第四章 矿物共生组合 变质相和变质相系
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第四章 共生分析、变质相和变质相系
一．矿物相律 二．矿物组合、成分-共生图解和组分分析 三．ACF图、A’KF图和AFM图 四．变质相与变质相系
一．矿物相律
1. 共生分析的基本思路 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
1. 共生分析的基本思路
• 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。
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
二．矿物组合、成分-共生图解 和组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 2. 成分－共生图解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
• 矿物组合(mineral assemblage)或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis)： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
• 确定矿物共生组合的主要标志： • ①各矿物都相接触；②各矿物之间无交切和反
• 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;
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.
• 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。
• 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）.
2. 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：
• 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PT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。
3. 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.
因此，在温度、压力和活动组分化学位的一定范围内，能稳 定平衡共存于一开放体系的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与 活动组分无关。
由Korzhenskii矿物相律公式P ≤ Ci ，我们可以很好地解释交代
分带现象。即越接近热液活动中心，活动组分（Cm）越多，惰性 组分（Ci）越少，因而共生矿物数目也越少。在热液活动中心，甚 至只剩下1、2个惰性组分，因而可出现单矿物岩石，如纯石榴子石 矽卡岩。
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:
(Ci + Cm) - P+2 ≥ Cm + 2
P ≤ Ci
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
Baidu Nhomakorabea
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。
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）。
一．矿物相律 二．矿物组合、成分-共生图解和组分分析 三．ACF图、A’KF图和AFM图 四．变质相与变质相系
一．矿物相律
1. 共生分析的基本思路 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
1. 共生分析的基本思路
• 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。
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
二．矿物组合、成分-共生图解 和组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 2. 成分－共生图解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
• 矿物组合(mineral assemblage)或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis)： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
• 确定矿物共生组合的主要标志： • ①各矿物都相接触；②各矿物之间无交切和反
• 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;
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.
• 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。
• 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）.
2. 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：
• 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PT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。
3. 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.
因此，在温度、压力和活动组分化学位的一定范围内，能稳 定平衡共存于一开放体系的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与 活动组分无关。
由Korzhenskii矿物相律公式P ≤ Ci ，我们可以很好地解释交代
分带现象。即越接近热液活动中心，活动组分（Cm）越多，惰性 组分（Ci）越少，因而共生矿物数目也越少。在热液活动中心，甚 至只剩下1、2个惰性组分，因而可出现单矿物岩石，如纯石榴子石 矽卡岩。
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:
(Ci + Cm) - P+2 ≥ Cm + 2
P ≤ Ci
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
Baidu Nhomakorabea
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。
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）。