2 变质相及其相转化
物理学中的相变理论
物理学中的相变理论相变是在一定的温度和压力下，物质在物理状态上发生改变的过程。
在物理学中，相变分为两种类型：一种是一级相变，另一种是二级相变。
一级相变通常被称为相间变化，如液体转化为固体、液体转化为气体或相反；而二级相变通常被称为连续相变，如常见的磁性相变、超导相变等。
在本文中，我们将探讨物理学中的相变理论。
一级相变一级相变是相变的一种类型，也被称为相间变化。
物质在一级相变时，物质的基本结构和化学成分保持不变，但其物理状态发生改变。
通常情况下，一级相变发生时，物质的温度和压力均处于确定的范围内，且通过加热或冷却以及增加或减少压力等因素可以观察到相变。
一级相变时，物质的热力学特性将发生明显的变化，如熔点和沸点的变化。
当物质从固体相转变为液体相时，称为熔化，熔点通常是一个常数。
当物质从液体相转变为气体相时，称为沸腾，沸点也通常是一个常数。
这些温度都可以通过实验或通过理论分析进行计算。
在一级相变中，固体、液体和气体相之间都有一个确定的平衡点，称之为三相平衡点。
当物质的温度和压力等参数变化时，三相平衡点也会相应地发生改变。
一级相变的一个显著特征是相变中吸热或放热过程。
当物质从固体相转变为液体相或液体相转变为气体相时，它会吸收热量，使温度不变。
换句话说，该过程中的热量将被用于改变物质的内部结构。
相反，当物质从气体相转变为液体相或液体相转变为固体相时，它会散发热量，使温度不变。
这个过程中的热量实际上是“释放出来”的内部结构的能量。
二级相变二级相变通常被称为连续相变，与一级相变相比，该过程中物质的基本结构通常不会发生重大改变。
二级相变通常具有温度和压力敏感性，具有普适性和对称性，并且在物理现象中具有重要应用。
二级相变可以分为两类：热力学和动力学相变。
在热力学相变中，温度和压力控制相变。
这种相变通常属于平衡状态，其中物质取决于温度和压力等因素保持平衡。
热力学相变常常涉及到大量的热测量和压力测量。
在动力学相变中，相变过程发生得更快，而不是热力学相变中慢慢发生的情况。
第四章 矿物共生组合 变质相和变质相系
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.
应关系；③同种矿物光学性质相等，无矿物环 带；④一对矿物之间的分配系数相等；⑤符合 矿物相律。标准①的判别是关键：
① A+B+C ② B+C+D
A和D不接触
• 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
P 系统中的矿物相数
C 组分数: 在系统中构成每个具体矿物相的最小化
学组分数
F 自由度数: 主要是指温度, 压力
• 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;
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。
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- P+2中可得:
第二章相固态相变概论ppt课件
焓是一个热力学系统中的能量参数。由dU=δQ –pdV，可 以导出δQ= dU+pdV=dU+d(pV)-VdP=d(U+pV)-VdP 焓定义式为：H=U+pV ; 则δQ=dH-VdP
3.比热容
比热容的定义是，当一个系统由于加给一微小的热量δQ而稳 定升高dT时δQ/dT这个量即是比热容。
2.5 相变驱动力与形核驱动力
相变驱动力：新旧两相的自由能之差 2.5.1 纯组元同素异构转变
G m
H
m
T
S
m
当T=T0时有：
Gm
H
m
T0Sm
0
S
m
H
m
T0
代入第一个式子 且令∆T=T0-T有：
G m
H
m
T T0
过冷度ΔT不大时， 相变驱动力随ΔT的
增大而线性增加
2.5.2 脱溶反应的相变驱动力
Phase transition 时，物质聚集状态的突变。
突变可以体现为：
（1）从一种结构变化为另一种结构。狭义上来讲是指物态或 晶型的改变。如，气相凝结为液相或是固相，液相凝固为固 相等。广义上讲，结构变化还包括分子取向或是电子态的改 变（2。）成分的连续或不连续变化，这种成分变化主要是指封闭 体系内部相间成分分布的变化。如，固溶体的脱溶分解或是 溶液的结晶析出。
物理意义：大量的成分为x0的 相取出少量的成 分为x的物质的摩 尔Gibbs自由能
2.5.3 形核驱动力：EF
可通过母相自由能-成分曲线上该 母相成分点切线与析出相自由能成分之间的垂直距离来量度
形核驱动力：EF
不同成分的合金形核驱动力将不同
确定具有最大形核驱动力的核心成分 xm
物质的三态及其相互转化
物质的三态及其相互转化物质是构成宇宙的基本要素，它可以以不同的形态存在，并在不同条件下相互转化。
常见的三态物质包括固态、液态和气态。
本文将探讨这三态物质及其相互转化的过程。
一、固态固态是物质最常见的一种状态，其特征是分子间距相对较近且保持稳定的结构。
在固态中，分子只能进行微小的振动，无法自由流动。
常见的固态物质包括金属、矿石、冰等。
固态物质的形成主要取决于温度和压力。
当温度下降或压力升高时，固态物质的分子振动幅度减小，从而使分子之间的吸引力增强，形成较为稳定的固态结构。
固态物质在与外界条件发生改变时，也会发生相变过程。
例如，当固态物质受到加热时，分子振动幅度增大，分子间的吸引力减弱，从而使固态物质转化为液态或气态。
二、液态液态物质是介于固态和气态之间的一种状态。
相较于固态，液态物质的分子间距更大，分子之间仍存在相互吸引力，但分子又能够自由流动。
常见的液态物质包括水、酒精、石油等。
液态物质的形成需要适宜的温度和压力。
在适宜的条件下，固态物质中的分子振动增强，获得足够的能量以克服分子间的吸引力，从而转变为液态。
液态物质的性质与固态有一些相似之处，例如密度较大、承载能力较强。
同时，液态物质也可以像固态一样通过受热或受压的方式发生相变。
三、气态气态物质是分子间距最大的一种状态，分子之间的吸引力很小以至于可以忽略不计。
在气态中，分子的运动速度较快，可以自由扩散和混合。
常见的气态物质包括空气、氧气、二氧化碳等。
气态物质的形成需要适宜的温度和压力。
当温度升高或压力降低时，分子的平均运动速度增加，分子之间的吸引力减小，从而使物质转化为气态。
气态物质具有高度可压缩性和弥散性。
由于分子之间的自由运动，气态物质可以充满整个容器，均匀地分布在空间中。
相互转化固态、液态和气态之间的相互转化是物质在不同条件下经历的过程。
这些转化过程主要受到温度和压力的影响。
首先是固态到液态的转化，也称为熔化。
当固态物质受到加热时，分子振动增强，能量增加，分子间的吸引力减小，固态结构解体，形成自由流动的液态。
第二相生物转化的名词解释
第二相生物转化的名词解释随着科学技术的不断进步，在生物领域中出现了许多新的概念和术语，其中之一就是第二相生物转化。
本文将对这一术语进行解释，并透过深入探讨，带领读者逐渐了解其内涵和在生物研究中的重要性。
1. 背景介绍第二相生物转化是一种生物学现象，指的是在某些生物过程中，第二个生物体通过吸收和转化第一生物体排放的物质来生存和生长。
这种转化过程通常发生在一个相对封闭的生态系统中。
第二相生物转化可以发生在各种不同生物群体之间，例如微生物与植物、植物与动物以及动物与动物等。
2. 生物转化的机制在第二相生物转化中，第二个生物体利用第一生物体排放的物质进行能量和物质转化。
这种转化通常涉及到生物体的新陈代谢和生长过程。
2.1 能量转化第一生物体通过新陈代谢过程产生的有机物，如废物、代谢产物以及分泌物，成为第二生物体获取能量的重要来源。
第二生物体通过吸收这些有机物，将其转化为自身所需的能量，从而满足自己的生存和生长需求。
2.2 物质转化第一生物体排放的有机物不仅包含能量，还包含了一些必需的物质元素，如氮、磷和硫等。
第二生物体通过吸收和转化这些物质元素，进行自身的合成和生长。
这种物质转化还可以提高生物系统中元素的循环利用效率，减少环境中的浪费。
3. 第二相生物转化的应用第二相生物转化在各种领域有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用案例：3.1 环境修复第二相生物转化可以帮助修复受污染的环境。
通过将能够吸收并转化有害物质的生物引入到受污染区域，可以促进有毒物质的降解和转化，从而改善环境质量。
3.2 微生物合成第二相生物转化在微生物合成领域也有着重要应用。
例如，利用某些微生物可以将废弃物中的有机物转化为有用的化合物，如生物燃料或生物基材料。
3.3 生态学研究第二相生物转化对于生态学研究也有很大的影响。
通过研究生物转化过程，可以更好地理解生态系统内各种生物群体之间的相互关系、能量流动和物质循环。
4. 发展前景与挑战尽管第二相生物转化在许多领域有着广泛应用的潜力，但目前仍然存在一些挑战。
变质相-变质相系列
6. 角闪岩相(A或AM): 中温温度约500-700。C，压 力0.3-0.8GPa,普通角闪石和斜长石的共生是本相的 标志,可以有透辉石没有斜方辉石。泥质岩中除了石 英，白云母和黑云母外，低压相系含红柱石，堇青 石和夕线石，中压相系含十字石，蓝晶石和铁铝榴 石。高温部分夕线石，铁铝榴石开始与正长石稳定 共生。 7. 麻粒岩相(G): 高温温度700-900。C，压力0.31.2GPa,出现斜方辉石为标志岩石主要由无水矿物所 组成，少量黑云母和普通角闪石一般是富Ti的变种。 8. 榴辉岩相(E): 高压温度300-900。C，压力大于 1GPa,特征矿物组合：绿辉石+石榴子石不含长石。 一般呈不大的块体在其它岩石中作为包体。温度范 围很宽，压力极大。
A(K)FM Diagram
Biotite (from Ms): KMg2FeSi3AlO10(OH)2 A = 0.5 - 3 (0.5) = - 1 F =1 M =2 To normalize we multiply each by 1.0/(2 + 1 - 1) = 1.0/2 = 0.5 Thus A = -0.5 F = 0.5 M=1
共生分析、变质相与变质相系列
一、矿物相律 1. 共生分析的基本思路： 大多数变质岩在变质过程处于化学平 衡，因此，其形成的矿物组合（相）、 与化学成分（组分）和物理化学条件 （自由度）之间服从Gibbs相律：
P（相数）+f（自由度数）=C（组分数）+2
从研究变质岩矿物共生组合出发，应用 相律，以分析矿物组合、岩石化学成分 和物化条件的关系。这是变质岩石学研 究的基础，称为共生分析（Paragenesis analysis） 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 PC 3. 开放系统的Korzhenskii矿物相律 PCi；Ci为惰性组分
第八章 变质相
区域变质岩 沸石相 葡萄石-绿纤石相 蓝片岩相 绿片岩相 很低温 低温 低温 中温 钠长石+浊沸石+葡萄石+ 绿泥石 钠长石+绿纤石+葡萄石+ 绿泥石 钠长石+石+硬玉石+绿纤 石+蓝闪石 钠长石+绿泥石+阳起石+ 绿帘石
绿帘角闪岩相
角闪岩相 麻粒岩相 榴辉岩相 高温 高温 高温
绿帘石+普通角闪石
第九章 变质相
一 概论 • 变质相:一定温压范围内形成的各种化学组成的 变质岩中的一套变质矿物组合 • 一个变质相是一个等物理系列 • 变质相与岩石化学成分无关,不能依据个别岩石 类型定义一个变质相 • 变质相的标志是矿物组合 • 通常用基性变质岩矿物组合划分变质相,并以相 应的基性变质岩命名
二 变质相划分
斜长石+普通角闪石 斜长石+透辉石+紫苏辉石 石榴石+绿辉石
接触变质岩
钠长绿帘角闪岩相
普通角闪石角岩相
低温
中温
钠长石+绿泥石+阳起石
斜长石+普通角闪石+透辉 石 斜长石+透辉石+紫苏辉石 斜长石+普通辉石+易变辉 石
辉石角岩相 透长岩相
高温 热高温
次出现的地带, 称为变质带 • 如:绿泥石带,黑云母带,铁铝榴石带,十 字石带,蓝晶石带,矽线石带 • 每个带有特定的矿物组合 • 每个带代表了类似的变质作用条件
五 变质相的研究方法 变质级(按T逆增序列)
<300℃ <400℃
400-600℃ >600℃
很低温
很低温
沸石相, 葡萄 沸石相, 葡萄 石-绿纤石相 石-绿纤石相
2 变质相及其相转化
Pyr A A’
Mus
Mic
Ep
Bi C Cc Act F Tc F
图1-3.低绿片岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(5) 高绿片岩相: 相当于巴洛变质带的铁铝榴石带
特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。 可能的变质反应为： 阳起石＋斜黝帘石＋绿泥石＋石英＝普通角闪石＋H2O 硬绿泥石＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋H2O 白云母＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋黑云母＋H2O 据Liou等（1982）对第一个反应的实验条件为0.5GPa时，T约500℃ 不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为： 普通角闪石＋绿帘石＋钠长石＋绿泥石±石英 铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英 基性岩石 泥质岩石
变质相及变质相分类
二、变质相分类
图1-1.变质相分类 P-T 图 （Turnner，1968)
(1) 沸石相
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
标志是浊沸石和钠长石开始出现为下限，温度稍高可以出现葡萄石。 典型矿物组合：（1）浊沸石+绿泥石+石英；（2）浊沸石+葡萄石 +绿泥石+石英；（3）葡萄石+绿泥石+方解石+石英 形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=230-300℃。 极低级变质
• 每个变质相都是一个等物理系列。其矿物组合和岩石化学成分之 间在达到化学平衡后, 有着可以预测的对应关系.
• 一个变质相应包括一套具有各种原岩化学成分的矿物组合, 它们在 时间和空间上彼此之间密切共生, 且在不同地区重复出现． • 变质相的划分标志: 矿物组合, 通常用基性变质岩的矿物组合划分 变质相, 并以相应的基性变质岩命名
023变质带及变质相
样品 SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
CO2
H2O
其它
1
2 3
21.41 1.89
99.10 5.04
0.96
1.07
14.91 24.32
20.27 0.48 0.38 0.25 4.31 0.94 0.68 0.72 1.62 4.02
沸石相 葡萄石-绿纤石相
编 号 1 2
蓝闪片岩相
区域变 质相 绿片岩相 绿帘角闪岩相 角闪岩相
蓝闪石-硬柱石片岩相*
钠长绿帘角闪岩相* 绿片岩相 绿帘角闪岩相
3
4 5 6
麻粒岩相
榴辉岩相 钠长绿帘角岩相* 接触变 质相 普通角闪石角岩相* 角岩相 透闪石相 辉石角岩相
7
8 9 10 11 12
2013-7-9
2013-7-9
9
2013-7-9
10
第二节
一、变质相的概念
变质相和变质相系
变质相是指在变质作用过程中同时形成的一套矿 物共生组合及其所反映的形成时的物理化学条件。
变质相的几点说明：
同一变质相具有相同的P-T区间，属于一个等物 理系列
同一变质相的岩石是由一套各种化学成分的原 岩形成的变质矿物组合组成的，这些变质矿物 组合在时间和空间上密切共生。
2013-7-9
质岩区的原岩建造，主要由成层的沉积、火山 一沉积岩系,侵入岩、岩脉（墙）等组成。它们在经 受多期变形变质后，在矿物组合、结构构造、化学 成分、形态及原始空间等方面，都发生不同程度的 改造和变化。
研究变质岩的原岩建造类型主要为:
变质沉积岩-火山沉积岩系=表壳岩
变质相系的类型
变质相系的类型变质相系是指在一定条件下，物质可以存在于不同的相态之间转变。
根据物质的组成和变化规律，可以将变质相系分为以下几种类型。
一、固液相变固液相变是指物质从固态转变为液态的过程，或者从液态转变为固态的过程。
固液相变通常发生在物质的熔化或凝固过程中。
当物质的温度升高到熔点时，固体开始熔化为液体；而当物质的温度降低到凝固点时，液体开始凝固为固体。
二、固气相变固气相变是指物质从固态转变为气态的过程，或者从气态转变为固态的过程。
固气相变通常发生在物质的升华或凝华过程中。
当物质的温度升高到升华点时，固体开始升华为气体；而当物质的温度降低到凝华点时，气体开始凝华为固体。
三、液气相变液气相变是指物质从液态转变为气态的过程，或者从气态转变为液态的过程。
液气相变通常发生在物质的沸腾或凝结过程中。
当物质的温度升高到沸点时，液体开始沸腾为气体；而当物质的温度降低到凝结点时，气体开始凝结为液体。
四、固液气三相共存固液气三相共存是指物质同时存在于固态、液态和气态的状态。
在一定温度和压力条件下，物质的三个相态可以共存。
这种现象常见于某些物质的相图中，相图上的三相点表示了固液气三相共存的条件。
五、液液相变液液相变是指物质从一种液态转变为另一种液态的过程。
这种相变通常发生在溶液中，当溶液的组成或浓度发生改变时，物质的相态也会发生变化。
液液相变可以是可逆的，也可以是不可逆的。
六、超临界流体相变超临界流体相变是指物质在超临界状态下发生相变的过程。
超临界条件是指物质的温度和压力超过了其临界点，此时物质既具有液体的性质，又具有气体的性质。
在超临界状态下，物质的密度和粘度等性质发生了剧烈变化。
七、等温相变等温相变是指物质在恒定温度下发生相变的过程。
这种相变通常发生在物质的熔化、凝固、升华、凝华等过程中。
在等温相变过程中，物质的温度保持不变，但其它性质如压力、体积等会发生变化。
八、非等温相变非等温相变是指物质在非恒定温度下发生相变的过程。
厄伦菲斯特方程二级相变推导
厄伦菲斯特方程二级相变推导厄伦菲斯特方程是描述二级相变的热力学方程之一，它提供了相变温度附近物质的热力学性质与系统的微观结构之间的关系。
在这篇文章中，我们将对厄伦菲斯特方程进行推导，并探讨它的应用和意义。
首先，我们需要了解相变的基本概念。
相变是指物质在一定条件下由一种相态转变为另一种相态的现象。
常见的相变包括固-液相变、液-气相变等。
在相变过程中，温度和压力通常是不变的，并且相变过程是可逆的。
接下来，我们来推导厄伦菲斯特方程。
假设系统在相变温度附近，以压力p和温度T作为独立变量。
假设系统中有两个相A 和B，它们的摩尔体积分别为v_A和v_B，体积的总变化量为Δv=v_B-v_A。
根据热力学第一定律，系统内能的变化量为dU=dQ-dW，其中dQ是系统的热量变化量，dW是系统的功变化量。
由于相变过程是可逆的，所以dQ和dW可以互相转化。
根据相变前后的热力学性质的连续性，我们可以得到以下方程：∂U/∂T |_p = T∂S/∂T |_p = ΔH/T (1)其中，∂U/∂T |_p 表示在给定压力下温度变化导致的内能变化率，∂S/∂T |_p 表示在给定压力下温度变化导致的熵变化率，ΔH是相变过程中的焓变。
接下来，我们将推导∂S/∂T |_p 的表达式。
根据热力学第二定律，熵的变化可以表示为dS=(dQ/T)+σdΩ，其中dΩ是系统的广义坐标变化量，σ是相变的熵变。
根据相变过程的可逆性，即dS_A=-dS_B，我们可以得到以下方程：dS = (dQ_A/T_A)+σ_AdΩ_A = -(dQ_B/T_B)-σ_BdΩ_B (2)其中，A和B分别表示相A和相B。
根据热力学的基本关系dU=TdS-pdV，我们可以得到以下特殊关系：dU_A=(TdS_A-p_AdV_A) = -dQ_B+(T_Aσ_A-T_Bσ_B)dΩ_B (3)dU_B=(TdS_B-p_BdV_B) = dQ_B-(T_Bσ_B-T_Aσ_A)dΩ_B (4)联立方程(3)和方程(4)，消去dΩ_B和dQ_B，我们可以得到以下方程：dU_A+dU_B = (T_Aσ_A-T_Bσ_B)dΩ_B (5)由于相变温度附近相稳定平衡态的条件，系统内能的变化量为0，即dU_A+dU_B=0。
材料物理学中的相变与相研究
材料物理学中的相变与相研究相变是指物质在一定条件下由一种相态转变到另一种相态的过程，是研究材料性质转变的重要领域之一。
在材料物理学中，相变的研究对于了解物质的性质、优化材料的功能以及开发新型材料具有重要意义。
本文将介绍材料物理学中的相变及相关的研究进展。
一、相变的分类相变可以分为几种不同的分类。
最常见的分类是根据温度来划分，可以分为一级相变和二级相变。
一级相变是指物质在相变发生时会发生潜热的吸收或释放，例如水从液态转变为固态时会释放热量。
而二级相变则没有潜热的释放或吸收，相邻两种相态之间的转变是连续进行的。
另一种常见的分类是根据物质性质的改变来划分。
例如，固态材料通过熔化转变为液态，这种相变被称为熔化相变。
液态材料通过冷却可以转变为固态，这种相变被称为凝固相变。
而气态与液态之间的相变叫做气液相变。
二、相变的研究方法相变的研究方法多种多样。
其中，热分析技术是一种常用的方法。
热分析技术包括热重分析（TG）、差示扫描量热法（DSC）等，通过测量材料在升温或降温过程中的质量变化或者热量变化，可以获得相变的温度范围和热力学参数。
此外，X射线衍射技术也是研究相变的重要方法。
通过对材料的晶体结构进行分析，可以获得相变发生时的晶体形态变化以及结构参数的变化。
高分辨电子显微镜也可以用于相变的研究，它能直接观察到材料中微观结构的变化。
三、相变的应用材料物理学中的相变研究不仅可以增进对物质本质的了解，还可以应用于许多实际领域。
以下列举了几个相变应用的例子。
1. 存储器件：相变存储器是一种新型的非挥发性存储器件，其基于材料的相变特性来实现信息的存储和读写。
相变存储器具有高速度、高密度和低功耗的特点，被广泛研究和开发。
2. 热敏材料：热敏材料是指在特定温度下发生相变的材料，可以应用于温度测量和控制领域。
例如，温度传感器和温度保护器中常使用热敏材料来实现对温度变化的敏感。
3. 光学应用：相变材料中的相变过程往往伴随着光学性质的改变。
第五章 变质相和变质相系
7. 麻粒岩相（G） 基性变质岩中出现斜长石（ Pl）＋ 透辉石（Di）＋紫苏辉石（Hy）组合， 岩石主要由无水矿物组成，少量黑云母 和普通角闪石一般是富钛的变种。 温度 700～900℃，压力0.3～1.2GPa。 8. 榴辉岩相（E） 特征的矿物组合是绿辉石（Omp） ＋富镁铝榴石分子的石榴子石（ Gt）， 不含长石。 温度范围很宽， 300 ～ 900 ℃， 压力极大，＞1GPa。
6. 角闪岩相（A） 基性变质岩中普通角闪石和斜长石 （An＞17）的共生作为本相的标志，可 有透辉石，无斜方辉石。变质泥质岩中 除了石英、白云母和黑云母外，低压相 系含红柱石、堇青石和夕线石，中压相 系含十字石、蓝晶石和铁铝榴石。高温 部分夕线石、铁铝榴石开始与正长石稳 定共生。该相的温压范围大致是温度 575～700℃，压力0.3～1.0GPa。
2. 葡萄石－绿纤石相（PP） Coombs（1960）在变质杂砂岩中 作为本相特征的矿物组合是：钠长石 （Ab）＋葡萄石（Pr）＋绿纤石（Pu） ＋绿泥石（Chl） 。 温度稍高时，葡萄石消失，可以分 出另一个新变质相来，即绿纤石－阳起 石相。根据实验资料，绿纤石稳定 温度 为360～400℃，压力0.25～0.35GPa。
这两位 变质相的先驱 都精通理论化 学，且志同道合，都希望把化学平衡的 热力学原理应用于自然岩石。1919年， Eskola 到奥斯陆，在Goldschmidt 的实 验室里工作。此间，他把挪威奥斯陆地 区的研究成果与芬兰奥里耶维地区的研 究成果进行了对比，发现了一个重要的 事实，即 化学成分基本相同的原岩在两 个地区有不同的矿物共生组合，而且两 个地区各自都达到了化学平衡。
在地质图上表示新矿物首次出现的 界线称为等变线（Isograd）。等变线不 一定与地层界线平行，一般情况下，等 变线是古等变面与现今地表的交线。因 此，等变线的圈定，可以反映区域古热 构造。
变质带变质相
(2). 石榴石(蓝晶石)型—中压 基性岩: 斜长石+普通角闪石+铁铝榴石 泥质岩: 铁铝榴石+蓝晶石十字石+斜长石+云母+石英
Ky
A A’
Mus
Mic K
变质带是研究野外分带现象最有效，最方便的方法
第一节 变 质 带
• 变质带的概念及划分标志
变质带最早由乔治. 巴洛(G.Barrow)提出.
变质带的概念: 巴洛认为泥质岩石经过变质后, 泥质岩
石中的矿物变化可以反映出这一地区的变质作用的强度(梯 度)变化, 因此他把泥质岩石中第一次出现的特征变质矿物 填在图上, 相同矿物的连线就是等变线, 两个等变线间称为 等变带, 即变质带. 等变带以新出现的矿物来命名.
2. 用以划分变质带的特征变质矿物可以通过不同的变质反 应形成于不同的P-T条件, 因此, 不同地区这些特征变质 矿物是否出现及其出现的相对顺序等必定有所不同.
3. 不同地区的压力条件及相应的温度 -- 压力梯度各有不同, 所以可以出现不同的矿物组合. 例如, 低P/T型地区, 常 缺绿泥石带, 黑云母提早出现, 铁铝榴石不发育, 其位置 常为堇青石+红柱石代替.
Chl
Bi
Ga
St
Ky
Sill
Chl
Bi
Ga
St
Ky
Sill
T0C
图1.巴洛式递增变质带示意图
第一节 变 质 带
• 巴洛式递增变质带
(1). 绿泥石带: 典型矿物组合是 Chl + Ser + Q + Ab
固液二级相变
C+l
Pb+l
+C
三相线：C(s)＋Pb(s)＋l, f=0
C+Pb
Mg C Pb
phase diagram of two compounds (3)
l
b+l
三相线：＋b＋l, f=0
固 溶 体 b
+l
+b
固溶体
Ag
Pb
phase diagram of two compounds (4)
T Ks<1
液相 P 固-液两相平衡
N
固相
A c4 c3 c2
c1
c0
B→
区域熔炼原理图二
如图所示: 当Ks>1时,加入B后,A 的熔点将上升.
设原料中杂质B的初始浓度为c0,升 温至体系全部熔化,再使体系冷却 至P点,液相的组成由N点表示.很明 显,N点的杂质浓度c1<c0. 进一步将N点的原料加温至全部熔 化,冷却过程中首先结晶出来的固 体杂质含量高,最后结晶出来的固 体纯度较高.多次重复此种操作,最 后结晶出来的晶体将极其纯净,从 而得到高纯A.
T
P T I
H
1区 M 3区 D E
2区 C
N
4区
A
B
t
3
步 冷 曲 线
1. 定义： 当体系缓慢而均匀地冷却时，描绘 体系温度随时间变化的曲线。 2. 特点 当有相变化发生时，温度随时间的变 化速率将发生变化，出现转折或水平线。
步
P: A和B的混合熔液，单相 P M a b
H
冷TL曲P Nhomakorabea线
T
I
a
M: 体系进入两相区, 开始有相 变化发生（固态B析出）, 在步 冷曲线上出现转折表现为b点
02 变质反应及变质作用因素
2.1.2 变质反应的基本类型
2. 固＝固＋液反应
这是常见的变质反应类型，其主导因素为温压和 流体，变化较复杂，反应时有流体相存在或反应过程 中有液相析出。常见的反应方式有两种： 1）水化与脱水反应，如： 石英＋ 叶腊石 ＝ 红柱石 ＋ 石英＋H2O 2）脱碳酸与碳酸盐化反应，如： 方解石 ＋ 石英 ＝ 硅灰石 ＋CO2↑
2）上地幔对流热 上地幔的对流形成地幔热柱，导致地壳内温度升 高而产生变质。 如：下地壳的深变质、洋中脊变质，等。 3）放射性元素衰变热 放射性元素衰变时产生的化学能→热能，导致温 度上升产生变质。 如：区域温度异常引起的区域变质，等。
2.2.1 温度（T） 温度（T
4）岩浆热 岩浆上侵时由岩浆热造成的温度梯度扩散引起变 质。 如：热接触变质，等。 5）动力变质热 地球内应力作用使机械能→热能而引起变质。 如：区域热动变质、动力变质，等。
4. 影响岩石的重熔温度
水溶液对岩石的重熔温度的影响也很大。 如：不含水的干体系时，花岗质岩石开始重熔的 温度要达到950℃以上；而在湿体系时，在640±20℃ 就开始重熔。 具有化学活动性的流体，在变质作用中是普遍而 重要的，通常影响变质反应的方向和速度。只有在其 以组分形式参加变质过程时，才能作为变质作用中的 一个独立的强度因素。
低级变质：T＝200℃～550（或500）℃ 中级变质：T＝550℃～700℃ 高级变质：T＝700℃～800℃
近来将T＜200℃的变质过程称为极低级变质。 温度的变化可引起变质作用的产生及其以不同的 变质作用方式进行。
变质相及其相转化
不过，许多人都主张把绿帘角闪岩相还是从绿片岩相中独立出来 (Miyashiro, 1972)。
“中国1:400万变质地质图”划分方案
变质相及变质相分类
二、变质相分类
图1-1.变质相分类 P-T 图 （Turnner，1968)
变质相及变质相分类
Turner变质相分类： Turner （1960）建议把接触变质和区域变质 两个系列的变质相名称分开，在接触变质相中分出了钠长绿帘角 岩相和普通角闪石角岩相。1968年Turner将绿帘角闪岩相改为绿 片岩相之中的一个高温亚相，把蓝闪石片岩相改为蓝闪石硬柱石 片岩相。这样共分出十一个变质相，它们在PT图上的位置见图1。
变质相及其相转化
• 变质相及变质相分类 • 主要区域变质相的特征 • 变质相图及其编绘 • 相转化的组构标志及研究意义
变质岩岩理学基本研究内容
变质岩形成过程
原
变质作用
变
.
质
岩
地球动力学
T. P. C
岩
变质岩研究层次
• 原岩及其形成构造环境的研究 • 变质作用演化及大地构造环境
变质相及变质相分类
Ky
A A’
Mus
Mic K
An
Gro Bi
C Cc
Di
Hb
FF Anth
图1-5.中压低角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
And
A A’
Mus
Mic K
An Gro
Bi
C Cc
Di
Hb
FF Cum
图1-6.低压低角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
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变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(6) 低角闪岩相
在变质基性岩中，Turner & Verhoogen（1960）强调斜长石从An=5到An=17 的成分的跃迁为标志，Turner（1966）又以斜长石An>30 为界限。 泥质岩石和基性岩石的特征矿物组合为： 十字石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石 泥质岩石，中压 蓝晶石＋铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石 泥质岩石，中压 堇青石＋红柱石＋黑云母＋白云母＋石英±斜长石±铁铝石榴石 泥质岩石 ，低压 普通角闪石＋斜长石（An>30）±黑云母±绿帘石±石英 低角闪岩相的温度为550－650℃，压力为0.3－1.0GPa。 基性岩石
• 每个变质相都是一个等物理系列。其矿物组合和岩石化学成分之 间在达到化学平衡后, 有着可以预测的对应关系.
• 一个变质相应包括一套具有各种原岩化学成分的矿物组合, 它们在 时间和空间上彼此之间密切共生, 且在不同地区重复出现． • 变质相的划分标志: 矿物组合, 通常用基性变质岩的矿物组合划分 变质相, 并以相应的基性变质岩命名
变质相及其相转化
• • • • 变质相及变质相分类 主要区域变质相的特征 变质相图及其编绘 相转化的组构标志及研究意义
变质岩岩理学基本研究内容
变 质 岩 形 成 过 程
原 岩
变
质
作
用
变 质 岩
.
地球动力学
T. P. C
变 质 岩 研 究 层 次
• 原岩及其形成构造环境的研究
• 变质作用演化及大地构造环境
Ky A A’
Mus
Mic
K
An
Gro Bi
C Cc
Di
Hb
F F Anth
图1-5.中压低角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
And A A’
Mus
Mic
K
An Gro Bi
C Cc
Di
Hb
F F Cum
图1-6.低压低角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
Sill A A’
Mus
Mic
K
①
② ③
An
④
⑤ ⑥ ⑨ ⑧ ⑦ Bi
Gro
⑩
C Cc Di Hb F F Anth
图1-7.低压高角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
Ky A A’
Or
K
An
Gro Bi
C Cc
Di
Hb
F F Anth
图1-8.中压高角闪岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
• 一个变质相往往具有一个较宽的温度压力区间, 可以进一步划分不 同的亚相
• 相关术语:
变质相及变质相分类
变质级
一、变质相的基本概念
Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) : 很 低级, 低级, 中级, 高级. 1) 很低级变质: 特征是变质基性岩中出现浊沸石,硬柱石, 葡萄石, 绿 纤石等矿物的出现为标志, 温度区间为200-3500C. 2) 低级变质: 以变质基性岩中硬柱石, 葡萄石,绿纤石等矿物反应 形成黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C 3) 中级变质: 标志是泥质岩石中十字石(堇青石)出现和绿泥石消失. 在变质基性岩中以普通角闪石+斜长石(An17)为特征.温度区间为 550-6500C. 4) 高级变质: 标志是泥质岩石中白云母和石英反应形成矽线石和钾长 石组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件), 温度区间、变质相的基本概念
1911年，戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发 现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次 把相律应用到变质岩的研究中， 1915年芬兰地质学家爱斯克拉，在研究芬兰奥里耶维地区的接触 变质岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。。
三、主要区域变质相特征
(8) 麻粒岩相
温度大于7000C. 大致相当于基性岩中的二辉石带, 典型的高 级变质, 都城按照压力变化分为:
(1). 低压麻粒岩相:以基性变质岩中橄榄石和斜长石共 生为特征,不出现铁铝榴石. (2). 中压麻粒岩相:以基性变质岩中紫苏辉石透辉石和 斜长石共生,出现铁铝榴石+蓝晶石组合为特征. (3). 高压麻粒岩相:以镁铝榴石+单斜辉石+石英代替 紫苏辉石+钙长石出现为特征.
压 力 升 高 绿片岩相 沸石结晶 作用 温度升高 绿帘角闪岩相 角闪岩相 蓝闪石片岩相 榴辉岩相 麻粒岩相 辉石角岩相 透长石相
变质相及变质相分类
二、变质相分类
1960 年 Coombs 根据新西兰很低温变质岩的研究成果，提出了沸 石相、葡萄石－绿纤石变质杂砂岩相。
Turner变质相分类： Turner （1960）建议把接触变质和区域变质 两个系列的变质相名称分开，在接触变质相中分出了钠长绿帘角 岩相和普通角闪石角岩相。 1968年 Turner将绿帘角闪岩相改为绿 片岩相之中的一个高温亚相，把蓝闪石片岩相改为蓝闪石硬柱石 片岩相。这样共分出十一个变质相，它们在PT图上的位置见图1。 Turner变质相分类在世界各国出版的有关书籍中得到了广泛应用 不过，许多人都主张把绿帘角闪岩相还是从绿片岩相中独立出来 (Miyashiro, 1972)。 “中国1:400万变质地质图”划分方案
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(7) 高角闪岩相
高角闪岩相的特征矿物组合为： 夕线石＋石榴石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石 红柱石＋堇青石＋黑云母＋钾长石＋石英±斜长石 普通角闪石＋斜长石±透辉石±石英 泥质岩石，中压 泥质岩石，低压 基性岩石
高角闪岩相的温度为650－700℃，压力为0.3－1.0GPa。
(7) 高角闪岩相
标志是泥质岩石中的白云母＋石英不稳定，转变为钾长石＋Al2SiO5，即： 白云母＋石英＝钾长石＋夕线石/红柱石＋H2O 这一反应的实验条件为： PH2O＝0.1GPa T＝580℃ PH2O＝0.3GPa T＝660℃ Winkler(1976) 指 出 这 一 反 应 发 生 在 PH2O<0.35GPa 的 条 件 下 ， 如 果 PH2O>0.35GPa，岩石中有斜长石存在时，片麻岩就会发生深熔作用。 白云母＋石英＋斜长石＋ H2O ＝熔体（由钾长石＋钠质斜长石＋石英组 成）＋钙质斜长石或石英（取决于其原始含量）＋Al2SiO5+H2O（溶解在 熔体中） 所以，片麻岩中发生深熔，出现混合岩化作用也是高角闪岩相开始的标 志。
(2) 葡萄石-绿纤石相
标志是浊沸石分解形成绿纤石，温度稍高绿纤石（400℃）将分解。 典型矿物组合： （1）绿纤石+葡萄石+绿泥石+钠长石+石英（变质硬砂岩） （2）绿纤石+绿泥石+绿帘石+钠长石+石英（变质基性岩） 形成条件（实验资料）：PH2O=1-3kb，T=360-370℃。 极低级变质
泥质岩石在这一变质条件下硬绿泥石和绿泥石都可能出现。这一变 质相的温度为500－560℃，压力为0.3－1.0GPa。
Pyr A A’
Mus
Mic
K
Ep
Bi
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Hb
F
Tc
F
图1-4.高绿片岩相的 ACF
和
A’KF
图
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(6) 低角闪岩相
标志是泥质岩石中出现十字石（中压）和堇青石（低压）和在白云 母存在时富铁绿泥石及硬绿泥石的消失为标志，可能的变质反应为： 绿泥石＋白云母＝十字石＋黑云母＋石英＋H2O 该反应的实验条件为： PH2O＝0.4GPa时 T＝540±15℃ PH2O＝0.7GPa时 T＝565±15℃ 绿泥石＋白云母＋石英＝堇青石＋黑云母＋Al2SiO5＋H2O 实验条件为： PH2O＝0.1GPa T＝515±10℃ PH2O＝0.2GPa T＝525±10℃ PH2O＝0.4GPa T＝555±10℃
Pyr A A’
Mus
Mic
Ep
Bi C Cc Act F Tc F
图1-3.低绿片岩相的 ACF 和 A’KF 图
变质相及变质相分类
三、主要区域变质相特征
(5) 高绿片岩相: 相当于巴洛变质带的铁铝榴石带
特征是基性岩中出现普通角闪石，泥质岩中出现铁铝榴石。 可能的变质反应为： 阳起石＋斜黝帘石＋绿泥石＋石英＝普通角闪石＋H2O 硬绿泥石＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋H2O 白云母＋绿泥石＋石英＝铁铝石榴石＋黑云母＋H2O 据Liou等（1982）对第一个反应的实验条件为0.5GPa时，T约500℃ 不同岩石系列在高绿片岩相的矿物组合为： 普通角闪石＋绿帘石＋钠长石＋绿泥石±石英 铁铝石榴石＋黑云母＋白云母＋石英 基性岩石 泥质岩石
变质相及变质相分类
二、变质相分类
Escola （1920）最初提出的是五个变质相：绿片岩相、角闪岩相、角 岩相、透长石相和榴辉岩相。 1939年 Escola 又增加了三个变质相：绿 帘角闪岩相、麻粒岩相和蓝闪石片岩相，并把角岩相改为辉石角岩相， 还附带了一个“沸石的结晶作用”，
表2 变质相与温度和压力的关系 （据 Escola, 1939）
表1 芬兰奥里耶维和挪威奥斯陆地区接触变质岩石矿物组合对比
芬兰奥里耶维地区
白云母＋石英 白云母＋黑云母 黑云母＋普通角闪石 直闪石
挪威奥斯陆地区
红柱石＋钾长石 堇青石＋钾长石 紫苏辉石＋斜长石 紫苏辉石
变质相及变质相分类
一、变质相的基本概念
爱斯克拉到戈尔德斯密特的实验室工作，对比了两个地区的变质 矿物组合。发现两个地区化学成分基本相同的岩石具有不同的矿 物组合（见表1）。他认为是其物理化学条件不同所致。 变质相的概念(P.Eskola, 1920)：一个变质相是指类似的温度、 压力条件下达到化学平衡的所有岩石的总和（不论其结晶方式）， 一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作 有规律的改变”