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5第四章 矿物共生组合 变质相和变质相系_图文

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第四 矿物 共生 组合 变质 图文
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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 A’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 开放体系统的 共生分析的基本思路从热力学角度看,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 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( 。• 相律 , 系统中矿物 平衡 时 :律F(自由度数 ) = C(组分数 ) – p(相数 ) + 2P 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 ;• 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) 认为,在封闭条件下岩石系统达到平衡时应服从 质作用是在一定 须至少有两个自由度,即 f≥2。由 f=≥2。 因此,P≤C (5果系统内没有流体相, 果有一个流体相,矿物相数就等于 此在一定 就是是 . 封闭系统的 例如 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 质异相变体之一共生。如果 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。• 必须指出, 。3. 开放体系统的 936, 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 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 (能建立 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 , 出组分差异活动性 (of 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 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。• 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 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 = 于完全活动组分与 T , 而,, 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 ≥ 2将式上述两式代入相律公式: f = +2中可得 :( - P+2 ≥ 2P ≤ 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 ≤ 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( 多,惰性组分( 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。二. 矿物组合、成分 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 (共生矿物、矿物共生组合 (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+C② B+C+不接触① ② o. o.① ② o;o+成分 若一个岩石系统由 3种组分组成 , 根据 可能的组合中矿物数应是 3、 2或 1, 用一个三角图来表示岩石三组分矿物成分 , 把该图解分成一系列小三角形就能直观地表示矿物共生关系 成分 矿物组分投影在三角图x, y, z, 个矿物组合 : 在岩石中平衡共存的相是用结线连接的 (意该化学相图分成了 5 个小三角相图 , 标注了(A)-(E)这个图类似于一个 相容图( 该图通常为变质岩石学家所应用分落入到三角图(E) 中 , 相应的矿物组合为 = y - z - 例如 , 只有总组分具有相应于 (A)的成分时 , 才有可能发育矿物 x, 因为这时的总组分富含 x 成分② 假设 如石榴石 ). 这个图可以解释为什么并不是所有的泥质岩都含石榴石 , 尽管它们都在石榴石带中③ 任何一个具有总组分为 (A) 的岩石都将不含石榴石④ 这个图也解释了为什么一些矿物对不能共存 . 矿物 x 在 目前的条件下 , 不能与矿物 y, or z 保持平衡 , 因为结线分割了这些矿物对⑤ 类似的矿物 z 不能与矿物 x, or 存• 相容图可以清晰解释了为什么尽管在相同的变质级别下的平衡 , 常常可以发育有不同的矿物组合• 如果从 (E) 移到 (D) 区内 (沿着 z 和 , 那么岩石中将含有 并且不再含有 (E)中的 y 如 (f)?, 那么将有什么产生 ?4of -T to by 1982) W. H. 合格的相容图 必须在一定的具体的 如某个变质地块的一个变质带中 , 因为矿物的稳定性和组合随着 P 和 T 的变化而变化• 先前的图必须是在一定的 围内 , 在这范围内假设的矿物 x, y, z, 和 稳定的 , 且以矿物组合出现• 在不同的变质级别中 , 相图是需要改变的 其他矿物才能稳定 相同矿物不同组合 (不同的结线连接不同的共存相 )具有 固溶特征 (相图矿物 x(y,z) 和 x2(y,z) 显示了一种晶格位上组分 y 和 z 的有限固溶现象 . 矿物 x(y,z) 可以具有较多 y 在晶格位上 , 与矿物 x2(y,z) 相比矿物 ( 脚注表示固溶 ) 展现了所有三个组分的有限固溶4of of 1982) W. H. 假设一个总组分落入矿物 ( 1, 但体系没有改变由于相的组分数的变化 , C 仍是等于 3, 并且由相律可知 F = C 2 = 4因此 P, T, 和矿物相中的任何 3个组分中的 2个仍是独立变量4of of 1982) W. H. 由黄色圈代表的 f) 落在一个结线上 . 因为在先前的例子中 , 有两个相 ( 存因为 P= 2, C 仍是 3, 所以 F = 3 - 2 + 2 = 34of of 1982) W. H. 相当于总组分 (f)的 2由通过组分 (f)结线端元 表示这样的 2 间的结线上的任一成分表示只有少量的可能的结线上的一定数目才有可能被表示 类似的情况均可以以此表示任何落入 3A)-(E)中的总组分如图示在这种情况下 P = 3, = 3, 根据矿物相律判定因为 F = 2, 即 P 和T, 由相律可知所有的 组分 对于每个 相而言均是固定的4of of 1982) W. H. • 多数变质岩具有复杂的化学成分 , 是多相平衡系统 . 在二维平面上 , 最多仅能表示三、四个组分 . 为此 , 我们必须对一些组分进行合并和处理 , 找出对共生矿物组合影响最大的组分 , 将多组分系统简化为三、四个组分系统 , 才有可能做出成分-共生图解 , 表示岩石化学成分与矿物组合的关系 , 这一过程称为组分分析 .• 1973) 将组分分类 : (1)完全活动组分 ; (2)惰性组分 全活动组分与 P、 岩石系统中外部条件,故不表示在图中。3. 组分分析惰性组分可以进一步分为五种:① 杂质组分 : 含量甚微 , 以类质同象形式赋存在造岩矿物之中 , 如 杂质组分不改变矿物共生相数目 , 故分析时忽略不计② 孤立组分 : 含量少 , 如 以纯的或化合物的形式 , 以副矿物等产出 . 共生分析一般不考虑副矿物 , 因而也不考虑孤立组分③ 过剩组分 : 是在参与形成其他共生矿物之后仍有剩余并形成单独的矿物相 (过剩矿物石英 ). 过剩组分含量多少 , 只会影响过剩矿物含量多少 , 而不影响岩石的其他矿物共生 . 因此 , 作共生图解时不考虑过剩组分 , 而将其放在共生图解之外表示 .④ 类质同象组分 : 如 在共生分析时常将其合并为一个组分 (。造岩矿物中类质同象替代往往是有限的 , 如 榴子石 )、 绿泥石 )和 字石 ) 的 而 青石 )的 因此 , 在严格的共生图解中 , 将 ⑤ 有效惰性组分 : 是除上述几类组分之外的其他组分 . 它们之间的比例对矿物共生组合起决定性的作用 A’’常见的天然岩石中包含的主要成分有 : 2O 相当于 C = 9• 三个 组分是最大的数目 , 以便于我们在二维平面中讨论• 什么是 “正确 ”的组分选择 ?• 我们遵循下列的简化方法 :1. 简单的 “不考虑 ”组分 痕量成分 即进入单一相的成分 (我们可以去掉该组分和相 , 而无需考虑破坏相律 ) 极其活跃组分2) 合并组分 在固溶体中成分可以相互替代的 : ( ) 限制岩石类型 对于一个简单的系统 , 仅考虑一组岩石类型• 1915) 提出了一个简单的 3 即 作为一种描述镁铁质岩中变质矿物组合的方法• 仅限于变质作用中出现和消失的矿物 , 故该方法相当于变质级的标致41982). 1994) • 以 原子数 为标准计算所有三个 假定 的组分 : A = 2 什么这样简化 ?• 在常见的镁铁质岩中 K 通常与 合形成 在 中 , 我们感兴趣的仅仅是其他含 因此除去与 2in 只有少量的 因为在长石中 1:1, 因此 , 我们用 量 减去相同的 , 以 1:1 的关系C = 2 计算与 2 结合 (in :形成磷灰石磷灰石是十分普遍的附矿物 , 在 中 , 我们仅仅感兴趣的是剩余于的 即除了与 合形成磷灰石的那部分 根据 1:关系减去 而得到剩余的 同时没有改变体系中其他地方的 • 在假设水是极其活跃组分的情况下 , 水是可以忽略的• 注意 不考虑的 因为我们是从石英投影看这些平衡组合• 为了制作一个合格投影相图 , 在这些出现的矿物组合中, 这些被投影的相必须被体现 组分的合并 , 镁铁质岩石中的组分数由 8个降低到 3个• 钙长石 (A = 1 + 0 - 0 - 0 = 1, C = 1 - 0 = 1, = 0• 其总和为 2, 故我们通过每个组分乘以 ½, 使标准化至 , 得到 :A = 0例子 :41982). 1994) 在一定的 苏格兰高地的蓝晶石带 )41981). A’在 A’中 , 假定的组分是 :A’ = 质 沉积岩是富含 贫 所以 出了一个不同的相图去描述矿物组合 , 该图包括了 41982). A’容图 (1915) 描述了芬兰 区泥质角岩的共生组合41915) 1981) 红柱石( 白云母 (微斜长石 (所有这三个矿物均明显落入到 A’中 41982). • 红柱石和白云母在 而微斜长石这没有显示 , 这意味着对于富 K 和泥质岩石无法准确表达3. 解编制质泥质岩 也是一种可选择的图• 尽管 是十分有用的 , 1957) 注意到在许多岩石中 能很好地分配到镁铁质矿物中A = K = F = M = 提出了四个主要组分图解(A = K = F = M = 了避免三维的四面体 , 体系中的相投影到上 , 故去掉了 2O 的投影并不是很好, 因为没有一个相对应于该顶点 , 且投影将越过结线 a is to be 的矿物相 , 因此 , 他决定从白云母 (投影到 上 影图 且只有在 上黑云母是在这个四面体之外的 , 而从白云母投影黑云母导致其落入超出 s A(K)在高级变质中 , 白云母脱水形成常见的高 因此 , 应当从 • 当从 黑云母投影到底部的 上 41957). 22, s A(K)A = 3如果从 = (如果从  F = M = s A(K)从 :H)2A = 3 (= - 1F = 1 M = 2标准化 , 我们用 2 + 1 = = 以每一个相得 A = 11. 变质相的概念2. 变质相的划分3. 变质相系四. 变质相与变质相系• 1911, 1912a), 钙质和砂质角岩• 在环绕这花岗闪长岩的接触变质晕的内带 ,发育有一个相对简单的 , 不多于 6个主要矿物的矿物组合 平衡矿物组合于总组分 变质相的概念• 某一矿物对 (如 : 钙长石 (+ 紫苏辉石( 在适当组分的岩石中稳定存在 , 而同时 组分相当的 矿物对 , 透辉石 (+ 红柱石 (不稳定地出现 .• 如果这两个矿物组合的组分相当 ( 那么我们必定能通过一个反应将其联系起来 .• 在此情形中 , 反应是 : n 1883–1964). 1920, 1921), he of an 1914, 1915) 芬兰南部的 区• 有 物的岩石所含的组分与 物的岩石的组分是相当的• 为矿物对的不同必定反映了这两个地区不同的物理条件• 故得出结论 , 同挪威地区的岩石相比 , 芬兰的岩石 (具有较多的水和较低体积组合 ) 在低温高压条件下平衡变质相 2 H)2 + 6 H)2 + 15 u Q= 3 8 8 1915) 提出了 变质相 的概念 :“In or a is by We to a to “在一定的温度和压力条件下 , 通过变质作用达到化学平衡的任何岩石或变质单元中 , 矿物组分是由化学组分控制的 . 为此 , 我们提出了一个基本概念 , 即作者称之为变质相 ”• • 玄武质岩石在所有的造山带中普遍发育 , 与泥质岩中的矿物变化限定的 在这些岩石中矿物变化限定的了较广的 所以变质相的概念为比较世界各地变质区域的变质状况提供了一个很好的途径981) 变质相的定义• A is a of is a 一个变质相是指 一套变质矿物组合 , 它们在空间上和时间上是紧密相关的 . 不断重复的 . 以致于它们的关系是 衡定 的 , 因此 , 在这些矿物组分和岩石总化学组分的关系是 可以预测的 描述 : 在岩石组分和岩石矿物之间的关系 这种描述的方面是 一个变质相 是一套不断重复和紧密相关的变质矿物组合 如果我们在野外确定了一套具体的矿物组合 (或者最好有一组包含组分较广的相容的矿物组合 . 变质相• 解释 : 温度和压力条件由每个变质相表示 识到这概念的 温度 并正确地推导出由他建议的不同变质相所代表的相对温度和压力 现在我们可以相对精确地确定每个变质相的温度和压力变质相1920) 最初体统了 5个变质相 : 绿片岩相 ( 角闪岩相 ( 角岩相 ( 透长石相 ( 榴辉岩相 ( 根据在 镁铁质 岩石中的矿物组合 , 每个变质相很容易确定 变质相的划分• 在最终的阐述中 , 1939) 增加了一些相 : 麻粒岩相 ( 榴辉岩 蓝闪石 现在称之为蓝片岩相 (... 并且角岩相的名称变为 辉石角岩相 ( 压力估计见下表 :变质相25he 1939) 变质相F o r ma t i o n o f Z e o l i t e sT em pe r at ur re e n s ch i a c i e i d o t e p h i b o l i t eF a c i e p h i b o l i t eF a c i e r o xe n e -H o rn f e l sF a c i e sG l a u co p h a n e h i F a c i e s Ec l o g i t eF a c i e sG ra n u l i t eF a c i e n a d i n i t eF a c i e 又有几个其他的变质相被提出 . 最著名的变质相是 : 沸石相 ( 葡萄石 .埋藏变质 ”地区的变质作用时提出来的 et (1958) 也提出下列变质相 : 钠长石 普通角闪石角岩相 (质相• 变质相表 . 每个变质相具有特征的矿物组合 (来自镁铁质岩石 )c ie s De e M r a l A s s e a i n M a R oc k o l i z e o l i te s : e s p e c i a l l y l a u m o n ti w a i i a n a l c i m eP n i P u m p e l l y i p n i + p u m p e l l y i (+ o ri + a l b i Gr e e n s c h i s t c h l o ri + a l b i + e p i d o (o r z o i s i + q u a ? a c ti n o l i m p h i b o l i h o l e n d e + p l a g i o c l a s e (o l i g o c l a s e d e s i n e ) ? g a a n u l i o o p y e n e (+ cl i n o p y ri x e n e + p l a g i o c l a s e ? g a t ?ho r nb l en B l u e s c h i s t g l a u c o p h a n e + l a w s o n i o r e p i d o (+ a l b i ? c h l o ri E c l o g i p y e g a t + o m p h a c i ti c p y e n e (? k y a n i Co n ta c t Fa c i e t e r Sp e a r ( 1 9 9 3 )T a 2 5 De f i n i ti v e M i n e A s s e m b l a g e s o f M e ta m o i c Fa c i e sM in e r a l a s s e m b la g e s m a f r o c k s o f t h e f a c ie s o f c o n t a c t m e t a -m o r p h is m d o n o t d if f e r s u b s t a n t ia f r o m t h a t o f t h e c o r r e s p o n d in g r e g io n a l f a c ie s a t h ig h e r p r e s s u r e 25of in or is 1993). 2001)
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