巖漿礦物的結(jié)晶作用

1、自然界巖漿的結(jié)晶過(guò)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(wèn) 題，除與地質(zhì)條件密切相關(guān)外，也服從一定的物理化學(xué)原理。噴出巖和大多數(shù)侵入巖是在地表或離地表不遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)研究對(duì)理解巖漿礦物結(jié)晶作用具有重大意義。第一節(jié)一元系相圖及其巖石學(xué)意義一元系是指研究對(duì)象只有一種純物質(zhì)，即獨(dú)立組分?jǐn)?shù)C=1。在此只介紹石英的相圖。石 英(SiO2)的相圖及其巖石學(xué)意義：1、 相圖特點(diǎn)L為熔體；Cr為方石英；Tr為磷石英；a-Q為a石英；p-Q為p石英; TC為柯石英。2、巖石學(xué)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(jiàn)于火山巖

2、中， 有時(shí)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)見(jiàn)于低溫環(huán)境中，是低壓的指示礦物。(2) a石英和p石英：酸性火山巖和超淺成巖中常見(jiàn)p石英假象，因?yàn)檫@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p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a石英。(3)柯石英是高壓環(huán)境的指示礦物。第二節(jié)二元系相圖及其巖石學(xué)意義AbAn系統(tǒng)OrAb系統(tǒng)DiAn （透輝石一鈣長(zhǎng)石）系統(tǒng)DiAb （透輝石一鈉長(zhǎng)石）系統(tǒng)Lc SiO2 （白榴石一石英）系統(tǒng)NeSiO2 （霞石一石英）系統(tǒng)FoFa （鎂橄欖石一鐵橄欖石）系統(tǒng)FoQ （鎂橄欖石一石英）系統(tǒng)FoQ （鎂橄欖石一石英）系統(tǒng)、AbAn 系統(tǒng)這是一個(gè)

3、固態(tài)無(wú)限混溶相圖。固態(tài)溶液又稱固溶體，它的特點(diǎn)是，兩個(gè)端元組分可以任 意比例混合，組成固體的均一相。如斜長(zhǎng)石系列，橄欖石系列。1、相圖特點(diǎn)：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(qū)或雙變面。（2）單變線：固、液兩相處于平衡狀態(tài)，F(xiàn)=2 2 + 1 = 1，即溫度與組成只有一個(gè) 可以獨(dú)立改變，而另一個(gè)只能隨之作相應(yīng)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(guò)程（1）平衡結(jié)晶過(guò)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(zhǎng)結(jié)

4、晶作用的過(guò)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(guò)程的某一個(gè)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。5、巖石學(xué)意義（1）富鈉組分的熔漿可以通過(guò)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(dòng)）。|1000Ab水壓動(dòng)藩時(shí)斯柚相國(guó)巖漿的冷卻速度和過(guò)冷度也是形成環(huán)帶的重要因素。非常緩慢冷卻一無(wú)環(huán)帶；較快速冷卻一正環(huán)帶；快

5、速冷卻，由于大量固相的晶出放出較多的相變焓，致使巖漿溫度回升一形成反 環(huán)帶；極快速冷卻一無(wú)環(huán)帶。二、OrAb 系統(tǒng)1、相圖特點(diǎn)(1)Af堿性長(zhǎng)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(yīng)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(yīng)再 生成Or(4)最低點(diǎn)M： M點(diǎn)是固相線與液相線的交點(diǎn)，它將相圖分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分 各自與Ab-An系統(tǒng)類似。在M點(diǎn)處是兩相平衡(液相+Af堿性長(zhǎng)石)。有的文獻(xiàn)中把最低 點(diǎn)M作為結(jié)晶作用終結(jié)時(shí)的溫度和組成，或者被

6、描述成起始熔漿的組成一定為最低點(diǎn)的組 成，這是錯(cuò)誤的。M點(diǎn)兩旁的兩個(gè)部分與Ab-An系統(tǒng)一樣，結(jié)晶作用進(jìn)行時(shí)，固相與液相 的組成均向著M點(diǎn)的方向變化，但液相組成不一定都終結(jié)于M點(diǎn)，通常情況下，在沒(méi)有達(dá) 到M點(diǎn)時(shí)，結(jié)晶作用就終止了2、結(jié)晶過(guò)程3、水壓的影響：隨PH2O加大(1) Lc結(jié)晶區(qū)大大縮小，當(dāng)PH2O2.5Kb時(shí)，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(diǎn)向Ab 一端移動(dòng)(3)PH2O對(duì)不混熔線影響小，PH2O升高，曲線略有上升(4)當(dāng)PH2O3.6Kb時(shí)，固相線與不混熔曲線相交切，系統(tǒng)由具最低點(diǎn)的固熔體體 系轉(zhuǎn)變?yōu)榫吖步Y(jié)點(diǎn)的固

7、熔體體系,最低點(diǎn)M轉(zhuǎn)變?yōu)楣步Y(jié)點(diǎn)E”，共結(jié)點(diǎn)E為三相共存(液 相+Orss+Abss)，為不變平衡不血 水壓下的Or-Ab系帕 苗4、熔融作用(1)PH2O3.6Kb后，為具共結(jié)點(diǎn)的固熔體體系，其熔融過(guò)程不一樣，以上圖為例， 凡是組成點(diǎn)位于MN之間的巖石，其起始熔融的溫度是一定的，即達(dá)TE時(shí)起熔，起始熔漿 的組成也是固定的，即相當(dāng)于共結(jié)點(diǎn)E的組成(3)而成分點(diǎn)位于AbM和NOr之間的堿性長(zhǎng)石集合體，其熔融過(guò)程與Ab-An體系 類似5、巖石學(xué)意義在噴出與淺成條件下形成的堿性長(zhǎng)石溫度高，常常只有一種堿性長(zhǎng)石 存在；而在深成條件下堿性長(zhǎng)石形成的溫度低，常常有富Or與富Ab兩種堿性長(zhǎng)石共生三、Di-An

8、 (透輝石一鈣長(zhǎng)石)系統(tǒng)該系統(tǒng)相當(dāng)于簡(jiǎn)化的基性巖漿(玄武質(zhì)巖漿體系)。1、相圖特點(diǎn)：(1)分區(qū)：L； Di+L; An+L; Di+An(2)共結(jié)點(diǎn)：三相共存，F(xiàn)=2 3 + 1 = 0；為不變點(diǎn)，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 : 42 = Di : AnDJAil二元系2、結(jié)晶過(guò)程：(1) X1點(diǎn)一輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(2) X2點(diǎn)一煌斑結(jié)構(gòu)(1) X3點(diǎn)一輝綠結(jié)構(gòu)一間粒結(jié)構(gòu)一間粒間隱結(jié)構(gòu)一間隱結(jié)構(gòu)3、熔融過(guò)程:4、水壓的影響：水壓升高，液相線溫度降低，共結(jié)點(diǎn)向An方向移動(dòng)。5、巖石學(xué)意義：(1)假設(shè)PH2O=12kb，相當(dāng)于67km的中深成相，其共結(jié)比為Di : A

9、n牝50 : 50 ,玄武質(zhì)巖漿的成分大體與此類似，如X點(diǎn)。因此，侵入條件下：輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)不同。(2)中深成條件下，PH2O發(fā)生脈動(dòng)式波動(dòng)，則其共結(jié)比變化于4060之間，對(duì) 于An=50%的輝長(zhǎng)巖來(lái)說(shuō)，將造成一時(shí)Py大量晶出，一時(shí)An大量晶出，形成典型的韻律 式層理。(3)在結(jié)晶過(guò)程中，如果PH2O增加，則液相線下降一已晶出Py、Pl熔蝕；若PH2O 下降，則液相線上升，導(dǎo)致結(jié)晶作用加速進(jìn)行。(4)即使是含暗色礦物大于90%的超鎂鐵質(zhì)巖，開(kāi)始熔融時(shí)，首先熔融出的應(yīng)是低 共熔成分熔漿一玄武巖漿。只有熔融程度很高時(shí)，

10、才能形成超鎂鐵質(zhì)熔漿。四、DiAb (透輝石一鈉長(zhǎng)石)系統(tǒng)該系統(tǒng)相當(dāng)于簡(jiǎn)化的花崗巖(酸性巖漿)一流紋質(zhì)巖漿體系。1、相圖特點(diǎn)： (1)分區(qū)：L；Di+L; Ab+L; Di+Ab(2)共結(jié)點(diǎn)：三相共存，F(xiàn)=2 3 + 1 = 0；為不變點(diǎn)，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 : 96 = Di : Ab2、結(jié)晶過(guò)程：(1) X1 點(diǎn)(2) X2 點(diǎn)(1) X3 點(diǎn)3、熔融過(guò)程：4、巖石學(xué)意義：(1) E點(diǎn)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

11、先熔出的應(yīng)是花崗巖漿，因?yàn)榛◢弾r漿基本符合共結(jié)比， 所以花崗巖分布于大陸地殼上。(4)細(xì)碧巖的非巖漿成因說(shuō)：細(xì)碧巖由鈉長(zhǎng)石+綠泥石+綠簾石等組成，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(shuō)明Ab首先結(jié)晶，細(xì) 碧巖中Di、Ab各占一半，說(shuō)明Ab不是直接從巖漿中結(jié)晶出來(lái)的。五、Lc SiO2 (白榴石一石英)系統(tǒng)該系統(tǒng)相當(dāng)于簡(jiǎn)化的堿性巖漿體系，屬典型的二元近結(jié)系。1、相圖特點(diǎn)：(1)分區(qū)：Lc+L； L; Cr+L; Tr+L; Lc+Or; Or+L; Or+Tr(2)共結(jié)點(diǎn)E：三相共存，F(xiàn)=23 + 1=0；為不變點(diǎn)，溫度與組成都不能變，直 到結(jié)晶結(jié)束，熔漿耗盡。

12、(3)近結(jié)點(diǎn)R：也叫轉(zhuǎn)熔點(diǎn)或分解熔融點(diǎn)。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(méi)有真正的熔點(diǎn)，而是在分解熔融點(diǎn)(近 結(jié)點(diǎn))分解為液相和另一種化合物，而且分解出來(lái)的液相和固相組成不一致。KAlSi2O6 (Lc) + SiO2 KAlSi3O8 (Or)2、結(jié)晶過(guò)程：(1) X1 點(diǎn)、X2 點(diǎn)、X3 點(diǎn)、X4 點(diǎn)、X5 點(diǎn)、X6 點(diǎn)、X7 點(diǎn)(2) X1點(diǎn)的結(jié)晶作用一最終產(chǎn)物為L(zhǎng)c+Or(3) X2點(diǎn)的結(jié)晶作用一最終產(chǎn)物為Or(4) X3點(diǎn)的結(jié)晶作用一最終產(chǎn)物為Or+Q 3、熔融過(guò)程：(1) LcOr之間的成分點(diǎn)(包括Or點(diǎn))，應(yīng)在R點(diǎn)起熔(2) OrS

13、iO2之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E點(diǎn)起熔4、巖石學(xué)意義：如果發(fā)生分離結(jié)晶作用，則可產(chǎn)生幾個(gè)重要結(jié)果：（1） SiO2不飽合的巖漿可以產(chǎn)生SiO2輕度過(guò)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(yīng)邊的Lc斑晶可與SiO2輕度過(guò)飽合的基質(zhì)或含石英的基質(zhì)共生。（4）在高于近結(jié)點(diǎn)溫度時(shí)，SiO2輕度過(guò)飽合的巖漿，突然快速結(jié)晶，則無(wú)反應(yīng)邊的 Lc可與SiO2輕度過(guò)飽合的基質(zhì)共生。六、NeSiO2 （霞石一石英）系統(tǒng)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(gè)二元系（Ne一Ab, AbQ）聯(lián)合而成，它們之間存在反應(yīng)關(guān)系：NaAlSi2O4 + 2SiO2NaA

14、lSi3O8（Ne）（L） （Ab）1、相圖特點(diǎn)：（1）分區(qū):Cag（三斜霞石）；Cag+Ne; Ne; Cag+L; Ne+L; L; Ab+L Cr+L; Tr+L; Ab+Tr（2）共結(jié)點(diǎn)E1，E2；近結(jié)點(diǎn)R（3）熱壩（熱堤），Mab為熱堤。2、結(jié)晶過(guò)程：X點(diǎn)的結(jié)晶作用：隨溫度下降，達(dá)1點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始晶出三斜霞石(Cag) , Cag不斷晶出， 液相成分沿12變化。達(dá)2點(diǎn)時(shí)，開(kāi)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 23變化，達(dá)E1點(diǎn)時(shí)，Ne和Ab同時(shí)晶出，為三相不變平衡，直到液相耗盡，結(jié)晶

15、結(jié)束。 溫度進(jìn)一步下降，Ne沿34變化。3、熔融過(guò)程：(1) NeW之間的成分點(diǎn)(包括W點(diǎn))，應(yīng)在R點(diǎn)起熔(2) WAb之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E1點(diǎn)起熔(3) AbTr之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E2點(diǎn)起熔4、巖石學(xué)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(biāo)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(qiáng)堿性巖中Ne常呈斑晶或結(jié)晶早于Ab。(4)對(duì)于含Lc的鉀質(zhì)強(qiáng)堿性巖系列來(lái)說(shuō)，其成員中可以包括SiO2輕度過(guò)飽合的巖 石；而對(duì)于有Ne的鈉質(zhì)強(qiáng)堿性巖系列來(lái)說(shuō)

16、，是不能包括有SiO2飽合的巖石的。七、Fo-Fa (鎂橄欖石一鐵橄欖石)系統(tǒng)該系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)固溶體系列。與Ab-An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(dǎo)致殘余巖漿富Fe。八、FoQ (鎂橄欖石一石英)系統(tǒng)1、相圖特點(diǎn)：(1)這是二元近結(jié)系，與Lc SiO2系統(tǒng)相似。(2) En為不一致熔融產(chǎn)物，其反應(yīng)式為：Fo + Q = 2En(3) R為近結(jié)點(diǎn)，E為共結(jié)點(diǎn)。結(jié)晶作用過(guò)程可以參照LcSiO2系統(tǒng)進(jìn)行分析。2、巖石學(xué)意義：(1) Fo與Q不能平衡共生，當(dāng)巖石中見(jiàn)到Fo與Q共存時(shí)，F(xiàn)o周圍必有En

17、反應(yīng)邊。(2) Fo可以在SiO2輕微過(guò)飽和的巖漿中首先晶出；若快速結(jié)晶，F(xiàn)o斑晶可以與 SiO2輕度過(guò)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(gè)SiO2不飽合的巖漿可以演化出SiO2飽和或輕微 過(guò)飽和的巖漿來(lái)。九、FaQ （鐵橄欖石一石英）系統(tǒng)這是一個(gè)二元共結(jié)系，它與FoQ系統(tǒng)完全不同，沒(méi)有相當(dāng)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(guò)Fa與Q的斑晶共生，富Fe的基性巖中也發(fā)現(xiàn) 過(guò)Fa與Q的共生。第三節(jié)典型三元相系的解析（一）DiAbAn 系統(tǒng) 1、相圖特點(diǎn)Di Ab、DiAn為二元低共熔系，AbAn為

18、斜長(zhǎng)石固溶體系。相圖中包括透輝石（Di）與斜長(zhǎng)石（Pl）兩個(gè)初晶面，它們的交線為低共熔線E1E2。由于Pl為固溶體，在晶出過(guò)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。2、結(jié)晶過(guò)程a.原始熔漿成分點(diǎn)P （位于透輝石初晶區(qū)）當(dāng)溫度下降到Di初晶面上時(shí)，Di首先晶出。連接Di與P點(diǎn)，并延長(zhǎng)之，與e1e2相 交于P1點(diǎn)，隨著溫度的下降，不斷晶出Di，而熔漿成分則沿PP1線向P1點(diǎn)變化，當(dāng)?shù)竭_(dá) P1點(diǎn)時(shí)，Pl開(kāi)始晶出，此時(shí)晶出的斜長(zhǎng)石組成相當(dāng)于Ab-An二元系展開(kāi)圖上的P1點(diǎn)。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(shí)晶出，當(dāng)?shù)竭_(dá)P2 點(diǎn)時(shí)，液相中所含Ab與An的量比相當(dāng)于P2”點(diǎn)，而晶出的斜長(zhǎng)石固溶體的組成則相當(dāng)于 P2點(diǎn)。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(dāng)于P3、），晶出的斜長(zhǎng) 石組成相當(dāng)于P3點(diǎn)，即與原始熔漿成分中所含Ab與An的量相一致。此時(shí)，P點(diǎn)位于相三 角形P3P3Di的P3Di邊上，說(shuō)明液相至此已全部耗盡，結(jié)晶結(jié)束。Di -拈-An相由結(jié)l弟過(guò)程分Vrb.原始熔漿成分點(diǎn)N （位于斜長(zhǎng)石初晶區(qū)） 當(dāng)溫度下降到Pl初晶面上時(shí)，Pl首先晶出。溫度繼續(xù)下降，斜長(zhǎng)石不斷晶出，當(dāng)液相中所含Ab與An之組成