礦物共生組合與變質(zhì)相概念

第二十講礦物共生分析

與變質(zhì)相（系）巖石學中的相概念和變質(zhì)相劃分礦物共生分析和成分-共生圖解變質(zhì)相系列變質(zhì)作用P-T軌跡概念一、“相，facies”的概念巖石學中的“相”是指在地殼演化到特定階段中特定物理化學條件(環(huán)境)中形成的一套巖石共生組合（或+生物），亦即帶有特定環(huán)境條件屬性的一套巖石組合。反過來說，這套巖石組合中的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等特征記錄了成巖環(huán)境條件信息。自然界中的成巖環(huán)境是復雜的，相應地也存在復雜的巖石共生組合或建造——相。1。巖漿巖的相侵入相深成相（>15km）中成相（5-15km）淺成相（<5km）噴出（火山巖）相溢流相暴發(fā)相陸相海相巖漿巖巖石在不同的深度具有不同產(chǎn)狀、其礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征也不同，反映不同的環(huán)境條件和巖漿冷卻結(jié)晶速率的差異。侵入相：深成相——巖石具粗粒等?；蛩瓢郀罱Y(jié)構(gòu)、發(fā)育出溶結(jié)構(gòu)、定向構(gòu)造、鉀長石具有低的有序度而高的三斜度；花崗巖類巖基或巖株，層狀輝長巖淺成相——細粒或斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、高有序度而低三斜度率。花崗質(zhì)斑巖類巖枝，巖墻、巖床等火成巖產(chǎn)狀示意圖3_17出露的巖基巖基巖墻巖盆巖蓋巖床捕虜體整合侵入體不整合侵入體巖株火山巖相示意圖（據(jù)邱家驤，1985）據(jù)火山巖產(chǎn)狀劃分的火山巖相火山通道相次火山相侵出相溢流相爆發(fā)相火山沉積相巖鐘、針、穹火山頸.巖管/巖筒臺地、被、盾錐侵入體海相火山巖陸相火山巖2。沉積相沉積環(huán)境——沉積物堆積場所的地貌特征與沉積作用特征的總和。

寒冷溫濕氣候干旱大陸斜坡洋盆陸架海河

河流環(huán)境的地貌特征為下切的溝谷（具有一定坡度），溝內(nèi)有階地、邊灘或心灘，沉積作用為流動的水體（水流）。又如：湖泊環(huán)境的地貌特征為陸地上具一定面積的積水洼地，沉積作用為波浪、沿岸水流及淡水生物活動等。

2。

沉積相

一定沉積環(huán)境中的沉積物或沉積巖的

巖石學

和

生物

特征的總和。從大的方面可分為陸相和海相，陸相與海相又各自可分為……。如：河流相主要為砂礫巖或粉砂巖組成，具交錯層理，有植物樹干化石而無植物葉化石。

又如：湖泊相常有暗色泥巖或細粉砂巖組成，水平紋理，含植物葉及淡水動物化石。

Ametamorphicfaciesisasetofmetamorphicmineralassemblages,repeatedlyassociatedinspaceandtime,suchthatthereisaconstantandthereforepredictablerelationbetweenmineralcompositionandbulkrockcomposition.(FJTurner,1981)定義：一個變質(zhì)相是指（各種成分的巖石在一定的溫度-壓力范圍內(nèi)形成的）一系列礦物組合，這些礦物組合在時間上和空間上反復共生，其礦物成分與巖石化學成分之間有著固定的、因而可以預測的對應關系。我們的定義：變質(zhì)相是區(qū)域變質(zhì)作用或接觸變質(zhì)作用在一個有限變質(zhì)條件（P-T）中形成的礦物組合（巖石）。3、變質(zhì)相概念及其劃分變質(zhì)相P-T范圍圖解（P.478圖23-11）接觸變質(zhì)相低壓低溫：1鈉長綠簾角巖相（AEH）低壓中溫：2普通角閃石角巖相（HH）低壓高溫：3輝石角巖相（PH）低壓極高溫：4透長巖相（S）區(qū)域變質(zhì)相：中-低壓很低溫：5沸石相（Z）

6葡萄石—綠纖石相（PP）中壓很低溫：7硬柱石－鈉長石－綠泥石相（LA）高壓很低-低溫：8藍片巖相（BS）中-低壓低溫：9綠片巖相（GS）中-壓低溫：10綠簾角閃巖相（EA）中-低壓中溫：11角閃巖相（A）中-低壓高溫：12麻粒巖相（G）高壓中-高溫：13榴輝巖相（E）變質(zhì)相和變質(zhì)相系P-T圖解基性巖中的相界反應；①Anl（方沸石）=Ab＋V；②Lw＋Q=Lm（濁沸石）；③Lm=Wr（斜鈣沸石）＋V；⑨Cc＋Di=Ak（鈣鎂黃長石）＋CO2（），反應④~⑧、⑩、⑾涉及的物相均標在反應曲線兩側(cè)。曲線來源：①Liou,1971；②、③、⑤Winkler,1976；④Chatterjeeetal.,1984；⑥⑦Hyndman,1985；⑧deWaard,1965；⑨Turner,1981；⑩天然藍閃石最大穩(wěn)定范圍，Maresh,1977；(11)Bohlen&Boettcher,1982,簡化花崗巖系統(tǒng)過量水固相線（EHGS）和干固相線（DGS）據(jù)Huang&Wyllie，1975；拉斑玄武巖過量水固相線（EHTHS）和干固相線（DTHS）據(jù)Green，1982理解變質(zhì)相：1。一個變質(zhì)相=一個等物理系列（等化學系列？），包括化學成分不同的各種原巖變質(zhì)而成的一系列礦物組合（巖石），一個礦物組合（一種巖石）不能定義一個變質(zhì)相。2。每一個變質(zhì)相是以基性變質(zhì)巖的礦物共生組合為標志性組合；該標志性組合或?qū)膸r石名稱被用來命名該變質(zhì)相（p.478，表23-1）。理解變質(zhì)相：3。相鄰變質(zhì)相邊界以基性變質(zhì)巖中特定的變質(zhì)反應劃分。由于變質(zhì)反應一般為連續(xù)反應，因此變質(zhì)相邊界是一個過渡帶（圖23-11）。理解變質(zhì)相：4。礦物組合與原巖化學成分存在固定的可以預測的對應關系：這表明：（1）封閉體系，等化學過程，只適于區(qū)域變質(zhì)巖和接觸變質(zhì)巖；（2）每一個礦物組合，對應于一個特定化學成分的原巖；（3）一個變質(zhì)相可以用成分-共生圖解（ACF圖解、A’KF圖解）來表達。1Ky+Ms+Alm+Pl+Qtz

Ky+Ms+Bi+Pl+Qtz2Kf+Qtz+Pl+Ms+Bi2’Ms+Bi+Kf+Qtz+Pl3Alm+Pl+Qtz4Hb+Pl+Alm+Qtz5

Hb+Pl+Qtz6

Hb+Di(Cpx)+Pl+Qtz7Pl+Cpx+Qtz8Pl+Cpx+Grs+Qtz9Grs+Cpx+Qtz10Cc+Cpx+Grs+/-Qtz變質(zhì)相：角閃巖相（區(qū)域變質(zhì)巖）普通角閃石角巖相（接觸變質(zhì)巖）共生組合：給定化學成分體系的巖石發(fā)生的變質(zhì)反應達到化學平衡（正、逆速率相等）時形成的礦物組合（mineralparagenesis,aassemblage）二、共生分析和成分-共生圖解（一）相平衡原理礦物共生分析：應用物理化學相平衡原理，分析天然變質(zhì)巖石中的礦物共生組合（相，p）與全巖化學（獨立組份,c）和變質(zhì)條件（自由度,f）之間的關系及其變化規(guī)律。二、共生分析和成分-共生圖解吉布斯相律（封閉體系，實驗室尺度）：

p=c+2–f（1）SiO2、Al2O3,

礦物相：剛玉、石英（各種多型變體）、紅柱石、藍晶石、矽線石。

c=2，p=4–f，當f=0,

平衡共生礦物數(shù)目最多有4個：紅柱石+藍晶石+矽線石+石英；紅線石+藍晶石+矽線石+剛玉；

（2）SiO2、Al2O3,但SiO2：Al2O3=1

礦物相：紅柱石、藍晶石、矽線石

但c=1，p=3–f，平衡共生礦物數(shù)目最多有3個：紅柱石+矽線石+藍晶石哥爾德史密特（礦物）相律（封閉系統(tǒng)，天然尺度，露頭-薄片）：

p=c+2–f，f≥2，p≤c天然封閉的巖石系統(tǒng)的化學反應達到平衡時，平衡共生的礦物相數(shù)目不大于有效組分數(shù)目（1）SiO2Al2O3,

c=2,p≤2：紅柱石+石英、藍晶石+石英、矽線石+石英、剛玉+紅線石、剛玉+藍晶石、矽線石+剛玉（2）SiO2Al2O3,但SiO2：Al2O3=1c=1,p≤1：平衡礦物數(shù)目最多1個：紅柱石、矽線石、藍晶石（3）如果出現(xiàn)自由度=1，或=0的極端情況，則情況（1）和（2）的礦物相數(shù)目分別增加1個和2個柯爾任斯基（礦物）相律（開放系統(tǒng)，天然尺度，露頭-薄片）：

c=ci+cm

活動組分（cm）的濃度或化學位（勢）與環(huán)境P、T條件一樣，是控制交代反應的控制因素,屬于自由度。

p=ci+cm+2–f，對照哥爾德史密特（礦物）相律，得

f≥2+cm

，p≤ci因此，在天然開放巖石系統(tǒng)中，當化學（交代）反應達到平衡時，共生礦物相數(shù)≤有效惰性組分數(shù)實例：云英巖，是氣液交代巖之一種，由花崗巖經(jīng)熱液交代作用而成，巖石普遍存在交代分帶現(xiàn)象，在交代最強的核部，活動組分最多，惰性組分最少，因而往往形成單礦物巖石前已提及，對于具有封閉系統(tǒng)性質(zhì)的天然變質(zhì)巖石（區(qū)域變質(zhì)巖和接觸變質(zhì)巖，控制其變質(zhì)礦物的有效惰性組分有：Al2O3+Fe2O3

FeO+MgO+MnO

CaO+Na2OK2O+Na2O

加上過剩組分SiO2對應的礦物相石英，據(jù)哥爾德史密特（礦物）相律相律，可以得出重要結(jié)論：一個天然巖石系統(tǒng)的化學反應達到平衡時，其共生礦物相的數(shù)目一般不大于5個。在實際工作中，通過巖石薄片觀察，查明哪些礦物屬于一個礦物共生組合，是建立變質(zhì)相的重要步驟。巖相學標志（觀察）相互接觸，邊界規(guī)則和諧;礦物之間無反應或交代現(xiàn)象（世代關系）；同種礦物其光性特征（常數(shù)）相同；2熱力學標志（計算）一個天然共生組合的礦物數(shù)目一般不大于5。一個共生組合中，某些元素在兩個（一對）互相接觸礦物之間的分配，服從能斯特分配定律。

（二）礦物共生組合的判別標志——Harley,1989（三）礦物共生組合ACF和A’KF圖解Al2O3+Fe2O3

FeO+MgO+MnO

CaO+Na2OK2O+Na2OA=[Al2O3]+[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]+[MnO]+[MgO]A+C+F=100%A’=[Al2O3]+[Fe2O3]-[K2O]K=[K2O]F=[FeO]+[MnO]+[MgO]A’+K+F=100%（三）礦物共生組合ACF和A’KF圖解1。共生礦物標注藍晶石、矽線石、紅柱石:Al2SiO5方解石:CaCO3、硅灰石:CaSiO3白云石:CaMg(CO3)2、透輝石:CaMgSi2O6、普通輝石透閃石(Ca2Mg5Si8O22(OH)2、陽起石、普通角閃石鈣鋁榴石:Ca3Al2Si3O12、鈣鐵榴石:Ca3Fe2Si3O12鐵鋁榴石:(Fe,Mg,Mn,Ca)3Al2Si3O121.鐵鋁榴石+白云母+藍晶石+斜長石+石英2.鉀長石+石英+斜長石+白云母+黑云母2’.白云母+黑云母+鉀長石+石英+斜長石3.鐵鋁榴石+斜長石+石英4.鐵鋁榴石+普通角閃石+斜長石+石英5.普通角閃石+斜長石+石英。。。。。。2。連結(jié)共生礦物3。標注礦物組合三、變質(zhì)相系和構(gòu)造環(huán)境變質(zhì)相系：一個前進（遞增）變質(zhì)地區(qū)觀察到的變質(zhì)相的系列（Miyashiro,1994)接觸變質(zhì)相系列：AEH→HH→PH→（S）[And-Sil]（<~80oC/Km)區(qū)域變質(zhì)相：低P/T型：Z→PP→GS→A→G[And-Sil](~80-40oC/Km)中P/T型：Z/LA→PP→GS→EA→A→G[Ky-Sil](~40-1