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1、共生共生分析分析 一一. . 共生分析的基本思路共生分析的基本思路 二二. . 矿物相律矿物相律 三三. . 矿物组合及其确定标志矿物组合及其确定标志 四四. . 组分分析组分分析 五五. . 成分成分/ /共生图解其编制共生图解其编制一、共生分析的基础一、共生分析的基础-吉布斯相律吉布斯相律 共生分析的基本思路共生分析的基本思路从热力学角度看，变质岩就是一个复杂的非均匀体系，其热峰条从热力学角度看，变质岩就是一个复杂的非均匀体系，其热峰条件下形成的矿物组合非常接近化学平衡。因此件下形成的矿物组合非常接近化学平衡。因此,变质岩中的矿物变质岩中的矿物组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件
2、（自由度）组合（相）与岩石化学成分（组分）和物理化学条件（自由度）之间的关系应服从之间的关系应服从吉布斯相律吉布斯相律P P（相相相相数）数）数）数）+F F（自由度数）自由度数）自由度数）自由度数）=C C（组分数）组分数）组分数）组分数）+2+2二、共生分析的基本概念二、共生分析的基本概念从研究变质矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用相律，分从研究变质矿物共生组合特征及其变化规律出发，应用相律，分析矿物组合与岩石化学成分和物理化学条件之间的关系，这是变析矿物组合与岩石化学成分和物理化学条件之间的关系，这是变质岩岩石学研究的基本方法质岩岩石学研究的基本方法 代表人物代表人物代表人物代表人物
3、: : : : V.M.Goldschmidt And D.S.KorzhenskiiV.M.Goldschmidt And D.S.Korzhenskii三、三、基布斯相律的应用基布斯相律的应用-以以Al2SiO5单组分体系为例单组分体系为例 共生分析的基本思路共生分析的基本思路 该体系可能出现该体系可能出现 的矿物有红柱石、的矿物有红柱石、 兰晶石、矽线石兰晶石、矽线石1.F1.F=0=0PP=3=3 ( (不变平衡不变平衡) )2.2.FF=1=1PP=2=2 ( (单变平衡单变平衡) )3.3.FF=2=2PP=1=1 ( (双变平衡双变平衡) )PP=CC+2-+2-FF一、一、封闭
4、体系封闭体系矿物相律矿物相律矿矿物物相相律律变质作用经常是在温度和压力都在发生变化的区间内进行并达变质作用经常是在温度和压力都在发生变化的区间内进行并达到平衡的，即至少有到平衡的，即至少有两个自由度（两个自由度（F F2)2)。根据根据:P（相相数）数）+F（自由度数）自由度数）=C（组分数）组分数）+2可得：可得：F=C+2-P2，即：即：PC（V.M.GoldschmidtV.M.Goldschmidt矿物相律）矿物相律）基本含义：基本含义：在一定温度和压力区间内平衡的矿物相数不在一定温度和压力区间内平衡的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数大于该岩石系统的独立组分数。应用前提：应用前提：
5、封闭体系；封闭体系；无流体相；无流体相；自由度不少于两个。自由度不少于两个。一、一、封闭体系封闭体系矿物相律矿物相律矿矿物物相相律律应用举例应用举例-以以Al2O3-SiO2为例为例 可以出现的矿物有可以出现的矿物有可以出现的矿物有可以出现的矿物有 刚玉刚玉, , 莫来石莫来石( (多铝红柱石多铝红柱石) )、红柱石、蓝晶石、夕线石、红柱石、蓝晶石、夕线石, , - -石英、石英、 - -石英、鳞石英、方石英、柯石英、石英、鳞石英、方石英、柯石英、斯斯石英等石英等. .在平衡条件下在平衡条件下在平衡条件下在平衡条件下, ,PP 2 2一般只出现两种矿物组合一般只出现两种矿物组合,不太可能出现两
6、种以上的矿物组合不太可能出现两种以上的矿物组合适用条件适用条件适用条件适用条件: :P-TP-T图解上双变区或变质带内的矿物组合。图解上双变区或变质带内的矿物组合。图解上双变区或变质带内的矿物组合。图解上双变区或变质带内的矿物组合。二、开放体系二、开放体系 矿物相律矿物相律矿矿物物相相律律（1 1）组分分类）组分分类 在开放体系中，根据在开放体系中，根据 D.S.KorzhenskiiD.S.Korzhenskii的组分差异活动学说，的组分差异活动学说， 组分可以分为惰性组分组分可以分为惰性组分( (C Ci i) )和完全活动组分和完全活动组分( (C Cm m) ) 1 1）惰性组分）惰性
7、组分( (C Ci i) ) 惰性组分与外部环境无质量交换，其化学位（惰性组分与外部环境无质量交换，其化学位（ ）由体系内部的）由体系内部的 浓度所决定浓度所决定； 2 2）完全活动组分）完全活动组分( (C Cm m) ) 与外部环境有质量交换，其化学位（与外部环境有质量交换，其化学位（ ）由外部条件所控制，因）由外部条件所控制，因 此，此，C Cm m 的化学位（的化学位（ ）与温度压力等都是控制平衡的独立因素。）与温度压力等都是控制平衡的独立因素。二、开放体系二、开放体系 矿物相律矿物相律矿矿物物相相律律（2 2） Korzhenskii Korzhenskii 矿物相律矿物相律 1 1
8、） Korzhenskii Korzhenskii 矿物相律的推导矿物相律的推导 对开放体系来说：自由度对开放体系来说：自由度对开放体系来说：自由度对开放体系来说：自由度 F F F F C C C Cm m m m + + + + 2 2 2 2 , , 联系联系联系联系吉布斯相律吉布斯相律吉布斯相律吉布斯相律 FF=C C+2-+2-PP 可得：可得：可得：可得：PC Ci i （D.S.Korzhenskii D.S.Korzhenskii 矿物相律）矿物相律） 2 2） Korzhenskii Korzhenskii 矿物相律的含义：矿物相律的含义：在一定的温度、压力和活动组分化学位的
9、范围内，能稳定共存在一定的温度、压力和活动组分化学位的范围内，能稳定共存于一开放体系的矿物相数不大于惰性组分数而与活动组分无关。于一开放体系的矿物相数不大于惰性组分数而与活动组分无关。（易于解释单矿物岩的成因）（易于解释单矿物岩的成因）二、二、矿物（共生）组合矿物（共生）组合矿物组合及其确定标志矿物组合及其确定标志（1 1）矿物（共生）组合的含义矿物（共生）组合的含义一定化学成分的岩石达到化学平衡时的矿物成分称一定化学成分的岩石达到化学平衡时的矿物成分称矿物组合或矿物共生组合。矿物组合或矿物共生组合。矿物组合是化学成分和变质条件的反映。对于进变矿物组合是化学成分和变质条件的反映。对于进变质而言
10、，多代表热峰变质条件。质而言，多代表热峰变质条件。二、二、矿物（共生）组合矿物（共生）组合矿物组合及其确定标志矿物组合及其确定标志（1 1）矿物（共生）组合的确定标志矿物（共生）组合的确定标志（1 1）平衡共生的矿物都有相互接触关系（早期包裹体除外）平衡共生的矿物都有相互接触关系（早期包裹体除外）（2 2）平衡共生的矿物之间无反应或交代关系。）平衡共生的矿物之间无反应或交代关系。（3 3）同种矿物不同颗粒的化学成分及光性特征相近。如果）同种矿物不同颗粒的化学成分及光性特征相近。如果 有环带，则其边部的化学成分及光性特征相近。有环带，则其边部的化学成分及光性特征相近。（4 4）岩石不同部位共生矿
11、物对之间的元素分配系数近相等。）岩石不同部位共生矿物对之间的元素分配系数近相等。（5 5）矿物数目符合矿物相律，即不超过惰性组分数。）矿物数目符合矿物相律，即不超过惰性组分数。组分分析组分分析对于成分复杂的变质岩而言，需要对组分进行分析以确定在一定对于成分复杂的变质岩而言，需要对组分进行分析以确定在一定变质条件下对矿物组合起主要控制作用的变质条件下对矿物组合起主要控制作用的组分（有效惰性组分），组分（有效惰性组分），以此达到简化组分数，便于以此达到简化组分数，便于编制变质相图的目的。编制变质相图的目的。二、组分分类：二、组分分类：组分按性状和行为可分两类组分按性状和行为可分两类:完全活动组分和
12、完全活动组分和完全活动组分和完全活动组分和惰性组分惰性组分惰性组分惰性组分（一）（一）完全活动组分完全活动组分: 与外部环境有质量交换，其化学位与外部环境有质量交换，其化学位由外部条件所控制，属于外部由外部条件所控制，属于外部 条件，如条件，如H H2 2O O、COCO2 2等。等。一、组分分析的目的一、组分分析的目的组分分析组分分析 与外部环境无质量交换，其化学位与外部环境无质量交换，其化学位由体系内部的浓度所决定。进由体系内部的浓度所决定。进 一步划分为五类。一步划分为五类。1、杂质组分、杂质组分:含量甚微，以类质同象形式赋存于造岩矿中，不改变矿含量甚微，以类质同象形式赋存于造岩矿中，不
13、改变矿物共生关系，可以忽略不计物共生关系，可以忽略不计。2、类质同象组分、类质同象组分: 某些组分（某些组分（FeOFeO、MgOMgO、MnO MnO ）在矿物晶格中可以互相替代，一般在矿物晶格中可以互相替代，一般不影响矿物共生关系，在共生分析时，常将它们合并成一个组分。不影响矿物共生关系，在共生分析时，常将它们合并成一个组分。注意，如果类质同象替代是有限的，则它们都是独立组分，需要注意，如果类质同象替代是有限的，则它们都是独立组分，需要分别对分别对待。待。（二）（二）惰性组分惰性组分组分分析组分分析3、孤立组分、孤立组分: 某些组分（某些组分（ZrO,TiOZrO,TiO2 2, P, P
14、2 2O O5 5）含量少含量少,且以纯的且以纯的形式（形式（TiOTiO2 2）或化或化 合物的形式（合物的形式（ZrSiOZrSiO4 4），），作为副矿物（金红石作为副矿物（金红石, ,锆石）产出，不影锆石）产出，不影 响矿物共生分析，可不考虑响矿物共生分析，可不考虑。4、过剩组分、过剩组分: 在参与形成其他共生矿物之后在参与形成其他共生矿物之后,能以过剩状态态形成单独的矿物相能以过剩状态态形成单独的矿物相（过剩矿物）。其含量多少不影响共生关系，（过剩矿物）。其含量多少不影响共生关系，可不考虑。如普遍含可不考虑。如普遍含 石英的变质岩中的石英的变质岩中的SiOSiO2 25、有效惰性组分
15、、有效惰性组分:除上述几类组分外的其他组分（包括类质同象合并的组分）。它除上述几类组分外的其他组分（包括类质同象合并的组分）。它们之间的比例对矿物组合起决定性作用。们之间的比例对矿物组合起决定性作用。（二）（二）惰性组分惰性组分组分分析组分分析该类岩石通常包括十三种组分：该类岩石通常包括十三种组分：SiO2,Al2O3,Fe2O3,FeO,MgO,MnO,CaO,Na2O,K2O,CO2,H2O,TiO2,P2O5。（1）完全活动组分：）完全活动组分：CO2,H2O（2）过剩组分）过剩组分：SiO2(形成过剩形成过剩矿物石英），矿物石英），可不考虑。可不考虑。（3）孤立组分）孤立组分：TiO2
16、,P2O5( (形成副矿物金红石形成副矿物金红石, ,锆石）。锆石）。 （4 4）类质同象）类质同象组分：组分：(Al，Fe)2O3;(Fe,Mg,Mn)O。Na2O仅在斜长石中以仅在斜长石中以类质同象出现，可不考虑。类质同象出现，可不考虑。 （5 5）有效惰性组分有效惰性组分：经过分析确定四个有效惰性组分：经过分析确定四个有效惰性组分：(Al，Fe)2O3、(Fe,Mg,Mn)O、CaO、K2O。同理同理:含有杂质大理岩有效惰性组分为含有杂质大理岩有效惰性组分为：MgO、Al2O3、SiO2。三、组分分析实例三、组分分析实例-以含石英的变质岩石为例以含石英的变质岩石为例以含石英的变质岩石为例
17、以含石英的变质岩石为例: : : : 成分成分/ /共生图解共生图解成分成分/ /共生图解：共生图解： 表示特定变质条件下表示特定变质条件下, ,岩石矿物组合与有效岩石矿物组合与有效惰性组分关系的图解。惰性组分关系的图解。变质岩中的有效惰性组分可以变质岩中的有效惰性组分可以被简化成三组分或四组分（其被简化成三组分或四组分（其相应的矿物相数不超过三种或相应的矿物相数不超过三种或四种），因此可以用四种），因此可以用三角形或三角形或四面体的形式来表示三元系或四面体的形式来表示三元系或四元系中矿物组合关系。四元系中矿物组合关系。通常通常采用三组分图解。采用三组分图解。一、一、 成分成分/ /共生图解一
18、般形式共生图解一般形式 成分成分/ /共生图解共生图解确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点1.1.确定矿物投影点确定矿物投影点确定矿物投影点确定矿物投影点二、二、 成分成分/ /共生图解的编制共生图解的编制 根据矿物化学分析根据矿物化学分析资料或矿物分子式资料或矿物分子式计算出各组分的摩计算出各组分的摩尔百分含量，据此尔百分含量，据此将各个矿物标绘在将各个矿物标绘在相应的位置上相应的位置上（如右图）（如右图）成分成分/ /共生图解共生图解确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点2.2.连接共生线连接共生
19、线连接共生线连接共生线二、二、 成分成分/ /共生图解的编制共生图解的编制 根据观察，将平衡根据观察，将平衡共生的矿物分别用共生的矿物分别用直线连接起来，这直线连接起来，这些直线（共生线）些直线（共生线）一般不能交叉。一般不能交叉。成分成分/ /共生图解共生图解确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点3.3.确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点二、二、 成分成分/ /共生图解的编制共生图解的编制 方法同确定矿物投影方法同确定矿物投影点。目的是验证投影点。目的是验证投影点是否与实际矿物组点是否与实际矿物组合投影点所确
20、定的范合投影点所确定的范围一致。围一致。成分成分/ /共生图解共生图解确定矿物投影点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点4.4.不同岩石类型的不同岩石类型的不同岩石类型的不同岩石类型的成分成分成分成分/ / / /共生图解共生图解共生图解共生图解二、二、 成分成分/ /共生图解的编制共生图解的编制 每一种组分（岩石类型）每一种组分（岩石类型）一般对应一套由三种不同一般对应一套由三种不同矿物构成的矿物组合，矿物构成的矿物组合，例如例如A成分的岩石的三个共成分的岩石的三个共生矿物为生矿物为x,xy,x2z(f=2,p=c)成分成分/ /共生图解共生图解确定矿物投影
21、点确定矿物投影点连接共生线连接共生线确定岩石成分投影点确定岩石成分投影点5.5.固溶体矿物投影固溶体矿物投影固溶体矿物投影固溶体矿物投影二、二、 成分成分/ /共生图解的编制共生图解的编制 不再是一个点不再是一个点,而是一个区域而是一个区域F=C-F=C-f f f f+2=4+2=4成分成分/ /共生图解共生图解 ACF图图A/KF图图AFM图图三、三、 成分成分/ /共生图解的类型共生图解的类型成分成分/ /共生图解共生图解Eskola(1915)(1915)设计的表示含石英变质岩的成分设计的表示含石英变质岩的成分/ /共生三角图解共生三角图解（如图）并以三角形顶点组分命名（如图）并以三角
22、形顶点组分命名。（1）组分分析组分分析(一一)ACF图图+Ms+Bi+Q+AbAnAnEskola将将K2O处理为过剩组分处理为过剩组分,含含 石英变质岩的有效惰性组分为石英变质岩的有效惰性组分为 (Al,Fe)2O3-(Fe,Mg,Mn)O-CaOA=Al2O3+Fe2O3C=CaOF=FeO+MgO+MnOA+C+F=100成分成分/ /共生图解共生图解(一一)ACF图图（2）矿物）矿物ACF值的计算及标定值的计算及标定And(红柱石红柱石)Al2O3SiO2A=100Cord(堇青石堇青石)2(Fe,Mg)O2Al2O35SiO2A=50F=50An(斜长石斜长石)CaOAl2O32Si
23、O2A=50C=50Di(透辉石透辉石)CaO(Fe,Mg)O2SiO2C=50F=50Gro(钙铝榴石钙铝榴石)3CaOAl2O33SiO2A=25C=75Wo(硅灰石硅灰石)CaOSiO2C=100（3）连接共生线及注意事项连接共生线及注意事项按矿物实际共生关系连接共生线即完成了按矿物实际共生关系连接共生线即完成了ACF图解。图解。成分成分/ /共生图解共生图解(一一)ACF图图（4）岩石成分的标绘）岩石成分的标绘1).用副矿物含量校正岩石化学分析用副矿物含量校正岩石化学分析2).把校正后的岩石化学分析中的各个氧化物（把校正后的岩石化学分析中的各个氧化物（WB%)除以其分子量除以其分子量再
24、乘以再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。，换算成氧化物的摩尔数。3).用钾长石，钠长石校正用钾长石，钠长石校正Al2O3的摩尔数；用磷灰石校正的摩尔数；用磷灰石校正CaO；用方解石校正用方解石校正CaO4).4).校正后的岩石校正后的岩石校正后的岩石校正后的岩石A C FA C FA C FA C F值的计算方法值的计算方法值的计算方法值的计算方法A=Al2O3+Fe2O3(Na2O+K2O)C=CaO3.3(P2O5+CO2)F=FeO+MgO+MnOA+C+F=100成分成分/ /共生图解共生图解(一一)ACF图图（5）注意问题）注意问题1）An位置不是钙长石而是包含图解外位置不是钙长石
25、而是包含图解外Ab的斜长石；的斜长石；2）不能表示含）不能表示含K2O的矿物，因此不能区分低温下泥的矿物，因此不能区分低温下泥质岩质岩中中K2O过剩与不足的两类组合。过剩与不足的两类组合。常见矿物在常见矿物在ACF图中的投影点图中的投影点成分成分/ /共生图解共生图解(二二)A AK F K F 图图补充补充ACFACF图中图中不能区分不能区分K2O过剩与过剩与K2O不足的两类矿物组合不足的两类矿物组合。Eskola(1915)(1915)认为，认为，泥质岩中通常贫钙，且泥质岩中通常贫钙，且CaO一般只一般只影响斜长石号码，因此可不考虑影响斜长石号码，因此可不考虑CaO，有效惰性组分简有效惰性
26、组分简化为化为 (Al，Fe)2O3、K2O、(Fe,Mg,Mn)O。成分成分/ /共生图解共生图解(二二)A AK F K F 图图A/=Al2O3+Fe2O3K2O)K=K2OF=FeO+MgO+MnOA/+K+F=100MsAndCordMiAKF+ +Q,PlQ,PlAntAntBiAK F AK F 图图常见矿物在常见矿物在AKF图中的投影点图中的投影点成分成分/ /共生图解共生图解(三三)A F M A F M 图图（1）A F M A F M 图的构想：图的构想：在在ACF图图和和AKF图中，均将图中，均将FeO和和MgO合并为一个组分，合并为一个组分，在许多泥质岩石中，在许多泥
27、质岩石中，FeO/MgO比值不同会形成不同的矿物组合，比值不同会形成不同的矿物组合，FeO和和MgO应作为两个独立组分来考虑。应作为两个独立组分来考虑。 J.B.Thompson(1957) J.B.Thompson(1957)： 将将泥质岩石中泥质岩石中FeO和和MgO分别作为两个独立组分来处理，经过分分别作为两个独立组分来处理，经过分析和筛选确定有效惰性组分为四种组分：析和筛选确定有效惰性组分为四种组分：Al2O3-FeO-MgO-K2O成分成分/ /共生图解共生图解（1）A F M A F M 图的构想：图的构想：(三三)A F M A F M 图图四元系的成分四元系的成分/共生共生图解可以用三维的图解可以用三维的四面体表示，四面四面体表示，四面体的顶点表示组分体的顶点表示组分,矿物组合表示在四矿物组合表示在四面体内（上）面体内（上）,四四面体内（上）的点面体内（上）的点近似代表岩石成分。近似代表岩石成分。A=Al2O3K=K2OF=FeOM=MgO成分成分/ /共生图解共生图解（2）A F M A F M 图的构成：图的构成：(三三)A F M A F M 图图A=Al2O3K=K2OF=FeOM=MgOA=(Al2O3-3K2O)(Al2O3-3K2O+FeO+MgO)M=MgO/(FeO+MgO)
