共生分析变质相及相系

第二十章、共生分析、变质相与

变质相系列

一、矿物相律

1.共生分析的基本思路：

大多数变质岩在变质过程处于化学平衡，因此，其形成的矿物组合（相）、与化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间服从Gibbs相律：

P（相数）+f（自由度数）=C（组分数）+2

从研究变质岩矿物共生组合出发，应用相律，以分析矿物组合、岩石化学成分和物化条件的关系。这是变质岩石学研究的基础，称为共生分析（Paragenesisanalysis）

2.封闭系统的Goldschmidt矿物相律

PC

3.开放系统的Korzhenskii矿物相律

PCi；Ci为惰性组分

二、成分共生图解和组分分析1.矿物组合及其确定标志在共生分析中，把一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物组合（mineralassemblage）称为矿物共生组合（mineralparagenesis）(P311)。确定矿物共生组合的主要标准（1）一个矿物共生组合中各种矿物相互接触；（2）一个矿物共生组合的各矿物，相互间无反应和交代现象；（3）一个矿物共生组合中，同种矿物的化学成分及光性特征应相近。如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似；（4）一个矿物共生组合中的一对矿物之间元素的分配符合Nernst分配定律，即各处元素的分配系数近相等；（5）矿物共生组合中矿物共生关系应符合矿物相律，即矿物相数不超过惰性组分数。共生与共存

共生与共存是两个完全不同的概念。共存：具有不同物理特征和/或化学特征的相，同时间、空间呈集合体存在，相之间的关系不一定服从热力学定律。共生：同时空呈集合体存在的相，在相同物理化学条件下形成，并达到热力学平衡。体系的内能最低。2.成分-共生图解3.组分分析1）.完全活动组分2）.惰性组分

(1)杂质组分，(2)类质同象组分，

(3)孤立组分，(4)过剩组分，

(5)有效惰性组分：决定矿物共生组合多样性同样，对于三元系来说，它的最大相数就是3，这是一般情况，如图中的P点。所谓最大相数就是说体系中共生的相的数目最大可以与独立组分数相等，当然也可以小于这个数目。推而广之，可以得出矿物相律的普遍表达式：P≤C文字表述为：达到平衡时，体系的相数等于或小于独立组分数。什么叫独立组分数？3.共生图解1）.ACF图解2）.A’KF图解3）.AFM图解4）.其他共生图解三、ACF组分共生图解ACF图解A=Al2O3+Fe2O3C=CaOF=MgO+FeO+MnOA=[Al2O3]＋[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO]A＋C＋F=100.And（红柱石）Al2O3·SiO2

A=100Crd（堇青石）2(Mg,Fe)O·2Al2O3·5SiO2

A=50,F=50An（钙长石）CaO·Al2O3·2SiO2

A=50,C=50Di（透辉石）CaO·(Mg,Fe)O·2SiO2

C=50,F=50Gro（钙铝榴石）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,OrijärviregionFinlandAfterEskola(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）.其他共生图解变质相与变质相系列变质相：Eskola（1920）：一个变质相是指类似的温度、压力条件下达到化学平衡的所有岩石总和(不论其结晶方式），一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作有规律的改变。FyfeandTurner（1966）：一个变质相是指一定的温度、压力区间内的一整套变质矿物共生组合，它们在时间上、空间上反复出现并紧密地伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合与岩石总体化学成分之间有着固定的、因而也是可以预测的对应关系。

Turner1981年提出变质相的分类接触变质相：（以温度增高为序）钠长绿帘角岩相，普通角闪石角岩相，辉石角岩相，透长石相。区域变质相:

沸石相，葡萄石—绿纤石相，绿片岩相，蓝闪石—硬柱石相，绿帘角闪岩相，角闪岩相，麻粒岩相，榴辉岩相接触变质岩相1.钠长绿帘角岩相（AEH）：低温,温度约为300-400。C，压力0.1-0.4GPa,特征矿物组合：钠长石+绿帘石+透闪石或阳起石。没有钙质斜长石和铝质角闪石。铁质堇青石和黑云母出现于低温部分，红柱石出现温度稍高，有时又叶蜡石。特征岩石是斑点板岩。2.普通角闪石角岩相（HH）：中温,温度约400-650。C，压力为0.1-0.3GPa,特征矿物组合：斜长石+普通角闪石,可以有透辉石，而没有斜方辉石。变质泥质岩与长英质岩石中红柱石，堇青石不与钾长石共生。3.辉石角岩相（PH）:

高温,温度约650-800。C，压力不超过0.2GPa,夕线石，正长石，紫苏辉石或硅灰石为标志矿物,白云母+石英不稳定。红柱石，堇青石，夕线石开始与正长石稳定共存。特征矿物组合:斜长石+透辉石+紫苏辉石4.透长石相（S）:

极高温温度约800-1100。C，压力极低，0.02-0.08GPa,黄长石，钙镁橄榄石，斜硅钙石和透长石等为特征矿物,特征矿物组合:斜长石+普通辉石+易变辉石。区域变质岩相沸石相(Z或ZE)：很低温温度约200-300。C，压力为0.2-0.3GPa。特征矿物组合：钠长石+浊沸石+绿泥石+葡萄石石英。葡萄石-绿纤石相（PP）：很低温温度约360-400。C，压力为0.25-0.35GPa。特征矿物组合：钠长石+葡萄石+绿纤石+绿泥石多硅白云母石英。蓝闪石-硬柱石片岩相（GL）：很低温温度200-450。C，压力0.3-0.8GPa.特征矿物组合：（低压）硬柱石+钠长石+绿泥石；（高压）蓝闪石+硬柱石+硬玉质辉石+石英。是一个范围很宽的低温高压变质相，有时含有文石，完全不含黑云母。压力有时可达到1GPa或更高。4.绿片岩相(GS）:

低温,温度约400-500。C，压力0.3-0.8GPa。特征矿物组合：（泥质岩石）钠长石+绿帘石+白云母+绿泥石+石英（基性岩石）钠长石+绿帘石+绿泥石+阳起石；高温部分出现黑云母，高压部分出现黑硬绿泥石，硬绿泥石和铁铝榴石。叶蜡石和硬绿泥石等不与钾长石共生。5.绿帘角闪岩相(EA):

低温,特征矿物组合：钠长石+绿帘石+普通角闪石（+铁铝榴石）.低压条件下，钙质斜长石的形成温度低于普通角闪石时，便不能生成绿帘角闪岩相的共生。而形成斜长阳起石相。6.角闪岩相(A或AM):

中温温度约500-700。C，压力0.3-0.8GPa,普通角闪石和斜长石的共生是本相的标志,可以有透辉石没有斜方辉石。泥质岩中除了石英，白云母和黑云母外，低压相系含红柱石，堇青石和夕线石，中压相系含十字石，蓝晶石和铁铝榴石。高温部分夕线石，铁铝榴石开始与正长石稳定共生。7.麻粒岩相(G):

高温温度700-900。C，压力0.3-1.2GPa,出现斜方辉石为标志岩石主要由无水矿物所组成，少量黑云母和普通角闪石一般是富Ti的变种。8.榴辉岩相(E):

高压温度300-900。C，压力大于1GPa,特征矿物组合：绿辉石+石榴子石不含长石。一般呈不大的块体在其它岩石中作为包体。温度范围很宽，压力极大。变质相系接触变质相系:

dT/dP>=80

,硅灰石，堇青石，红柱石，（基本不含硅线石，不含十字石）低压区域变质相系,dT/dP=80-40,红柱石，硅线石，堇青石，（不含硅灰石，蓝晶石，基本不含十字石）中压区域变质相系,dT/dP=20-40,浊沸石，蓝晶石，硅线石，十字石（不含红柱石，堇青石，蓝闪石，硬玉）高压区域变质相系,dT/dP=20-5,硬柱石，蓝晶石，蓝闪石，硬玉（不含硅线石，浊沸石）变质相与变质相系列变质相系列：同一地区通常不止一个变质相，可以由许多不同的变质相组成，构成变质相的系列；并且不同地区甚至同一地区不同地段变质相系列不一样。最著