1、共生分析與變質(zhì)相第1頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一礦物共生分析：應(yīng)用物理化學(xué)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(xué)（獨立組份, c）和變質(zhì)條件（自由度, f ）之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。一、共生分析和成分-共生圖解第2頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一對于硅質(zhì)泥晶灰?guī)r，如果方解石相對多于石英時，當(dāng)變質(zhì)反應(yīng)徹底進(jìn)行并達(dá)到平衡時，其礦物共生組合是“方解石+硅灰石）相反，如果石英相對多于方解石，那么最終的平衡組合，也就礦物共生組合將是“石英+硅灰石”礦物共生組合一個給定化學(xué)成分體系的巖石中發(fā)生的變質(zhì)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡（正、逆速率相

2、等）時得到的礦物組合第3頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一吉布斯相律（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(lán)晶石、 矽線石、莫來石。 c = 2， p = 4 f，平衡共生礦物數(shù)目 最多有4個： 紅柱石+藍(lán)晶石+矽線石+石英； 紅線石+藍(lán)晶石+矽線石+剛玉； 。（2） SiO2、 Al2O3, 但SiO2 ：Al2O3 = 1 礦物相：紅柱石、藍(lán)晶石、矽線石、莫來石 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(lán)晶石，。（一）、相平衡原理第4頁，共30

3、頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一哥爾德史密特（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)當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時，平衡共生的礦物相數(shù)目不大于有效組分?jǐn)?shù)目（1）SiO2 Al2O3, c = 2, p 2 ： 紅柱石+石英、藍(lán)晶石+石英、矽線石+石英、。 剛玉+紅線石、剛玉+藍(lán)晶石、矽線石+剛玉（2） SiO2 Al2O3, 但SiO2 ：Al2O3 = 1 c = 1, p 1 ：平衡礦物數(shù)目最多1個： 紅柱石、矽線石、藍(lán)晶石（3）如果出現(xiàn)自由度=1，或=0的極端情況，則（1）和（2）中礦物相數(shù)目分別增加1個和2個第5頁，

4、共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一柯爾任斯基（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(xué)位（勢）與環(huán)境P、T條件一樣，是控制交代反應(yīng)的控制因素, 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(dāng)化學(xué)（交代）反應(yīng)達(dá)到平衡時，共生礦物相數(shù)不大于有效惰性組分?jǐn)?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(qiáng)的核部分，活動組分最多，惰性組分最少，因而往往形成單礦物巖石第6頁，共30頁，2022年

5、，5月20日，7點10分，星期一 我們在前面已提及，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+ Na2O K2O+ Na2O 加上與過剩組分SiO2對應(yīng)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：當(dāng)一個天然巖石系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時，共生礦物相的數(shù)目一般不大于5個，如果在單變線（f = 1)上平衡，共生礦物數(shù)目可達(dá)6個，不變點上的平衡可出現(xiàn)7個。單變線上或不變點上的平衡組合通常是可望不可求的，因此，天然巖石系統(tǒng)中共生的礦物數(shù)據(jù)一般不超過5個。第7頁，共30頁，20

6、22年，5月20日，7點10分，星期一（二）、變質(zhì)巖典型巖石化學(xué)體系泥質(zhì)： ASH， KASH， KNCASH， KMFASH， KNCMFASH基性： CFMASH， CNFMASH鈣質(zhì)： CMS，CASH鎂質(zhì)： FMSH，鎂鋁質(zhì)：FMASH常用巖石化學(xué)體系圖解：ACF、AKF、AFM、SMC。第8頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一在實際工作中，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)相重要步驟巖相學(xué)標(biāo)志（觀察）相互接觸，邊界規(guī)則和諧;礦物之間無反應(yīng)或交代結(jié)構(gòu)現(xiàn)象（世代關(guān)系）；同種礦物其光性特征（常數(shù)）相同；2 熱力學(xué)標(biāo)志（計算）一個天然共生組合的

7、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。 （三）礦物共生組合的判別標(biāo)志第9頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一ABCD第10頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一A = Al2O3 + Fe2O3C = CaOF = FeO + MnO + MgOA + C + F = 100%A = Al2O3 + Fe2O3 - K2O K = K2OF = FeO + MnO + MgOA + K + F = 100%（四）礦物共生組合的圖解表示1。共生礦物標(biāo)注第11頁，共30頁，2022年，5月20日

8、，7點10分，星期一例子（P316）藍(lán)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)3Al2Si3O122。連結(jié)共生礦物3。標(biāo)注礦物組合第12頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一二、“相，facies”的概念巖石學(xué)中的“相”是指在同一地殼中同一物理化學(xué)條件(環(huán)境)中形成的一套巖石組合（或+生物），

9、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)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等特征不同程度地記錄了成巖環(huán)境條件信息。自然界中的成巖環(huán)境是復(fù)雜的，相應(yīng)地也存在復(fù)雜的巖石“相”。巖石學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，就是詳細(xì)觀察分析現(xiàn)今剝露地表的巖石組合的巖相學(xué)等特征，確定它們在地質(zhì)歷史時期中的成巖“相”屬性和環(huán)境條件。第13頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一1。巖漿巖的相侵入相深成相（10km）中成相（3-10km）淺成相（3km）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，反映巖石的環(huán)境條件和巖漿冷卻結(jié)晶速率的差異。侵

10、入相：深成相巖石具粗粒等粒或似斑狀結(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；淺成相細(xì)粒或斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、高有序度而低三斜度率。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一火成巖產(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第15頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一火山通道相次火山相火山巖相示意圖（據(jù) 邱家驤，1985）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、盾錐侵入體據(jù)火山巖產(chǎn)狀劃分的火山巖相海相火山巖陸相火山巖第16頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星

11、期一2。沉積環(huán)境和沉積相沉積環(huán)境指沉積物堆積場所的地貌特征與沉積作用特征的總和。 寒冷氣候溫濕氣候干旱氣候大陸斜坡洋 盆陸架海(陸棚)河流 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。第17頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一 2。 沉積相 一定沉積環(huán)境中的沉積物或沉積巖的 巖石學(xué) 和 生物 特征的總和。 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(xì)粉砂巖組

12、成，水平紋理，含植物葉及淡水動物化石。 第18頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一A metamorphic facies is a set of metamorphic mineral assemblages, repeatedly associated in space and time, such that there is a constant and therefore predictable relation between mineral composition and bulk rock composition. (F J Turner, 1981)定義：一

13、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)形成的一系列礦物共生組合，這些礦物共生組合在時間上和空間上反復(fù)共生，其中，每一個礦物組合與巖石化學(xué)成分之間有著固定的、因而可以預(yù)測的對應(yīng)關(guān)系。三、變質(zhì)相概念及其劃分第19頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一變質(zhì)相劃分圖解（p.324圖20-9）第20頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一變質(zhì)相劃分接觸變質(zhì)相：級別變質(zhì)相類型低溫的： 1 鈉長綠簾角巖相（AEH）中溫的： 2 普通角閃石角巖相（HH）高溫的： 3 輝石角巖相（PH）極高溫的： 4 透長巖相（S）區(qū)域變質(zhì)相：很低溫的： 5 沸石相（Z） 6 葡

14、萄石綠纖石相（PP） 7 硬柱石鈉長石綠泥石相（LA） 8 藍(lán)片巖相（BS）低溫的： 9 綠片巖相（GS） 10 綠簾角閃巖相（EA）中溫的： 11 角閃巖相（A）高溫的： 12 麻粒巖相（G）高壓的： 13 榴輝巖相（E）第21頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一接觸變質(zhì)相及其分布示意圖灰藍(lán)帶-輝石角巖相灰綠帶-普通角閃石角巖相無色帶-鈉長綠簾角閃巖第22頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一大別造山帶北大別雜巖區(qū)域變質(zhì)相分布圖第23頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一A metamorphic facies is a set of

15、metamorphic mineral assemblages, repeatedly associated in space and time, such that there is a constant and therefore predictable relation between mineral composition and bulk rock composition. (F J Turner, 1981)定義：一個變質(zhì)相是指，各種成分的原巖在一定的溫度-壓力范圍內(nèi)形成的一系列礦物共生組合(巖石)，這些礦物共生組合在時間上和空間上反復(fù)共生，其中，每一個礦物組合與全巖化學(xué)成分之間有

16、著固定的、因而可以預(yù)測的對應(yīng)關(guān)系。理解變質(zhì)相的5個要點：第24頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一理解變質(zhì)相的5個要點：1。一個變質(zhì)相是大體相近的溫度壓力范圍內(nèi)由不同化學(xué)成分原巖的變質(zhì)形成的一系列（套）礦物共生組合，屬于一個等物理系列（等化學(xué)系列？），一個礦物組合不能定義一個變質(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(biāo)志；相應(yīng)地，基性變質(zhì)巖的礦物共生組合為每一個變質(zhì)相的特征性或標(biāo)志性礦物組合，相應(yīng)的巖石名稱被用來命名該變質(zhì)相（p.325表20-1）。3。相鄰的變質(zhì)相邊界以基性變質(zhì)巖中特定的變質(zhì)反應(yīng)劃分。由于變質(zhì)反應(yīng)一般都是連續(xù)反應(yīng)，所以分隔變質(zhì)相的邊界是一個過渡

17、帶而不是一條線（圖20-9）。4，時空上反復(fù)共生：（1）只與變質(zhì)條件有關(guān)，與時空無關(guān)，因而可全球和古今對比；（2）大多數(shù)情況下變質(zhì)熱峰的持續(xù)時間足夠長，反應(yīng)能夠徹底進(jìn)行。5。固定的可以預(yù)測的對應(yīng)關(guān)系：這表明：（1）封閉體系，等化學(xué)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(yīng)于一個特定化學(xué)成分的原巖；（3）因而，一個變質(zhì)相可以用一張聯(lián)合的ACF和AKF圖解表達(dá)。第25頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一四、變質(zhì)相系、變質(zhì)作用P/T比和構(gòu)造環(huán)境接觸變質(zhì)相系列：AEHHH PH （S）And-Sil（ 80 oC/Km)區(qū)域變質(zhì)相：低P/T型：Z PP GS A

18、 G And-Sil (80-40 oC/Km)中P/T型：Z / LA PP GS EA A G Ky-Sil (40-10 oC/Km)高P/T型：LABS（LW-BSEP-BS）E Gl-Jd-Cos (10-5 oC/Km) 第26頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一變質(zhì)相-變質(zhì)相系及其劃分圖解（p.324圖20-9）區(qū)域變質(zhì)相系列與構(gòu)造環(huán)境低P/T型：島弧帶中P/T型：陸-陸碰撞帶高P/T型：洋殼俯沖帶；大陸深俯沖帶 雙變帶：低P/T型（島弧帶）高P/T型（洋殼俯沖帶）第27頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一五、P-T-t軌跡概念和理解A: 35Km地殼在縮短增厚前的定態(tài)地?zé)崽荻?B: 縮短50%增厚1倍(約70Km)后擾動地?zé)崽荻?. 埋藏期2. 等壓加熱期3. 折返加熱期4.折返冷卻期第28頁，共30頁，2022年，5月20日，7點10分，星期一五、P-T-t軌跡概念和理解（a）造山帶的前進(jìn)變質(zhì)帶剖面（b）不同變質(zhì)帶巖石所紀(jì)錄變質(zhì)作用條件變化歷程: P-T-t軌跡1。變質(zhì)過程是一個動態(tài)過程：巖石發(fā)生深埋-折返的過程，就是地?zé)崽荻劝l(fā)生擾動與恢復(fù)的過程；2。多數(shù)情況下，與熱峰對應(yīng)的壓力條件低于巖石實際的埋藏深度條件；或埋藏最深時的巖石經(jīng)歷的溫度條件大大低于峰期溫度條件，不同深度巖石峰期溫度達(dá)到的時間不一，