变质作用的研究中的几个问题.ppt

第十一章 变质作用研究的有关问题 一、矿物共生分析及其理论依据 （一）平衡共生组合的确定 大多数变质岩（如区域变质岩、接触热变质岩等）形成过程中，其岩石化学成分（除H2O和CO2外）没有显著的变化，可看作是“等化学”的。加之变质作用持续时间极其漫长，因而变质反应能够基本上趋近于物化平衡状态，往往形成非常接近化学平衡的矿物组成。 在实际工作中常见不同时代、不同地区、不同原岩（岩石总体化学成分类似）的变质岩中，有相同的矿物组合重复出现的趋势，被认为是趋近或达到了化学平衡，这样的矿物组合才能称为共生。大多数变质岩中的矿物共生组合在理论上能够符合化学热力学基本原理。 天然岩石系统在一定外界条件下达到或趋近化学平衡时的矿物组成，称为矿物共生组合。显然，矿物共生组合是岩石系统的化学组成和变质作用物理化学条件的反映。 从研究变质岩的矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用热力学基本原理，可以分析矿物共生组合与岩石化学成分及变质作用物化条件的关系。这是变质岩石学研究的基本方法之一，称为矿物共生分析。 矿物共生分析的第一步是确定矿物共生组合。由于平衡的获得有时是局部的、暂时的，随着时间的推移和外界物化条件的改变，许多变质岩中会出现不同世代的矿物共生组合叠加在一起的现象。 判定平衡状态的复杂性和慎重确定矿物共生组合及其世代关系的重要性。 要求研究者具有观察结构关系的丰富经验、分析矿物反应和共生关系的基础理论知识和一定程度的概括能力和想象力。 1.在某种岩石的矿物组合中区分三种共生组合 （1）标型共生组合 是在该期主要的变质作用过程中稳定平衡的矿物共生组合，具有标定变质作用PT条件的意义。 （2）残余共生组合 是在该期变质作用之前形成的矿物共生组合，对该期变质作用的PT条件来说已成为一种不稳定的残余体。 （3）后成共生组合 是该期变质作用之后形成的，由于后来的PT环境改变较快或其他原因（作用时间较短、局部变化等），使得这种后成共生组合在整个岩石中并没有占据主要地位。 人们感兴趣的主要是标型共生组合。但是，如果要研究变质反应和变质历史，残余共生组合与后成共生组合研究和标型共生组合研究一样，都是非常重要的。 2.平衡共生组合的标志 （1）平衡共生组合中的各种矿物都有机会相互直接接触。此处的“接触”，应以稳定的接触面形态（即所谓多边形接触）为好。但极而言之，只要是直接接触，甚至包括穿插、交生都可以作为针对某一特定的PT条件下的局部的、暂时的平衡来看待。例如，某个反应已达到平衡，仍然可以在矿物之间遗留下某些反应过程的痕迹。 （2）平衡共生组合中同一种矿物的不同颗粒，其边部应当具有极为近似的成分。如十字石、石榴石、绿帘石等变质矿物常发育成分环带，并不能认为必然属于不平衡。只要其边部具有极为近似的成分，仍不失为严格意义上的平衡。因为环带的内部成分，如同被包裹着的另一矿物一样，不能被算在彼此直接接触的共生组合之中。 （3）平衡共生组合中各矿物之间不存在交代关系。 （4）在所研究的具有相同平衡共生组合的同一变质地质体的不同部位，按矿物对之间的组分分配关系或氧同位素的分配关系所获得的温度、压力基本上是一致的。 （5）平衡共生组合中矿物共生组合关系必须符合相律。平衡共生组合中矿物种类一般不超过5～6种，矿物成分太复杂是不平衡的标志。 （二）封闭体系的吉布斯相律和戈尔德施密特矿物相律 1.吉布斯相律 1875年吉布斯（Gibbs）创立的相律公式阐明了封闭体系下独立组分数、变量数与平衡共生的相数三者之间的关系。其表达式为：f=C+2–P f：自由度数。即相平衡系统中能在一定范围内独立改变而不引起相的种类和数目发生改变的独立变量数（P、T等外部条件）。 C：独立组分数。即描述体系各相组成所需的独立物质的最小数目。 P：平衡共生相的数目。在岩石学中，一种矿物算一个相，固溶体矿物也算一个相。但如果发生了固溶体分离（如条纹长石），则主、客晶分别各算一相。当自由度f=0时，体系具有最大的相数目——C+2。 f、C、P是相平衡体系的重要性质和特征，常根据它们划分体系类型。如一元系（C=1）、二元系（C=2）、三元系（C=3）…；零变系（f=0）、单变系（f=1）、双变系（f=2）；一元三相系（C=1,Pmax=3）、三元五相系（C=3，Pmax=5）…。 例如：CaCO3+SiO2 ? CaSiO3+CO2↑是一个三元系构成的单变反应。∵C=3（CaO，SiO2，CO2）, P=4, ∴f=C+2–P=3+2–4=1。对该反应体系，温度和压力两个变量只有一个（或T，或P）能独立改变。