách dễ hiểu
Để biểu diễn các số liệu hóa học một cách dễ hiểu
Các biểu
Các biểu
đồ hai
đồ hai
biến
biến
(x-y)
(x-y)
Các biểu đồ Harker
Các biểu đồ Harker
Ví dụ cho 310 phân tích đá núi
lửa Crater Lake (Mt. Mazama),
Oregon Cascades.
Các biểu
Các biểu
đồ hai
đồ hai
biến
biến
(x-y)
(x-y)
Các biểu đồ Harker
Các biểu đồ Harker
Ví dụ cho 310 phân tích đá núi
lửa Crater Lake (Mt. Mazama),

Oregon Cascades.
Biểu đồ tương quan 3 biến
Biểu đồ tương quan 3 biến
Ví dụ: Biểu đồ AFM
Ví dụ: Biểu đồ AFM


(tổng kiềm-FeO*-MgO)
(tổng kiềm-FeO*-MgO)
Các mô hình tiến hóa magma
Các mô hình tiến hóa magma
hypothetical set of related volcanics.
Oxide B BA A D RD R
SiO
2
50.2 54.3 60.1 64.9 66.2 71.5
TiO
2
1.1 0.8 0.7 0.6 0.5 0.3
Al
2
O
3
14.9 15.7 16.1 16.4 15.3 14.1
Fe
2
O
3
* 10.4 9.2 6.9 5.1 5.1 2.8
MgO 7.4 3.7 2.8 1.7 0.9 0.5

CaO 10.0 8.2 5.9 3.6 3.5 1.1
Na
2
O 2.6 3.2 3.8 3.6 3.9 3.4
K
2
O 1.0 2.1 2.5 2.5 3.1 4.1
LOI 1.9 2.0 1.8 1.6 1.2 1.4
Total 99.5 99.2 100.6 100.0 99.7 99.2
B = basalt, BA = basaltic andesite, A = andesite, D = dacite,
RD = rhyo-dacite, R = rhyolite. Data from Ragland (1989)
Table 8-5. Chemical analyses (wt. %) of a
Theo Ragland (1989). Basic Analytical
Petrology, Oxford Univ. Press.
Biểu đồ tương quan của các
Biểu đồ tương quan của các
hợp phần X và Y.
hợp phần X và Y.
P = Nguồn ban đầu,
P = Nguồn ban đầu,
D = Sản phẩm,
D = Sản phẩm,
S = phần cứng được tách ra
S = phần cứng được tách ra
A, B, C = các pha cứng có
A, B, C = các pha cứng có
thể được tách ra
thể được tách ra
Biểu đồ Harker
Biểu đồ Harker

✦
Các hướng biến thiên mềm
Các hướng biến thiên mềm
mại hơn
mại hơn
✦
Mô hình có 3 giả thiết:
Mô hình có 3 giả thiết:
1 Các đá liên quan với nhau
1 Các đá liên quan với nhau
bằng kết tinh phân đoạn
bằng kết tinh phân đoạn
2 Hướng biến thiên = Đường
2 Hướng biến thiên = Đường
biến thiên của dung thể
biến thiên của dung thể
3 Bazan là magma mẹ
3 Bazan là magma mẹ
●
Ngoại suy BA
Ngoại suy BA
→
→
B
B


SiO
SiO
2

2
thấp hơn
thấp hơn
●
K
K
2
2
O là oxit
O là oxit
→
→
0 đầu
0 đầu
tiên (tại SiO
tiên (tại SiO
2
2
=
=
46.5)
46.5)
46.5% SiO
2
được coi là
hàm lượng của hợp phần
cúng tách ra, và đường
màu xanh là hàm lượng
tương ứng của các oxit
khác

Ngoại suy các đường biến
Ngoại suy các đường biến
thiên khác theo hướng BA
thiên khác theo hướng BA
→
→


B
B
→
→
cắt đường xanh
cắt đường xanh
Oxide Wt% Cation Norm
SiO
2
46.5 ab 18.3
TiO
2
1.4 an 30.1
Al
2
O
3
14.2 di 23.2
Fe
2
O
3

* 11.5 hy 4.7
MgO 10.8 ol 19.3
CaO 11.5 mt 1.7
Na
2
O 2.1 il 2.7
K
2
O 0
Total 98.1 100
Kết quả:
Kết quả:
plagioclase, olivine, pyroxene
plagioclase, olivine, pyroxene
và oxit Fe-Ti bị tách ra
và oxit Fe-Ti bị tách ra
Lặp lại các bước này theo hướng BA
Lặp lại các bước này theo hướng BA
→
→
A etc.
A etc.
Biểu đồ tương
quan các cation
cho quá trình
phân dị kết tinh
của olivine,
augite, và
plagioclase để
hình thành BA từ

B. Theo Ragland
(1989). Basic
Analytical
Petrology, Oxford
Univ. Press.
Tam giác tương quan biểu thi dung thể tương đương với tập hợp khoáng vật được tách ra (màu
xanh) được biểu diễn trong slide trước. Theo Ragland (1989). Basic Analytical Petrology, Oxford
Univ. Press.
Các loạt magma
Các loạt magma
Địa hóa có thể sử dụng để phân biệt các kiểu
Địa hóa có thể sử dụng để phân biệt các kiểu
magma khác nhau hay không ?
magma khác nhau hay không ?
Một số chỉ số hóa học có thể phân biệt các
Một số chỉ số hóa học có thể phân biệt các
nhóm magma
nhóm magma
✦
Tổng kiềm (Na
Tổng kiềm (Na
2
2
O + K
O + K
2
2
O)
O)
✦

Silic (SiO
Silic (SiO
2
2
) và độ bão hòa silic
) và độ bão hòa silic
✦
Nhôm (Al
Nhôm (Al
2
2
O
O
3
3
)
)
Tổng kiềm vs. Silic:
Tổng kiềm vs. Silic:
Phân biệt hai nhóm:
Phân biệt hai nhóm:
Kiềm
Kiềm
và
và
á kiềm
á kiềm
Tổng kiềm vs silic cho
các đá kiềm và á kiềm
Hawaii. Theo

MacDonald (1968).
GSA Memoir 116
Tứ diện bazan và mặt Ne-Ol-Q
Tứ diện bazan và mặt Ne-Ol-Q
Trường kiềm và á kiềm riêng biệt
Trường kiềm và á kiềm riêng biệt
Trái: Tứ diện bazan (theo Yoder and Tilley, 1962). J. Pet., 3, 342-532. Phải: mặt dưới của tứ diên với thành
phần của các đá á kiềm (đen) và kiềm (vàng). Theo Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.
Ne
Ab
Q
1070
1060
1713
Ab + Tr
Tr + L
Ab + L
Ne + L
Dung thể
Ab + L
Ne + Ab
Ranh giới
nhiệt động
Ranh giới nhiệt động phân chia các trường bão
Ranh giới nhiệt động phân chia các trường bão
hòa silic (á kiềm) và dưới bão hòa silic (kiềm) ở
hòa silic (á kiềm) và dưới bão hòa silic (kiềm) ở
áp suất thấp
áp suất thấp
Không thể vượt qua ranh giới bằng phân dị kết

Không thể vượt qua ranh giới bằng phân dị kết
tinh, nên không thể từ loạt này hình thành loạt kia
tinh, nên không thể từ loạt này hình thành loạt kia
được (ít nhất tại áp suất thấp)
được (ít nhất tại áp suất thấp)
F
A
M
C
a
l
c
-
a
l
k
a
l
in
e

T
h
o
l
e
i
i
t
i
c
Biểu đồ AFM:
Biểu đồ AFM:
có thể phân chia nhỏ hơn loạt magma á
có thể phân chia nhỏ hơn loạt magma á
kiềm thành hai loạt
kiềm thành hai loạt
tholeiitic
tholeiitic
và kiềm vôi (
và kiềm vôi (
calc-alkaline
calc-alkaline
)
)
Biểu đồ AFM phân biệt các đá loạt tholeiitic Iceland,

Columbia River Basalts, và Hawaii (solid circles) với các
đá kiềm vôi Cascade volcanics (open circles). Theo Irvine
and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.
Độ bão hòa nhôm dựa trên tương quan hợp phần phân tử (molar) Al
2
O
3
/(CaO+Na
2
O+K
2
O) (“A/CNK”) theo Shand
(1927).
a. Tương quan CaO (xanh) và (Na
2
O +
K
2
O) (đỏ) với SiO
2
của các đá Crater
Lake. Peacock (1931) dùng giá trị SiO
2

tại giao điểm là “chỉ số kiềm - vôi”.
b. Các chỉ số bão hòa nhôm (Shand,
1927) với các phân tích các đá giàu
nhôm ỏ Achala Batholith, Argentina
(Lira and Kirschbaum, 1990). Trong

tuyển tập S. M. Kay and C. W. Rapela
(eds.), Plutonism from Antarctica to
Alaska. Geol. Soc. Amer. Special
Paper, 241. pp. 67-76.