共生分析變質(zhì)相及相系

第二十章、共生分析、變質(zhì)相與

變質(zhì)相系列

一、礦物相律

1.共生分析的基本思路：

大多數(shù)變質(zhì)巖在變質(zhì)過程處于化學(xué)平衡，因此，其形成的礦物組合（相）、與化學(xué)成分（組分）和物理化學(xué)條件（自由度）之間服從Gibbs相律：

P（相數(shù)）+f（自由度數(shù)）=C（組分?jǐn)?shù)）+2

從研究變質(zhì)巖礦物共生組合出發(fā)，應(yīng)用相律，以分析礦物組合、巖石化學(xué)成分和物化條件的關(guān)系。這是變質(zhì)巖石學(xué)研究的基礎(chǔ)，稱為共生分析（Paragenesisanalysis）

2.封閉系統(tǒng)的Goldschmidt礦物相律

PC

3.開放系統(tǒng)的Korzhenskii礦物相律

PCi；Ci為惰性組分

二、成分共生圖解和組分分析1.礦物組合及其確定標(biāo)志在共生分析中，把一定化學(xué)成分巖石達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)的礦物組合（mineralassemblage）稱為礦物共生組合（mineralparagenesis）(P311)。確定礦物共生組合的主要標(biāo)準(zhǔn)（1）一個(gè)礦物共生組合中各種礦物相互接觸；（2）一個(gè)礦物共生組合的各礦物，相互間無反應(yīng)和交代現(xiàn)象；（3）一個(gè)礦物共生組合中，同種礦物的化學(xué)成分及光性特征應(yīng)相近。如有環(huán)帶，則其邊部化學(xué)成分及光性特征近似；（4）一個(gè)礦物共生組合中的一對(duì)礦物之間元素的分配符合Nernst分配定律，即各處元素的分配系數(shù)近相等；（5）礦物共生組合中礦物共生關(guān)系應(yīng)符合礦物相律，即礦物相數(shù)不超過惰性組分?jǐn)?shù)。共生與共存

共生與共存是兩個(gè)完全不同的概念。共存：具有不同物理特征和/或化學(xué)特征的相，同時(shí)間、空間呈集合體存在，相之間的關(guān)系不一定服從熱力學(xué)定律。共生：同時(shí)空呈集合體存在的相，在相同物理化學(xué)條件下形成，并達(dá)到熱力學(xué)平衡。體系的內(nèi)能最低。2.成分-共生圖解3.組分分析1）.完全活動(dòng)組分2）.惰性組分

(1)雜質(zhì)組分，(2)類質(zhì)同象組分，

(3)孤立組分，(4)過剩組分，

(5)有效惰性組分：決定礦物共生組合多樣性同樣，對(duì)于三元系來說，它的最大相數(shù)就是3，這是一般情況，如圖中的P點(diǎn)。所謂最大相數(shù)就是說體系中共生的相的數(shù)目最大可以與獨(dú)立組分?jǐn)?shù)相等，當(dāng)然也可以小于這個(gè)數(shù)目。推而廣之，可以得出礦物相律的普遍表達(dá)式：P≤C文字表述為：達(dá)到平衡時(shí)，體系的相數(shù)等于或小于獨(dú)立組分?jǐn)?shù)。什么叫獨(dú)立組分?jǐn)?shù)？3.共生圖解1）.ACF圖解2）.A’KF圖解3）.AFM圖解4）.其他共生圖解三、ACF組分共生圖解ACF圖解A=Al2O3+Fe2O3C=CaOF=MgO+FeO+MnOA=[Al2O3]＋[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO]A＋C＋F=100.And（紅柱石）Al2O3·SiO2

A=100Crd（堇青石）2(Mg,Fe)O·2Al2O3·5SiO2

A=50,F=50An（鈣長石）CaO·Al2O3·2SiO2

A=50,C=50Di（透輝石）CaO·(Mg,Fe)O·2SiO2

C=50,F=50Gro（鈣鋁榴石）3CaO·Al2O3·3SiO2

A=25,C=75Wo（硅灰石）CaO·SiO2

C=100

A=Al2O3+Fe2O3-（Na2O+K2O）C=CaO-（3.3[P2O5]+[CO2]）F=MgO+FeO+MnOTheAKFDiagramIntheAKFdiagram,theponentsare: A=Al2O3+Fe2O3-Na2O-K2O-CaO K=K2O F=FeO+MgO+MnOBecausepeliticsedimentsarehighinAl2O3andK2O,andlowinCaO,EskolaproposedadifferentdiagramthatincludedK2OtodepictthemineralassemblagesthatdevelopinthemFigure24-6.AfterEhlersandBlatt(1982).Petrology.Freeman.AKFcompatibilitydiagram(Eskola,1915)illustratingparagenesisofpelitichornfelses,Orij?rviregionFinlandAfterEskola(1915)andTurner(1981)MetamorphicPetrology.McGrawHill.A(K)FMDiagramA

=

Al2O3K

=

K2OF

=

FeOM

=

MgOA(K)FMDiagramProjectfromaphasethatispresent

inthemineralassemblagestobestudiedAKFMProjectionfromMu.AfterThompson(1957).Am.Min.22,842-858.A(K)FMDiagramAthighgradesmuscovitedehydratestoK-feldsparasthecommonhigh-KphaseThentheAFMdiagramshouldbeprojectedfromK-feldsparWhenprojectedfromKfs,biotiteprojectswithintheF-MbaseoftheAFMtriangleAKFMProjectionfromKfs.AfterThompson(1957).Am.Min.22,842-858.A(K)FMDiagramA=Al2O3-3K2O(ifprojectedfromMs)=Al2O3-K2O(ifprojectedfromKfs)F=FeOM=MgOA(K)FMDiagramBiotite(fromMs):KMg2FeSi3AlO10(OH)2A=0.5

-

3

(0.5)

=

-

1F=

1M=

2Tonormalizewemultiplyeachby1.0/(2

+

1

-

1)

=1.0/2=0.5Thus A=-0.5 F=0.5 M=1A(K)FMDiagramAFMProjectionfromMsformineralassemblagesdevelopedinmetapeliticrocksinthelowersillimanitezone,NewHampshireAfterThompson(1957).Am.Min.22,842-858.Mg-enrichmenttypicallyintheorder:cordierite>chlorite>biotite>staurolite>garnet4）.其他共生圖解變質(zhì)相與變質(zhì)相系列變質(zhì)相：Eskola（1920）：一個(gè)變質(zhì)相是指類似的溫度、壓力條件下達(dá)到化學(xué)平衡的所有巖石總和(不論其結(jié)晶方式），一個(gè)變質(zhì)相內(nèi)部，隨著巖石總體化學(xué)成分的改變，其礦物組合作有規(guī)律的改變。FyfeandTurner（1966）：一個(gè)變質(zhì)相是指一定的溫度、壓力區(qū)間內(nèi)的一整套變質(zhì)礦物共生組合，它們?cè)跁r(shí)間上、空間上反復(fù)出現(xiàn)并緊密地伴生在一起，一個(gè)變質(zhì)相內(nèi)部其礦物組合與巖石總體化學(xué)成分之間有著固定的、因而也是可以預(yù)測(cè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

Turner1981年提出變質(zhì)相的分類接觸變質(zhì)相：（以溫度增高為序）鈉長綠簾角巖相，普通角閃石角巖相，輝石角巖相，透長石相。區(qū)域變質(zhì)相:

沸石相，葡萄石—綠纖石相，綠片巖相，藍(lán)閃石—硬柱石相，綠簾角閃巖相，角閃巖相，麻粒巖相，榴輝巖相接觸變質(zhì)巖相1.鈉長綠簾角巖相（AEH）：低溫,溫度約為300-400。C，壓力0.1-0.4GPa,特征礦物組合：鈉長石+綠簾石+透閃石或陽起石。沒有鈣質(zhì)斜長石和鋁質(zhì)角閃石。鐵質(zhì)堇青石和黑云母出現(xiàn)于低溫部分，紅柱石出現(xiàn)溫度稍高，有時(shí)又葉蠟石。特征巖石是斑點(diǎn)板巖。2.普通角閃石角巖相（HH）：中溫,溫度約400-650。C，壓力為0.1-0.3GPa,特征礦物組合：斜長石+普通角閃石,可以有透輝石，而沒有斜方輝石。變質(zhì)泥質(zhì)巖與長英質(zhì)巖石中紅柱石，堇青石不與鉀長石共生。3.輝石角巖相（PH）:

高溫,溫度約650-800。C，壓力不超過0.2GPa,夕線石，正長石，紫蘇輝石或硅灰石為標(biāo)志礦物,白云母+石英不穩(wěn)定。紅柱石，堇青石，夕線石開始與正長石穩(wěn)定共存。特征礦物組合:斜長石+透輝石+紫蘇輝石4.透長石相（S）:

極高溫溫度約800-1100。C，壓力極低，0.02-0.08GPa,黃長石，鈣鎂橄欖石，斜硅鈣石和透長石等為特征礦物,特征礦物組合:斜長石+普通輝石+易變輝石。區(qū)域變質(zhì)巖相沸石相(Z或ZE)：很低溫溫度約200-300。C，壓力為0.2-0.3GPa。特征礦物組合：鈉長石+濁沸石+綠泥石+葡萄石石英。葡萄石-綠纖石相（PP）：很低溫溫度約360-400。C，壓力為0.25-0.35GPa。特征礦物組合：鈉長石+葡萄石+綠纖石+綠泥石多硅白云母石英。藍(lán)閃石-硬柱石片巖相（GL）：很低溫溫度200-450。C，壓力0.3-0.8GPa.特征礦物組合：（低壓）硬柱石+鈉長石+綠泥石；（高壓）藍(lán)閃石+硬柱石+硬玉質(zhì)輝石+石英。是一個(gè)范圍很寬的低溫高壓變質(zhì)相，有時(shí)含有文石，完全不含黑云母。壓力有時(shí)可達(dá)到1GPa或更高。4.綠片巖相(GS）:

低溫,溫度約400-500。C，壓力0.3-0.8GPa。特征礦物組合：（泥質(zhì)巖石）鈉長石+綠簾石+白云母+綠泥石+石英（基性巖石）鈉長石+綠簾石+綠泥石+陽起石；高溫部分出現(xiàn)黑云母，高壓部分出現(xiàn)黑硬綠泥石，硬綠泥石和鐵鋁榴石。葉蠟石和硬綠泥石等不與鉀長石共生。5.綠簾角閃巖相(EA):

低溫,特征礦物組合：鈉長石+綠簾石+普通角閃石（+鐵鋁榴石）.低壓條件下，鈣質(zhì)斜長石的形成溫度低于普通角閃石時(shí)，便不能生成綠簾角閃巖相的共生。而形成斜長陽起石相。6.角閃巖相(A或AM):

中溫溫度約500-700。C，壓力0.3-0.8GPa,普通角閃石和斜長石的共生是本相的標(biāo)志,可以有透輝石沒有斜方輝石。泥質(zhì)巖中除了石英，白云母和黑云母外，低壓相系含紅柱石，堇青石和夕線石，中壓相系含十字石，藍(lán)晶石和鐵鋁榴石。高溫部分夕線石，鐵鋁榴石開始與正長石穩(wěn)定共生。7.麻粒巖相(G):

高溫溫度700-900。C，壓力0.3-1.2GPa,出現(xiàn)斜方輝石為標(biāo)志巖石主要由無水礦物所組成，少量黑云母和普通角閃石一般是富Ti的變種。8.榴輝巖相(E):

高壓溫度300-900。C，壓力大于1GPa,特征礦物組合：綠輝石+石榴子石不含長石。一般呈不大的塊體在其它巖石中作為包體。溫度范圍很寬，壓力極大。變質(zhì)相系接觸變質(zhì)相系:

dT/dP>=80

,硅灰石，堇青石，紅柱石，（基本不含硅線石，不含十字石）低壓區(qū)域變質(zhì)相系,dT/dP=80-40,紅柱石，硅線石，堇青石，（不含硅灰石，藍(lán)晶石，基本不含十字石）中壓區(qū)域變質(zhì)相系,dT/dP=20-40,濁沸石，藍(lán)晶石，硅線石，十字石（不含紅柱石，堇青石，藍(lán)閃石，硬玉）高壓區(qū)域變質(zhì)相系,dT/dP=20-5,硬柱石，藍(lán)晶石，藍(lán)閃石，硬玉（不含硅線石，濁沸石）變質(zhì)相與變質(zhì)相系列變質(zhì)相系列：同一地區(qū)通常不止一個(gè)變質(zhì)相，可以由許多不同的變質(zhì)相組成，構(gòu)成變質(zhì)相的系列；并且不同地區(qū)甚至同一地區(qū)不同地段變質(zhì)相系列不一樣。最著