巖石物理化學課件

巖石物理化學XYF＝C－P＋n巖石物理化學PETROLOGICALPHYSICALCHEMISTRY（課程教學大綱）開課學期：0.5課內(nèi)外總學時：36課內(nèi)學時：36周學時：4～6學分：2開課方式：課堂講授考核方式：閉卷或開卷聽課對象：地質(zhì)專業(yè)

(基地班)教學要求

本課程要求學生在熟悉相律、相圖、相平衡及熱力學三大定律的基礎上，重點掌握巖石學相平衡實驗的基本原理和方法，相圖的判讀和精細解析，了解高溫高壓熔融實驗與巖漿作用深部過程及上地幔物質(zhì)組成的P、T、C約束；地質(zhì)溫度計壓力計的設計原理、適用范圍及運用技能。并最終將巖石物理化學的原理和方法與巖石學研究成果緊密結合去獲取有關巖石成因的重要信息。課程主要內(nèi)容●一、前言

巖石相平衡與巖石成因研究歷史與發(fā)展趨勢●二、巖石學現(xiàn)象的物理化學表示

1、體系和環(huán)境的劃分

2、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

3、礦物、巖石成分的化學計量法

4、巖石形成及演化過程中化學反應的類型

5、再造巖石形成及演化過程中化學反應的方法

6、巖石中礦物的平衡與穩(wěn)定●三、相律與相圖

1、相律的基本概念

2、相圖的制作方法●四、一元系相圖及其巖石學意義

SiO2系統(tǒng)●五、二元系相圖及其巖石學意義

1、Ab-An系統(tǒng)

2、Or-Ab系統(tǒng)

3、Di-An系統(tǒng)

4、Di-Ab系統(tǒng)

5、Lc-SiO2系統(tǒng)

6、Ne-SiO2系統(tǒng)

7、Fo-Fa系統(tǒng)

8、Fo-Q系統(tǒng)

9、Fa-Q系統(tǒng)●六、三元系相圖類型及典型相圖的解析

1、濃度三角形概述

2、具低共熔點的相圖

3、具一致熔融二元化合物的相圖

4、具一致熔融三元化合物的相圖

5、具分解熔融二元化合物的相圖

6、具分解熔融三元化合物的相圖

7、具多形轉(zhuǎn)變的相圖

8、典型三元相系的解析

a.Di-Ab-An系統(tǒng)

b.An-Ab-Or系統(tǒng)

c.Ab-Or-Q-H2O系統(tǒng)●七、高溫高壓實驗與巖漿起源概述

1、高溫高壓熔融實驗

2、大陸殼、上地幔及楔形地幔區(qū)中巖漿的形成●八、地質(zhì)溫度計壓力計概述

1、地質(zhì)溫度計壓力計的基本原理

2、地質(zhì)溫度計壓力計的主要類型及運用技能課程內(nèi)容的重點、難點、深度和廣度

當代科學技術的發(fā)展，綜合化和一體化日趨強烈。多學科、跨學科的研究方式正處于特別重要的地位。這一趨勢導致了許多新興的交叉科學相繼出現(xiàn)。巖石物理化學作為巖石學，尤其是結晶巖巖理學研究的重要理論基礎，已獲得重大進展。在解決巖漿來源、源區(qū)物質(zhì)組成與熱狀態(tài)、巖漿演化機理、巖石成因類型、結晶過程等問題上的作用日趨重要。自70年代后期，巖石物理化學就已逐漸成為各大專院校巖石學等專業(yè)碩士研究生學位課程之一，并成為巖石學等專業(yè)攻讀博士學位研究生入學考試的重要專業(yè)課程之一，其重要性可見一斑。鑒于我系基地班學生已學習過物理化學基礎課程，因此，本課程的重點在于強調(diào)理論與實踐的結合，通過對相律和相圖的精細解析等難點問題的深入理解和掌握，使學生最終對結晶巖巖理學、巖漿起源與演化、源區(qū)物質(zhì)組成與巖石成因的理解達到一定的深度和廣度。

同時，在本課程的教學過程中還將加強對學生科研素質(zhì)的培養(yǎng)，有意識地引導學生開拓思路，提高他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。對課程內(nèi)容重點要求學生掌握其總體脈絡，有一個清晰的思路，并能將所學內(nèi)容有機地聯(lián)系和運用到相關學科中去，解決實際問題，并由此開發(fā)學生的思維和創(chuàng)新能力。在相圖分析、運用、巖石學意義歸納的過程中，適當結合自己十余年來的科研特色，加入一些課本上沒有的新鮮知識及近年來學科進展等內(nèi)容。地質(zhì)溫度計壓力計作為適用性很強的技術和方法，重點強調(diào)方法原理及運用技能，并以我們對青藏、中國東部中新生代火山巖研究內(nèi)容為實例，使學生能夠準確地把握溫壓計的使用前提，正確地區(qū)分巖漿源區(qū)溫度壓力、礦物對共結溫度壓力以及成巖溫度壓力等不同含義的溫壓值，并以此有效地約束巖漿的形成和演化過程。而這些適用性很強的方法和技能大多是科研工作中探索和總結的結晶，教材中一般較少涉及。

總之，本課程將以基礎理論的深入理解、技術方法的合理運用，理論聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的實際能力，教給學生學習方法，最終起到使學生終身受益的作用。課程教材及主要參考書1、鄧晉福.1987.巖石相平衡與巖石成因.武漢：武漢地質(zhì)學院出版社2、周Xun若、王方正.1983.巖石物理化學基礎.武漢：武漢地質(zhì)學院出版社3、李佩蘭、余行禎.1989.地質(zhì)化學熱力學.長沙：中南工業(yè)大學出版社4、曾貽善.1987.實驗地球化學.北京：北京大學出版社5、EricMiddlemost.1997.Magmas,RocksandPlanetaryDevelement.England:LongmanPress.(Chapter5.Partialmeltingandmovementofmagma)6、HerzbergC,O'HaraMJ.1998.Phaseequilibriumconstraintsontheoriginofbasalts,picritesandkomatiites.EarthSciencesReviews,44:39-797、Patino

DouceAE,McCarthyTC.1998.Meltingofcrustalrocksduringcontinentalcollisionandsubduction.Netherlands:KluwerAcademicPublishers前言●

1、結晶巖巖理學研究意義●

2、結晶巖巖理學研究歷史●

3、實驗巖石學的建立與發(fā)展●

4、巖石成因與相平衡●

5、學科現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢第一章巖石學現(xiàn)象的物理化學表示

●

一、體系和環(huán)境的劃分

熱力學中把被研究的那部分物質(zhì)對象稱為熱力學的體系，體系以外與體系有關的物體稱為環(huán)境。

熱力學中把在過程中既沒有能量的帶出、帶入，也沒有物質(zhì)的帶出、帶入的體系稱為孤立體系。

把只有能量的帶出、帶入，而沒有物質(zhì)的帶出、帶入的體系稱為封閉體系。

把有物質(zhì)的帶出、帶入的體系稱為開放體系。

哥爾特施密特礦物相律適用于封閉體系，而柯爾任斯基礦物相律才適用于有交代作用的開放體系。

●

二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

狀態(tài)：作為熱力學體系的巖石形成和演化過程中，不同的階段，其性質(zhì)不同，這樣一些性質(zhì)的總和即稱之為狀態(tài)。

狀態(tài)函數(shù)：某一體系處于某種狀態(tài)，它所具有的那些狀態(tài)參數(shù)并不是孤立的，而是按照一定的函數(shù)關系互相聯(lián)系。其中一些參數(shù)變化，另一些參數(shù)會按一定的數(shù)學關系隨之而變化。后面的這類狀態(tài)參數(shù)即為前者的狀態(tài)函數(shù)。

例如，吉布斯自由能（G），與體系的溫度（T）、壓力（P）和組成（xi）有關，那么G即為T、P、

xi的函數(shù)：

G＝f(T、P、xi……………)●三、礦物、巖石成分的化學計量法

熱力學中成分的計量常用的是摩爾數(shù)和摩爾分數(shù)。

摩爾（mol）：凡含有6.024×1023個基本化學質(zhì)點的物質(zhì)為1mol。

摩爾百分數(shù)(mol%)：若體系中含有幾種組分，其中組分i的摩爾數(shù)與所有組分摩爾數(shù)之總和的比，稱為摩爾分數(shù)。這樣的分數(shù)值通常以百分數(shù)表達，則為摩爾百分數(shù)。●四、巖石形成及演化過程中化學反應的類型

1、固相－固相反應

（1）固相同質(zhì)多像轉(zhuǎn)變

α石英→β石英控制因素：T、P

（2）固溶體的離溶作用

如：高溫的透長石相，在低溫時離溶為兩相交生的條紋長石?？刂埔蛩兀篢以及PH2O

（3）礦物有序度的變化

控制因素：T（4）固相－固相反應

NaAlSi3O8=NaAlSi2O6+SiO2

鈉長石硬玉石英控制因素：T、P2、有流體相及氣相參加的反應

（1）脫水反應（水化反應）

Al2Si4O10(OH)2=Al2SiO5+3SiO2+H2O

葉臘石藍晶石石英（液）控制因素：T、PH2O（fH2O）

（2）碳酸鹽化和脫CO2反應

CaCO3+SiO2=CaSiO3（硅灰石）+CO2↑

控制因素：T、fCO2、fH2O（3）氧化還原反應

6Fe2O3=4Fe3O4+O2↑

赤鐵礦磁鐵礦（氣）控制因素：T及fO2、還有P

（4）有硅酸鹽熔融相參加的反應

(Mg,Fe)2SiO4+SiO2=(Mg,Fe)2Si2O6

橄欖石（液）斜方輝石控制因素：T、P以及SiO2、Al2O3等熔融相的活度3、有離子存在的化學反應

（1）離解作用

（2）離子交換反應

控制因素：T、P以及水溶液的pH－Eh值●五、再造巖石形成及演化過程中化學反應的方法

1、巖相學、礦物學方法

據(jù)巖石結構構造特點，結合礦物的性質(zhì)進行綜合分析，可再造巖石中礦物變化之化學反應。巖石具有的反應結構、次變邊、各種假像、交代結構特征等均可作為建立化學反應的依據(jù)。

2、巖石化學的方法

將巖石變化的不同階段的巖石的化學成分特點進行對比，是研究交代巖形成機理的常用方法。

3、幾何法

根據(jù)礦物組成圖和礦物共生圖上礦物點間的幾何關系，可求出礦物之間的相互反應關系。

4、代數(shù)法

對于復雜成分的礦物反應體系，可用矩陣運算確定化學反應式?！窳r石中礦物的平衡和穩(wěn)定

1、平衡與穩(wěn)定、準平衡與準穩(wěn)定

平衡是指體系的各部分在長時間內(nèi)不發(fā)生任何變化的那樣一種狀態(tài)。體系平衡態(tài)的特征是其狀態(tài)函數(shù)不隨時間而變化。由于地質(zhì)過程的復雜性，體系在向平衡態(tài)演化的過程中，由于某些原因，演化中止了，沒有達到最大穩(wěn)定態(tài)，但其特征也不再發(fā)生變化，這就稱為亞平衡狀態(tài)，即準穩(wěn)定態(tài)。

這種狀態(tài)在一定條件下，也不在發(fā)生變化。但如果外部條件發(fā)生變化時，其變化的可能較其最大穩(wěn)定態(tài)要大。

2、平衡態(tài)的熱力學標志

當一個體系達到平衡態(tài)時，描素體系的宏觀變量之間必須滿足一定的關系，這些關系稱為平衡條件，也是判斷體系是否處于平衡態(tài)的標志。（1）熱平衡標志：體系各部分的溫度相等。（2）力學標志：體系各部分具有均一的壓強。（3）相平衡標志：如果體系有若干個相，各相都是穩(wěn)定的，它們之間不再發(fā)生反應和相變。（4）化學動力學標志：若體系中存在著可逆的化學反應，那么由反應物到生成物的速度等于由生成物到反應物的反應速度。一個嚴格的熱力學平衡狀態(tài)，必須同時具備上述四個標志。

3、平衡的巖石學、礦物學標志

（1）同一種化學成分的巖石，其穩(wěn)定的礦物組合在時間上和空間上會重復出現(xiàn)，表明這些礦物之間有可能是達到了平衡狀態(tài)。（2）硅酸鹽類巖石中主要造巖礦物種類有限，且符合吉布斯相律，這些礦物才有可能處于平衡態(tài)。（3）只有同成因、同時代的礦物組合才有平衡可言。（4）平衡的礦物，空間上必須互相接觸，其形態(tài)要符合表面能最小原則。

（5）穩(wěn)定平衡礦物組合中，不允許出現(xiàn)實驗中的不共生相。（6）礦物之間具各種交代、反應、殘余等結構，表明它們之間在宏觀上是不平衡的，但并不排除局部的互相接觸的礦物之間的平衡。（7）一對處于平衡態(tài)的礦物相之間，常量元素、微量元素、同位素之間的分配具有定量的函數(shù)關系。（8）處于平衡態(tài)的礦物，它們的成分較為均一，光性及其他性質(zhì)變異較小。第二章相律與相圖一、基本概念

1、相：

指系統(tǒng)中能用物理手段單獨分離出來且各種性質(zhì)均一的那部分物質(zhì)。或者說：相是指系統(tǒng)中具有相同的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的均一部分。如冰、水、水蒸汽。

一個系統(tǒng)中所含相的數(shù)目，叫相數(shù)，用符號P表示。

2、組分、獨立組分：

組分是指系統(tǒng)中每一個可以單獨分離出來并能獨立存在的物質(zhì)（包括元素、氧化物或化合物〕。組分的數(shù)目叫組分數(shù)。而獨立組分是指能足以表示構成平衡系統(tǒng)中各相所需要的最少組分。

如：CaCO3(固)=CaO(固)+CO2(氣)

在該系統(tǒng)中，只要已知其中任何兩個組分，則可根據(jù)反應式確定第三組分。因此，一般來講，獨立組分數(shù)等于組分數(shù)減去化學反應式的數(shù)目。

3、自由度（F）：

在相平衡系統(tǒng)中，可以獨立改變的變量（如T、P、組分濃度等）稱為自由度。這種變量的數(shù)目，叫做自由度數(shù)，用F表示。

4、相律：

吉布斯（W.Gibbs)于1876年根據(jù)熱力學第一定律和第二定律，推導出多相平衡系統(tǒng)的普遍規(guī)律—相律，其數(shù)學表達式為：

F＝C－P＋n

n為能夠影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的外界因素，如壓力、溫度、電場、磁場、重力場等等。一般情況下只考慮壓力和溫度。因此，

F＝C－P＋2

如果壓力為固定值，則：

F＝C－P＋1

由上式可知：當相數(shù)P一定時，自由度數(shù)隨獨立組分數(shù)的增加而增加；當獨立組分數(shù)一定時，則自由度數(shù)隨著相數(shù)的增加而減少。二、相圖的制作方法

相圖是以吉布斯相律為基礎，以熱力學系統(tǒng)的獨立變數(shù)為坐標，把實驗結果綜合整理編制面成的空間幾何圖形，用以研究體系在平衡時各種共生相的特點，以及相轉(zhuǎn)變的情況。

1、淬冷法：

將選定的、不同組成的試樣，在一系列預定的溫度下加熱恒溫，保證它們在預定的溫度下達到平衡狀態(tài)為準，然后將試樣迅速落入浴中淬冷。把高溫下的平衡狀態(tài)保存下來。通過偏光顯微鏡或X射線的物相分析，確定相的性質(zhì)和數(shù)目；并在溫度與組分濃度的坐標上，標出它們所對應的位置。

2、熱分析法：

熱分析法的原理是基于物質(zhì)發(fā)生相變時，伴有熱效應，借助這種熱效應來確定相變的溫度和相變的進程。

（1）冷卻（或加熱〕曲線法：

冷卻曲線即溫度與時間的關系曲線。冷卻曲線法，主要是研究從高溫逐漸冷卻過程中相變的情況。

（2）差熱分析法

差熱分析法是利用兩對熱電偶作成差熱電偶。將樣品坐放入均勻升溫的電爐內(nèi)，當試樣不產(chǎn)生熱效應時，試樣和標準樣升高的溫度相同，當試樣發(fā)生相變而產(chǎn)生熱效應時，試樣和標準樣之間的溫度差破壞了熱電勢的平衡。體系的溫度則由毫伏計記錄。

3、計算法

除了通過實驗的方法制作相圖外，還可通過熱力學的計算方法推導，用以補充實驗資料之不足，或?qū)嶒灁?shù)據(jù)加以驗證，也可以用計算的結果作為實驗方案設計的一個依據(jù)。第三章巖漿礦物的結晶作用

自然界巖漿的結晶過程、巖漿巖中礦物共生規(guī)律、結構構造以及巖漿巖成因等一系列問題，除與地質(zhì)條件密切相關外，也服從一定的物理化學原理。

噴出巖和大多數(shù)侵入巖是在地表或離地表不遠的地表淺部形成的，所以在低壓下硅酸鹽系統(tǒng)相平衡的實驗研究對理解巖漿礦物結晶作用具有重大意義。第一節(jié)一元系相圖及其巖石學意義

一元系是指研究對象只有一種純物質(zhì)，即獨立組分數(shù)C＝1。在次只介紹石英的相圖。石英（SiO2）的相圖及其巖石學意義:

1、相圖特點

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，有時準穩(wěn)態(tài)見于低溫環(huán)境中，是低壓的指示礦物。

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（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，因為這種巖漿溫度高，在地下壓力較大的情況下，石英首先結晶，形成高溫β石英；而同種成分的侵入巖則溫度較低，且石英是最晚期結晶的產(chǎn)物，因此為α石英。

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（3）柯石英是高壓環(huán)境的指示礦物。第二節(jié)二元系相圖及其巖石學意義一、Ab－An系統(tǒng)

這是一個固態(tài)無限混溶相圖。固態(tài)溶液又稱固溶體，它的特點是，兩個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：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。

●（2）單變線：在SRQP及ZYXW曲線上，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可以獨立改變，而另一個只能隨之作相應的改變，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

2、結晶過程

●（1）平衡結晶過程

●（2）分離結晶作用：分離結晶作用的影響表現(xiàn)為：

a.延長結晶作用的過程；

b.殘余液相中更加富鈉（Ab）；

c.降低結晶作用的終結溫度。

3、熔融作用

在熔融過程的某一個溫度上，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。4、水壓對相圖的影響

5、巖石學意義

●（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組分熔漿的分離結晶作用。

●（2）環(huán)帶結構的形成

①水壓的影響：正環(huán)帶（不平衡結晶）；反環(huán)帶（水壓增大）；韻律環(huán)帶（水壓波動）。

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。二、Or－Ab系統(tǒng)

1、相圖特點●(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與熔漿反應再生成Or●(4)最低點M：M點是固相線與液相線的交點，它將相圖分為兩個部分，這兩個部分各自與Ab-An系統(tǒng)類似。在M點處是兩相平衡（液相＋Af堿性長石）。有的文獻中把最低點M作為結晶作用終結時的溫度和組成，或者被描述成起始熔漿的組成一定為最低點的組成，這是錯誤的。M點兩旁的兩個部分與Ab-An系統(tǒng)一樣，結晶作用進行時，固相與液相的組成均向著M點的方向變化，但液相組成不一定都終結于M點，通常情況下，在沒有達到M點時，結晶作用就終止了3、水壓的影響：隨PH2O加大●(1)Lc結晶區(qū)大大縮小，當PH2O>2.5Kb時，Lc結晶區(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點向Ab一端移動●(3)PH2O對不混熔線影響小，PH2O升高，曲線略有上升●(4)當PH2O>3.6Kb時，固相線與不混熔曲線相交切，系統(tǒng)由“具最低點的固熔體體系”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬吖步Y點的固熔體體系”,“最低點M”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮步Y點E”，共結點E為三相共存（液相＋Orss＋Abss），為不變平衡4、熔融作用●(1)PH2O<3.6Kb，為具最低點的固熔體體系，熔融過程與Ab－An體系相同●(2)PH2O>3.6Kb后，為具共結點的固熔體體系，其熔融過程不一樣，以上圖為例，凡是組成點位于MN之間的巖石，其起始熔融的溫度是一定的，即達TE時起熔，起始熔漿的組成也是固定的，即相當于共結點E的組成●(3)而成分點位于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兩種堿性長石共生三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當于簡化的基性巖漿（玄武質(zhì)巖漿體系）。

1、相圖特點：

●（1）分區(qū)：L；

Di+L;An+L;Di+An

●（2）共結點：三相共存，F(xiàn)＝2－3＋1＝0；為不變點，溫度與組成都不能變，直到結晶結束，熔漿耗盡。

●（3）共結比：58:42＝Di:An

2、結晶過程：

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

3、熔融過程：

4、水壓的影響：

水壓升高，液相線溫度降低，共結點向An方向移動。

5、巖石學意義：

●（1）假設PH2O＝1～2kb，相當于6～7km的中深成相，其共結比為Di:An≈50:50，玄武質(zhì)巖漿的成分大體與此類似，如X點。因此，侵入條件下：輝長結構；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，但結構不同。

●（2）中深成條件下，PH2O發(fā)生脈動式波動，則其共結比變化于40～60之間，對于An=50%的輝長巖來說，將造成一時Py大量晶出，一時An大量晶出，形成典型的韻律式層理。

●（3）在結晶過程中，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，導致結晶作用加速進行?！瘢?）即使是含暗色礦物大于90％的超鎂鐵質(zhì)巖，開始熔融時，首先熔融出的應是低共熔成分熔漿→玄武巖漿。只有熔融程度很高時，才能形成超鎂鐵質(zhì)熔漿。四、Di－Ab（透輝石－鈉長石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當于簡化的花崗巖（酸性巖漿）－流紋質(zhì)巖漿體系。

1、相圖特點：

●（1）分區(qū)：L；

Di+L;Ab+L;Di+Ab

●（2）共結點：三相共存，F(xiàn)＝2－3＋1＝0；為不變點，溫度與組成都不能變，直到結晶結束，熔漿耗盡。

●（3）共結比：4:96＝Di:Ab2、結晶過程：

●（1）X1點●（2）X2點●（1）X3點

3、熔融過程：4、巖石學意義：

●（1）E點的位置解釋了為什么酸性巖中暗色礦物量雖少，但常結晶較早，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，首先熔出的應是花崗巖漿，因為花崗巖漿基本符合共結比，所以花崗巖分布于大陸地殼上?！瘢?）細碧巖的非巖漿成因說：細碧巖由鈉長石＋綠泥石＋綠簾石等組成，常具間片結構，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首先結晶，細碧巖中Di、Ab各占一半，說明Ab不是直接從巖漿中結晶出來的。五、Lc－SiO2（白榴石－石英）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當于簡化的堿性巖漿體系，屬典型的二元近結系。

1、相圖特點：

●（1）分區(qū)：Lc+L；L;Cr+L;Tr+L;Lc+Or;Or+L;Or+Tr

●（2）共結點E：三相共存，F(xiàn)＝2－3＋1＝0；為不變點，溫度與組成都不能變，直到結晶結束，熔漿耗盡。

●（3）近結點R：也叫轉(zhuǎn)熔點或分解熔融點。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，而是在分解熔融點（近結點）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)2、結晶過程：

●（1）X1點、X2點、X3點、X4點、X5點、X6點、X7點

●（2）X1點的結晶作用→最終產(chǎn)物為Lc+Or

●（3）X2點的結晶作用→最終產(chǎn)物為Or

●（4）X3點的結晶作用→最終產(chǎn)物為Or+Q3、熔融過程：●（1）Lc～Or之間的成分點（包括Or點），應在R點起熔

●（2）Or～SiO2之間的成分點，應在E點起熔

4、巖石學意義：

如果發(fā)生分離結晶作用，則可產(chǎn)生幾個重要結果：

●（1）SiO2不飽合的巖漿可以產(chǎn)生SiO2輕度過飽合的巖漿。

●（2）分離結晶作用將使巖漿結晶作用終止的溫度降低。

●（3）帶Or反應邊的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。

●（4）在高于近結點溫度時，SiO2輕度過飽合的巖漿，突然快速結晶，則無反應邊的Lc可與SiO2輕度過飽合的基質(zhì)共生。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）的二元共結系。它可以看作由兩個二元系（Ne－Ab,Ab－Q）聯(lián)合而成，它們之間存在反應關系：

NaAlSi2O4+2SiO2NaAlSi3O8(Ne)(L)(Ab)1、相圖特點：

●（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）共結點E1，E2；近結點R

●（3）熱壩（熱堤），Mab為熱堤。2、結晶過程：

X點的結晶作用：隨溫度下降，達1點時，開始晶出三斜霞石（Cag），Cag不斷晶出，液相成分沿12變化。達2點時，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E1點時，Ne和Ab同時晶出，為三相不變平衡，直到液相耗盡，結晶結束。溫度進一步下降，Ne沿34變化。3、熔融過程：●（1）Ne～W之間的成分點（包括W點），應在R點起熔

●（2）W～Ab之間的成分點，應在E1點起熔

●（3）Ab～Tr之間的成分點，應在E2點起熔

4、巖石學意義：

●（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不飽合的標志之一。

●（2）SiO2不飽合的巖漿的結晶分離作用不能產(chǎn)生出SiO2飽合的巖漿。

●（3）由于E1靠近Ab，所以強堿性巖中Ne常呈斑晶或結晶早于Ab。

●（4）對于含Lc的鉀質(zhì)強堿性巖系列來說，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)強堿性巖系列來說，是不能包括有SiO2飽合的巖石的。七、Fo－Fa（鎂橄欖石－鐵橄欖石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一個連續(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。分離結晶作用將導致殘余巖漿富Fe。八、Fo－Q（鎂橄欖石－石英）系統(tǒng)

1、相圖特點：

●（1）這是二元近結系，與Lc－SiO2

系統(tǒng)相似。

●（2）En為不一致熔融產(chǎn)物，其反應式為：Fo+Q=2En

●（3）R為近結點，E為共結點。結晶作用過程可以參照Lc－SiO2系統(tǒng)進行分析。2、巖石學意義：

●（1）Fo與Q不能平衡共生，當巖石中見到Fo與Q共存時，F(xiàn)o周圍必有En反應邊。

●（2）Fo可以在SiO2輕微過飽和的巖漿中首先晶出；若快速結晶，F(xiàn)o斑晶可以與SiO2輕度過飽和的基質(zhì)共生。

●（3）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）在分離結晶的條件下，從一個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。九、Fa－Q（鐵橄欖石－石英）系統(tǒng)

這是一個二元共結系，它與Fo－Q系統(tǒng)完全不同，沒有相當于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。

第三節(jié)三元系相圖及其巖石學意義一、濃度三角形概述

●1、三元網(wǎng)

三元系表示濃度的方法，是以體系中三個獨立組分A、B、C為角頂，構成濃度三角形（以△表示），每個角頂代表該端元組分為100％?！骺梢允侨我獾模部梢允堑冗叺?、直角的。但為了計算和投圖方便，一般多用等邊△。

●2、等量關系

與△

邊線呈平行的線上，任一點所含對應頂點組分的量是相等的。

●3、等比關系

從△的一個角頂作直線，到對邊上任意一點，則在此直線上的各點，所代表的其它兩角頂?shù)暮勘壤且欢ǖ摹！?、析出關系

設△中任意一點M，當C相晶出后，根據(jù)等比關系，液相M的組成，將沿著CM聯(lián)線的延長線方向移動。

●5、杠桿規(guī)則

假若有兩個三元混合物（或相）的組成分別為M和N，若由M及N組成新的混合物（或相）P，則P中所含M及N的量比為M：N＝PN：PM。●6、重心位置

由M、N、Q三個三元混合物組成新的混合物P，P點的組成可以先用杠桿規(guī)則求出M與N混合物的組成點S，再由S與Q混合，求出P點的組成。即：M＋N＝S，Q＋S＝P，所以P＝M＋N＋Q。P點位于△MNQ的重心上，稱之為重心位置?！?、交叉位置

P點在△MNQ之外，且在QM及QN延長線所包圍的范圍之內(nèi)，求P點之組成的步驟為：M＋N＝t，Q+P=t，P=M+N－Q?！?、共軛位置

P點在△MNQ之外，且在QM及QN延長線所包圍的范圍之內(nèi)，求P點之組成的步驟為：M＋N＝K，K+P=M，P=M－（Q＋N）?！?、計算實例

假設濃度△ABC內(nèi)，有M、Q、N三個三元混合物（或相），在M、Q、N中所含A、B、C三端元的量可以從圖中讀出?，F(xiàn)由M、Q、N組成一個新的混合物P，已知P中所含A、B、C三端元的量，試求P中所含M、N、Q的組成？二、具低共熔點的相圖

●1、立體相圖的構成要素及底面投影

a.它是以濃度三角形為底，以垂直的縱坐標表示溫度而構成的三面棱柱體。

b.A’、B’、C’分別表示它們的熔點。

c.三個棱面分別代表具低共熔點的三個二元系。

d.E1、E2、E3分別代表它們的低共熔點。

e.有三個液相（曲）面，也叫固、液兩相平衡面。

f.有三條低共熔曲線，也就是三個液相面之間的交界線。在低共熔線上，液相與兩個固相處于平衡，三相共存，自由度等于1。

g.三條低共熔曲線交匯于E”點（也是三個液相面的交點），稱之為三元低共熔點。在這一點上四相平衡，自由度等于0?！?、底面投影

由于立體圖在使用上比較麻煩，因此經(jīng)常用底面等邊三角形投影圖表示：底面三角形的邊分別代表三個二元系（A－B，B－C，C－A系），e1、e2、e3分別代表它們的低共熔點?！?、結晶過程分析●4、實例

鎂橄欖石－白榴石－尖晶石三元系相圖；鈣長石－榍石－硅灰石三元系相圖。三、具一致熔融二元化合物的相圖

●1、相圖特點

a.A、B、C代表三個端元組成，A－C與B－C之間為二元低共熔系。

b.在A－B之間形成一個一致熔融化合物S，也叫穩(wěn)定化合物。

c.由二元展開圖看到，S化合物分別與A和B形成二元低共熔系，低共熔點分別為e1”、e2”表示，在A－B邊上由e1、e2表示。

d.一致熔融化合物有它自己的初晶區(qū)（S），其成分點S位于它的初晶區(qū)內(nèi)。

e.在相圖中共有四個初晶區(qū)（A）、（B）、（C）、（S），五條相區(qū)界線E1E2、E1e1、E1e4、E2e2、E2e3，兩個無變量點E1、E2。

f.連接成分點S與C作一條輔助線C－S，與E1E2相區(qū)界線交于m點，m點就是C－S二元系的低共熔點。因此，m點既是C－S連線上的溫度最低點，又是E1E2界線上的溫度最高點，常稱之為鞍形點。

g.△SAC與△SBC稱作副三角形?！?、結晶過程

a.一般的原始熔漿成分點不再分析。

b.M點，即位于C－S連線上。降溫至液相面時，開始晶出固相C，液相組成在C的晶出過程中，由M向m移動，到達m點時，固相S開始晶出，與固相C形成共結，直到熔漿耗盡為止。

c.M’點，固相S先晶出，也是在m點結束結晶。

d.A－S－C和B－S－C為兩個（假）三元系，各有一個三元低共熔點E1和E2。

e.熔漿成分位于△ASC內(nèi)者，最后晶出的固相為A、S、C，并在E1點結束結晶。熔漿成分位于△BSC內(nèi)者，最后晶出的固相為B、S、C，并在E2點結束結晶。四、具一致熔融三元化合物的相圖

●1、相圖特點

a.A－B－C三元系中有一個一致熔融的三元化合物S。

b.S組成點位于它的初晶區(qū)（S）內(nèi)。

c.S點是一致熔融三元化合物液相面的最高點。

d.S點分別與A、B、C三端點相連，則構成三個副△，每個副△內(nèi)都有對應的無變量點E1、E2、E3（三元低共熔點）。

e.A－S、B－S、C－S又各自構成（假）二元系，m1、m2、m3分別是它們的鞍形點。

●2、結晶過程分析五、具分解熔融二元化合物的相圖

●1、相圖特點

a.有一個分解熔融二元化合物S，它的成分點位于自己的初晶區(qū)（S）以外。

b.整個相圖分為四個初晶區(qū)（A）、（B）、（C）和（S）。

c.有五條相區(qū)界線EP、Ee1、Pp、Pe2、Ee3，兩個無變量點E、P。

d.有一條輔助線C－S，它不與相對應的相區(qū)界線EP相交，而是與Pe2相交。C－S線把△ABC劃分為兩個副△－△ASC和△BSC。

e.（S）與（B）的相區(qū)界線Pp不是低共熔線，而是一條轉(zhuǎn)熔線，用雙箭頭表示。

●2、判別相區(qū)界線性質(zhì)的切線法

a.在界線上任意一點作切線，當切線與相區(qū)界線相對應的兩個固相成分點連線相交時，則在該切點進行的是低共熔過程，或叫共結過程。

b.在界線上任意一點作切線，當切線與相區(qū)界線相對應的兩個固相成分點連線的延長線相交時，則在該切點進行的是轉(zhuǎn)熔過程，說明B相晶出時，先晶出的A相將熔融?！?、結晶過程分析

1點：首先晶出B，液相沿1a變化，達a點時，晶出B、C兩相，固相總組成從B→b演化，液相從a→P演化，至P點，為B、S、C、L四相共存，為不變點，將發(fā)生轉(zhuǎn)熔：

B＋L＝S＋C

至液相消失，產(chǎn)物為B、S、C。

2點：2點位于△ASC內(nèi)的（B）區(qū)，且在P－S連線以上。P點：B＋L＝S＋C，結果是B相消失，固相成分由B→n→d，余下S、C、L。然后液相沿PE移動，C＋S同時晶出，當剛到達E點時，固相總組成由d→h，h點是E2連線與CS線的交點。在E點，A、S、C同時晶出，F(xiàn)＝0，至結晶結束。固相總組成從h→2，最后為C、A、S三固相。3點：3點位于△ASC內(nèi)，且在P－S連線之下。從3→e為B晶出，到達e點時：L＋B＝S，F(xiàn)＝1，液相沿Pp移動，固相組成由B→S向S點移動，至f點，B消失，只余S相和L，F(xiàn)＝3－2＋1＝2，這時液相狀態(tài)點將離開Pp界線，穿過相區(qū)（S），沿s3f的延長線向EP界線上的g點移動，從f→g，只晶出S。到達g點時，S＋C同時晶出，F(xiàn)＝3－3＋1＝1，液相沿PE線向E點移動，固相組成沿cs連線移動，液相剛到達E點時，固相成分為q，隨著C、S、A晶出，固相總組成從g→3點移動，至3點，結晶作用結束。固相B→s→q→3；液相3→e→f→g→E4點：4點位于（S）區(qū)內(nèi)首先晶出S→S＋A→S＋A＋C（E點）固相：S→W→4

液相：4→V→E六、具分解熔融三元化合物的相圖

一、具雙升點的相圖

雙升點：升溫時，液相沿兩個方向變化，即兩個箭頭向著該點?！裣鄨D特點

a.有一個分解熔融三元化合物S，它的成分點位于△ABC之內(nèi)，且S點在其初晶區(qū)（S）以外。

b.S點與A、B、C相連，得到三個副△

c.E1為對應于△BSC的三元低共熔點，E2為對應于△ASC的三元低共熔點，而P點則為對應于△ABS的三元轉(zhuǎn)熔點。

d.P為一個雙升點。

e.在P點進行的是單轉(zhuǎn)熔過程：L＋A＝B＋S，即只有A相被轉(zhuǎn)熔，P點也稱為單轉(zhuǎn)熔點。

f.PE2線可分為兩段，PF為轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，PE2為低共熔性質(zhì)。二、具雙降點的相圖

雙降點：降溫時，液相沿兩個方向演化，即有兩個箭頭遠離該點。

●相圖特點

a.R點為對應于△ABS的三元轉(zhuǎn)熔點，并且RE1和RE2界線上的溫度都是從R點下降的，只有e3R界線上的溫度是從R點上升的。

因此，R點是一個雙降點。

b.在R點進行的是：L＋A＋B＝S即A與B相同時被轉(zhuǎn)熔而生成S相。

c.R點也稱為雙轉(zhuǎn)熔點。

七、具多形轉(zhuǎn)變的相圖

在簡單的三元系中，當某固相的多形轉(zhuǎn)變溫度高于三元低共熔點時，可以有以下幾種不同表達方法：

（一）、tn>e1，tn>e3

●相圖特點

f1f2為相轉(zhuǎn)變曲線（等溫水平面）（二）、tn<e1，tn>e3

●相圖特點

多形轉(zhuǎn)變線hH與e1E界線相交于H點，H點是三元系內(nèi)的多形轉(zhuǎn)變點。在此點為四相（Aα、Aβ、C、L）平衡，F(xiàn)＝0。當Aα轉(zhuǎn)變?yōu)?、Aβ以后，F(xiàn)＝1，溫度繼續(xù)下降，它不是結晶結束點。（三）、tn<e1，tn<e3

●相圖特點

由于tn同時低于e1和e3，因此，Aα與Aβ的轉(zhuǎn)變線沒有與三角形任何一邊相交。m、n為三元系內(nèi)多形轉(zhuǎn)變點，F(xiàn)＝0，但不是結晶結束點，E為結晶結束點。八、典型三元相系的解析

（一）Di－Ab－An系統(tǒng)

●1、相圖特點

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線?！?、結晶過程

a.原始熔漿成分點P（位于透輝石初晶區(qū)）

當溫度下降到Di初晶面上時，Di

首先晶出。連接Di

與P點，并延長之，與e1e2相交于P1點，隨著溫度的下降，不斷晶出Di

，而熔漿成分則沿PP1線向P1點變化，當?shù)竭_P1點時，Pl開始晶出，此時晶出的斜長石組成相當于Ab－An二元系展開圖上的P1點。溫度繼續(xù)下降，液相組成沿同結線e2e1向e1方向變化，Di與Pl同時晶出，當?shù)竭_P2點時，液相中所含Ab與An的量比相當于P2”點，而晶出的斜長石固溶體的組成則相當于P2’點。溫度繼續(xù)下降，液相組成變化到P3（所含的Ab與An的量相當于P3“），晶出的斜長石組成相當于P3‘點,即與原始熔漿成分中所含Ab與An的量相一致。此時，P點位于相三角形△P3P3’Di的P3’Di邊上，說明液相至此已全部耗盡，結晶結束。

b.原始熔漿成分點N（位于斜長石初晶區(qū)）

當溫度下降到Pl初晶面上時，Pl首先晶出。溫度繼續(xù)下降，斜長石不斷晶出，當液相中所含Ab與An之組成為N1”點時，晶出的斜長石成分變化到N1’，連接N1‘’與N點并延長之，與DiN1”連線相交于N1點，N1點就是此時的液相組成點。隨著斜長石的不斷晶出，液相中所含Ab與An之組成變化到N2”點時，晶出的斜長石成分變化到N2’點，連接N2‘’與N點并延長之，與DiN2”連線相交于同結線上的N2點，N2點就是此時的液相組成點。從N2點開始，沿同結線Di與Pl同時晶出，當液相組成到達N3點時，則熔漿耗盡，結晶結束。

3、巖石學意義：

●（1）該體系可看著簡化的輝長巖類－閃長巖類巖石系列。

SiO2=50的線大致相當于輝長巖類，55線相當于閃長巖類，60線相當于石英閃長巖類，65線相當于花崗閃長巖類。若Di代表暗色礦物，Pl代表淺色礦物，按一般規(guī)律，上述巖石的色率分別為：基性巖40－70％，中性巖30－40％，酸性巖10％。因此，上述巖石的成分點大體集中在e1e2同結線附近，具近低共熔熔漿的特征。從而解釋了自然界中基性巖→中性巖→酸性巖的共生規(guī)律，及巖漿演化規(guī)律。

●（2）據(jù)圖可推測：相當于橄欖巖的上地幔部分熔融，可產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿；相當于輝長巖的下地殼部分熔融，可產(chǎn)生出安山質(zhì)巖漿；相當于閃長巖的地殼部分熔融，可產(chǎn)生花崗巖質(zhì)巖漿。

●（3）從酸性巖中是不能產(chǎn)生基性巖漿的。一般來說，玄武巖漿不能導源于地殼；上地幔巖石的部分熔融不能產(chǎn)生中酸性成分的巖漿。（二）An－Ab－Or系統(tǒng)

●1、相圖特點

a.該系統(tǒng)由資料綜合得出，由于Or為不一致熔融產(chǎn)物，因而從嚴格意義上講，該系統(tǒng)不是三元系，而是An－Ab－Lc－Q系統(tǒng)中一個切面。

b.DFKL為兩種長石同時結晶時，液相組成的變化曲線，稱同結線。DFKL同結線上為三相平衡，而Ab－Or邊上的最低點M為二相平衡，所以DFKL不能到達M點；另一方面Af中可含少量An，當堿性長石Af中An組分未達飽和時，只結晶出一種Af，所以DFKL不到達Ab－Or邊，而是在KL結束。

c.LKSP為與液相平衡的同時結晶的兩種長石的組成曲線，亦叫固相曲線?！?、結晶過程

a.Y點的結晶作用

首先晶出Pl，其成分比C’更富An，隨著溫度的下降和Pl的晶出，液相成分到達固相線DFKL，這時Pl與Af同時結晶，它們的成分分別為C’、C，相

三角形為△C′ＣCL，液相組成位于CCL線上，說明Af量為無窮小。隨著溫度下降，結晶作用繼續(xù)進行，Pl成分沿C′B′變化；堿性長石Af成分沿CB變化；液相成分則沿GF變化；到達△BB′BL時，總成分點位于BB′線上，液相耗盡，結晶結束。

b.X點的結晶作用

首先晶出Pl，其成分較富鈣。隨著溫度的下降，液相成分到達同結線上，這時，Pl和Af同時晶出；隨結晶作用的進行，Pl數(shù)量不斷減少，其成分沿LG變化，Af沿CCL變化；液相組成沿同結線向低溫方向變化。當液相成分到達A′點時總成分點位于液相和堿性長石的連線上，說明斜長石已耗盡，這時變?yōu)長＋Af兩相平衡，Af將離開LGP線，向X點移動，液相將離開DKL線向M點移動，當Af到達X點時，液相耗盡，結晶作用結束。所以，KSKL范圍內(nèi)的組成點結晶作用特點是，首先晶出斜長石，然后晶出堿性長石，隨斜長石與液相的不斷反應最后消失，結晶作用終止于單一堿性長石相。GL●3、水壓的影響

隨著水壓的升高：

（1）結晶溫度降低。（2）二長石區(qū)大大擴大。（3）同結線向Ab－Or邊移動?！?、熔融作用

與結晶作用相反，可以期待，富An的中基性巖漿巖或片麻巖在部分熔融時，會產(chǎn)生富堿貧鈣的低熔巖漿。

●

3、巖石學意義：

（1）在Pl首晶區(qū)內(nèi)的成分點結晶作用均與Y點類似。首先晶出富含An組成的斜長石，巖漿組成逐漸富堿，向同結線移動，到達同結線后，晶出兩種長石，兩種長石均向富鈉的方向發(fā)展，此時巖漿沿同結線向富鈉方向演化。所以，一個富An的中性或基性巖漿發(fā)生分離結晶作用的結果是使巖漿往富堿方向演化。

（2）粗面巖、響巖、流紋巖中的Pl可能是在相當于X點結晶這種條件下，最后讓位給Af的；若發(fā)生分離結晶作用則粗面巖、響巖、流紋巖中形成單一Af的可能性將大大增加。（三）Ab－Or－Q－H2O

系統(tǒng)

●1、相圖特點

E1、E2分別為Q－Ab和Q－Or共結系的共結點；

E1-E2為該三元系的同結線。

M點為同結線上的最低點。

MM’為一熱谷。

●2、結晶過程

（1）石英首晶區(qū)的結晶作用

P點的結晶作用：隨溫度的下降，首先晶出石英。液相組成隨石英的不斷晶出，沿QP連線的延長線變化，到達同結線上的P′點時，Q、Af同時晶出，晶出的Af組成點為S′（由作圖法確定），這時相△QS′P′，說明S′為無窮?。浑S溫度進一步下降，Q＋Af不斷晶出，液相組成沿P′P′′變化，Af組成沿S′S′′變化；至相

△QS′′P′′時，總成分點位于QS′′線上，說明液相耗盡，結晶作用結束。（2）Af首晶區(qū)的結晶作用

V點的結晶作用：隨溫度的下降，首先晶出Af，其成分為V′（由作圖法確定）；溫度繼續(xù)下降，Af成分不斷改變，沿V′T′變化；液相成分沿曲線VT變化，到達T點時，Af＋Q同時晶出，隨Q＋Af的不斷晶出，Af繼續(xù)沿V′T′W′變化，液相成分沿TW向M點演化，達相△QWW′時，總成分點位于QW′上。說明液相耗盡，結晶作用結束。

注意：結晶作用結束時，最后一滴液相的成分常常不是M點的組成，它與原始總成分有關。只有當分離結晶作用發(fā)生時，液相組成才常常到達M點。●

3、熔融作用

從結晶作用的分析可以看出，起始熔融的熔漿組成常常不一定是M點。在PH2O固定的情況下，巖石部分熔融所產(chǎn)生的起始熔融的組成和起熔溫度均取決于原始總組成，將是E1E2共結線上的某一點。●

4、分離結晶作用與環(huán)帶構造

根據(jù)實驗結果，可將QAbOr相圖分為三個區(qū)：（1）AbmcQE1區(qū)內(nèi)，Af堿性長石由核心向外，由富Ab逐漸富Or，稱為反環(huán)帶。（2）OrMQE2區(qū)內(nèi)，Af堿性長石由核心向外，由富Or逐漸富Ab，稱為正環(huán)帶。（3）OrMcm區(qū)內(nèi)，Af堿性長石由核心向外，由富Or逐漸富Ab，然后又由富Ab逐漸富Or，稱為正反環(huán)帶。（4）在OrMcm區(qū)內(nèi)，以F點為例，溫度下降時，首先晶出Af，其組成為F′，溫度進一步下降，液相組成沿分離結晶路線FG向G點演化，而Af也不斷由F′向G′點變化（即由核心向外逐漸富Ab），當液相組成到達G點時，晶出的Af成分為G′；這時Af與石英同時結晶，液相成分由G點向M點演化，而這時晶出的Af則由G點向N點反方向演化（即由核心向外逐漸富Or），液相達M點時，Af成分達N點，直致結晶作用結束，從而形成Af的正反環(huán)帶構造?！?/p>

5、水壓對相圖的影響

（1）隨著水壓的增加，同結線往Ab－Or邊移動，最低點M向Ab頂端移動。當PH2O>3.6Kbar時，由于Ab－Or系統(tǒng)的固相線與液相線交切，使得Q－Ab－Or相圖中代替一條同結線出現(xiàn)了三條共結線（同結線：固相成分可以改變；共結線：固相成分不變）。如圖：圖中M、N為與E′點共存的AbSS與OrSS兩種堿性長石；而A、B為與E點液相共存的兩種堿性長石固溶體。QAbOrEABMNE’（2）結晶作用

a.QAbA范圍內(nèi)的成分點，結晶作用終止時液相組成不會到達E點，最終產(chǎn)物為Abss+Q

b.QOrB范圍內(nèi)的成分點，結晶作用終止時液相組成不會到達E點，最終產(chǎn)物為Orss+Q

c.位于QAB范圍內(nèi)的所有圖點，結晶作用均在E點結束。最終產(chǎn)物為Q+A+B。反過來說，凡是固相總組成位于△QAB內(nèi)的所有巖石，當P>3.6Kbar時，起始熔融均在E點開始。

d.E′E同結線上的結晶作用有一定特殊性。該線上Abss與Orss同時晶出，其組成隨著液相從E′→E的演化，而分別由M→A和N→B演化?！?/p>

6、地質(zhì)意義

（1）花崗巖的成因問題。（2）流紋巖成因及其結構特征的理論解釋。（3）斜長環(huán)斑花崗巖的成因分析。第四章高溫高壓實驗與巖漿起源概述

近三十年來，高溫高壓實驗巖石學飛速發(fā)展，大大促進了巖漿起源這一重大課題的研究。它主要包括三個方面的研究：