第六章共生分析和变质相.ppt
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1、第六章 共生分析和变质相,第一节 矿物相律 一、共生分析的基本思路 二、矿物相律 第二节 矿物共生-组分分析及相关图解 一、矿物组合及其确定标志 二、组分分析 三、成分/共生图解 第三节 变质相,一、共生分析的基本思路 (一)共生分析的基础-吉布斯相律,第一节 矿物相律,从热力学角度看,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, 变质岩中的矿物 组合(相)与岩石化学成分(组分)和物理化学条件(自由度) 之间的关系应服从吉布斯相律 P(相数)+ F(自由度数)= C(组分数)+ 2 (二)共生分析的基本概念 从研究变质矿物共生组合特征及其变化规律出发,应
2、用相律,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 代表人物: V.M.Goldschmidt And D.S.Korzhenskii,(三)基布斯相律的应用-以 Al2SiO5单组分体系为例,第一节 矿物相律,该体系可能出现 的矿物有红柱石、 兰晶石、矽线石 1. F =0 P = 3 (不变平衡) 2. F =1 P = 2 (单变平衡) 3. F =2 P =1 (双变平衡),P = C + 2 - F,二、矿物相律 (一)封闭体系 V.M.Goldschmidt矿物相律,第一节 矿物相律,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
3、 到平衡的,即至少有两个自由度(F2)。 根据: P(相数)+ F(自由度数)= C(组分数)+ 2 可得: F = C + 2 - P 2 ,即: P C (V.M.Goldschmidt矿物相律) 基本含义:在一定温度和压力区间内平衡的矿物相数不 大于该岩石系统的独立组分数。 应用前提:封闭体系; 无流体相; 自由度不少于两个。,(一)封闭体系 V.M.Goldschmidt矿物相律,第一节 矿物相律,应用举例-以Al2O3-SiO2为例 可以出现的矿物有 刚玉, 莫来石(多铝红柱石)、红柱石、蓝晶石、夕线石, -石英、-石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯石英等. 在平衡条件下, P 2 一
4、般只出现两种矿物组合, 不太可能出现两种以上的矿物组合 适用条件: P-T图解上双变区或变质带内的矿物组合。,(二)开放体系 D.S.Korzhenskii 矿物相律,第一节 矿物相律,(1)组分分类 在开放体系中,根据 D.S.Korzhenskii的组分差异活动学说, 组分可以分为惰性组分(Ci)和完全活动组分(Cm) 1)惰性组分(Ci) 惰性组分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; 2)完全活动组分(Cm) 与外部环境有质量交换,其化学位()由外部条件所控制,因 此,Cm 的化学位()与温度压力等都是控制平衡的独立因素。,(二)开放体系 D.S.Korzhens
5、kii 矿物相律,第一节 矿物相律,(2) Korzhenskii 矿物相律 1) Korzhenskii 矿物相律的推导 对开放体系来说:自由度 F Cm + 2 , 联系吉布斯相律 F = C+ 2-P 可得: P Ci (D.S.Korzhenskii 矿物相律) 2) Korzhenskii 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,能稳定共存 于一开放体系的矿物相数不大于惰性组分数而与活动组分无关。 (易于解释单矿物岩的成因),一、矿物组合及其确定标志 (一)矿物(共生)组合,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,(1)矿物(共生)组合的含义 一定化学成分的岩石达
6、到化学平衡时的矿物成分称 矿物组合或矿物共生组合。 矿物组合是化学成分和变质条件的反映。对于进变 质而言,多代表热峰变质条件。,一、矿物组合及其确定标志 (一)矿物(共生)组合,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,(1)矿物(共生)组合的确定标志 (1)平衡共生的矿物都有相互接触关系(早期包裹体除外) (2)平衡共生的矿物之间无反应或交代关系。 (3)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。 (4)岩石不同部位共生矿物对之间的元素分配系数近相等。 (5)矿物数目符合矿物相律,即不超过惰性组分数。,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,对于成分
7、复杂的变质岩而言,需要对组分进行分析以确定在一定 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), 以此达到简化组分数,便于 编制变质相图的目的。 (二)组分分类 组分按性状和行为可分两类: 完全活动组分和惰性组分 1.完全活动组分: 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 条件,如H2O、CO2等。,二、组分分析 (一)组分分析的目的,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,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 一步划分为五类。 1)杂质组分: 含量甚微,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。 2)类质同象组分: 某
8、些组分(FeO、MgO、MnO )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。,2.惰性组分,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,3)孤立组分: 某些组分(ZrO,TiO2, P2O5)含量少, 且以纯的形式(TiO2)或化 合物的形式(ZrSiO4),作为副矿物(金红石,锆石)产出,不影 响矿物共生分析,可不考虑。 4)过剩组分: 在参与形成其他共生矿物之后, 能以过剩状态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,可不考虑。如普遍含 石英的变质岩中的SiO
9、2 5)有效惰性组分: 除上述几类组分外的其他组分(包括类质同象合并的祖分)。它 们之间的比例对矿物组合起决定性作用。,2.惰性组分,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,该类岩石通常包括十三种组分:SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O, CO2, H2O, TiO2, P2O5。 (1)完全活动组分: CO2, H2O (2)过剩组分: SiO2(形成过剩 矿物石英),可不考虑。 (3)孤立组分: TiO2, P2O5(形成副矿物金红石,锆石)。 (4)类质同象组分: ( Al,Fe)2O3; (Fe, Mg, Mn) O。 Na
10、2O仅在斜长石中以类质同象出现,可不考虑。 (5)有效惰性组分:经过分析确定四个有效惰性组分: ( Al,Fe)2O3 、 (Fe, Mg, Mn) O、 CaO 、 K2O。 同理: 含有杂质大理岩有效惰性组分为:MgO 、Al2O3 、SiO2。,(三)组分分析实例-以含石英的变质岩石为例:,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,成分/共生图解: 表示特定变质条件下,岩石矿物组合与有效 惰性组分关系的图解。 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 相应的矿物相数不超过三种或 四种),因此可以用 三角形或 四面体的形式来表示三元系或 四元系中矿物组合关系。 通常 采用三组分图
11、解。,三、成分/共生图解 (一)成分/共生图解一般形式,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,确定矿物投影点连接共生线确定岩石成分投影点 1. 确定矿物投影点,(二)成分/共生图解的编制,根据矿物化学分析资料或矿物分子式计算出各组分的摩尔百分含量,据此将各个矿物标绘在相应的位置上 (如右图),第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,确定矿物投影点连接共生线确定岩石成分投影点 2. 连接共生线,(二)成分/共生图解的编制,根据观察,将平衡共生的矿物分别用直线连接起来,这些直线(共生线)一般不能交叉。,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,确定矿物投影点连接共生线确定岩石成分投影点 3. 确定岩石成
12、分投影点,(二)成分/共生图解的编制,方法同确定矿物投影点。目的是验证投影点是否与实际矿物组合投影点所确定的范围一致。,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,确定矿物投影点连接共生线确定岩石成分投影点 4. 不同岩石类型的 成分/共生图解,(二)成分/共生图解的编制,每一种组分(岩石类型)一般对应一套由三种不同矿物构成的矿物组合, 例如A成分的岩石的三个共生矿物为 x, xy, x2z ( f =2, p=c) (f) 成分点的岩石矿物组合如何?,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,确定矿物投影点连接共生线确定岩石成分投影点 5. 固溶体矿物投影,(二)成分/共生图解的编制,不再是一个点,
13、而是一个区域,F = C - f + 2 = 4,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,A C F 图 A/ K F 图 A F M 图,(三)成分/共生图解的类型,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,Eskola (1915)设计的表示含石英变质岩的成分/共生三角图解 (如图)并以三角形顶点组分命名。 (1) 组分分析,1. A C F 图,Eskola将K2O处理为过剩组分, 含 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 = CaO F = FeO + MgO + MnO A + C + F = 1
14、00,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,1. A C F 图,(2)矿物ACF值的计算及标定 And(红柱石) Al2O3 SiO2 A = 100 Cord(堇青石) 2(Fe,Mg)O 2Al2O3 5SiO2 A = 50 F = 50 An(斜长石) CaO Al2O3 2SiO2 A = 50 C = 50 Di(透辉石) CaO (Fe,Mg)O 2SiO2 C = 50 F = 50 Gro(钙铝榴石) 3CaO Al2O3 3SiO2 A = 25 C = 75 Wo(硅灰石) CaO SiO2 C = 100 (3)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
15、了ACF 图解。,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,1. A C F 图,(4)岩石成分的标绘(选讲) 1). 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(WB%)除以其分子量 再乘以1000,换算成氧化物的摩尔数。 3). 用钾长石,钠长石校正Al2O3 的摩尔数;用磷灰石校正 CaO ;用方解石校正 CaO 4). 校正后的岩石A C F值的计算方法 A = Al2O3 + Fe2O3 ( Na2O + K2O ) C = CaO 3.3 ( P2O5 + CO2 ) F = FeO + MgO + MnO A + C + F = 100,第二节 矿物共
16、生-组分分析及相关图解,1. A C F 图,(5)注意问题 1)An位置不是钙长石而是包含图解外Ab的斜长石; 2)不能表示含K2 O的矿物,因此不能区分低温下泥 质岩 中 K2 O过剩与不足的两类组合。,常见矿物在A C F 图中的投影点,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,2. AK F 图,补充ACF图中不能区分K2 O过剩与K2 O不足的两类矿物组合。 Eskola (1915)认为,泥质岩中通常贫钙,且 CaO一般只 影响斜长石号码,因此可不考虑CaO ,有效惰性组分简 化为 ( Al,Fe)2O3 、 K2O、 (Fe, Mg, Mn) O 。,第二节 矿物共生-组分分析及相关
17、图解,2. AK F 图,岩石成分标绘方法参见138页,A/ = Al2O3 + Fe2O3 K2O ) K = K2O F = FeO + MgO + MnO A/ + K + F = 100,常见矿物在A K F 图中的投影点,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,3. A F M 图 (选讲),(1) A F M 图的构想: 在A C F 图 和AK F 图中,均将 FeO和MgO 合并为一个组分, 在许多泥质岩石中,FeO/MgO比值不同会形成不同的矿物组合, FeO和MgO 应作为两个独立组分来考虑。 J.B.Thompson(1957): 将泥质岩石中FeO和MgO分别作为两个独立
18、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: Al2O3 -FeO -MgO-K2O,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,(1) A F M 图的构想:,3. A F M 图 (选讲),四元系的成分/共生图解可以用三维的四面体表示,四面体的顶点表示组分, 矿物组合表示在四面体内(上), 四面体内(上)的点近似代表岩石成分。,A = Al2O3 K = K2O F = FeO M = MgO,第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,(2) A F M 图的构成:,3. A F M 图 (选讲),A = Al2O3 K = K2O F = FeO M = MgO,A = (Al2O3-
19、3K2O) (Al2O3-3K2O+FeO+MgO) M = MgO/(FeO+MgO),第二节 矿物共生-组分分析及相关图解,4. 选择合适的图解,第三节 变 质 相,一、变质相概念的提出 1911年,戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时,发现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次把相律应用到变质岩的研究中。 1915年芬兰地质学家爱斯克拉,在研究芬兰奥里耶维地区的接触变质岩石,同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。 爱斯克拉到戈尔德斯密特的实验室工作,对比了两个地区的变质矿物组合。发现两个地区化学成分基本相同的岩石具有不同的矿物组合(见表1)。他认为是其物
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