西北大學國家級精品課程巖漿巖巖石學西北大學地質學系主講：賴紹聰教授西北大學國家級精品課程巖漿巖巖石學西北大學地質學系第十一章巖漿礦物的結晶作用自然界巖漿的結晶過程、巖漿巖中礦物共生規律、結構構造以及巖漿巖成因等一系列問題，除與地質條件密切相關外，也服從一定的物理化學原理。噴出巖和大多數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相平衡的實驗研究對理解巖漿礦物結晶作用具有重大意義。第十一章巖漿礦物的結晶作用自然界巖漿的結一元系是指研究對象只有一種純物質，即獨立組分數C＝1。在此只介紹石英的相圖。第一節一元系相圖及其巖石學意義一元系是指研究對象只有一種純物質，即獨立組分數1、相圖特點L為熔體；Cr為方石英；Tr為磷石英；α-Q為α石英；β-Q為β石英；TC為柯石英。石英（SiO2）的相圖及其巖石學意義:1、相圖特點石英（SiO2）的相圖及其巖石學意義:2、巖石學意義●（1）磷石英（Tr）、方石英在低壓高溫下穩定，侵入巖中不出現，僅見于火山巖中，有時準穩態見于低溫環境中，是低壓的指示礦物。●（2）α石英和β石英：酸性火山巖和超淺成巖中常見β石英假象，因為這種巖漿溫度高，在地下壓力較大的情況下，石英首先結晶，形成高溫β石英；而同種成分的侵入巖則溫度較低，且石英是最晚期結晶的產物，因此為α石英。●（3）柯石英是高壓環境的指示礦物。石英（SiO2）的相圖及其巖石學意義:2、巖石學意義石英（SiO2）的相圖及其巖石學意義:第二節二元系相圖及其巖石學意義一、Ab－An系統這是一個固態無限混溶相圖。固態溶液又稱固溶體，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，橄欖石系列。第二節二元系相圖及其巖石學意義1、相圖特點：固相區，液相區，固液共存區，固相線，液相線。●（1）雙變面：在液相區，自由度F＝C－P＋1＝2－1＋1＝2，即溫度與組成可以任意改變。因此，也叫雙變量區或雙變面。●（2）單變線：固、液兩相處于平衡狀態，F＝2－2＋1＝1，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1、相圖特點：固相區，液相區，固液共存區，固相線，液相線。2、結晶過程●（1）平衡結晶過程●（2）分離結晶作用：分離結晶作用的影響表現為：a.延長結晶作用的過程；b.殘余液相中更加富鈉（Ab）；c.降低結晶作用的終結溫度。2、結晶過程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（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。3、熔融作用4、水壓對相圖的影響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組分熔漿的分離結晶作用。●（2）環帶結構的形成①水壓的影響：正環帶（不平衡結晶）；反環帶（水壓增大）；韻律環帶（水壓波動）。5、巖石學意義巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件②巖漿的冷卻速度和過冷度也是形成環帶的重要因素。a.非常緩慢冷卻－無環帶；b.較快速冷卻－正環帶；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－形成反環帶；d.極快速冷卻－無環帶。●（2）環帶結構的形成②巖漿的冷卻速度和過冷度也是形成環帶的重要因素。●（2）環帶二、Or－Ab系統1、相圖特點●(1)Af堿性長石區●(2)Orss固熔體＋Abss固熔體共存區，固熔體分離曲線（不混熔曲線）●(3)Or具有不一致熔融性質：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。二、Or－Ab系統1、相圖特點●(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作為結晶作用終結時的溫度和組成，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系統一樣，結晶作用進行時，固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于M點，通常情況下，在沒有達到M點時，結晶作用就終止了1、相圖特點●(4)最低點M：M點是固相線與液相線的交點，它將相2、結晶過程2、結晶過程3、水壓的影響：隨PH2O加大●(1)Lc結晶區大大縮小，當PH2O>2.5Kb時，Lc結晶區消失，Or變為一致熔融性質。因此，深成巖中不出現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PH2O>3.6Kb時，固相線與不混熔曲線相交切，系統由“具最低點的固熔體體系”轉變為“具共結點的固熔體體系”,“最低點M”轉變為“共結點E”，共結點E為三相共存（液相＋Orss＋Abss），為不變平衡3、水壓的影響：隨PH2O加大●(1)Lc結晶區大巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件●(1)PH2O<3.6Kb，為具最低點的固熔體體系，熔融過程與Ab－An體系相同●(2)PH2O>3.6Kb后，為具共結點的固熔體體系，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，即相當于共結點E的組成●(3)而成分點位于AbM’和N’Or之間的堿性長石集合體，其熔融過程與Ab－An體系類似4、熔融作用●(1)PH2O<3.6Kb，為具最低點的固熔體體系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、巖石學意義在噴出與淺成條件下形成的堿性長石溫度高，常常巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件該系統相當于簡化的基性巖漿（玄武質巖漿體系）。1、相圖特點：●（1）分區：L；Di+L;An+L;Di+An●（2）共結點：三相共存，F＝2－3＋1＝0；為不變點，溫度與組成都不能變，直到結晶結束，熔漿耗盡。●（3）共結比：58:42＝Di:An三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統該系統相當于簡化的基性巖漿（玄武質巖漿體系）。三、Di－An巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件2、結晶過程：●（1）X1點→輝長結構●（2）X2點→煌斑結構●（1）X3點→輝綠結構－間粒結構－間粒間隱結構－間隱結構3、熔融過程：4、水壓的影響：水壓升高，液相線溫度降低，共結點向An方向移動。三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統2、結晶過程：三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件●（1）假設PH2O＝1～2kb，相當于6～7km的中深成相，其共結比為Di:An≈50:50，玄武質巖漿的成分大體與此類似，如X點。因此，侵入條件下：輝長結構；噴出條件下：輝綠、間粒、間隱等。從而可以解釋基性深成巖與噴出巖盡管成分相似，但結構不同。●（2）中深成條件下，PH2O發生脈動式波動，則其共結比變化于40～60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：●（1）假設PH2O＝1～2kb，相當于6～7km的●（3）在結晶過程中，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，導致結晶作用加速進行。●（4）即使是含暗色礦物大于90％的超鎂鐵質巖，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，才能形成超鎂鐵質熔漿。5、巖石學意義：●（3）在結晶過程中，如果PH2O增加，則液相線下降巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件四、Di－Ab（透輝石－鈉長石）系統該系統相當于簡化的花崗巖（酸性巖漿）－流紋質巖漿體系。1、相圖特點：●（1）分區：L；Di+L;Ab+L;Di+Ab●（2）共結點：三相共存，F＝2－3＋1＝0；為不變點，溫度與組成都不能變，直到結晶結束，熔漿耗盡。●（3）共結比：4:96＝Di:Ab四、Di－Ab（透輝石－鈉長石）系統巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件2、結晶過程：

●（1）X1點●（2）X2點●（1）X3點3、熔融過程：2、結晶過程：●（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＋綠簾石等組成，常具間片結構，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首先結晶，細碧巖中Di、Ab各占一半，說明Ab不是直接從巖漿中結晶出來的。4、巖石學意義：●（1）E點的位置解釋了為什么酸性巖中暗色礦物量雖少該系統相當于簡化的堿性巖漿體系，屬典型的二元近結系。1、相圖特點：●（1）分區：Lc+L；L;Cr+L;Tr+L;Lc+Or;Or+L;Or+Tr●（2）共結點E：三相共存，F＝2－3＋1＝0；為不變點，溫度與組成都不能變，直到結晶結束，熔漿耗盡。●（3）近結點R：也叫轉熔點或分解熔融點。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（近結點）分解為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)+SiO2KAlSi3O8(Or)五、Lc－SiO2（白榴石－石英）系統該系統相當于簡化的堿性巖漿體系，屬典型的二元近結系。五、Lc巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件2、結晶過程：●（1）X1點、X2點、X3點、X4點、X5點、X6點、X7點●（2）X1點的結晶作用→最終產物為Lc+Or●（3）X2點的結晶作用→最終產物為Or●（4）X3點的結晶作用→最終產物為Or+Q3、熔融過程：●（1）Lc～Or之間的成分點（包括Or點），應在R點起熔●（2）Or～SiO2之間的成分點，應在E點起熔五、Lc－SiO2（白榴石－石英）系統2、結晶過程：五、Lc－SiO2（白榴石巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件如果發生分離結晶作用，則可產生幾個重要結果：4、巖石學意義：●（1）SiO2不飽合的巖漿可以產生SiO2輕度過飽合的巖漿。●（2）分離結晶作用將使巖漿結晶作用終止的溫度降低。●（3）帶Or反應邊的Lc斑晶可與SiO2輕度過飽合的基質或含石英的基質共生。●（4）在高于近結點溫度時，SiO2輕度過飽合的巖漿，突然快速結晶，則無反應邊的Lc可與SiO2輕度過飽合的基質共生。如果發生分離結晶作用，則可產生幾個重要結果：4、巖石學意義：

該系統是帶有一致熔融化合物（Ab）的二元共結系。它可以看作由兩個二元系（Ne－Ab,Ab－Q）聯合而成，它們之間存在反應關系：NaAlSi2O4+2SiO2NaAlSi3O8(Ne)(L)(Ab)1、相圖特點：●（1）分區：Cag(三斜霞石)；Cag+Ne;Ne;Cag+L;Ne+L;L;Ab+L；Cr+L;Tr+L;Ab+Tr●（2）共結點E1，E2；近結點R●（3）熱壩（熱堤），Mab為熱堤。六、Ne－SiO2（霞石－石英）系統該系統是帶有一致熔融化合物（Ab）的二元共結巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件X點的結晶作用：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將轉變為Ne，直到Cag全部消失。溫度繼續下降，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，結晶結束。溫度進一步下降，Ne沿34變化。2、結晶過程：X點的結晶作用：隨溫度下降，達1點時，開始晶●（1）Ne～W之間的成分點（包括W點），應在R點起熔●（2）W～Ab之間的成分點，應在E1點起熔●（3）Ab～Tr之間的成分點，應在E2點起熔3、熔融過程：●（1）Ne～W之間的成分點（包括W點），應在R點起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Ne是巖漿SiO2不飽合的標志之一。●（2）SiO2不飽合的巖漿的結晶分離作用不能產生出SiO2飽合的巖漿。●（3）由于E1靠近Ab，所以強堿性巖中Ne常呈斑晶或結晶早于Ab。●（4）對于含Lc的鉀質強堿性巖系列來說，其成員中可以包括SiO2輕度過飽合的巖石；而對于有Ne的鈉質強堿性巖系列來說，是不能包括有SiO2飽合的巖石的。4、巖石學意義：●（1）Ne不能與Q共生，不能從Si七、Fo－Fa（鎂橄欖石－鐵橄欖石）系統該系統是一個連續固溶體系列。與Ab－An系統相似。Fa是低溫的端元組成，早期晶出的Ol是富Fo的，即富Mg的，正常的環帶從中心到邊緣逐漸富Fa，即富Fe。分離結晶作用將導致殘余巖漿富Fe。七、Fo－Fa（鎂橄欖石－鐵橄欖石）系統八、Fo－Q（鎂橄欖石－石英）系統1、相圖特點：●（1）這是二元近結系，與Lc－SiO2

系統相似。●（2）En為不一致熔融產物，其反應式為：Fo+Q=2En●（3）R為近結點，E為共結點。結晶作用過程可以參照Lc－SiO2系統進行分析。八、Fo－Q（鎂橄欖石－石英）系統巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件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，Fo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；若快速結晶，Fo斑晶可以與SiO2輕度過飽和的基質共生。●（3）只根據Fo斑晶的出現是不能判斷巖漿SiO2飽和程度的。●（4）在分離結晶的條件下，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。2、巖石學意義：●（1）Fo與Q不能平衡共生，當巖石這是一個二元共結系，它與Fo－Q系統完全不同，沒有相當于En的中間化合物，Fa與Q可以平衡共生。自然界流紋巖中發現過Fa與Q的斑晶共生，富Fe的基性巖中也發現過Fa與Q的共生。九、Fa－Q（鐵橄欖石－石英）系統這是一個二元共結系，它與Fo－Q系統完全不同八、典型三元相系的解析（一）Di－Ab－An系統●1、相圖特點a.Di－Ab、Di－An為二元低共熔系，Ab－An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，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，為區別于一般的低共熔線而稱作同結線。八、典型三元相系的解析巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件a.原始熔漿成分點P（位于透輝石初晶區）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，當到達P1點時，Pl開始晶出，此時晶出的斜長石組成相當于Ab－An二元系展開圖上的P1點。●2、結晶過程a.原始熔漿成分點P（位于透輝石初晶區）●2、結晶過程

溫度繼續下降，液相組成沿同結線e2e1向e1方向變化，Di與Pl同時晶出，當到達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△P3P3’Di的P3’Di邊上，說明液相至此已全部耗盡，結晶結束。溫度繼續下降，液相組成沿同結線e2e1向e1方向變化巖漿巖巖石學-第11章巖漿礦物的結晶作用--國家級課程-課件b.原始熔漿成分點N（位于斜長石初晶區）當溫度下降到Pl初晶面上時，Pl首先晶出。