變質(zhì)巖 第4講-共生分析與變質(zhì)相

變質(zhì)巖

MetamorphicRock第三章共生分析和變質(zhì)相授課內(nèi)容共生原理和成分-共生圖解概念A(yù)CF圖，A’KF圖，AFM圖成分圖解綜述變質(zhì)相1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)

礦物相率

從熱力學角度看，一個天然結(jié)晶巖石就是一個復(fù)雜的非均勻系統(tǒng)。對絕大多數(shù)變質(zhì)巖而言，其熱峰條件下形成的礦物組合往往非常接近化學平衡，這使得巖石礦物組合（相）與巖石化學成分（組分）和物理化學條件（自由度）之間的關(guān)系應(yīng)服從吉布斯相律。

吉布斯相率1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)吉布斯相律：在平衡體系中相的數(shù)目p、自由度f和組分數(shù)c有如下關(guān)系：p+f=c+2式中：p為平衡共生相的數(shù)目，巖石系統(tǒng)的相數(shù)等于該系統(tǒng)共生組合中礦物數(shù)。

f為自由度數(shù)，即相平衡系統(tǒng)內(nèi)能在一定范圍內(nèi)獨立改變而不引起相的種類和數(shù)目發(fā)生改變的獨立變量數(shù)。

c為組分數(shù)，即描述系統(tǒng)各相組成所需獨立物質(zhì)的最小數(shù)目。1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)c、p、f是相平衡系統(tǒng)的重要性質(zhì)和特征，常以其劃分系統(tǒng)類型。如一元系(c=1)、二元系(c=2)，三元系(c=3)；零變系(f=0)、單變系(f=1)、雙變系(f=2)；一元三相系(c=1，最大相數(shù)為3)，三元五相系(c=3，最大相數(shù)為5)。

例1：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2?元？相系1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

該平衡系統(tǒng)p=4。但用CaO、SiO2、CO2三物質(zhì)足以描述系統(tǒng)全部四相組成，所以c=3，是一個三元系。f=c+2-4=1，系統(tǒng)是單變的。即該反應(yīng)是一個單變反應(yīng)。即溫度、壓力兩個變量，只有一個能獨立改變，另一個不是不能改變，否則將會引起相的種類和數(shù)目的變化。1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)例2：Al2SiO3系(紅柱石，藍晶石，矽線石)

這是一個一元三相系，c=1(Al2SiO3)

若f=0，則p=3，這點上紅柱石，藍晶石，矽線石三相共生通常稱該點為零變點。p+f=c+21.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)

若f=1，則p=2，這是三條線上的情況，兩相共生，通常稱這些線為單變線。

1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)

若f=2，則p=1，這是圖中三條線所限定的三個區(qū)的情況，在三個區(qū)中，均僅有一相，穩(wěn)定自由度為2，即溫度，壓力均可在一定范圍內(nèi)獨立改變而不至于引起相的變化。通常稱這些區(qū)域為雙變區(qū)。1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)共生分析的基本思路

從研究變質(zhì)巖礦物共生組合特征及其變化規(guī)律出發(fā)，應(yīng)用相律，可以分析礦物組合與巖石化學成分和物化條件的關(guān)系(共生分析)。這是變質(zhì)巖石學研究的基本方法。變質(zhì)反應(yīng)封閉系統(tǒng)的Goldschmidt礦物相律

在封閉條件下巖石系統(tǒng)達平衡時服從Gibbs相律。由于變質(zhì)作用常常是在一定溫度和壓力區(qū)間內(nèi)進行并達平衡的，必定至少有兩個自由度，即f≥2。由吉布斯相律公式可得：f=c＋2－p≥2。因此，p≤cGoldschmidt礦物相律：在一定溫度、壓力范圍內(nèi)平衡的礦物相數(shù)不大于該巖石系統(tǒng)的獨立組分數(shù)。它是Gibbs相律的地質(zhì)學形式。1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)例如：Al2O3-SiO2二元系，可出現(xiàn)的礦物很多：剛玉、多鋁紅柱石、紅柱石、藍晶石、夕線石、α-石英、β-石英、鱗石英、方石英、柯石英、斯石英等。但由于c=2，所以p≤2。即在平衡條件下，不太可能有三、四礦物組合，更不可能有4個以上的礦物共生。1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)注意：Goldschmidt礦物相律描述的是P-T圖解上雙變區(qū)內(nèi)或變質(zhì)地體的變質(zhì)帶內(nèi)的礦物共生規(guī)律。而P-T圖解的單變線上或變質(zhì)地體等變線上出現(xiàn)的礦物相數(shù)要比礦物相律允許的相數(shù)多1。

1.共生分析的原理變質(zhì)反應(yīng)1.共生分析的原理開放系統(tǒng)的Korzhenskii礦物相律c=ci＋cmc—組分數(shù)，ci—惰性組分數(shù)，cm—活動組分數(shù)。

p≤ci

在溫度、壓力和活動組分化學位的一定范圍內(nèi)能穩(wěn)定平衡共存于一開放系統(tǒng)的礦物相數(shù)等于或小于惰性組分數(shù)，而與活動組分無關(guān)。授課內(nèi)容共生原理和成分-共生圖解概念A(yù)CF圖，A’KF圖，AFM圖成分圖解綜述變質(zhì)相變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析礦物組合、成分-共生圖解和組分分析

礦物組合：在共生分析中，把一定化學成分巖石達化學平衡時的礦物成分稱為礦物組合或礦物共生、礦物共生組合。

礦物組合是巖石化學成分和P、T等條件的反映是共生分析的對象或出發(fā)點。由于溫度升高的進變質(zhì)過程反應(yīng)速率大，易于達平衡，因此，巖石中見到的礦物組合多為熱峰礦物組合。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析

確定礦物共生組合是共生分析的第一步，因為這是應(yīng)用相律的先決條件。然而，由于不能排除天然變質(zhì)巖系統(tǒng)存在不平衡狀態(tài)，又由于在由沉積巖變來的變質(zhì)巖中，在小范圍內(nèi)，化學成分亦可能有變化，因此，在一塊變質(zhì)巖標本中，甚至一塊薄片范圍內(nèi)見到的所有礦物有可能屬幾個共生組合。必須根據(jù)詳細的巖石學觀察，正確判斷礦物共生組合。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析標志1：只有相互接觸的礦物才可以看作是一個礦物共生組合。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析標志2：一個礦物共生組合的各礦物，相互間無反應(yīng)和交代現(xiàn)象

變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析標志3：一個礦物共生組合中，同種礦物的化學成分及光性常數(shù)特征應(yīng)相近，如有環(huán)帶，則其邊部化學成分及光性特征近似。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析標志4：一個礦物共生組合中的一對礦物之間元素的分配符合Nernst分配定律，即各處元素的分配系數(shù)近相等

變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析標志5：礦物共生組合中礦物共生關(guān)系應(yīng)符合礦物相律，即礦物相數(shù)不超過惰性組分數(shù)。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析標準1是一定的化學成分的標志。由于原巖化學成分不均勻，一個薄片中可出現(xiàn)幾個礦物組合。此時可據(jù)標準1將它們區(qū)分開來。變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析

成分-共生圖解成分-共生圖解：如果一個巖石系統(tǒng)由三組分組成，根據(jù)Godlschmidt礦物相律，在普遍觀察到的組合中，礦物數(shù)應(yīng)是3、2或1，這意味著當這種巖石的礦物成分用一個三頂點為三組分的三角圖解表示時，把該圖解分成一系列小三角形就能直觀地表示礦物共生關(guān)系，這種圖解共生圖解變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析如果一個巖石系統(tǒng)由三組分組成（a、b，c），可能出現(xiàn)的礦物有7種：純組分組成的礦物（A，B，C），兩種組分組成的礦物（D，E，F(xiàn)），三種組分組成的礦物（G）變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析若以三組分為三角形頂點，則七個礦物按化學組成可分別標在相應(yīng)位置上，純組分礦物表示在三角形三個頂點上(A,B,C)，兩組分組成的礦物表示在三角形的三條邊上(D,E,F)，三組分組成的礦物表示在三角形內(nèi)部。變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析①若任意一組成位于連接三礦物的小三角形內(nèi)(如i)，達平衡時，為三相共生（A+D+E），即p=3；這時，不可能有G，因為A+G=D+E。變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析②若成分點位于共生線上（如j），則平衡時為兩礦物共生（F+C），p=2；這時，不可能有B，因為B+C=F。變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析③若成分點恰位于某礦物投影點，則平衡時僅一相存在，p=l。如a組成，平衡時僅一相。變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析大多數(shù)變質(zhì)礦物是具有相當大成分范圍的固溶體(A、B、E、F、G)，它們在成分-共生圖解中以線段(兩組分固溶體，如A、E)或面積(三組分固溶體，如B、F、G)表示。變質(zhì)反應(yīng)

2.礦物組合與共生分析當巖石成分點位于礦物成分點、線段或面積中時，相數(shù)為1，當巖石成分點落在一條共生線上時，兩相共生，當三相共生時，共生關(guān)系以圖解中一個一定的小三角形表示。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析

組分分析

絕大多數(shù)變質(zhì)巖具有復(fù)雜的化學組成，是一個多相平衡系統(tǒng)，而不是簡單的三元系。然而，在一個二維的平面上，我們只能表示最多三四個組分的系統(tǒng)的礦物共生關(guān)系。因此，為了對成分復(fù)雜的巖石作共生分析，有必要對巖石系統(tǒng)各組分作具體分析，找出對礦物共生組合影響最大的三四個組分，把多組分巖石系統(tǒng)簡化為三組分或四組分系統(tǒng)，才有可能作出成分-共生圖解，表示巖石化學成分與礦物組合的關(guān)系，這一過程叫做組分分析。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析組分分析思路：微量組分：如SrO、BaO、CuO、NiO……等，它們一般不形成獨立的礦物，不影響礦物共生，因而在共生分析時可不考慮。副礦物：如磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石、金紅石、鋯石、磷灰石和硫化物等。由于成分-共生圖解目的主要在于說明較多量礦物的共生，因此對這些副礦物和其中所含的TiO2、ZrO、P2O5和S共生分析時也可不考慮。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析組分分析思路：完全活動組分：該類組分在間隙溶液中的濃度或化學位與T、P一樣是巖石系統(tǒng)的外部條件。成分一共生圖解表示的是一定外部條件下的礦物組合。所以，外部條件在圖解中不表示。當外部條件改變引起礦物組合的變化時，用新的圖解表示新條件下的新的一套礦物組合。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析組分分析思路：通常的變質(zhì)巖，只要考慮SiO2、A12O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O，K2O，CO2、H2O這11個氧化物。這11個組分，按其化學特征和對礦物共生的影響，可分為：過剩、類質(zhì)同象和有效獨立組分。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析過剩組分：原巖中大量存在的組分。通常在參與形成其它共生礦物之后能以過剩狀態(tài)形成單獨的礦物相(過剩礦物)。出現(xiàn)于該類巖石的共生組合之中。過剩組分含量多少，只會影響過剩礦物含量多少，而不影響巖石的其它礦物共生。因此，作共生圖解時可不考慮過剩組分。而把過剩礦物放在共生圖解之外。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析類質(zhì)同象組分：是互成類質(zhì)同象替換的組分，它們的相對含量一般可在一定范圍內(nèi)變化而不致于影響其它礦物的共生關(guān)系。在共生分析時，可將互成類質(zhì)同象代替的組分合并為一個獨立組分。如：由于A13+==Fe3+，F(xiàn)e2+==Mg2+==Mn2+的類質(zhì)同象置換關(guān)系，可將它們合并為(Fe,Mg,Mn)O，(Al,Fe)2O3、分別作為一個獨立組分。變質(zhì)反應(yīng)2.礦物組合與共生分析有效獨立組分：除上述幾類組分之外的其它組分(包括由類質(zhì)同象組分合并的獨立組分)。它們之間的比例對礦物共生組合起決定性的作用。礦物共生組合中出現(xiàn)的礦物數(shù)目與完全活動組分、微量組分、次要的類質(zhì)同象組分無關(guān)。在不考慮副礦物（不考慮孤立組分）情況下，礦物共生組合中礦物最大數(shù)目等于有效獨立組分數(shù)加上過剩組分數(shù)之和。但過剩組分多少不改變礦物共生，決定礦物共生組合多樣性的是有效獨立組分。因此，以有效獨立組分為頂點作出的成分-共生圖解可以表示系統(tǒng)的礦物共生關(guān)系。

變質(zhì)反應(yīng)類型：

ACF圖

A′KF圖

AFM圖成分-共生圖解2.礦物組合與共生分析授課內(nèi)容共生原理和成分-共生圖解概念A(yù)CF圖，A’KF圖，AFM圖成分圖解綜述變質(zhì)相變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解Eskola(1915)設(shè)計ACF圖以表示成分范圍廣泛的含石英變質(zhì)巖（包括泥質(zhì)、長英質(zhì)、基性、鈣質(zhì)、鎂質(zhì)）的礦物共生。3.ACF圖解變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解礦物共生組合分析：①紅柱石+堇青石+鈉長石+正長石十石英+黑云母；②紅柱石+堇青石+斜長石+正長石+石英+黑云母；③堇青石+斜長石+正長石+石英+黑云母；④紫蘇輝石+堇青石+斜長石+正長石+石英+黑云母；⑤紫蘇輝石+斜長石+正長石+石英+黑云母；⑥紫蘇輝石+透輝石+斜長石+正長石+石英+黑云母；⑦透輝石+斜長石+正長石+石英+黑云母；⑧鈣鋁榴石+透輝石+斜長石+正長石+石英；⑨鈣鋁榴石+透輝石+正長石+石英；⑩鈣鋁榴石+透紫石+硅灰石十正長石+石英。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解含石英變質(zhì)巖的組分分析

對普通的含石英變質(zhì)巖，不考慮微量組分和孤立組分，通常包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、CO2、H2O等11個組分，這些組分按其化學特征和對礦物共生的影響可分為：變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解完全活動組分：H2O、CO2（Eskola把它們處理為過剩組分）。共生圖解中不予考慮。過剩組分：SiO2

共生圖解中不予考慮，把過剩礦物Q放在圖解之外。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解類質(zhì)同象組分：巖石中存在兩種類質(zhì)同象。一類是Al2O3與Fe2O3類質(zhì)同象和FeO、MnO、MgO類質(zhì)同象，它們普遍出現(xiàn)在造巖礦物中，因而將它們合并處理為兩個獨立組分：(Al,Fe)2O3

和(Fe,Mg,Mn)O；另一類是Na2O與CaO類質(zhì)同象，僅出現(xiàn)在斜長石中而不出現(xiàn)在其他含鈣礦物中。因此不能將它們合并。Eskola的處理辦法是：由于Na2O只在斜長石中作為CaO的類質(zhì)同象組分出現(xiàn)，其含量多少有無，只影響斜長石號碼，而不會增加或減少一個礦物相。因此，Na2O不是獨立組分，可不予以考慮，把鈉長石放在圖解之外。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解有效惰性組分：經(jīng)過上述組分分析后，得出4個有效惰性組分,(Al,Fe)2O3、CaO、K2O、(Fe,Mg,Mn)O。為了把組分數(shù)減至3，以便于圖解表示，Eskola把K2O作為過剩組分，不予以考慮，把鉀長石放在圖解之外。這樣一來，使得該圖解出現(xiàn)一個明顯的缺點：區(qū)分不了低溫下泥質(zhì)變質(zhì)巖中K2O過剩與K2O不足的兩類組合。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖編制Eskola將上述三個有效惰性組分為頂點的成分-共生圖解命名為ACF圖。其中：A=[Al2O3]＋[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO]A＋C＋F=100.在三角形圖解上，按礦物組成的ACF比值標繪礦物后，按礦物的實際共生關(guān)系連接共生線即完成了ACF圖解，變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖編制ACF圖能表示較多的重要硅酸鹽礦物，但K和Na的硅酸鹽和二氧化硅不飽和的硅酸鹽除外。

ACF圖表明：在一定溫度壓力條件下形成并達內(nèi)部平衡的巖石，其礦物共生組合取決于原巖的總化學組成，并隨著原巖的總化學組成的變化呈現(xiàn)有規(guī)律的變化變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖編制

將礦物化學式寫成氧化物形式，易于計算礦物的ACF值，從而便于標繪礦物。And（紅柱石）Al2O3·SiO2A=100Crd（堇青石）2(Mg,Fe)O·2Al2O3·5SiO2A=50,F=50An（鈣長石）CaO·Al2O3·2SiO2A=,C=Di（透輝石）CaO·(Mg,Fe)O·2SiO2C=,F=Gro（鈣鋁榴石）3CaO·Al2O3·3SiO2A=,C=Wo（硅灰石）CaO·SiO2A=,C=變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖編制Ant.直閃石；Cum.鎂鐵閃石；Gro.鈣鋁榴石；Hb.普通角閃石；Mi.微斜長石變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖編制注意：一是圖中An位置實際上并不是鈣長石，它與圖解外的Ab一起代表某一號碼的斜長石；二是Ms（白云母）、Bi（黑云母）都是含鉀礦物，它們在共生組合中是否出現(xiàn)在很大程度上受巖石的K2O組分控制，圖中所有組合都可出現(xiàn)Ms、Bi。ACF圖不能表示K2O對礦物共生的影響，因而，嚴格說來，它們不應(yīng)該表示在ACF圖上。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解巖石成分的標繪

將巖石的組成標繪在成分-共生圖解上，可以預(yù)測該巖石的礦物共生組合。然而，由于在編制ACF圖過程中，未考慮鉀長石、鈉長石和副礦物因此，在根據(jù)巖石化學分析資料于ACF圖上標繪巖石時，需從化學分析中扣除包含在這些礦物中的(Al，F(xiàn)e)2O3、CaO、(Fe，Mg)O的量。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖解編制步驟①用副礦物含量校正巖石化學分析根據(jù)薄片測定副礦物鈦鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、榍石的實際含量（體積%），并將測定礦物的體積%轉(zhuǎn)換成wB%；wB%=相對密度×體積%。換算時可使用下列礦物相對密度值：磁鐵礦5.2，榍石3.5，鈦鐵礦4.7，黃鐵礦5.0，赤鐵礦5.1。然后，對巖石化學分析作下列校正：變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖解編制步驟①用副礦物含量校正巖石化學分析如：磁鐵礦(Fe3O4)含有31.0％的FeO和69.0％的Fe2O3，因此，獨立組分計算時要從：FeO重量％中減去磁鐵礦重量％的31％；Fe2O3重量％中減去磁鐵礦重量％的69％。對其它副礦物進行類似校正。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖解編制步驟②

計算氧化物的摩爾數(shù)把校正過的巖石化學分析的各個氧化物wB%（可不考慮SiO2和H2O）除以其分子量再乘以1000，換算成氧化物的摩爾數(shù)。如：[CaO]=CaOwB%×1000/CaO分子量。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖解編制步驟③

用鉀長石、鈉長石校正摩爾數(shù)[Al2O3]，用磷灰石校正[CaO]，用方解石校正[CaO]：假定巖石所有的K2O、Na2O均組成鉀長石和斜長石的鈉長石分子。由于鉀長石的[K2O]=[Al2O3]，鈉長石中[Na2O]=[Al2O3]，因此，要在巖石的[Al2O3]中扣除鉀長石、鈉長石中的[Al2O3]，只須在[Al2O3]中減去（[K2O]＋[Na2O]）即可。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖解編制步驟③

用鉀長石、鈉長石校正摩爾數(shù)[Al2O3]，用磷灰石校正[CaO]，用方解石校正數(shù)[CaO]：磷灰石的化學式為9CaO·3P2O5·CaF2，所以磷灰石的[CaO]=3.3[P2O5]；方解石化學式為CaO·CO2，所以，方解石的[CaO]=[CO2]。為了扣除巖石中含在少量磷灰石和方解石中的[CaO],只須從巖石的[CaO]中減去（3.3[P2O5]＋[CO2]）變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解3.ACF圖解ACF圖解編制步驟副礦物校正后巖石的ACF值計算方案總結(jié)如下：

A=[Al2O3]＋[Fe2O3]－([Na2O]＋[K2O])

C=[CaO]－(3.3[P2O5]＋[CO2])

F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO]為了用圖解表示，把值換算為A＋C＋F=100，即用摩爾百分數(shù)表示。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖解-舉例3.ACF圖解變質(zhì)巖的化學成分（wB%）成分藍晶石白云母片巖綠片巖黑云斜長片麻巖藍閃石英大理巖SiO264.6552.1366.9527.55TiO20.030.780.691.28Al2O327.8919.8014.415.37Fe2O30.022.441.633.73FeO0.726.183.981.44MnO0.000.230.180.03MgO0.003.242.381.85CaO0.207.462.8430.21Na2O0.041.902.843.26K2O0.012.001.960.15H2O6.120.961.240.80P2O50.000.300.140.15CO20.081.910.0423.97變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解問題的提出

芬蘭奧里耶維地區(qū)接觸變質(zhì)巖區(qū)有兩類礦物組合明顯不同的巖石，一類含富鋁礦物：紅柱石、堇青石而不含鉀長石；另一類含鉀長石而不含富鋁礦物。雖然鉀長石和富鋁礦物在該區(qū)都是穩(wěn)定的，卻不能共生。艾斯科拉認為這是原巖K2O含量不同造成的。第一類巖石為K2O不足，第二類巖石為K2O過剩的巖石。KAl2Si3O10(OH)2+SiO2===KAlSi3O8+Al2SiO3+H2O

白云母鉀長石紅柱石/矽線石變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解

K2O不足的巖石為泥質(zhì)巖，過剩巖石通常為富鉀泥質(zhì)巖及長英質(zhì)巖石。泥質(zhì)變質(zhì)巖石的組分通常是貧鈣的，且CaO主要含在斜長石的鈣長石分子中。因此，CaO不是有效獨立組分。而K2O的過剩與不足對該類巖石的礦物共生有重大影響。K2O應(yīng)作為有效獨立組分。對泥質(zhì)變質(zhì)巖系統(tǒng)有效獨立組分為(Fe,Mg,Mn)O，(A1,Fe)2O3K2O，因此，用ACF圖不能反映該類泥質(zhì)變質(zhì)巖的礦物共生關(guān)系。變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解

艾斯科拉設(shè)計了A’KF圖，來研究該類泥質(zhì)變質(zhì)巖的礦物共生關(guān)系。以(Fe,Mg,Mn)O、(A1,Fe)2O3、K2O三組分為端元：

A’=[A12O3]+[Fe2O3]–[K2O]K=[K2O]F=FeO+MgO+MnOA’+K+F=100作成成分共生圖解，稱為A’KF圖。變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解注意：由于泥質(zhì)變質(zhì)巖中鉀長石是最富鉀礦物，因而在AKF圖上鉀長石是標在K頂點的。即是將鉀長石的K值作為100，A值作為0的。而鉀長石分子式中，摩爾數(shù)[Al2O3]=[K2O]，因此計算A值時，必須扣除鉀長石中的[Al2O3]，這樣，A的意義與ACF圖不同，故將A改為A′，稱為A′KF圖。變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解芬蘭Orijarvi地區(qū)SiO2過剩的泥質(zhì)變質(zhì)巖的A′KF圖And-紅柱石Pl-斜長石Crd-堇青石Ant-直閃石Cum-鎂鐵閃石Ms-白云母Bi-黑云母Mi-微斜長石變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解理想成分的白云母(K2O·3Al2O3·SiO2·H2O)不是標在K:A′=1:3的位置，而標在K:A′=1:2（K=33、A′=67）的位置上。同樣，理想成分的黑云母標在K=14、F=86位置。由于黑云母中有些（Fe,Mg）可被Al替代，所以其成分可漸變到A′=15、K=14、F=71的位置變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解芬蘭Orijarvi地區(qū)SiO2過剩的泥質(zhì)變質(zhì)巖的A′KF圖變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解在A′KF圖上標繪巖石時，也要進行校正。用副礦物含量校正巖石化學分析的方法基本上同ACF圖。在經(jīng)過此項校正后，將氧化物WB%換算為摩爾數(shù)。由于A′KF圖不考慮斜長石，因此必須在A′中扣除斜長石中的[Al2O3]，即扣除與[Na2O]＋[CaO]等量[Al2O3]變質(zhì)反應(yīng)A’KF圖解4.A’KF圖解A’KF的計算方案為：A’=[A12O3]+[Fe2O3]-([Na2O]+[K2O]+[CaO])K=[K2O]F=[FeOl+[MgO]+[MnO]A’+K+F=100變質(zhì)反應(yīng)ACF圖與A’KF圖4.A’KF圖解And-紅柱石Pl-斜長石Crd-堇青石Ant-直閃石Ms-白云母Cum-鎂鐵閃石Bi-黑云母Mi-微斜長石An-鈣長石Gro-鈣鋁榴石Wo-硅灰石Di-透輝石Ab–鈉長石Hb-普通角閃石And-紅柱石Pl-斜長石Crd-堇青石Ant-直閃石Ms-白云母Bi-黑云母Mi-微斜長石Cum-鎂鐵閃石變質(zhì)反應(yīng)ACF圖與A’KF圖的聯(lián)用4.A’KF圖解芬蘭Orijarvi接觸變質(zhì)巖ACF、A′KF圖變質(zhì)反應(yīng)ACF圖與A’KF圖的聯(lián)用4.A’KF圖解ACF圖的優(yōu)點是能標繪所有常見變質(zhì)巖，包括泥質(zhì)、長英質(zhì)、鈣質(zhì)和基性變質(zhì)巖，說明它們的相互關(guān)系和廣泛的共生關(guān)系。缺點是不能表示中低溫下K2O對礦物共生的影響。而A’KF圖很好地表示K2O過剩與不足的共生組合。但A’KF圖應(yīng)用限于泥質(zhì)-長英質(zhì)巖石。因此，二者恰可以互相補充。為了取得較完整的結(jié)果，通常將ACF圖與A’KF圖聯(lián)用，制成雙三角形圖解。在聯(lián)合使用時，ACF圖上不表示含鉀礦物(白云母，黑云母)變質(zhì)反應(yīng)ACF圖與A’KF圖的聯(lián)用4.A’KF圖解

在此雙三角形圖解上判斷礦物組合時，特別是當巖石成分在ACF圖的A-An-F小三角形內(nèi)（即為泥質(zhì)-長英質(zhì)）時，要將兩個圖解一起考慮，且以A′KF圖為主。變質(zhì)反應(yīng)ACF圖與A’KF圖的聯(lián)用4.A’KF圖解巖石1：堇青石＋白云母＋黑云母＋斜長石＋石英，無微斜長石巖石2：微斜長石＋白云母＋黑云母＋斜長石＋石英，無堇青石變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解-了解5.AFM圖解FeO/MgO對泥質(zhì)變質(zhì)巖礦物共生的影響及泥質(zhì)變質(zhì)巖組分分析

在泥質(zhì)變質(zhì)巖中經(jīng)常出現(xiàn)黑云母、白云母、石英及AF邊上兩種貧鉀礦物（如紅柱石-堇青石、十字石-石榴石等）平衡共生。這些共生組合的礦物在ACF、A′KF圖中均位于AF邊上，不好表示出來，還會造成共生線相交而引起誤會。變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解當不考慮TiO2、Fe2O3、MnO、CaO、Na2O這些次要組分時泥質(zhì)變質(zhì)巖由SiO2、Al2O3、FeO、MgO、K2O和H2O六組分組成。巖石系統(tǒng)對H2O是開放的，因而在成分-共生圖解中不考慮。此外，由于大多數(shù)變質(zhì)巖都含石英，因而把討論范圍限于含石英的泥質(zhì)變質(zhì)巖，SiO2作為過剩組分，把石英放在圖解之外。這樣，剩下了4個有效惰性組分：Al2O3、FeO、MgO和K2O。所以，泥質(zhì)變質(zhì)巖的礦物組合可在三維空間內(nèi)用Al2O3-FeO-MgO-K2O四面體（可稱為AFMK四面體）表示。四面體中的點，近似代表一種泥質(zhì)變質(zhì)巖的成分。變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解

AFM圖的構(gòu)成a.Al2O3-FeO-MgO-K2O四面體及通過理想白云母成分點（Ms）向Al2O3-FeO-MgO平面上的投影圖。Bi為黑云母（BI）的投影變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解

AFM圖的構(gòu)成b.標繪在AFM圖上的與石英和白云母共生的可能礦物相圖變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解湯普遜設(shè)想在四面體的一個面上投影。由于泥質(zhì)變質(zhì)巖中的大多數(shù)礦物都位于AFM面上及其附近，因而選AFM面作為投影面。由于白云母在泥質(zhì)變質(zhì)巖中分布非常廣泛，因此，把討論限于含白云母的巖石。這樣，在成分-共生圖解中就不必表示白云母而選理想成分的白云母KAl3O5(KAl3Si3O10(OH)2作投影點。凡在四面體內(nèi)的礦物都從理想化白云母成分點MS向AFM面投影。投影面包括AFM三個角頂，但并不以FM線為限。只有A-F-M-Ms小四面體內(nèi)的礦物，才會投影在AFM面上不超過FM線。否則，投影點會位于FM線外。變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解在AFM面上表示礦物組合的成分-共生圖解叫AFM圖

上述投影過程是用計算進行的。把分析的wB%換算為氧化物摩爾數(shù)之后，按下式計算投影坐標A和M：A=([Al2O3]－3[K2O]）/([Al2O3]－3[K2O]＋[FeO]＋[MgO])M=[MgO]/([MgO]＋[FeO])減3[K2O]的意義是減去投影點Ms中的[Al2O3](=3[K2O])變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解AFM圖的優(yōu)缺點優(yōu)點：湯普遜的AFM圖把變泥質(zhì)巖看作A12O3-K2O-FeO-MgO四組分系統(tǒng)，把FeO、MgO作為兩個獨立組分，因而比ACF圖和A’KF圖嚴格、合理，能很好地表示巖石FeO/MgO比值對礦物共生的影響。缺點：其局限性在于僅適用于含白云母和石英的泥質(zhì)變質(zhì)巖。變質(zhì)反應(yīng)AFM圖解5.AFM圖解AFM圖的改進

高溫時由于白云母分解，鉀長石在泥質(zhì)變質(zhì)巖中普遍存在。為了表示含鉀長石和石英的高溫變質(zhì)巖萊因哈特設(shè)計制作了另一種AFM圖，該圖中礦物和巖石投影點是從鉀長石成分點向FM面投影得出的，該圖解的三個參數(shù)為：

A=[Al2O3]-([K2O]+[Na2O]+[CaO])F=[FeO]-[Fe2O3](-[TiO2])M=[MgO]A+F+M=100變質(zhì)反應(yīng)5.成分共生圖解綜述

各圖解的優(yōu)缺點

ACF圖解：ACF圖解可表示幾乎所有的常見變質(zhì)巖和主要造巖礦物并說明其相互關(guān)系，用途廣泛。但是它不能表示中低溫時由于K2O過剩與不足引起的鉀長石與富鋁貧鉀礦物不共生關(guān)系、FeO/MgO比值對共生組合的影響、鐵鎂礦物的化學成分變化。變質(zhì)反應(yīng)5.成分共生圖解綜述

各圖解的優(yōu)缺點

A’KF圖解：能反映由于K2O過剩與不足引起的鉀長石與富鋁貧鉀礦物不共生關(guān)系。但只適用于泥質(zhì)、長英質(zhì)巖石、不能表示FeO/MgO比值對共生組合的影響、鐵鎂礦物的化學成分變化。

ACF圖解和A’KF圖解可相互補充，所以通常將它們聯(lián)用，作成雙三角形圖解，以取得更完整的結(jié)果。變質(zhì)反應(yīng)5.成分共生圖解綜述

AFM圖：AFM圖把泥質(zhì)變質(zhì)巖看作A12O3-K2O-FeO-MgO四元系，把FeO、MgO作為獨立組分，因而比ACF圖和A’KF圖更嚴格、合理，可很好地表示巖石的FeO/MgO比值與礦物共生組合的關(guān)系和鐵鎂礦物的化學成分變化。AFM圖的缺點是僅適用于泥質(zhì)變質(zhì)巖和長英質(zhì)變質(zhì)巖-含白云母和石英的泥質(zhì)變質(zhì)巖石

各圖解的優(yōu)缺點授課內(nèi)容共生原理和成分-共生圖解概念A(yù)CF圖，A’KF圖，AFM圖成分圖解綜述變質(zhì)相變質(zhì)反應(yīng)5.成分共生圖解綜述應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題考慮圖解的適用范圍：已有的共生圖解類型很多使用時一定要注意每個圖解的適用范圍。根據(jù)獨立組分特征設(shè)計圖解：究竟選擇什么圖解取決于所研究巖石系統(tǒng)的有效獨立組分。因此，一定要作組分分析，找出系統(tǒng)的有效獨立組分，以正確選擇或自行擬定共生圖解。變質(zhì)反應(yīng)5.成分共生圖解綜述在共生圖解上標繪巖石成分時，都必須進行校正。在化學分析中扣除設(shè)計圖解時未考慮的副礦物和其它礦物。這是必要的，然而又是復(fù)雜的。完全嚴格的校正是不可能的，前面所述的校正方法只是考慮了最主要的因素。Wikler對ACF圖和A'KF圖提出了更嚴格也更復(fù)雜的校正方法，可作為參考。授課內(nèi)容共生原理和成分-共生圖解概念A(yù)CF圖，A’KF圖，AFM圖成分圖解綜述變質(zhì)相變質(zhì)反應(yīng)6.變質(zhì)相變質(zhì)相的概念變質(zhì)相是在熱峰附近一定P-T-μH2O范圍內(nèi)達到化學平衡的所有變質(zhì)巖，其礦物組合與巖石化學成分之間有固定的、可以預(yù)測的關(guān)系。一個變質(zhì)相是一個等物理系，它包括熱峰附近一定物理化學條件范圍內(nèi)形成的各種化學成分的變質(zhì)巖。因而，變質(zhì)相與巖石化學成分無關(guān)。說明變質(zhì)反應(yīng)6.變質(zhì)相“礦物組合與巖石化學成分之間有固定的、可以預(yù)測的對應(yīng)關(guān)系”，意思是在一個變質(zhì)相中，對應(yīng)不同的巖石化學成分有不同的礦物組合。因而，給定巖石化學成分，可以預(yù)測相應(yīng)礦物組合。一個變質(zhì)相內(nèi)巖石化學成分與礦物組合的這種關(guān)系是巖石系統(tǒng)達化學平衡的必然結(jié)果，成分-共生圖解可以表示這種關(guān)系變質(zhì)反應(yīng)6.變質(zhì)相變質(zhì)相的標志是礦物組合。通常用基性變質(zhì)巖礦物組合劃分變質(zhì)相，并以相應(yīng)的基性變質(zhì)巖石對變質(zhì)相命名。如角閃巖相就是以該相條件下基性變質(zhì)巖中出現(xiàn)的斜長石-角閃石組合為標志劃分，并把角閃巖和與之相同的P-T條件下形成的所有變質(zhì)巖命名為角閃巖相。由于不同巖石對溫壓條件變化敏感程度不同，一個變