巖漿巖巖石學-第11章 巖漿礦物的結(jié)晶作用-西北大學-國家級精品課程

1、西北大學國家級精品課程,巖漿巖巖石學,西北大學地質(zhì)學系 主講：賴紹聰教授,第十一章 巖漿礦物的結(jié)晶作用,自然界巖漿的結(jié)晶過程、巖漿巖中礦物共生規(guī)律、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及巖漿巖成因等一系列問題，除與地質(zhì)條件密切相關(guān)外，也服從一定的物理化學原理。 噴出巖和大多數(shù)侵入巖是在地表或離地表不遠的地表淺部形成的，所以在低壓下硅酸鹽系統(tǒng)相平衡的實驗研究對理解巖漿礦物結(jié)晶作用具有重大意義。,一元系是指研究對象只有一種純物質(zhì)，即獨立組分數(shù)C1。在此只介紹石英的相圖。,第一節(jié) 一元系相圖及其巖石學意義,1、相圖特點 L為熔體；Cr為方石英；Tr為磷石英； -Q為石英； -Q為石英；TC為柯石英。,石英（SiO2）的相圖及

2、其巖石學意義:,2、巖石學意義 （1）磷石英（Tr）、方石英在低壓高溫下穩(wěn)定，侵入巖中不出現(xiàn)，僅見于火山巖中，有時準穩(wěn)態(tài)見于低溫環(huán)境中，是低壓的指示礦物。 （2）石英和石英：酸性火山巖和超淺成巖中常見石英假象，因為這種巖漿溫度高，在地下壓力較大的情況下，石英首先結(jié)晶，形成高溫石英；而同種成分的侵入巖則溫度較低，且石英是最晚期結(jié)晶的產(chǎn)物，因此為石英。 （3）柯石英是高壓環(huán)境的指示礦物。,石英（SiO2）的相圖及其巖石學意義:,第二節(jié) 二元系相圖及其巖石學意義 一、AbAn系統(tǒng) 這是一個固態(tài)無限混溶相圖。固態(tài)溶液又稱固溶體，它的特點是，兩個端元組分可以任意比例混合，組成固體的均一相。如斜長石系列，

3、橄欖石系列。,1、相圖特點：固相區(qū)，液相區(qū)，固液共存區(qū)，固相線，液相線。,（1）雙變面：在液相區(qū)，自由度 FCP12112，即溫度與組成可以任意改變。因此，也叫雙變量區(qū)或雙變面。,（2）單變線：固、液兩相處于平衡狀態(tài)，F(xiàn)2211，即溫度與組成只有一個可以獨立改變，而另一個只能隨之作相應的改變，才能維持固、液兩相平衡。因此，也叫單變平衡曲線或單變線。,（3）杠桿原理,2、結(jié)晶過程 （1）平衡結(jié)晶過程 （2）分離結(jié)晶作用：分離結(jié)晶作用的影響表現(xiàn)為： a.延長結(jié)晶作用的過程； b.殘余液相中更加富鈉（Ab）； c.降低結(jié)晶作用的終結(jié)溫度。,3、熔融作用 在熔融過程的某一個溫度上，熔漿的組分比較富鈉（

4、Ab），而難熔的固相殘余物比較富An，溫度越高，熔漿中越富An。因此，固相組分越富An，起始熔融的溫度越高。,4、水壓對相圖的影響,5、巖石學意義 （1）富鈉組分的熔漿可以通過兩種方式形成，一是比較富An礦物集合體的部分熔融；二是比較富An組分熔漿的分離結(jié)晶作用。 （2）環(huán)帶結(jié)構(gòu)的形成 水壓的影響：正環(huán)帶（不平衡結(jié)晶）；反環(huán)帶（水壓增大）；韻律環(huán)帶（水壓波動）。,巖漿的冷卻速度和過冷度也是形成環(huán)帶的重要因素。 a.非常緩慢冷卻無環(huán)帶； b.較快速冷卻正環(huán)帶； c.快速冷卻，由于大量固相的晶出放出較多的相變焓，致使巖漿溫度回升形成反環(huán)帶； d.極快速冷卻無環(huán)帶。,（2）環(huán)帶結(jié)構(gòu)的形成,二、OrA

5、b系統(tǒng),1、相圖特點 (1)Af堿性長石區(qū) (2)Orss固熔體Abss固熔體共存區(qū)，固熔體分離曲線（不混熔曲線） (3)Or具有不一致熔融性質(zhì)：即首先晶出另一種礦物，然后晶出礦物與熔漿反應再生成該礦物，如在靠近Or 一端，隨溫度下降首先晶出白榴石（Lc），然后Lc與熔漿反應再生成Or。,(4)最低點M：M點是固相線與液相線的交點，它將相圖分為兩個部分，這兩個部分各自與Ab-An系統(tǒng)類似。在M點處是兩相平衡（液相Af堿性長石）。有的文獻中把最低點M作為結(jié)晶作用終結(jié)時的溫度和組成，或者被描述成起始熔漿的組成一定為最低點的組成，這是錯誤的。M點兩旁的兩個部分與Ab-An系統(tǒng)一樣，結(jié)晶作用進行時，固

6、相與液相的組成均向著M點的方向變化，但液相組成不一定都終結(jié)于M點，通常情況下，在沒有達到M點時，結(jié)晶作用就終止了,1、相圖特點,2、結(jié)晶過程,3、水壓的影響：隨PH2O加大,(1) Lc結(jié)晶區(qū)大大縮小，當PH2O2.5Kb時，Lc結(jié)晶區(qū)消失，Or變?yōu)橐恢氯廴谛再|(zhì)。因此，深成巖中不出現(xiàn)Lc；,(2)液相線和固相線溫度大大降低，M點向Ab一端移動；,(3)PH2O對不混熔線影響小，PH2O升高，曲線略有上升,(4)當PH2O3.6Kb時，固相線與不混熔曲線相交切，系統(tǒng)由“具最低點的固熔體體系”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬吖步Y(jié)點的固熔體體系”,“最低點M”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮步Y(jié)點E”，共結(jié)點E為三相共存（液相OrssAbss）

7、，為不變平衡,(1)PH2O3.6Kb后，為具共結(jié)點的固熔體體系，其熔融過程不一樣，以上圖為例，凡是組成點位于MN之間的巖石，其起始熔融的溫度是一定的，即達TE時起熔，起始熔漿的組成也是固定的，即相當于共結(jié)點E的組成 (3)而成分點位于AbM和NOr之間的堿性長石集合體，其熔融過程與AbAn體系類似,4、熔融作用,在噴出與淺成條件下形成的堿性長石溫度高，常常只有一種堿性長石存在；而在深成條件下堿性長石形成的溫度低，常常有富Or與富Ab兩種堿性長石共生。,5、巖石學意義,該系統(tǒng)相當于簡化的基性巖漿（玄武質(zhì)巖漿體系）。 1、相圖特點： （1）分區(qū)：L； Di+L; An+L; Di+An （2）共

8、結(jié)點：三相共存，F(xiàn)2310； 為不變點，溫度與組成都不能變，直到結(jié)晶結(jié)束，熔漿耗盡。 （3）共結(jié)比：58 : 42Di : An,三、DiAn（透輝石鈣長石）系統(tǒng),2、結(jié)晶過程： （1）X1點輝長結(jié)構(gòu) （2）X2點煌斑結(jié)構(gòu) （1）X3點輝綠結(jié)構(gòu)間粒結(jié)構(gòu)間粒間隱結(jié)構(gòu)間隱結(jié)構(gòu) 3、熔融過程： 4、水壓的影響： 水壓升高，液相線溫度降低，共結(jié)點向An方向移動。,三、DiAn（透輝石鈣長石）系統(tǒng),（1）假設(shè)PH2O12kb，相當于67km的中深成相，其共結(jié)比為 Di : An 50 : 50 ，玄武質(zhì)巖漿的成分大體與此類似，如X點。因此，侵入條件下：輝長結(jié)構(gòu)；噴出條件下：輝綠、間粒、間隱等。從而可以解

9、釋基性深成巖與噴出巖盡管成分相似，但結(jié)構(gòu)不同。 （2）中深成條件下，PH2O發(fā)生脈動式波動，則其共結(jié)比變化于4060之間，對于An=50%的輝長巖來說，將造成一時Py大量晶出，一時An大量晶出，形成典型的韻律式層理。,5、巖石學意義：,（3）在結(jié)晶過程中，如果PH2O增加，則液相線下降已晶出Py、Pl熔蝕；若PH2O下降，則液相線上升，導致結(jié)晶作用加速進行。 （4）即使是含暗色礦物大于90的超鎂鐵質(zhì)巖，開始熔融時，首先熔融出的應是低共熔成分熔漿玄武巖漿。只有熔融程度很高時，才能形成超鎂鐵質(zhì)熔漿。,5、巖石學意義：,四、DiAb（透輝石鈉長石）系統(tǒng) 該系統(tǒng)相當于簡化的花崗巖（酸性巖漿）流紋質(zhì)巖漿

10、體系。 1、相圖特點： （1）分區(qū)：L； Di+L; Ab+L; Di+Ab （2）共結(jié)點：三相共存，F(xiàn)2310； 為不變點，溫度與組成都不能變，直到結(jié)晶結(jié)束，熔漿耗盡。 （3）共結(jié)比：4 : 96Di : Ab,2、結(jié)晶過程： （1）X1點 （2）X2點 （1）X3點 3、熔融過程：,（1）E點的位置解釋了為什么酸性巖中暗色礦物量雖少，但常結(jié)晶較早，自形較好。 （2）酸性巖中暗色礦物少，并且暗色礦物與淺色礦物有一定比例，色率10。 （3）大陸地殼升溫熔融，首先熔出的應是花崗巖漿，因為花崗巖漿基本符合共結(jié)比，所以花崗巖分布于大陸地殼上。 （4）細碧巖的非巖漿成因說：細碧巖由鈉長石綠泥石綠簾石等

11、組成，常具間片結(jié)構(gòu)，Ab自形程度高，它的粒間充填有綠泥石、綠簾石、輝石等。說明Ab首先結(jié)晶，細碧巖中Di、Ab各占一半，說明Ab不是直接從巖漿中結(jié)晶出來的。,4、巖石學意義：,該系統(tǒng)相當于簡化的堿性巖漿體系，屬典型的二元近結(jié)系。 1、相圖特點： （1）分區(qū)：Lc+L； L; Cr+L; Tr+L; Lc+Or; Or+L; Or+Tr （2）共結(jié)點E：三相共存，F(xiàn)2310； 為不變點，溫度與組成都不能變，直到結(jié)晶結(jié)束，熔漿耗盡。 （3）近結(jié)點R：也叫轉(zhuǎn)熔點或分解熔融點。它是指體系中兩端元組分之間，能形成分解熔融化合物，也叫不穩(wěn)定化合物。這種化合物沒有真正的熔點，而是在分解熔融點（近結(jié)點）分解為

12、液相和另一種化合物，而且分解出來的液相和固相組成不一致。 KAlSi2O6 (Lc) + SiO2 KAlSi3O8 (Or),五、LcSiO2（白榴石石英）系統(tǒng),2、結(jié)晶過程： （1）X1點、 X2點、 X3點、 X4點、 X5點、 X6點、 X7點 （2）X1點的結(jié)晶作用最終產(chǎn)物為Lc+Or （3）X2點的結(jié)晶作用最終產(chǎn)物為Or （4）X3點的結(jié)晶作用最終產(chǎn)物為Or+Q 3、熔融過程： （1）LcOr之間的成分點（包括Or點），應在R點起熔 （2）OrSiO2之間的成分點，應在E點起熔,五、LcSiO2（白榴石石英）系統(tǒng),如果發(fā)生分離結(jié)晶作用，則可產(chǎn)生幾個重要結(jié)果：,4、巖石學意義：,（1

13、）SiO2不飽合的巖漿可以產(chǎn)生SiO2輕度過飽合的巖漿。,（2）分離結(jié)晶作用將使巖漿結(jié)晶作用終止的溫度降低。,（3）帶Or反應邊的Lc斑晶可與SiO2輕度過飽合的基質(zhì)或含石英的基質(zhì)共生。,（4）在高于近結(jié)點溫度時，SiO2輕度過飽合的巖漿，突然快速結(jié)晶，則無反應邊的Lc可與SiO2輕度過飽合的基質(zhì)共生。,該系統(tǒng)是帶有一致熔融化合物（Ab）的二元共結(jié)系。它可以看作由兩個二元系（NeAb, AbQ）聯(lián)合而成，它們之間存在反應關(guān)系： NaAlSi2O4 + 2SiO2 NaAlSi3O8 (Ne) (L) (Ab) 1、相圖特點： （1）分區(qū)：Cag(三斜霞石)；Cag+Ne; Ne; Cag+L;

14、 Ne+L; L; Ab+L； Cr+L; Tr+L; Ab+Tr （2）共結(jié)點E1，E2；近結(jié)點R （3）熱壩（熱堤），Mab為熱堤。,六、NeSiO2（霞石石英）系統(tǒng),X點的結(jié)晶作用：隨溫度下降，達1點時，開始晶出三斜霞石（Cag），Cag不斷晶出，液相成分沿12變化。達2點時，開始晶出Ne，為三相共存的不變平衡，Cag將轉(zhuǎn)變?yōu)镹e，直到Cag全部消失。溫度繼續(xù)下降，Ne不斷晶出，液相成分沿2E1變化，固相成分Ne沿2”3變化，達E1點時，Ne和Ab同時晶出，為三相不變平衡，直到液相耗盡，結(jié)晶結(jié)束。溫度進一步下降，Ne沿34變化。,2、結(jié)晶過程：,（1）NeW之間的成分點（包括W點），應在

15、R點起熔 （2）WAb之間的成分點，應在E1點起熔 （3）AbTr之間的成分點，應在E2點起熔,3、熔融過程：,4、巖石學意義：,（1）Ne不能與Q共生，不能從SiO2飽合的巖漿中首先晶出。也不能與SiO2飽合的巖漿共生。出現(xiàn)Ne是巖漿SiO2不飽合的標志之一。,（2） SiO2不飽合的巖漿的結(jié)晶分離作用不能產(chǎn)生出SiO2飽合的巖漿。,（3）由于E1靠近Ab，所以強堿性巖中Ne常呈斑晶或結(jié)晶早于Ab。,（4）對于含Lc的鉀質(zhì)強堿性巖系列來說，其成員中可以包括SiO2輕度過飽合的巖石；而對于有Ne的鈉質(zhì)強堿性巖系列來說，是不能包括有SiO2飽合的巖石的。,七、FoFa（鎂橄欖石鐵橄欖石）系統(tǒng) 該

16、系統(tǒng)是一個連續(xù)固溶體系列。與AbAn系統(tǒng)相似。Fa是低溫的端元組成，早期晶出的Ol是富Fo的，即富Mg的，正常的環(huán)帶從中心到邊緣逐漸富Fa，即富Fe。分離結(jié)晶作用將導致殘余巖漿富Fe。,八、FoQ（鎂橄欖石石英）系統(tǒng) 1、相圖特點： （1）這是二元近結(jié)系，與 LcSiO2 系統(tǒng)相似。 （2）En為不一致熔融產(chǎn)物，其反應式為： Fo + Q = 2En （3）R為近結(jié)點，E為共結(jié)點。結(jié)晶作用過程可以參照 LcSiO2 系統(tǒng)進行分析。,2、巖石學意義：,（1）Fo與Q不能平衡共生，當巖石中見到Fo與Q共存時，F(xiàn)o周圍必有En反應邊。,（2） Fo可以在SiO2輕微過飽和的巖漿中首先晶出；若快速結(jié)晶

17、，F(xiàn)o斑晶可以與SiO2輕度過飽和的基質(zhì)共生。,（3）只根據(jù)Fo斑晶的出現(xiàn)是不能判斷巖漿SiO2飽和程度的。,（4）在分離結(jié)晶的條件下，從一個SiO2不飽合的巖漿可以演化出SiO2飽和或輕微過飽和的巖漿來。,這是一個二元共結(jié)系，它與FoQ系統(tǒng)完全不同，沒有相當于En的中間化合物，F(xiàn)a與Q可以平衡共生。自然界流紋巖中發(fā)現(xiàn)過Fa與Q的斑晶共生，富Fe的基性巖中也發(fā)現(xiàn)過Fa與Q的共生。,九、FaQ（鐵橄欖石石英）系統(tǒng),八、典型三元相系的解析 （一）DiAbAn系統(tǒng) 1、相圖特點 a.DiAb、DiAn為二元低共熔系，AbAn為斜長石固溶體系。 b.相圖中包括透輝石（Di）與斜長石（Pl）兩個初晶面，

18、它們的交線為低共熔線E1E2。 c.由于Pl為固溶體，在晶出過程中隨溫度之下降而不斷改變其組成，因此，為區(qū)別于一般的低共熔線而稱作同結(jié)線。,a.原始熔漿成分點P（位于透輝石初晶區(qū)） 當溫度下降到Di初晶面上時， Di 首先晶出。連接Di 與P點，并延長之，與e1e2相交于P1點，隨著溫度的下降，不斷晶出Di ，而熔漿成分則沿PP1線向P1點變化，當?shù)竭_P1點時，Pl開始晶出，此時晶出的斜長石組成相當于AbAn二元系展開圖上的P1點。,2、結(jié)晶過程,溫度繼續(xù)下降，液相組成沿同結(jié)線e2e1向e1方向變化，Di與Pl同時晶出，當?shù)竭_P2點時，液相中所含Ab與An的量比相當于P2”點，而晶出的斜長石固溶體的組成則相當于P2點。 溫度繼續(xù)下降，液相組成變化到P3（所含的Ab與An的量相當于P3“），晶出的斜長石組成相當于P3點, 即與原始熔漿成分中所含Ab與An的量相一致。此時，P點位于相三角形P3P3Di的P3Di邊上，說明液相至此已全部耗盡，結(jié)晶結(jié)束。,b.原始熔漿成分點N（位于斜長石初晶區(qū)） 當溫度下降到Pl初晶面上時， Pl