第六章共生分析与变质相(1)-2.ppt

第六章第六章 共生分析和变质相共生分析和变质相 第一节第一节 共生分析共生分析 一一. . 共生分析的基本思路共生分析的基本思路 二二. . 矿物相律矿物相律 三三. . 矿物组合及其确定标志矿物组合及其确定标志 四四. . 组分分析组分分析 五五. . 成分成分- -共生图解及其编制共生图解及其编制1 1、共生分析的基础、共生分析的基础-吉布斯相律吉布斯相律一、共生分析的基本思路一、共生分析的基本思路 从热力学角度来讲，变质岩就是一个复杂的非均匀体系，从热力学角度来讲，变质岩就是一个复杂的非均匀体系，其热峰条件下形成的矿物组合非常接近化学平衡。因此其热峰条件下形成的矿物组合非常接近化学平衡。因此, 变质变质岩中的矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条岩中的矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间的关系应服从件（自由度）之间的关系应服从吉布斯相律：吉布斯相律：2 2、共生分析的基本概念、共生分析的基本概念 从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用相律来分析矿物组合与岩石化学成分和物理化学条件之间的关相律来分析矿物组合与岩石化学成分和物理化学条件之间的关系，这是变质岩岩石学研究的基本方法，称为共生分析。系，这是变质岩岩石学研究的基本方法，称为共生分析。代表人物代表人物: : V.M.Goldschmidt And D.S.Korzhenskii3 3、吉、吉布斯相律的应用布斯相律的应用以以 Al2SiO5单组分体系为例单组分体系为例一、共生分析的基本思路一、共生分析的基本思路该体系可能出现的矿物有红该体系可能出现的矿物有红柱石、兰晶石、矽线石柱石、兰晶石、矽线石( (不变平衡不变平衡) )( (单变平衡单变平衡) )( (双变平衡双变平衡) )1 1、封闭体系封闭体系 的的V.M.Goldschmidt 矿物相律矿物相律二、矿二、矿 物物 相相 律律 变质作用经常是在温度和压力都在发生变化的区间内进行并达到平衡变质作用经常是在温度和压力都在发生变化的区间内进行并达到平衡的，即至少有的，即至少有两个自由度（两个自由度（f f 2)2)。 根据根据: p（相相数）数）+ f（自由度数）自由度数）= c（组分数）组分数）+ 2 可得：可得： f = c + 2 - p 2 ，即：即： p c （V.M.Goldschmidt 矿物相律）矿物相律）基本含义：基本含义：在一定温度和压力区间内在一定温度和压力区间内平衡的平衡的矿物相数不大于该岩矿物相数不大于该岩石系统的石系统的独立组分数独立组分数，这就是，这就是 Goldschmidt 矿物相律矿物相律。应用前提：应用前提：封闭体系；封闭体系； 无流体相；无流体相； 自由度不少于自由度不少于2个。个。1 1、封闭体系封闭体系 的的V.M.Goldschmidt 矿物相律矿物相律二、矿二、矿 物物 相相 律律 应用举例应用举例-以以Al2O3-SiO2为例为例 刚玉刚玉, , 莫来石莫来石( (多铝红柱石多铝红柱石) )、红柱石、蓝晶石、夕线石、红柱石、蓝晶石、夕线石, , - -石英、石英、 - -石英、鳞石英、方石英、柯石英、石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯斯石英等石英等. . 一般只出现一般只出现2种矿物共生种矿物共生, 不太可能出现不太可能出现2种以上的矿物共生。种以上的矿物共生。 2 2、开放体系的、开放体系的D.S.Korzhenskii 矿物相律矿物相律二、二、 矿矿 物物 相相 律律（1 1）组分分类）组分分类 在开放体系中，根据在开放体系中，根据 D.S.Korzhenskii的组分差异活动学说，的组分差异活动学说，组分可以分为惰性组分组分可以分为惰性组分( (C Ci i) )和完全活动组分和完全活动组分( (C Cm m) )，即，即 C = Ci+ Cm 1 1）惰性组分）惰性组分( (C Ci i) ) 惰性组分与外部环境无质量交换，系统对它们来说是封闭惰性组分与外部环境无质量交换，系统对它们来说是封闭的，其化学位（的，其化学位（ ）由体系内部的浓度所决定）由体系内部的浓度所决定； 2 2）完全活动组分）完全活动组分( (C Cm m) ) 与外部环境有质量交换，其化学位（与外部环境有质量交换，其化学位（ ）由外部条件所控制，因）由外部条件所控制，因此，此，C Cm m 的化学位（的化学位（ ）与温度、压力等都是控制平衡的独立因素。）与温度、压力等都是控制平衡的独立因素。 2 2、开放体系的、开放体系的D.S.Korzhenskii 矿物相律矿物相律二、矿二、矿 物物 相相 律律（2 2） Korzhenskii 矿物相律矿物相律 1 1） Korzhenskii Korzhenskii 矿物相律的推导矿物相律的推导 , , p c ci i（D.S.Korzhenskii 矿物相律）矿物相律） 2 2） Korzhenskii 矿物相律的含义：矿物相律的含义： 在一定的温度、压力和活动组分化学位的范围内，能稳定平衡共在一定的温度、压力和活动组分化学位的范围内，能稳定平衡共存于同一开放体系的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与活动组存于同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。分无关。1 1、矿物共生组合矿物共生组合三、矿物共生组合及其确定标志三、矿物共生组合及其确定标志（1 1）矿物共生组合的含义矿物共生组合的含义 在共生分析中，把一定化学成分的岩石达到化学平衡在共生分析中，把一定化学成分的岩石达到化学平衡时的矿物成分称为矿物共生组合或矿物组合。时的矿物成分称为矿物共生组合或矿物组合。 矿物组合是岩石化学成分和变质条件的反映。对于进矿物组合是岩石化学成分和变质条件的反映。对于进变质作用而言，多代表热峰变质条件。变质作用而言，多代表热峰变质条件。2 2、矿物共生组合矿物共生组合三、矿物共生组合及其确定标志三、矿物共生组合及其确定标志（2 2）矿物共生组合的确定标志矿物共生组合的确定标志1 1）平衡共生的矿物都有相互接触关系（早期包裹体除外）平衡共生的矿物都有相互接触关系（早期包裹体除外）2 2）平衡共生的矿物之间无反应或交代关系。）平衡共生的矿物之间无反应或交代关系。3 3）同种矿物不同颗粒的化学成分及光性特征相近。如果）同种矿物不同颗粒的化学成分及光性特征相近。如果 有环带，则其边部的化学成分及光性特征相近。有环带，则其边部的化学成分及光性特征相近。4 4）岩石不同部位共生矿物对之间的元素分配系数近相等。）岩石不同部位共生矿物对之间的元素分配系数近相等。5 5）矿物数目符合矿物相律，即不超过惰性组分数。）矿物数目符合矿物相律，即不超过惰性组分数。四、组分分析四、组分分析 对于成分复杂的变质岩而言，需要对组分进行分析以确定在一对于成分复杂的变质岩而言，需要对组分进行分析以确定在一定定 变质条件下对矿物组合起主要控制作用的组分有效惰性组分，变质条件下对矿物组合起主要控制作用的组分有效惰性组分，以此达到简化组分数、便于以此达到简化组分数、便于 编制变质相图的目的。编制变质相图的目的。2、组分分类、组分分类 为了进行共生分析，将组分进一步分为为了进行共生分析，将组分进一步分为:（1 1）完全活动组分完全活动组分 与外部环境有质量交换，其化学位与外部环境有质量交换，其化学位由外部条件所控制，属于外部由外部条件所控制，属于外部 条件，如条件，如H2O、CO2等。等。1 1、组分分析的目的、组分分析的目的四、组分分析四、组分分析 与外部环境无质量交换，其化学位与外部环境无质量交换，其化学位由体系内部的浓度所决定。进由体系内部的浓度所决定。进 一步划分为一步划分为5 5类：类：1）杂质组分）杂质组分 含量甚微含量甚微(如如SrO) ，以类质同象形式赋存于造岩矿中，不改变矿物，以类质同象形式赋存于造岩矿中，不改变矿物共生关系，可以忽略不计共生关系，可以忽略不计。2）类质同象组分）类质同象组分 某些组分（如某些组分（如FeO、MgO、MnO ）在矿物晶格中可以互相替在矿物晶格中可以互相替代一般不影响矿物共生关系，在共生分析时，常将它们合并成一个代一般不影响矿物共生关系，在共生分析时，常将它们合并成一个组分。组分。注意，如果类质同象替代是有限的，则它们都是独立组分，注意，如果类质同象替代是有限的，则它们都是独立组分，需要分别对待。需要分别对待。（2 2）惰性组分惰性组分四、组分分析四、组分分析3）孤立组分）孤立组分:某些组分（某些组分（ZrO,TiOZrO,TiO2 2, P, P2 2O O5 5）含量少含量少, 且以纯的且以纯的形式（形式（TiOTiO2 2）或化或化 合物的形式（合物的形式（ZrSiOZrSiO4 4），），作为副矿物（金红石作为副矿物（金红石, ,锆石）产出，不影锆石）产出，不影 响矿物共生分析，可不考虑响矿物共生分析，可不考虑。4）过剩组分）过剩组分: 在参与形成其它共生矿物之后在参与形成其它共生矿物之后, 能以过剩状态形成单独的矿物相能以过剩状态形成单独的矿物相（过剩矿物）。其含量多少不影响共生关系，（过剩矿物）。其含量多少不影响共生关系，可不考虑。如普遍含可不考虑。如普遍含 石英的变质岩中的石英的变质岩中的SiO2 。5）有效惰性组分）有效惰性组分: 除上述几类组分外的其它组分（包括类质同象合并的组分）。它除上述几类组分外的其它组分（包括类质同象合并的组分）。它 们之间的比例对矿物组合起决定性作用。们之间的比例对矿物组合起决定性作用。（2 2）惰性组分惰性组分四、组分分析四、组分分析 该类岩石通常包括十三种组分：该类岩石通常包括十三种组分：SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O, TiO2, P2O5 , CO2, H2O （1）完全活动组分：）完全活动组分： CO2, H2O （2）过剩组分：）过剩组分： SiO2(形成过剩形成过剩 矿物石英），矿物石英），可不考虑。可不考虑。 （3）孤立组分）孤立组分： TiO2, P2O5( (形成副矿物金红石形成副矿物金红石, ,磷灰石）。磷灰石）。 （4 4）类质同象）类质同象组分：组分： ( Al，Fe)2O3; (Fe, Mg, Mn) O。 而而Na2O仅在斜长石中以仅在斜长石中以类质同象出现，可不考虑。类质同象出现，可不考虑。 （5 5）有效惰性组分有效惰性组分：经过分析确定：经过分析确定4个有效惰性组分：个有效惰性组分： ( Al，Fe)2O3 、 (Fe, Mg, Mn) O、 CaO 、 K2O。 同理同理: 含有杂质大理岩有效惰性组分为含有杂质大理岩有效惰性组分为：MgO 、Al2O3 、SiO2。3 3、组分分析实例、组分分析实例五、成分共生图解五、成分共生图解成分共生图解：成分共生图解： 表示特定变质条件下表示特定变质条件下, ,岩石中矿物共生组合与有岩石中矿物共生组合与有效惰性组分关系的图解。效惰性组分关系的图解。 变质岩中的有效惰性组分可以变质岩中的有效惰性组分可以 被简化成三组分或四组分（其被简化成三组分或四组分（其 相应的矿物相数不超过三种或相应的矿物相数不超过三种或 四种），因此可以用四种），因此可以用 三角形或三角形或 四面体的形式来表示三组分或四面体的形式来表示三组分或 四组分中矿物组合关系。四组分中矿物组合关系。 通常通常 采用三组分图解。采用三组分图解。1 1、成分共生图解的一般形式、成分共生图解的一般形式 五、成分共生图解五、成分共生图解 确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点 2 2、成分共生图解的编制、成分共生图解的编制 根据矿物化学分析根据矿物化学分析资料或矿物分子式资料或矿物分子式计算出各组分的摩计算出各组分的摩尔百分含量，据此尔百分含量，据此将各个矿物标绘在将各个矿物标绘在相应的位置上。相应的位置上。 （如右图）（如右图）五、成分共生图解五、成分共生图解 确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点 2 2、成分共生图解的编制、成分共生图解的编制 根据观察，将平衡根据观察，将平衡共生的矿物分别用共生的矿物分别用直线连接起来，这直线连接起来，这些直线（共生线）些直线（共生线）一般不能交叉。一般不能交叉。五、成分共生图解五、成分共生图解 确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点 2 2、成分共生图解的编制、成分共生图解的编制 方法同确定矿物投影方法同确定矿物投影点。目的是验证投影点。目的是验证投影点是否与实际矿物组点是否与实际矿物组合投影点所确定的范合投影点所确定的范围一致。围一致。五、成分共生图解五、成分共生图解 确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点 2 2、成分共生图解的编制、成分共生图解的编制 每一种组分（岩石类型）每一种组分（岩石类型）一般对应一套由三种不同一般对应一套由三种不同矿物构成的矿物组合，矿物构成的矿物组合，例如（例如（A）成分岩石的三个）成分岩石的三个共生矿物为共生矿物为 x, xy, x2z( f =2, p=c)思考：思考：(f) 成分点的岩石，成分点的岩石，其矿物组合如何？其矿物组合如何？ 确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点 不再是一个点不再是一个点,而是一个区域而是一个区域五、成分共生图解五、成分共生图解2、成分共生图解的编制、成分共生图解的编制 A C F 图图 A/ K F 图图 A F M 图图五、成分共生图解五、成分共生图解3 3、常见的成分共生图解类型、常见的成分共生图解类型 五、成分共生图解五、成分共生图解 是是Eskola (1915)(1915)设计的表示含石英变质岩的成分共生三角图设计的表示含石英变质岩的成分共生三角图解（如图），以三角形顶点组分命名解（如图），以三角形顶点组分命名。（1） 组分分析组分分析1、A C F 图图+Ms+Bi+Q+AbAnAn Eskola将将K2O处理为过剩组分处理为过剩组分, 含含 石英变质岩的有效惰性组分为石英变质岩的有效惰性组分为 ( Al,Fe)2O3 - (Fe,Mg,Mn) O- CaO A = Al2O3 + Fe2O3 C= CaOF= FeO + MgO + MnOA + C + F = 100（2）矿物）矿物ACF值的计算及标定值的计算及标定 And(红柱石红柱石) Al2O3 SiO2 A = 100 Cord(堇青石堇青石) 2(Fe,Mg)O 2Al2O3 5SiO2 A = 50 F = 50 An(斜长石斜长石) CaO Al2O3 2SiO2 A = 50 C = 50 Di(透辉石透辉石) CaO (Fe,Mg)O 2SiO2 C = 50 F = 50 Gro(钙铝榴石钙铝榴石) 3CaO Al2O3 3SiO2 A = 25 C = 75 Wo(硅灰石硅灰石) CaO SiO2 C = 100 （3）连接共生线及注意事项连接共生线及注意事项 按矿物实际共生关系连接共生线即完成了按矿物实际共生关系连接共生线即完成了ACF 图解。图解。五、成分共生图解五、成分共生图解1、A C F 图图（4）岩石成分的标绘）岩石成分的标绘( (选讲自学选讲自学) ) 1). 用副矿物含量校正岩石化学分析用副矿物含量校正岩石化学分析 2). 把校正后的岩石化学分析中的各个氧化物（把校正后的岩石化学分析中的各个氧化物（WB%)除以其分子量除以其分子量 再乘以再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。，换算成氧化物的摩尔数。 3). 用钾长石，钠长石校正用钾长石，钠长石校正Al2O3 的摩尔数；用磷灰石校正的摩尔数；用磷灰石校正 CaO ； 用方解石校正用方解石校正 CaO A = Al2O3 + Fe2O3 ( Na2O + K2O ) C = CaO 3.3 ( P2O5 + CO2 ) F = FeO + MgO + MnO A + C + F = 100五、成分共生图解五、成分共生图解1、A C F 图图（5）注意问题）注意问题 1）An位置不是钙长石而是包含图解外位置不是钙长石而是包含图解外Ab的斜长石；的斜长石； 2）不能表示含）不能表示含K2 O的矿物，因此不能区分低温下泥的矿物，因此不能区分低温下泥 质岩质岩 中中 K2 O过剩与不足的两类组合。过剩与不足的两类组合。五、成分共生图解五、成分共生图解1、A C F 图图常见矿物在常见矿物在A C F 图中的投影点图中的投影点五、成分共生图解五、成分共生图解2、 AK F 图图 为了补充为了补充ACFACF图中图中不能区分中低温泥质变质岩的不能区分中低温泥质变质岩的K2 O过剩与过剩与K2 O不足的两类矿物组合而提出的不足的两类矿物组合而提出的。Eskola (1915)(1915)认为，认为，泥质岩中通常贫钙，且泥质岩中通常贫钙，且 CaO一般只一般只影响斜长石号码，因此可不考虑影响斜长石号码，因此可不考虑CaO ，有效惰性组分简有效惰性组分简化为化为 ( Al，Fe)2O3 、 K2O、 (Fe, Mg, Mn) O ，以此来表，以此来表示含石英的泥质变质岩的矿物共生关系。示含石英的泥质变质岩的矿物共生关系。五、成分共生图解五、成分共生图解2、 AK F 图图A/ = Al2O3 + Fe2O3 K2O K = K2O F = FeO + MgO + MnO A/ + K + F = 100MsAndCordMiAKF+ +Q,PlQ,PlAntAntBiAK F AK F 图图常见矿物在常见矿物在A/ K F 图中的投影点图中的投影点五、成分共生图解五、成分共生图解3、 A F M 图图 (选讲自学选讲自学)（1） A F M 图的构想图的构想 在在A C F 图图 和和AK F 图中，均将图中，均将 FeO和和MgO 合并为一个组分，合并为一个组分， 在许多泥质岩石中，因在许多泥质岩石中，因FeO/MgO比值不同会形成不同的矿物组合，比值不同会形成不同的矿物组合， 因而，因而，FeO和和MgO 应作为两个独立组分来考虑。应作为两个独立组分来考虑。 J.B.Thompson(1957) J.B.Thompson(1957)： 将将泥质岩石中泥质岩石中FeO和和MgO分别作为两个独立组分来处理，经过分分别作为两个独立组分来处理，经过分 析和筛选确定有效惰性组分为四种组分：析和筛选确定有效惰性组分为四种组分： Al2O3 -FeO -MgO-K2O（1） A F M 图的构想图的构想 四元系的成分共四元系的成分共生图解可以用三维生图解可以用三维的四面体表示，四的四面体表示，四面体的顶点表示组面体的顶点表示组分分, 矿物组合表示矿物组合表示在四面体内（上）在四面体内（上）, 四面体内（上）的四面体内（上）的点近似代表岩石成点近似代表岩石成分。分。 A = Al2O3 K = K2O F = FeO M = MgO五、成分共生图解五、成分共生图解3、 A F M 图图 (选讲自学选讲自学)（2） A F M 图的构成图的构成 A = Al2O3 K = K2O F = FeO M = MgOA = (Al2O3-3K2O)/ (Al2O3-3K2O+FeO+MgO) M = MgO/(FeO+MgO)五、成分共生图解五、成分共生图解3、 A F M 图图 (选讲自学选讲自学) 4、选择选择合适合适的图解的图解五、成分共生图解五、成分共生图解五、成分共生图解五、成分共生图解5、 各种图解的适用范围各种图解的适用范围（1） ACF图解图解 适用条件是：在所有的矿物组合中均含有共生的石英，适用条件是：在所有的矿物组合中均含有共生的石英，SiO2为过为过剩组分；体系由剩组分；体系由 Al2O3、CaO、(Fe,Mg)O 组成；含钾的矿物和贫组成；含钾的矿物和贫硅的矿物不应该在该图中投影，如云母和镁橄榄石。硅的矿物不应该在该图中投影，如云母和镁橄榄石。（2）A/KF图解图解 A A/ /KFKF图解是图解是ACFACF图解的辅助图，一般不单独使用。体系由图解的辅助图，一般不单独使用。体系由Al2O3Al2O3、K2OK2O、( (Fe,Mg)OFe,Mg)O 组成，组成，SiO2SiO2为过剩组分。含钙的矿物和副长石类矿为过剩组分。含钙的矿物和副长石类矿物不能在该图中投影。物不能在该图中投影。中压低角闪岩相的中压低角闪岩相的 ACF ACF 和和 AKF AKF 图图 AACKF FMusAnHbCcBiGrtMicKyDiStauGroGrt石榴石石榴石Gro钙铝钙铝榴石榴石Stau十字石十字石五、成分共生图解五、成分共生图解（1 1） AFMAFM图解图解 适用于适用于SiO2SiO2和和K2OK2O为过分组分的体系，最适合于中低级变为过分组分的体系，最适合于中低级变质的泥质岩石。在所有的矿物组合中均含有云母类矿物及石英，质的泥质岩石。在所有的矿物组合中均含有云母类矿物及石英，不含白云母的组合不能在该图上投影，含钙的矿物也不能在该不含白云母的组合不能在该图上投影，含钙的矿物也不能在该图上表示。图上表示。5、 各种图解的适用范围各种图解的适用范围