第5章 火成岩结构成因分析.ppt

二、相体系及其对火成岩结构成因的解释 热动力学概述 相平衡和相律 一元系－SiO2体系 二元固溶体系 二元共结系 1、热动力学概述 （1）体系与环境：用热力学方法研究某一课题时，首先要确定研究的对象和范围，为此，人为地将所研究的某一部分物体同周围物质分割开来，作为研究的对象，即称为“体系”或“系统”；而体系以外周围邻近的有限部分物质称为环境。也就是说体系是以研究为目的而从整体中孤立出来的任何一部分，如岩浆房。体系可进一步分成封闭体系（体系与环境之间没有物质交换，可有能量传递）和开放体系（体系与环境之间既有物质交换，又有能量传递） 。 （2）平衡：就是以其最低能量状态同外界条件相一致的体系，也就是说平衡是研究体系内处于最小能量条件的状态，它没有自发地发生变化的趋势。 体系内是否稳定，或者说体系内是否平衡，均与体系内的能量（变化）有关。一个自然体系总是趋于能量最低状态。 2、相平衡和相律 （1）相：是体系中物理性质、化学性质和组成都均匀的部分，并可用机械方法将其同其它部分分开的任何部分。如一个岩浆体系中的固相、液相和气相。 （2）相图：是相平衡图解，是表达相律的几何形式，即是以图解的形式描述体系内组分、相和自由度在不同条件下的共生关系和变化反应的特点。通常采用T、P和浓度来描述体系的条件，有T-X图、P-X图、P-T图，等等。 （3）相律：是表示物理化学系统中各相间平衡关系的基本规律，它表示了平衡体系中自由度（f）、相数（P）和独立组分数（C）之间的关系。 f = C + 2 - p 岩浆房中的情况－封闭体系 相律：f = C + 1 – p（影响体系的外界因素只有温度－1） 岩浆中的独立组分数（岩浆成分） ： SiO2， Al2O3－构成硅氧四面体 FeO，MgO，MnO－类质同象 Na2O，K2O －类质同象 CaO 结论：同一种岩浆结晶形成的火成岩中，除副矿物外，最终出现平衡共生的矿物相数应不多于5种。 4、二元固溶体体系（An－Ab） 6、二元共结系[透辉石 (CaMgSi2O6)－钙长石 (CaAl2Si2O8) ] 7、二元近结系 [镁橄榄石（Fo）—石英（Q）体系] Mg2SiO4 －SiO2 三相：顽火辉石（En）= 镁橄榄石+ SiO2 我们应该掌握什么？ 岩石结晶程度、粒度与过冷却度的关系 相律——f = C + 2 -p 二元共结系——辉长结构、辉绿结构 二元固溶体体系（An－Ab、 Or－Ab ） ——环带结构、条纹结构 两种结晶情况的岩石结构特点 x （5）压力对Di-An体系的影响： a点：在不同压力下，首先结晶的矿物不同－－解释辉长岩中斜长石和辉石谁先结晶的问题，在地壳浅部或地表形成辉绿结构。 E a b E （6）熔融作用：岩石在升温遭受熔融时，分为： ①平衡熔融：熔融产生的熔体与剩余晶体发生连续的反应，是平衡结晶的逆过程（详述如图） ②分离熔融：熔融产生的熔体立即与剩余固相分离，而不发生反应，完全分离熔融不是完全分离结晶的逆过程。熔融作用是分阶段的（详述如图） 。 f g 注意: 1、平衡熔融与平衡结晶过程恰好相反，最终获得的熔体成分与原始固相成分一致； 2、不论平衡熔融还是分离熔融，也不论Di 和 An以任何比例混合组成的固相，其最初形成的熔体必然是共结成分（d点）； 3、分离熔融最初的熔体成分是共结点成分，但当其中的一个固相消失后，最终熔融产生的熔体成分是相当于Di或An的成分。 等压 T-X 相图 P= 0.1 Mpa （1atm） [After Bowen and Anderson (1914) and Grieg (1927)] 矿物反应边结构的成因解释 f点：岩浆平衡结晶过程 1.f点总体成分与结晶终了的产物？ 2.g点和i点矿物结晶和岩浆演化情况？ Forsterite-镁橄榄石 Enatatite-顽火辉石 Cristobalite-方英石 Tridymite-鳞石英 c d i k m Fo En 1557 Bulk X i = 近结点 1557oC：Fo-En-liq有共结线 反应： Fo + liq = En 此点处，耗尽熔体，可形成反应边结构 f=c+1-p=0（c=2，p=3） 问题：反应何时结束？When is the reaction finished? 火山岩中橄榄石外侧出现的斜方辉石反应边结构 1543 c d i k m Fo En 15