变质岩 第4讲-共生分析与变质相

变质岩

MetamorphicRock第三章共生分析和变质相授课内容共生原理和成分-共生图解概念ACF图，A’KF图，AFM图成分图解综述变质相1.共生分析的原理变质反应

矿物相率

从热力学角度看，一个天然结晶岩石就是一个复杂的非均匀系统。对绝大多数变质岩而言，其热峰条件下形成的矿物组合往往非常接近化学平衡，这使得岩石矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间的关系应服从吉布斯相律。

吉布斯相率1.共生分析的原理变质反应吉布斯相律：在平衡体系中相的数目p、自由度f和组分数c有如下关系：p+f=c+2式中：p为平衡共生相的数目，岩石系统的相数等于该系统共生组合中矿物数。

f为自由度数，即相平衡系统内能在一定范围内独立改变而不引起相的种类和数目发生改变的独立变量数。

c为组分数，即描述系统各相组成所需独立物质的最小数目。1.共生分析的原理变质反应c、p、f是相平衡系统的重要性质和特征，常以其划分系统类型。如一元系(c=1)、二元系(c=2)，三元系(c=3)；零变系(f=0)、单变系(f=1)、双变系(f=2)；一元三相系(c=1，最大相数为3)，三元五相系(c=3，最大相数为5)。

例1：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2?元？相系1.共生分析的原理变质反应CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

该平衡系统p=4。但用CaO、SiO2、CO2三物质足以描述系统全部四相组成，所以c=3，是一个三元系。f=c+2-4=1，系统是单变的。即该反应是一个单变反应。即温度、压力两个变量，只有一个能独立改变，另一个不是不能改变，否则将会引起相的种类和数目的变化。1.共生分析的原理变质反应例2：Al2SiO3系(红柱石，蓝晶石，矽线石)

这是一个一元三相系，c=1(Al2SiO3)

若f=0，则p=3，这点上红柱石，蓝晶石，矽线石三相共生通常称该点为零变点。p+f=c+21.共生分析的原理变质反应

若f=1，则p=2，这是三条线上的情况，两相共生，通常称这些线为单变线。

1.共生分析的原理变质反应

若f=2，则p=1，这是图中三条线所限定的三个区的情况，在三个区中，均仅有一相，稳定自由度为2，即温度，压力均可在一定范围内独立改变而不至于引起相的变化。通常称这些区域为双变区。1.共生分析的原理变质反应共生分析的基本思路

从研究变质岩矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用相律，可以分析矿物组合与岩石化学成分和物化条件的关系(共生分析)。这是变质岩石学研究的基本方法。变质反应封闭系统的Goldschmidt矿物相律

在封闭条件下岩石系统达平衡时服从Gibbs相律。由于变质作用常常是在一定温度和压力区间内进行并达平衡的，必定至少有两个自由度，即f≥2。由吉布斯相律公式可得：f=c＋2－p≥2。因此，p≤cGoldschmidt矿物相律：在一定温度、压力范围内平衡的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。它是Gibbs相律的地质学形式。1.共生分析的原理变质反应例如：Al2O3-SiO2二元系，可出现的矿物很多：刚玉、多铝红柱石、红柱石、蓝晶石、夕线石、α-石英、β-石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯石英等。但由于c=2，所以p≤2。即在平衡条件下，不太可能有三、四矿物组合，更不可能有4个以上的矿物共生。1.共生分析的原理变质反应注意：Goldschmidt矿物相律描述的是P-T图解上双变区内或变质地体的变质带内的矿物共生规律。而P-T图解的单变线上或变质地体等变线上出现的矿物相数要比矿物相律允许的相数多1。

1.共生分析的原理变质反应1.共生分析的原理开放系统的Korzhenskii矿物相律c=ci＋cmc—组分数，ci—惰性组分数，cm—活动组分数。

p≤ci

在温度、压力和活动组分化学位的一定范围内能稳定平衡共存于一开放系统的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与活动组分无关。授课内容共生原理和成分-共生图解概念ACF图，A’KF图，AFM图成分图解综述变质相变质反应2.矿物组合与共生分析矿物组合、成分-共生图解和组分分析

矿物组合：在共生分析中，把一定化学成分岩石达化学平衡时的矿物成分称为矿物组合或矿物共生、矿物共生组合。

矿物组合是岩石化学成分和P、T等条件的反映是共生分析的对象或出发点。由于温度升高的进变质过程反应速率大，易于达平衡，因此，岩石中见到的矿物组合多为热峰矿物组合。变质反应2.矿物组合与共生分析

确定矿物共生组合是共生分析的第一步，因为这是应用相律的先决条件。然而，由于不能排除天然变质岩系统存在不平衡状态，又由于在由沉积岩变来的变质岩中，在小范围内，化学成分亦可能有变化，因此，在一块变质岩标本中，甚至一块薄片范围内见到的所有矿物有可能属几个共生组合。必须根据详细的岩石学观察，正确判断矿物共生组合。变质反应2.矿物组合与共生分析标志1：只有相互接触的矿物才可以看作是一个矿物共生组合。变质反应2.矿物组合与共生分析标志2：一个矿物共生组合的各矿物，相互间无反应和交代现象

变质反应2.矿物组合与共生分析标志3：一个矿物共生组合中，同种矿物的化学成分及光性常数特征应相近，如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似。变质反应2.矿物组合与共生分析标志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

变质反应2.矿物组合与共生分析标志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。变质反应2.矿物组合与共生分析标准1是一定的化学成分的标志。由于原岩化学成分不均匀，一个薄片中可出现几个矿物组合。此时可据标准1将它们区分开来。变质反应

2.矿物组合与共生分析

成分-共生图解成分-共生图解：如果一个岩石系统由三组分组成，根据Godlschmidt矿物相律，在普遍观察到的组合中，矿物数应是3、2或1，这意味着当这种岩石的矿物成分用一个三顶点为三组分的三角图解表示时，把该图解分成一系列小三角形就能直观地表示矿物共生关系，这种图解共生图解变质反应

2.矿物组合与共生分析如果一个岩石系统由三组分组成（a、b，c），可能出现的矿物有7种：纯组分组成的矿物（A，B，C），两种组分组成的矿物（D，E，F），三种组分组成的矿物（G）变质反应

2.矿物组合与共生分析若以三组分为三角形顶点，则七个矿物按化学组成可分别标在相应位置上，纯组分矿物表示在三角形三个顶点上(A,B,C)，两组分组成的矿物表示在三角形的三条边上(D,E,F)，三组分组成的矿物表示在三角形内部。变质反应

2.矿物组合与共生分析①若任意一组成位于连接三矿物的小三角形内(如i)，达平衡时，为三相共生（A+D+E），即p=3；这时，不可能有G，因为A+G=D+E。变质反应

2.矿物组合与共生分析②若成分点位于共生线上（如j），则平衡时为两矿物共生（F+C），p=2；这时，不可能有B，因为B+C=F。变质反应

2.矿物组合与共生分析③若成分点恰位于某矿物投影点，则平衡时仅一相存在，p=l。如a组成，平衡时仅一相。变质反应

2.矿物组合与共生分析大多数变质矿物是具有相当大成分范围的固溶体(A、B、E、F、G)，它们在成分-共生图解中以线段(两组分固溶体，如A、E)或面积(三组分固溶体，如B、F、G)表示。变质反应

2.矿物组合与共生分析当岩石成分点位于矿物成分点、线段或面积中时，相数为1，当岩石成分点落在一条共生线上时，两相共生，当三相共生时，共生关系以图解中一个一定的小三角形表示。变质反应2.矿物组合与共生分析

组分分析

绝大多数变质岩具有复杂的化学组成，是一个多相平衡系统，而不是简单的三元系。然而，在一个二维的平面上，我们只能表示最多三四个组分的系统的矿物共生关系。因此，为了对成分复杂的岩石作共生分析，有必要对岩石系统各组分作具体分析，找出对矿物共生组合影响最大的三四个组分，把多组分岩石系统简化为三组分或四组分系统，才有可能作出成分-共生图解，表示岩石化学成分与矿物组合的关系，这一过程叫做组分分析。变质反应2.矿物组合与共生分析组分分析思路：微量组分：如SrO、BaO、CuO、NiO……等，它们一般不形成独立的矿物，不影响矿物共生，因而在共生分析时可不考虑。副矿物：如磁铁矿、钛铁矿、榍石、金红石、锆石、磷灰石和硫化物等。由于成分-共生图解目的主要在于说明较多量矿物的共生，因此对这些副矿物和其中所含的TiO2、ZrO、P2O5和S共生分析时也可不考虑。变质反应2.矿物组合与共生分析组分分析思路：完全活动组分：该类组分在间隙溶液中的浓度或化学位与T、P一样是岩石系统的外部条件。成分一共生图解表示的是一定外部条件下的矿物组合。所以，外部条件在图解中不表示。当外部条件改变引起矿物组合的变化时，用新的图解表示新条件下的新的一套矿物组合。变质反应2.矿物组合与共生分析组分分析思路：通常的变质岩，只要考虑SiO2、A12O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O，K2O，CO2、H2O这11个氧化物。这11个组分，按其化学特征和对矿物共生的影响，可分为：过剩、类质同象和有效独立组分。变质反应2.矿物组合与共生分析过剩组分：原岩中大量存在的组分。通常在参与形成其它共生矿物之后能以过剩状态形成单独的矿物相(过剩矿物)。出现于该类岩石的共生组合之中。过剩组分含量多少，只会影响过剩矿物含量多少，而不影响岩石的其它矿物共生。因此，作共生图解时可不考虑过剩组分。而把过剩矿物放在共生图解之外。变质反应2.矿物组合与共生分析类质同象组分：是互成类质同象替换的组分，它们的相对含量一般可在一定范围内变化而不致于影响其它矿物的共生关系。在共生分析时，可将互成类质同象代替的组分合并为一个独立组分。如：由于A13+==Fe3+，Fe2+==Mg2+==Mn2+的类质同象置换关系，可将它们合并为(Fe,Mg,Mn)O，(Al,Fe)2O3、分别作为一个独立组分。变质反应2.矿物组合与共生分析有效独立组分：除上述几类组分之外的其它组分(包括由类质同象组分合并的独立组分)。它们之间的比例对矿物共生组合起决定性的作用。矿物共生组合中出现的矿物数目与完全活动组分、微量组分、次要的类质同象组分无关。在不考虑副矿物（不考虑孤立组分）情况下，矿物共生组合中矿物最大数目等于有效独立组分数加上过剩组分数之和。但过剩组分多少不改变矿物共生，决定矿物共生组合多样性的是有效独立组分。因此，以有效独立组分为顶点作出的成分-共生图解可以表示系统的矿物共生关系。

变质反应类型：

ACF图

A′KF图

AFM图成分-共生图解2.矿物组合与共生分析授课内容共生原理和成分-共生图解概念ACF图，A’KF图，AFM图成分图解综述变质相变质反应ACF图解Eskola(1915)设计ACF图以表示成分范围广泛的含石英变质岩（包括泥质、长英质、基性、钙质、镁质）的矿物共生。3.ACF图解变质反应ACF图解3.ACF图解矿物共生组合分析：①红柱石+堇青石+钠长石+正长石十石英+黑云母；②红柱石+堇青石+斜长石+正长石+石英+黑云母；③堇青石+斜长石+正长石+石英+黑云母；④紫苏辉石+堇青石+斜长石+正长石+石英+黑云母；⑤紫苏辉石+斜长石+正长石+石英+黑云母；⑥紫苏辉石+透辉石+斜长石+正长石+石英+黑云母；⑦透辉石+斜长石+正长石+石英+黑云母；⑧钙铝榴石+透辉石+斜长石+正长石+石英；⑨钙铝榴石+透辉石+正长石+石英；⑩钙铝榴石+透紫石+硅灰石十正长石+石英。变质反应ACF图解3.ACF图解含石英变质岩的组分分析

对普通的含石英变质岩，不考虑微量组分和孤立组分，通常包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、CO2、H2O等11个组分，这些组分按其化学特征和对矿物共生的影响可分为：变质反应ACF图解3.ACF图解完全活动组分：H2O、CO2（Eskola把它们处理为过剩组分）。共生图解中不予考虑。过剩组分：SiO2

共生图解中不予考虑，把过剩矿物Q放在图解之外。变质反应ACF图解3.ACF图解类质同象组分：岩石中存在两种类质同象。一类是Al2O3与Fe2O3类质同象和FeO、MnO、MgO类质同象，它们普遍出现在造岩矿物中，因而将它们合并处理为两个独立组分：(Al,Fe)2O3

和(Fe,Mg,Mn)O；另一类是Na2O与CaO类质同象，仅出现在斜长石中而不出现在其他含钙矿物中。因此不能将它们合并。Eskola的处理办法是：由于Na2O只在斜长石中作为CaO的类质同象组分出现，其含量多少有无，只影响斜长石号码，而不会增加或减少一个矿物相。因此，Na2O不是独立组分，可不予以考虑，把钠长石放在图解之外。变质反应ACF图解3.ACF图解有效惰性组分：经过上述组分分析后，得出4个有效惰性组分,(Al,Fe)2O3、CaO、K2O、(Fe,Mg,Mn)O。为了把组分数减至3，以便于图解表示，Eskola把K2O作为过剩组分，不予以考虑，把钾长石放在图解之外。这样一来，使得该图解出现一个明显的缺点：区分不了低温下泥质变质岩中K2O过剩与K2O不足的两类组合。变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图编制Eskola将上述三个有效惰性组分为顶点的成分-共生图解命名为ACF图。其中：A=[Al2O3]＋[Fe2O3]C=[CaO]F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO]A＋C＋F=100.在三角形图解上，按矿物组成的ACF比值标绘矿物后，按矿物的实际共生关系连接共生线即完成了ACF图解，变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图编制ACF图能表示较多的重要硅酸盐矿物，但K和Na的硅酸盐和二氧化硅不饱和的硅酸盐除外。

ACF图表明：在一定温度压力条件下形成并达内部平衡的岩石，其矿物共生组合取决于原岩的总化学组成，并随着原岩的总化学组成的变化呈现有规律的变化变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图编制

将矿物化学式写成氧化物形式，易于计算矿物的ACF值，从而便于标绘矿物。And（红柱石）Al2O3·SiO2A=100Crd（堇青石）2(Mg,Fe)O·2Al2O3·5SiO2A=50,F=50An（钙长石）CaO·Al2O3·2SiO2A=,C=Di（透辉石）CaO·(Mg,Fe)O·2SiO2C=,F=Gro（钙铝榴石）3CaO·Al2O3·3SiO2A=,C=Wo（硅灰石）CaO·SiO2A=,C=变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图编制Ant.直闪石；Cum.镁铁闪石；Gro.钙铝榴石；Hb.普通角闪石；Mi.微斜长石变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图编制注意：一是图中An位置实际上并不是钙长石，它与图解外的Ab一起代表某一号码的斜长石；二是Ms（白云母）、Bi（黑云母）都是含钾矿物，它们在共生组合中是否出现在很大程度上受岩石的K2O组分控制，图中所有组合都可出现Ms、Bi。ACF图不能表示K2O对矿物共生的影响，因而，严格说来，它们不应该表示在ACF图上。变质反应ACF图解3.ACF图解岩石成分的标绘

将岩石的组成标绘在成分-共生图解上，可以预测该岩石的矿物共生组合。然而，由于在编制ACF图过程中，未考虑钾长石、钠长石和副矿物因此，在根据岩石化学分析资料于ACF图上标绘岩石时，需从化学分析中扣除包含在这些矿物中的(Al，Fe)2O3、CaO、(Fe，Mg)O的量。变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图解编制步骤①用副矿物含量校正岩石化学分析根据薄片测定副矿物钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、榍石的实际含量（体积%），并将测定矿物的体积%转换成wB%；wB%=相对密度×体积%。换算时可使用下列矿物相对密度值：磁铁矿5.2，榍石3.5，钛铁矿4.7，黄铁矿5.0，赤铁矿5.1。然后，对岩石化学分析作下列校正：变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图解编制步骤①用副矿物含量校正岩石化学分析如：磁铁矿(Fe3O4)含有31.0％的FeO和69.0％的Fe2O3，因此，独立组分计算时要从：FeO重量％中减去磁铁矿重量％的31％；Fe2O3重量％中减去磁铁矿重量％的69％。对其它副矿物进行类似校正。变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图解编制步骤②

计算氧化物的摩尔数把校正过的岩石化学分析的各个氧化物wB%（可不考虑SiO2和H2O）除以其分子量再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。如：[CaO]=CaOwB%×1000/CaO分子量。变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图解编制步骤③

用钾长石、钠长石校正摩尔数[Al2O3]，用磷灰石校正[CaO]，用方解石校正[CaO]：假定岩石所有的K2O、Na2O均组成钾长石和斜长石的钠长石分子。由于钾长石的[K2O]=[Al2O3]，钠长石中[Na2O]=[Al2O3]，因此，要在岩石的[Al2O3]中扣除钾长石、钠长石中的[Al2O3]，只须在[Al2O3]中减去（[K2O]＋[Na2O]）即可。变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图解编制步骤③

用钾长石、钠长石校正摩尔数[Al2O3]，用磷灰石校正[CaO]，用方解石校正数[CaO]：磷灰石的化学式为9CaO·3P2O5·CaF2，所以磷灰石的[CaO]=3.3[P2O5]；方解石化学式为CaO·CO2，所以，方解石的[CaO]=[CO2]。为了扣除岩石中含在少量磷灰石和方解石中的[CaO],只须从岩石的[CaO]中减去（3.3[P2O5]＋[CO2]）变质反应ACF图解3.ACF图解ACF图解编制步骤副矿物校正后岩石的ACF值计算方案总结如下：

A=[Al2O3]＋[Fe2O3]－([Na2O]＋[K2O])

C=[CaO]－(3.3[P2O5]＋[CO2])

F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO]为了用图解表示，把值换算为A＋C＋F=100，即用摩尔百分数表示。变质反应ACF图解-举例3.ACF图解变质岩的化学成分（wB%）成分蓝晶石白云母片岩绿片岩黑云斜长片麻岩蓝闪石英大理岩SiO264.6552.1366.9527.55TiO20.030.780.691.28Al2O327.8919.8014.415.37Fe2O30.022.441.633.73FeO0.726.183.981.44MnO0.000.230.180.03MgO0.003.242.381.85CaO0.207.462.8430.21Na2O0.041.902.843.26K2O0.012.001.960.15H2O6.120.961.240.80P2O50.000.300.140.15CO20.081.910.0423.97变质反应A’KF图解4.A’KF图解问题的提出

芬兰奥里耶维地区接触变质岩区有两类矿物组合明显不同的岩石，一类含富铝矿物：红柱石、堇青石而不含钾长石；另一类含钾长石而不含富铝矿物。虽然钾长石和富铝矿物在该区都是稳定的，却不能共生。艾斯科拉认为这是原岩K2O含量不同造成的。第一类岩石为K2O不足，第二类岩石为K2O过剩的岩石。KAl2Si3O10(OH)2+SiO2===KAlSi3O8+Al2SiO3+H2O

白云母钾长石红柱石/矽线石变质反应A’KF图解4.A’KF图解

K2O不足的岩石为泥质岩，过剩岩石通常为富钾泥质岩及长英质岩石。泥质变质岩石的组分通常是贫钙的，且CaO主要含在斜长石的钙长石分子中。因此，CaO不是有效独立组分。而K2O的过剩与不足对该类岩石的矿物共生有重大影响。K2O应作为有效独立组分。对泥质变质岩系统有效独立组分为(Fe,Mg,Mn)O，(A1,Fe)2O3K2O，因此，用ACF图不能反映该类泥质变质岩的矿物共生关系。变质反应A’KF图解4.A’KF图解

艾斯科拉设计了A’KF图，来研究该类泥质变质岩的矿物共生关系。以(Fe,Mg,Mn)O、(A1,Fe)2O3、K2O三组分为端元：

A’=[A12O3]+[Fe2O3]–[K2O]K=[K2O]F=FeO+MgO+MnOA’+K+F=100作成成分共生图解，称为A’KF图。变质反应A’KF图解4.A’KF图解注意：由于泥质变质岩中钾长石是最富钾矿物，因而在AKF图上钾长石是标在K顶点的。即是将钾长石的K值作为100，A值作为0的。而钾长石分子式中，摩尔数[Al2O3]=[K2O]，因此计算A值时，必须扣除钾长石中的[Al2O3]，这样，A的意义与ACF图不同，故将A改为A′，称为A′KF图。变质反应A’KF图解4.A’KF图解芬兰Orijarvi地区SiO2过剩的泥质变质岩的A′KF图And-红柱石Pl-斜长石Crd-堇青石Ant-直闪石Cum-镁铁闪石Ms-白云母Bi-黑云母Mi-微斜长石变质反应A’KF图解4.A’KF图解理想成分的白云母(K2O·3Al2O3·SiO2·H2O)不是标在K:A′=1:3的位置，而标在K:A′=1:2（K=33、A′=67）的位置上。同样，理想成分的黑云母标在K=14、F=86位置。由于黑云母中有些（Fe,Mg）可被Al替代，所以其成分可渐变到A′=15、K=14、F=71的位置变质反应A’KF图解4.A’KF图解芬兰Orijarvi地区SiO2过剩的泥质变质岩的A′KF图变质反应A’KF图解4.A’KF图解在A′KF图上标绘岩石时，也要进行校正。用副矿物含量校正岩石化学分析的方法基本上同ACF图。在经过此项校正后，将氧化物WB%换算为摩尔数。由于A′KF图不考虑斜长石，因此必须在A′中扣除斜长石中的[Al2O3]，即扣除与[Na2O]＋[CaO]等量[Al2O3]变质反应A’KF图解4.A’KF图解A’KF的计算方案为：A’=[A12O3]+[Fe2O3]-([Na2O]+[K2O]+[CaO])K=[K2O]F=[FeOl+[MgO]+[MnO]A’+K+F=100变质反应ACF图与A’KF图4.A’KF图解And-红柱石Pl-斜长石Crd-堇青石Ant-直闪石Ms-白云母Cum-镁铁闪石Bi-黑云母Mi-微斜长石An-钙长石Gro-钙铝榴石Wo-硅灰石Di-透辉石Ab–钠长石Hb-普通角闪石And-红柱石Pl-斜长石Crd-堇青石Ant-直闪石Ms-白云母Bi-黑云母Mi-微斜长石Cum-镁铁闪石变质反应ACF图与A’KF图的联用4.A’KF图解芬兰Orijarvi接触变质岩ACF、A′KF图变质反应ACF图与A’KF图的联用4.A’KF图解ACF图的优点是能标绘所有常见变质岩，包括泥质、长英质、钙质和基性变质岩，说明它们的相互关系和广泛的共生关系。缺点是不能表示中低温下K2O对矿物共生的影响。而A’KF图很好地表示K2O过剩与不足的共生组合。但A’KF图应用限于泥质-长英质岩石。因此，二者恰可以互相补充。为了取得较完整的结果，通常将ACF图与A’KF图联用，制成双三角形图解。在联合使用时，ACF图上不表示含钾矿物(白云母，黑云母)变质反应ACF图与A’KF图的联用4.A’KF图解

在此双三角形图解上判断矿物组合时，特别是当岩石成分在ACF图的A-An-F小三角形内（即为泥质-长英质）时，要将两个图解一起考虑，且以A′KF图为主。变质反应ACF图与A’KF图的联用4.A’KF图解岩石1：堇青石＋白云母＋黑云母＋斜长石＋石英，无微斜长石岩石2：微斜长石＋白云母＋黑云母＋斜长石＋石英，无堇青石变质反应AFM图解-了解5.AFM图解FeO/MgO对泥质变质岩矿物共生的影响及泥质变质岩组分分析

在泥质变质岩中经常出现黑云母、白云母、石英及AF边上两种贫钾矿物（如红柱石-堇青石、十字石-石榴石等）平衡共生。这些共生组合的矿物在ACF、A′KF图中均位于AF边上，不好表示出来，还会造成共生线相交而引起误会。变质反应AFM图解5.AFM图解当不考虑TiO2、Fe2O3、MnO、CaO、Na2O这些次要组分时泥质变质岩由SiO2、Al2O3、FeO、MgO、K2O和H2O六组分组成。岩石系统对H2O是开放的，因而在成分-共生图解中不考虑。此外，由于大多数变质岩都含石英，因而把讨论范围限于含石英的泥质变质岩，SiO2作为过剩组分，把石英放在图解之外。这样，剩下了4个有效惰性组分：Al2O3、FeO、MgO和K2O。所以，泥质变质岩的矿物组合可在三维空间内用Al2O3-FeO-MgO-K2O四面体（可称为AFMK四面体）表示。四面体中的点，近似代表一种泥质变质岩的成分。变质反应AFM图解5.AFM图解

AFM图的构成a.Al2O3-FeO-MgO-K2O四面体及通过理想白云母成分点（Ms）向Al2O3-FeO-MgO平面上的投影图。Bi为黑云母（BI）的投影变质反应AFM图解5.AFM图解

AFM图的构成b.标绘在AFM图上的与石英和白云母共生的可能矿物相图变质反应AFM图解5.AFM图解汤普逊设想在四面体的一个面上投影。由于泥质变质岩中的大多数矿物都位于AFM面上及其附近，因而选AFM面作为投影面。由于白云母在泥质变质岩中分布非常广泛，因此，把讨论限于含白云母的岩石。这样，在成分-共生图解中就不必表示白云母而选理想成分的白云母KAl3O5(KAl3Si3O10(OH)2作投影点。凡在四面体内的矿物都从理想化白云母成分点MS向AFM面投影。投影面包括AFM三个角顶，但并不以FM线为限。只有A-F-M-Ms小四面体内的矿物，才会投影在AFM面上不超过FM线。否则，投影点会位于FM线外。变质反应AFM图解5.AFM图解在AFM面上表示矿物组合的成分-共生图解叫AFM图

上述投影过程是用计算进行的。把分析的wB%换算为氧化物摩尔数之后，按下式计算投影坐标A和M：A=([Al2O3]－3[K2O]）/([Al2O3]－3[K2O]＋[FeO]＋[MgO])M=[MgO]/([MgO]＋[FeO])减3[K2O]的意义是减去投影点Ms中的[Al2O3](=3[K2O])变质反应AFM图解5.AFM图解AFM图的优缺点优点：汤普逊的AFM图把变泥质岩看作A12O3-K2O-FeO-MgO四组分系统，把FeO、MgO作为两个独立组分，因而比ACF图和A’KF图严格、合理，能很好地表示岩石FeO/MgO比值对矿物共生的影响。缺点：其局限性在于仅适用于含白云母和石英的泥质变质岩。变质反应AFM图解5.AFM图解AFM图的改进

高温时由于白云母分解，钾长石在泥质变质岩中普遍存在。为了表示含钾长石和石英的高温变质岩莱因哈特设计制作了另一种AFM图，该图中矿物和岩石投影点是从钾长石成分点向FM面投影得出的，该图解的三个参数为：

A=[Al2O3]-([K2O]+[Na2O]+[CaO])F=[FeO]-[Fe2O3](-[TiO2])M=[MgO]A+F+M=100变质反应5.成分共生图解综述

各图解的优缺点

ACF图解：ACF图解可表示几乎所有的常见变质岩和主要造岩矿物并说明其相互关系，用途广泛。但是它不能表示中低温时由于K2O过剩与不足引起的钾长石与富铝贫钾矿物不共生关系、FeO/MgO比值对共生组合的影响、铁镁矿物的化学成分变化。变质反应5.成分共生图解综述

各图解的优缺点

A’KF图解：能反映由于K2O过剩与不足引起的钾长石与富铝贫钾矿物不共生关系。但只适用于泥质、长英质岩石、不能表示FeO/MgO比值对共生组合的影响、铁镁矿物的化学成分变化。

ACF图解和A’KF图解可相互补充，所以通常将它们联用，作成双三角形图解，以取得更完整的结果。变质反应5.成分共生图解综述

AFM图：AFM图把泥质变质岩看作A12O3-K2O-FeO-MgO四元系，把FeO、MgO作为独立组分，因而比ACF图和A’KF图更严格、合理，可很好地表示岩石的FeO/MgO比值与矿物共生组合的关系和铁镁矿物的化学成分变化。AFM图的缺点是仅适用于泥质变质岩和长英质变质岩-含白云母和石英的泥质变质岩石

各图解的优缺点授课内容共生原理和成分-共生图解概念ACF图，A’KF图，AFM图成分图解综述变质相变质反应5.成分共生图解综述应用中应该注意的问题考虑图解的适用范围：已有的共生图解类型很多使用时一定要注意每个图解的适用范围。根据独立组分特征设计图解：究竟选择什么图解取决于所研究岩石系统的有效独立组分。因此，一定要作组分分析，找出系统的有效独立组分，以正确选择或自行拟定共生图解。变质反应5.成分共生图解综述在共生图解上标绘岩石成分时，都必须进行校正。在化学分析中扣除设计图解时未考虑的副矿物和其它矿物。这是必要的，然而又是复杂的。完全严格的校正是不可能的，前面所述的校正方法只是考虑了最主要的因素。Wikler对ACF图和A'KF图提出了更严格也更复杂的校正方法，可作为参考。授课内容共生原理和成分-共生图解概念ACF图，A’KF图，AFM图成分图解综述变质相变质反应6.变质相变质相的概念变质相是在热峰附近一定P-T-μH2O范围内达到化学平衡的所有变质岩，其矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的关系。一个变质相是一个等物理系，它包括热峰附近一定物理化学条件范围内形成的各种化学成分的变质岩。因而，变质相与岩石化学成分无关。说明变质反应6.变质相“矿物组合与岩石化学成分之间有固定的、可以预测的对应关系”，意思是在一个变质相中，对应不同的岩石化学成分有不同的矿物组合。因而，给定岩石化学成分，可以预测相应矿物组合。一个变质相内岩石化学成分与矿物组合的这种关系是岩石系统达化学平衡的必然结果，成分-共生图解可以表示这种关系变质反应6.变质相变质相的标志是矿物组合。通常用基性变质岩矿物组合划分变质相，并以相应的基性变质岩石对变质相命名。如角闪岩相就是以该相条件下基性变质岩中出现的斜长石-角闪石组合为标志划分，并把角闪岩和与之相同的P-T条件下形成的所有变质岩命名为角闪岩相。由于不同岩石对温压条件变化敏感程度不同，一个变