5第六章矿物共生组合变质相和变质相系范例.ppt

第四章 共生分析、变质相和变质相系 矿物相律 矿物组合、成分-共生图解和组分分析 ACF图、A’KF图和AFM图 变质相与变质相系 矿物相律 共生分析的基本思路 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 开放体系统的Korzhenskii矿物相律 共生分析的基本思路 从热力学角度看，一个天然结晶岩石就是一个复杂的非均匀系统。对绝大多数变质岩而言，其热峰条件下形成的矿物组合往往非常接近化学平衡，这使得岩石矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间的关系应服从Gibbs相律 因此，从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用相律，可以分析矿物组合与岩石化学成分和物化条件的关系。这是变质岩石学研究的基本方法，称为共生分析（paragenesis analysis）。 相律, 系统中矿物平衡时: Gibbs 相律 F(自由度数) = C(组分数) – p(相数) + 2 C = 1 f=0: 体系为零变量, 相图上为一点称不变点, 自然界几乎找不到; f=1, 体系为单变量, 相图上为一条直线, 称单变量平衡曲线; f=2: 体系是双变量, 在相图上为一个面（两个单变线之间的区域）,称为双变平衡区（双变面）. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 1911年，Goldschmidt在研究挪威Oslo地区辉长岩体接触变质晕时，将Gibbs相律应用于自然界的变质岩石。他认为，在封闭条件下岩石系统达到平衡时应服从Gibbs相律。变质作用是在一定T-P区间内进行的并达到平衡，必须至少有两个自由度，即f≥2。由Gibbs相律公式可得： f=C-P+2≥2。 因此， P≤C (5-2) 如果系统内没有流体相，P就代表矿物相数；如果有一个流体相，矿物相数就等于P-1。因此在一定T-P范围内平衡共生的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是Goldschmidt矿物相律(mineralogical phase rule)，是Gibbs相律的地质学形式。 例如Al203-Si02二元系，可出现的矿物很多：石英、刚玉、红柱石、蓝晶石、夕线石等，但实际上只可能有两种即石英或刚玉与Al2Si05 同质异相变体之一共生。如果Al203与Si02是等量的，至多只能出现2个同质异相变体。在平衡条件下，不太可能有3、4种矿物组合，更不可能有4个以上的矿物共生。 必须指出，Goldschmidt矿物相律描述的是P-T图解上双变区内或变质地体的变质带内的矿物共生规律。而P-T图解的单变线上或变质地体等变线上出现的矿物相数要比矿物相律允许的相数多1。 开放体系统的Korzhenskii矿物相律 Korzhenskii(1936, 1942, 1973)认为, 交代系统就其整体来说各部分温度、压力、组分化学位等热力学强度变量数值不等, 是一种不平衡系统, 但在每一个极小的局部, 这些数值是固定的, 即不随时间变化而变化时, 可以建立平衡状态. 而当这些数值随时间而变化时, 只要其变化速度不超过这一小范围建立平衡所需的速度, 则局部平衡(local equilibrium)仍能建立. 因此, 热力学的多相平衡原理能有效应用于研究交代作用过程. 在此基础上, Korzhenskii 提出组分差异活动性(differential mobility of components)的思想, 拟定了开放系统矿物相律和开放系统的矿物共生分析方法. Korzhenskii根据组分差异活动性原理, 把开放系统下, 各组分分为两类: 完全活动组分：是扩散能力极强，可以在瞬间通过粒间流体与外部环境发生物质交换，以使其化学位(或浓度) 与外部环境中该组分化学位(或浓度)相等。在平衡过程中，完全活动组分保持化学位(或浓度)不变，外部环境在该过程中起缓冲作用，因而又称为外缓冲组分。 惰性组分：是扩散能力很差，难于与外部环境发生物质交换的组分，即系统对之来说是封闭的，在平衡过程中保持质量固定不变，因而又称为固定组分。 按照Korzhenskii组分差异活动性原理，在开放系统情况下，总的组分数目应该为完全活动组分与惰性组分之和，即： C = Ci + Cm 式中：C为组分数，Ci为惰性组分数，Cm为活动组分数。 由于完全活动组分与T , P一样受外部环境控制，因而，Korzhenskii提出完全活动组分与T, P一样，看作控制交代反应的外部条件。这样，开放体系的自由度则为， f ≥ Cm + 2 将式上述两式代入相律公式：f = C-