第5章 火成巖結(jié)構(gòu)成因分析

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第五章火成巖結(jié)構(gòu)成因分析相體系及其對火成巖結(jié)構(gòu)成因的解釋

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

1、熱動力學(xué)概述(1)體系與環(huán)境：用熱力學(xué)方法研究某一課題時，首先要確定研究的對象和范圍，為此，人為地將所研究的某一部分物體同周邊物質(zhì)分割開來，作為研究的對象，即稱為“體系〞或“系統(tǒng)〞;而體系以外周邊鄰近的有限部分物質(zhì)稱為環(huán)境。也就是說體系是以研究為目的而從整體中孤立出來的任何一部分，如巖漿房。體系可進一步分成封閉體系(體系與環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換，可有能量傳遞)和開放體系(體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量傳遞)。(2)平衡：就是以其最低能量狀態(tài)同外界條件相一致的體系，也就是說平衡是研究體系內(nèi)處于最小能量條件的狀態(tài)，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)。

能量狀態(tài)(EnergyStates)不穩(wěn)定態(tài):落下或滾落不穩(wěn)定的

穩(wěn)定態(tài):在最低能量狀態(tài)下靜止亞穩(wěn)定態(tài):在低能量狀態(tài)下中止亞穩(wěn)定的可能的能量障礙物

穩(wěn)定的

2、相平衡和相律(1)相：是體系中物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和組成都均勻的部分，并可用機械方法將其同其它部分分開的任何部分。如一個巖漿體系中的固相、液相和氣相。(2)相圖：是相平衡圖解，是表達相律的幾何形式，即是以圖解的形式描述體系內(nèi)組分、相和自由度在不同條件下的共生關(guān)系和變化反應(yīng)的特點。尋常采用P、T和濃度來描述體系的條件，有T-X圖、P-X圖、P-T圖，等等(3)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)和獨立組分數(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。例如：H2O

p

=相數(shù)(phasesaremechanicallyseparableconstituents)

C=獨立組分數(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。依照獨立組分數(shù)目的多少將體系劃分成“一元系〞、“二元系〞、“三元系〞等。=指影響體系平衡的外界可變因素，如環(huán)境的溫度、壓力。(Usually=temperatureandpressureforusgeologists)

2

巖漿房中的狀況-封閉體系相律：f=C+1–p(影響體系的外界因素只有溫度-1)巖漿中的獨立組分數(shù)(巖漿成分):SiO2,Al2O3-構(gòu)成硅氧周邊體Fe

O,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。

3、單組分體系1.ThesystemSiO2a-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.

斯石英

柯石英

ab鱗石英方英石

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。

液相

4、二元固溶體體系(An-Ab)Plagioclase(Ab-An,NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8)斜長石環(huán)帶結(jié)構(gòu)--成因解釋

(1)相圖組成特點常壓下(P=105Pa),An熔點=1553℃,Ab熔點=1118℃,二者以任意比例混合組成中間成分的斜長石。液相線是熔漿開始結(jié)晶或固相全熔的曲線，固相線是固相開始熔融或熔漿全部結(jié)晶的曲線。曲線上的f=1,為單變平衡線。二曲線之間是固相與液相平衡共存的區(qū)域。

熔體

斜長石

(2)成分a的結(jié)晶過程平衡結(jié)晶和分開結(jié)晶①平衡結(jié)晶過程b點：熔體開始結(jié)晶斜長石An=0.87(pointc)f=1此時，相數(shù)p=2c=2溫度-1d點：在1450℃,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。g點：在1340℃,熔體g全部結(jié)晶，最終形成的固體為h,其成分與原始液相a一致

Bulkcompositiona=An60=60gAn+40gAbXAn=60/(60+40)=0.60

杠桿原理(Theleverprinciple):液體數(shù)量固體數(shù)量efde

=

d=液體成分，f=固體成分e=全巖成分

dliquidusde

e

Def

f

solidus

注意以下幾點：熔體結(jié)晶的溫度范圍：135℃(1475-1340℃)熔體成分的變化從b到g固體成分的變化從c到h

最終形成的斜長石是iXplAn=0.60

斜長石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)

②分開結(jié)晶(Fractionalcrystallization):

特點：結(jié)晶出的晶體與剩余的巖漿發(fā)生分開，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。理論上講，最終一滴熔體成分應(yīng)為1118℃點，即結(jié)晶出Ab。但實際上自然界當(dāng)中是不存在這樣狀況的，最終結(jié)晶終止的點接近1118℃點。主要是由于所結(jié)晶出的斜長石不能理想化的立

刻與熔漿分開，會存在一定的反應(yīng)關(guān)系后再分開。

4、水壓對相圖的影響

③水壓變化對相圖的影響

4、水壓對相圖的影響

③水壓變化對相圖的影響--斜長石反環(huán)帶結(jié)構(gòu)和韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)的成因

水壓變化時斜長石環(huán)帶的形成

③水壓變化對相圖的影響--斜長石反環(huán)帶結(jié)構(gòu)和韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)的成因

(3)熔融過程①平衡熔融過程：平衡部分熔融的狀況是平衡結(jié)晶過程的反過程

升溫最初的熔體成分是g(在An20and1340oC)繼續(xù)升溫：熔體和斜長石的成分連續(xù)變

化最終熔融的斜長石的成分是c(An87)at1475oC,而熔體成分是b

②分開熔融：可熔出不同成分的斜長石液相RemovefirstmeltasformsMeltXbulk=0.60firstliquid=g

2).具有共結(jié)點的二元