第十一章巖漿礦物的結(jié)晶作用

第十一章巖漿礦物的結(jié)晶作用第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第十一章巖漿礦物的結(jié)晶作用

自然界巖漿的結(jié)晶過程、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:第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三

1、相圖特點(diǎn)

L為熔體；Cr為方石英；Tr為磷石英；α-Q為α石英；β-Q為β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)，僅見于火山巖中，有時(shí)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)見于低溫環(huán)境中，是低壓的指示礦物。

●（2）α石英和β石英：酸性火山巖和超淺成巖中常見β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β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α石英。

●（3）柯石英是高壓環(huán)境的指示礦物。第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)二元系相圖及其巖石學(xué)意義一、Ab－An系統(tǒng)

這是一個(gè)固態(tài)無限混溶相圖。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?！瘢?）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）杠桿原理第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、結(jié)晶過程

●（1）平衡結(jié)晶過程

●（2）分離結(jié)晶作用：分離結(jié)晶作用的影響表現(xiàn)為：

a.延長結(jié)晶作用的過程；

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。第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三4、水壓對相圖的影響第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三5、巖石學(xué)意義

●（1）富鈉組分的熔漿可以通過兩種方式形成，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①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)）。第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三

②巖漿的冷卻速度和過冷度也是形成環(huán)帶的重要因素。a.非常緩慢冷卻－無環(huán)帶；b.較快速冷卻－正環(huán)帶；c.快速冷卻，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－形成反環(huán)帶；d.極快速冷卻－無環(huán)帶。第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三

二、Or－Ab系統(tǒng)

1、相圖特點(diǎn)

●(1)Af堿性長石區(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，在沒有達(dá)到M點(diǎn)時(shí)，結(jié)晶作用就終止了第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、結(jié)晶過程第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三3、水壓的影響：隨PH2O加大●(1)Lc結(jié)晶區(qū)大大縮小，當(dāng)PH2O>2.5Kb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對不混熔線影響小，PH2O升高，曲線略有上升●(4)當(dāng)PH2O>3.6Kb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)椤熬吖步Y(jié)點(diǎn)的固熔體體系”,“最低點(diǎn)M”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮步Y(jié)點(diǎn)E”，共結(jié)點(diǎn)E為三相共存（液相＋Orss＋Abss），為不變平衡第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三4、熔融作用●(1)PH2O<3.6Kb，為具最低點(diǎn)的固熔體體系，熔融過程與Ab－An體系相同●(2)PH2O>3.6Kb后，為具共結(jié)點(diǎn)的固熔體體系，其熔融過程不一樣，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N’Or之間的堿性長石集合體，其熔融過程與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石溫度高，常常只有一種堿性長石存在；而在深成條件下堿性長石形成的溫度低，常常有富Or與富Ab兩種堿性長石共生第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當(dāng)于簡化的基性巖漿（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:An第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、結(jié)晶過程：

●（1）X1點(diǎn)→輝長結(jié)構(gòu)●（2）X2點(diǎn)→煌斑結(jié)構(gòu)●（1）X3點(diǎn)→輝綠結(jié)構(gòu)－間粒結(jié)構(gòu)－間粒間隱結(jié)構(gòu)－間隱結(jié)構(gòu)

3、熔融過程：

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)。第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三5、巖石學(xué)意義：

●（1）假設(shè)PH2O＝1～2kb，相當(dāng)于6～7km的中深成相，其共結(jié)比為Di:An≈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?！瘢?）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40～60之間，對于An=50%的輝長巖來說，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?！瘢?）在結(jié)晶過程中，如果PH2O增加，則液相線下降→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，開始熔融時(shí)，首先熔融出的應(yīng)是低共熔成分熔漿→玄武巖漿。只有熔融程度很高時(shí)，才能形成超鎂鐵質(zhì)熔漿。第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三四、Di－Ab（透輝石－鈉長石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當(dāng)于簡化的花崗巖（酸性巖漿）－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:Ab第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、結(jié)晶過程：

●（1）X1點(diǎn)●（2）X2點(diǎn)●（1）X3點(diǎn)

3、熔融過程：第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三4、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?！瘢?）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?！瘢?）細(xì)碧巖的非巖漿成因說：細(xì)碧巖由鈉長石＋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。說明Ab首先結(jié)晶，細(xì)碧巖中Di、Ab各占一半，說明Ab不是直接從巖漿中結(jié)晶出來的。第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三五、Lc－SiO2（白榴石－石英）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當(dāng)于簡化的堿性巖漿體系，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)＝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）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，而且分解出來的液相和固相組成不一致。

KAlSi2O6(Lc)+SiO2KAlSi3O8(Or)第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、結(jié)晶過程：

●（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→最終產(chǎn)物為Lc+Or

●（3）X2點(diǎn)的結(jié)晶作用→最終產(chǎn)物為Or

●（4）X3點(diǎn)的結(jié)晶作用→最終產(chǎn)物為Or+Q

3、熔融過程：●（1）Lc～Or之間的成分點(diǎn)（包括Or點(diǎn)），應(yīng)在R點(diǎn)起熔

●（2）Or～SiO2之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E點(diǎn)起熔第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三4、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輕度過飽合的巖漿?！瘢?）分離結(jié)晶作用將使巖漿結(jié)晶作用終止的溫度降低?！瘢?）帶Or反應(yīng)邊的Lc斑晶可與SiO2輕度過飽合的基質(zhì)或含石英的基質(zhì)共生?！瘢?）在高于近結(jié)點(diǎn)溫度時(shí)，SiO2輕度過飽合的巖漿，突然快速結(jié)晶，則無反應(yīng)邊的Lc可與SiO2輕度過飽合的基質(zhì)共生。第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三六、Ne－SiO2（霞石－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－Ab,Ab－Q）聯(lián)合而成，它們之間存在反應(yīng)關(guān)系：

NaAlSi2O4+2SiO2NaAlSi3O8(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。第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、結(jié)晶過程：

X點(diǎn)的結(jié)晶作用：隨溫度下降，達(dá)1點(diǎn)時(shí)，開始晶出三斜霞石（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2”3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)晶結(jié)束。溫度進(jìn)一步下降，Ne沿34變化。3、熔融過程：●（1）Ne～W之間的成分點(diǎn)（包括W點(diǎn)），應(yīng)在R點(diǎn)起熔

●（2）W～Ab之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E1點(diǎn)起熔●（3）Ab～Tr之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E2點(diǎn)起熔第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三4、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?！瘢?）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?！瘢?）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?！瘢?）對于含Lc的鉀質(zhì)強(qiáng)堿性巖系列來說，其成員中可以包括SiO2輕度過飽合的巖石；而對于有Ne的鈉質(zhì)強(qiáng)堿性巖系列來說，是不能包括有SiO2飽合的巖石的。第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三七、Fo－Fa（鎂橄欖石－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。第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三八、Fo－Q（鎂橄欖石－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)晶作用過程可以參照Lc－SiO2系統(tǒng)進(jìn)行分析。第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2、巖石學(xué)意義：

●（1）Fo與Q不能平衡共生，當(dāng)巖石中見到Fo與Q共存時(shí)，F(xiàn)o周圍必有En反應(yīng)邊?！瘢?）Fo可以在SiO2輕微過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輕度過飽和的基質(zhì)共生?！瘢?）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飽和或輕微過飽和的巖漿來。第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三九、Fa－Q（鐵橄欖石－石英）系統(tǒng)

這是一個(gè)二元共結(jié)系，它與Fo－Q系統(tǒng)完全不同，沒有相當(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Fa與Q的斑晶共生，富Fe的基性巖中也發(fā)現(xiàn)過Fa與Q的共生。

第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三八、典型三元相系的解析

（一）Di－Ab－An系統(tǒng)

●1、相圖特點(diǎn)

a.Di－Ab、Di－An為二元低共熔系，Ab－An為斜長石固溶體系。

b.相圖中包括透輝石（Di）與斜長石（Pl）兩個(gè)初晶面，它們的交線為低共熔線E1E2。

c.由于Pl為固溶體，在晶出過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。第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三●2、結(jié)晶過程

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開始晶出，此時(shí)晶出的斜長石組成相當(dāng)于Ab－An二元系展開圖上的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△P3P3’Di的P3’Di邊上，說明液相至此已全部耗盡，結(jié)晶結(jié)束。第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三