第2章 火成巖結(jié)構(gòu)的成因2

4.火成巖結(jié)構(gòu)的成因熱動力學(xué)概述相平衡和相律一元系—SiO2體系二元固溶體系二元共結(jié)系二元近結(jié)系4.1熱動力學(xué)概述體系：為了研究目的而從整體中孤立出來的任何一部分—如巖漿房。可進一步分成封閉體系和開放體系。平衡：就是以其最低能量狀態(tài)同外加條件相一致的體系，它沒有自發(fā)地發(fā)生變化的趨勢。

體系內(nèi)是否穩(wěn)定，或者說體系內(nèi)是否平衡，均與體系內(nèi)的能量（變化）有關(guān)。一個自然體系總是趨于能量最低狀態(tài)。EnergyStatesUnstable:

fallingorrollingStable:

atrestinlowestenergystateMetastable:

inlow-energyperch4.2相平衡和相律相：體系內(nèi)在物理上與其他部分不同，并可機械地同其他部分分離的任何部分。如一個巖漿體系中的固相、液相和氣相。相圖：是表示存在于體系中的相共生體與外加條件間呈函數(shù)關(guān)系的一種圖形法。通常采用P、T和組成來描述體系的條件。相律：是表示物理化學(xué)系統(tǒng)中各相間平衡關(guān)系的基本規(guī)律，它表示了平衡體系中自由度（f）、相數(shù)（P）和獨立組分?jǐn)?shù)（c）之間的關(guān)系。

f=C+2-p相律（ThePhaseRule）f=C+2-pf=自由度是指體系中的可變因素，如溫度、壓力或濃度的數(shù)目，這些因素在一定范圍內(nèi)任意改變，不引起相的改變p

=相數(shù)（phasesaremechanicallyseparableconstituents）C=獨立組分?jǐn)?shù)是指能足以構(gòu)成平衡體系中各相所需要的最少組分的數(shù)目。=指影響體系平衡的外界因素，通常為環(huán)境的溫度和壓力

（Usually=temperatureandpressureforusgeologists）巖漿房中的情況—封閉體系相律：f=C+1–p（影響體系的外界因素只有溫度-1）巖漿中的獨立組分?jǐn)?shù)（巖漿成分）：

SiO2,Al2O3—構(gòu)成硅氧四面體FeO,MgO,MnO—類質(zhì)同象Na2O,K2O—類質(zhì)同象CaO結(jié)論：同一種巖漿結(jié)晶形成的火成巖中，除副礦物外，最終出現(xiàn)的平衡共生的礦物相數(shù)應(yīng)不多于5種.1.ThesystemSiO24.3

單組分體系柯石英斯石英方英石鱗石英aba—三相共生（p=3，c=1）f=c+2-p=0，此時，a點是無變度點。除非引起一個或兩個相的消失，否則其P-T都不可能發(fā)生變化.b—兩相共生（p=2，c=1）f=c+2-p=1，此時，b點是有一個變度的點。4.4二元固溶體系（An—Ab）

1)Plagioclase

(Ab-An,NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8)

斜長石環(huán)帶結(jié)構(gòu)——成因解釋斜長石熔體

P=恒定Bulkcompositiona=An60=60gAn+40gAbXAn=60/(60+40)=0.60成分a的結(jié)晶過程：D點：

At1450oC,熔體d

和斜長石f平衡共存熔體和固體的比例按杠桿原理確定B點：熔體開始結(jié)晶斜長石（plagioclase）=0.87(pointc)f=?此時，相數(shù)p=2c=2溫度-1Theleverprinciple:Amountofliquid

Amountofsoliddeef=whered=theliquidcomposition,f=thesolidcompositionande=thebulkcompositionDfdedeefliquidussolidus注意以下幾點：1.熔體結(jié)晶的溫度范圍：135oC（1475-1340oC）4.熔體成分的變化從b到g5.固體成分的變化從c到h最終形成的斜長石是i

XplAn=0.60第二種情況：分離結(jié)晶（Fractionalcrystallization）:

特點：結(jié)晶的晶體形成后與殘余的巖漿發(fā)生分離任一溫度時，由于晶體的移出，使結(jié)晶礦物的成分等于熔體成分（Xbulk=Xliq）平衡部分熔融的情況：恰好相反

升溫最初的熔體成分是

gatAn20and1340oC

繼續(xù)升溫：熔體和斜長石的成分連續(xù)變化

最終斜長石的成分是

c(An87)at1475oC分離部分熔融情況：與分離結(jié)晶情況相反

Removefirstmelt

asforms MeltXbulk=0.60firstliquid=g removeandcoolbulk=g?finalplagioclase=iAb-Or體系的T-X相圖P=0.2GPaH2Opressure.（AfterBowenandTuttle(1950)）J.Geology.2).具有共結(jié)點的二元不完全固溶體系（Ab-Or）—條紋長石的成因解釋a點：結(jié)晶過程—最終產(chǎn)物-正條紋長石i點：結(jié)晶過程—最終產(chǎn)物-反條紋長石壓力對Ab-Or體系的效應(yīng)（EffectofPHOonAb-Or）24.5二元共結(jié)系（Di-An）等壓T-X相圖P=1atm.（AfterBowen(1915)透輝石—鈣長石：非固溶體at1274oCP=3

soF=2-3+1=0

不變點此時，(P)T和所有相的成分是固定的必須保持在1274oC，作為不連續(xù)反應(yīng)直到一個相消失

共結(jié)點的左側(cè)與右邊a點的情況類似（Leftoftheeutecticgetasimilarsituation）兩種結(jié)晶情況的巖石結(jié)構(gòu)特點

Alsonote:1.在任何二元共結(jié)系統(tǒng)中，最終結(jié)晶的熔體都是共結(jié)成分2.平衡熔融與平衡結(jié)晶過程恰好相反3.因此，Di和An以任何比例混合最初形成的熔體必然是共結(jié)成分

a壓力對Di-An體系的影響：a點：在不同壓力下，首先結(jié)晶的礦物不同—解釋輝長巖中斜長石和輝石誰先結(jié)晶的問題a4.6二元近結(jié)系（Fo-Q）

（鎂橄欖石—石英體系）三相：頑火輝石（En）=鎂橄欖石+SiO2等壓T-X相圖P=0.1Mpa（1atm）[AfterBowenandAnderson(1914)andGrieg(1927)]

礦物反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)的成因解釋f點：巖漿平衡結(jié)晶過程1.f點總體成分與結(jié)晶終了的產(chǎn)物？2.g點和i點礦物結(jié)晶和巖漿演化情況？Forsterite-鎂橄欖石Enatatite-頑火輝石Cristobalite-方英石Tridymite-鱗石英cdikmFoEn1557BulkXi=近結(jié)點1557oC：Fo-En-liq有共結(jié)線反應(yīng)：

Fo+liq=En此點處，耗盡熔體，可形成反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)f=c+1-p=0（c=2，p=3）問題：反應(yīng)何時結(jié)束？Whenisthereactionfinished?火山巖中橄欖石外側(cè)出現(xiàn)的斜方輝石反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)1543cdikmFoEn1557bulkXxyCr平衡結(jié)晶的最終產(chǎn)物：En+Q此點處，F(xiàn)o+Liq—EnFo耗盡En+Liq共結(jié)點巖石學(xué)現(xiàn)象：非平衡結(jié)晶，出現(xiàn)Fo+En+Q組合共存不混熔熔體（ImmiscibleLiquids）CoolX=nAt1960oC，出現(xiàn)兩種液相

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