第2章 火成岩结构的成因2

4.火成岩结构的成因热动力学概述相平衡和相律一元系—SiO2体系二元固溶体系二元共结系二元近结系4.1热动力学概述体系：为了研究目的而从整体中孤立出来的任何一部分—如岩浆房。可进一步分成封闭体系和开放体系。平衡：就是以其最低能量状态同外加条件相一致的体系，它没有自发地发生变化的趋势。

体系内是否稳定，或者说体系内是否平衡，均与体系内的能量（变化）有关。一个自然体系总是趋于能量最低状态。EnergyStatesUnstable:

fallingorrollingStable:

atrestinlowestenergystateMetastable:

inlow-energyperch4.2相平衡和相律相：体系内在物理上与其他部分不同，并可机械地同其他部分分离的任何部分。如一个岩浆体系中的固相、液相和气相。相图：是表示存在于体系中的相共生体与外加条件间呈函数关系的一种图形法。通常采用P、T和组成来描述体系的条件。相律：是表示物理化学系统中各相间平衡关系的基本规律，它表示了平衡体系中自由度（f）、相数（P）和独立组分数（c）之间的关系。

f=C+2-p相律（ThePhaseRule）f=C+2-pf=自由度是指体系中的可变因素，如温度、压力或浓度的数目，这些因素在一定范围内任意改变，不引起相的改变p

=相数（phasesaremechanicallyseparableconstituents）C=独立组分数是指能足以构成平衡体系中各相所需要的最少组分的数目。=指影响体系平衡的外界因素，通常为环境的温度和压力

（Usually=temperatureandpressureforusgeologists）岩浆房中的情况—封闭体系相律：f=C+1–p（影响体系的外界因素只有温度-1）岩浆中的独立组分数（岩浆成分）：

SiO2,Al2O3—构成硅氧四面体FeO,MgO,MnO—类质同象Na2O,K2O—类质同象CaO结论：同一种岩浆结晶形成的火成岩中，除副矿物外，最终出现的平衡共生的矿物相数应不多于5种.1.ThesystemSiO24.3

单组分体系柯石英斯石英方英石鳞石英aba—三相共生（p=3，c=1）f=c+2-p=0，此时，a点是无变度点。除非引起一个或两个相的消失，否则其P-T都不可能发生变化.b—两相共生（p=2，c=1）f=c+2-p=1，此时，b点是有一个变度的点。4.4二元固溶体系（An—Ab）

1)Plagioclase

(Ab-An,NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8)

斜长石环带结构——成因解释斜长石熔体

P=恒定Bulkcompositiona=An60=60gAn+40gAbXAn=60/(60+40)=0.60成分a的结晶过程：D点：

At1450oC,熔体d

和斜长石f平衡共存熔体和固体的比例按杠杆原理确定B点：熔体开始结晶斜长石（plagioclase）=0.87(pointc)f=?此时，相数p=2c=2温度-1Theleverprinciple:Amountofliquid

Amountofsoliddeef=whered=theliquidcomposition,f=thesolidcompositionande=thebulkcompositionDfdedeefliquidussolidus注意以下几点：1.熔体结晶的温度范围：135oC（1475-1340oC）4.熔体成分的变化从b到g5.固体成分的变化从c到h最终形成的斜长石是i

XplAn=0.60第二种情况：分离结晶（Fractionalcrystallization）:

特点：结晶的晶体形成后与残余的岩浆发生分离任一温度时，由于晶体的移出，使结晶矿物的成分等于熔体成分（Xbulk=Xliq）平衡部分熔融的情况：恰好相反

升温最初的熔体成分是

gatAn20and1340oC

继续升温：熔体和斜长石的成分连续变化

最终斜长石的成分是

c(An87)at1475oC分离部分熔融情况：与分离结晶情况相反

Removefirstmelt

asforms MeltXbulk=0.60firstliquid=g removeandcoolbulk=g®finalplagioclase=iAb-Or体系的T-X相图P=0.2GPaH2Opressure.（AfterBowenandTuttle(1950)）J.Geology.2).具有共结点的二元不完全固溶体系（Ab-Or）—条纹长石的成因解释a点：结晶过程—最终产物-正条纹长石i点：结晶过程—最终产物-反条纹长石压力对Ab-Or体系的效应（EffectofPHOonAb-Or）24.5二元共结系（Di-An）等压T-X相图P=1atm.（AfterBowen(1915)透辉石—钙长石：非固溶体at1274oCP=3

soF=2-3+1=0

不变点此时，(P)T和所有相的成分是固定的必须保持在1274oC，作为不连续反应直到一个相消失

共结点的左侧与右边a点的情况类似（Leftoftheeutecticgetasimilarsituation）两种结晶情况的岩石结构特点

Alsonote:1.在任何二元共结系统中，最终结晶的熔体都是共结成分2.平衡熔融与平衡结晶过程恰好相反3.因此，Di和An以任何比例混合最初形成的熔体必然是共结成分

a压力对Di-An体系的影响：a点：在不同压力下，首先结晶的矿物不同—解释辉长岩中斜长石和辉石谁先结晶的问题a4.6二元近结系（Fo-Q）

（镁橄榄石—石英体系）三相：顽火辉石（En）=镁橄榄石+SiO2等压T-X相图P=0.1Mpa（1atm）[AfterBowenandAnderson(1914)andGrieg(1927)]

矿物反应边结构的成因解释f点：岩浆平衡结晶过程1.f点总体成分与结晶终了的产物？2.g点和i点矿物结晶和岩浆演化情况？Forsterite-镁橄榄石Enatatite-顽火辉石Cristobalite-方英石Tridymite-鳞石英cdikmFoEn1557BulkXi=近结点1557oC：Fo-En-liq有共结线反应：

Fo+liq=En此点处，耗尽熔体，可形成反应边结构f=c+1-p=0（c=2，p=3）问题：反应何时结束？Whenisthereactionfinished?火山岩中橄榄石外侧出现的斜方辉石反应边结构1543cdikmFoEn1557bulkXxyCr平衡结晶的最终产物：En+Q此点处，Fo+Liq—EnFo耗尽En+Liq共结点岩石学现象：非平衡结晶，出现Fo+En+Q组合共存不混熔熔体（ImmiscibleLiquids）CoolX=nAt1960oC，出现两种液相

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