第四章 矿物共生组合 变质相和变质相系
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矿物共生组合
矿物共生组合矿物共生组合是指在一定条件下，不同矿物相互作用、相互影响形成的一种矿物组合。
这种组合形式丰富多样，能够反映出地质环境和成矿作用的特点。
下面会以硫化物的共生组合为例来进行介绍。
硫化物是一类重要的矿物，常见的有黄铁矿、方铅矿、黄铜矿等。
它们在地质过程中常常与其他矿物发生共生组合，形成特殊的矿床类型。
其中比较典型的共生组合有以下几种。
1. 黄铁矿-黄铜矿共生黄铁矿（pyrite）和黄铜矿（chalcopyrite）属于硫化物矿物，它们常常共生于岩石中。
在成矿过程中，黄铁矿和黄铜矿往往以层状或点状的形式存在。
它们的共生关系可以反映出成矿作用的温度、压力和物质来源等信息。
2. 黄铜矿-方铅矿共生黄铜矿和方铅矿（galena）也是常见的硫化物矿物，它们常常在一起共生于矿床中。
方铅矿与黄铜矿的共生关系可以揭示成矿作用的物质来源和地质环境等信息。
这种共生组合在许多金属矿床中都有发现，如铅锌矿床、铜铅锌矿床等。
3. 黄铁矿-黄铜矿-黄铜脉石共生在一些岩脉中，黄铁矿、黄铜矿和黄铜脉石（bornite）可以形成特殊的共生组合。
黄铜脉石是一种含铜的硫化物矿物，在成矿作用中常与黄铁矿和黄铜矿共生。
这种共生组合在一些铜矿床中常见，可以提供关于成矿作用的温度、压力和矿液组成等信息。
4. 黄铁矿-闪锌矿共生黄铁矿和闪锌矿（sphalerite）也是常见的硫化物矿物，它们常常在一起共生于矿床中。
闪锌矿是一种含锌的硫化物矿物，与黄铁矿的共生关系可以提供成矿作用的地质环境和物质来源等信息。
这种共生组合在锌矿床和多金属矿床中都有发现。
以上只是硫化物矿物的共生组合中的一部分，实际上还有很多其他类型的共生组合，如含铜锌矿床中的赤铁矿-石英-碳酸盐共生、含铅锌矿床中的锌矿-方铅矿-重晶石共生等。
这些共生组合在地质研究和矿产资源勘探中具有重要的意义，通过对其特征和分布规律的分析，可以进一步理解成矿作用的机理和成矿规律。
总之，矿物共生组合是矿床中的一种重要特征，它反映了矿物在地质过程中的相互作用和相互影响。
矿物共生组合变质相和变质相系
化学相图
3-C: 矿物组分投影在三角图 x, y, z, xz, xyz, and yz2
假设这个岩石在图中有 5个 矿物组合 :
x-xy-x2z xy-xyz-x2z xy-xyz-y xyz-z-x2z y-z-xyz
当应用这一化学相图去研 究该岩石矿物组合时, 在 岩石中平衡共存的相是用 结线连接的(tie-l组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 2. 成分－共生图解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
? 矿物组合(mineral assemblage) 或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis) ： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
? 惰性组分： 是扩散能力很差，难于与外部环境发生物 质交换的组分，即系统对之来说是封闭的，在平衡过程中 保持质量固定不变，因而又称为 固定组分。
按照Korzhenskii组分差异活动性原理，在 开放系统情况下，总的组分数目应该为 完全活动 组分与惰性组分之和，即：
C = Ci + Cm
式中：C为组分数，Ci为惰性组分数，Cm为活 动组分数。
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
如果系统内没有流体相，P就代表矿物相数；如果有一 个流体相，矿物相数就等于P-1。因此在一定T-P范围内平衡 共生的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是 Goldschmidt 矿物相律(mineralogical phase rule) ，是Gibbs 相 律的地质学形式。
① Qtz+Cal; ② Qtz+Wo; No Wo+Cal
2. 成分-共生图解
? 成分-共生图解或共生图解
? 若一个岩石系统由3种组分组成, 根据Godlschmidt 矿物相 律, 可能的组合中矿物数应是3、2或1, 用一个三角图来表 示岩石三组分矿物成分, 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.
成因矿物学矿物共生组合
3
角闪石、云母和石榴子石共生
在酸性火成岩中，角闪石、云母和石榴子石常常 共生在一起，形成一种常见的矿物组合。
变质岩中的矿物共生组合
01
绿泥石、黑云母和白云母共生
在变质岩中，绿泥石、黑云母和白云母常常共生在一起，形成一种常见
的矿物组合。
02
石榴子石、透辉石和硅灰石共生
在变质岩中，石榴子石、透辉石和硅灰石常常共生在一起，形成一种常
沉积岩中的矿物共生组合会受到沉积环境的影响，通过分析矿物共生组合，可 以推断出沉积环境的水深、水动力条件、氧化还原状态等信息。
指示成矿作用的意义
指示成矿物质来源
矿物的共生组合可以提供关于成矿物 质来源的信息，例如岩浆熔离成矿、 接触交代成矿等。
指示成矿时间和过程
通过研究矿物共生组合的演变，可以 推断出成矿作用的时间和过程，有助 于确定矿产资源的形成历史和分布规 律。
指导找矿勘探
矿物共生组合可以指示矿产资源的分布和储量，为找矿勘探提供重 要的依据。
在矿产资源评价和预测中的应用前景
评估矿产资源量和品质
通过研究矿物共生组合，可以评估矿产资源的数量和品质，为资源开发提供科学依据。
预测矿产资源的可利用性和经济价值
根据矿物共生组合的特点，可以预测矿产资源的可利用性和经济价值，为投资决策提供支 持。
野外地质观察
通过实地考察，了解矿物的分布、产状、共生关系等，为室 内研究提供基础数据。
室内实验研究
通过物理、化学实验，模拟矿物的形成过程，探究矿物共生 组合的成因机制。
矿物学与岩石学、地球化学等学科的综合研究
01
02
03
矿物学
研究矿物的化学成分、晶 体结构、物理性质等，揭 示矿物的本质特征。
变质带变质相
(3). 铁铝榴石带: 特征是铁铝榴石开始出现，它和黑云
母，白云母，石英等共生。
• 铁铝榴石带等变线反应:
Cld (硬绿泥石)+ Bi = Gt(石榴石）+ H2O
(连续反应)
Fe-Cld + Ann(羟铁云母）= Alm(铁铝榴石）+ H2O (不连续反应)
(4).十字石带: 十字石开始出现，它和铁铝榴石、黑云
2.变质相 (1).变质相的概念及划分标志 (2).主要变质相的基本特征
第一节 变 质 带
• 问题的提出
分带现象: 在一定变质时期形成的变质岩系中，变 质程度不同的岩石, 在空间上往往呈有规律的带状 分布，这就是所谓的分带现象。 如何认识变质岩石的空间分带现象: 曾经提出过不 同的理论，例如深度带 / 变质带 / 变质级 / 变质反 应级等。
c
第二节 变 质 相
(二). 变质相分类
2. 低温相-绿片岩相
温度大致在350-5000C之间， 相当于温克 勒的低级变质. 可分为:
(1) 低绿片岩相: 相当于巴洛变质带的绿泥 石带和黑云母带.
(2) 高绿片岩相: 相当于巴洛变质带的铁铝 榴石带
i
C
FF
Cc
Act
图3.苏格兰高地巴洛式递增变质带 和巴肯式递增变质带的对比
(Berman, 1988, 1990, 1991).
第一节 变 质 带
• 基性变质岩的递增变质带
在中压变质地区常可划分为以下几个变质带
1. 钠长石—绿泥石带：
典型矿物组合: Ab + Epi + Chl ± Cc ± Q ± Ser 这些矿物可由辉石和基性斜长石的水化作用形成, 也 可由其它变质反应形成.
变质岩——第二十讲矿物共生组合与变质相概念_2014.
2。 沉积相
一定沉积环境中的沉积物或沉积岩的 岩石学 和 生物 特征
的总和。从大的方面可分为陆相和海相，陆相与海相又各自 可分为……。
如：河流相主要为砂砾岩或粉砂岩组成，具交错层理， 有植物树干化石而无植物叶化石。
又如：湖泊相常有暗色泥岩或细粉砂岩组成，水平纹理， 含植物叶及淡水动物化石。
3、变质相概念及其划分
变质相：角闪岩相（区域变质岩） 普通角闪石角岩相（接触变质岩）
1 Ky+Ms+Alm+Pl+Qtz Ky+Ms+Bi+Pl+Qtz
2 Kf+Qtz+Pl+Ms+Bi 2’ Ms+Bi+Kf+Qtz+Pl 3 Alm+Pl+Qtz 4 Hb+Pl+Alm+Qtz 5 Hb+Pl+Qtz 6 Hb+Di(Cpx)+Pl+Qtz 7 Pl+Cpx+Qtz 8 Pl+Cpx+Grs+Qtz 9 Grs+Cpx+Qtz 10 Cc+Cpx+Grs+/-Qtz
次火山相
侵 入 体
火山通道相 火山颈.
岩管/岩筒
火山岩相示意图（据 邱家骧，1985）
2。沉积相
沉积环境——沉积物堆积场所的地貌特征与沉积作用特 征的总和。
河流环境的地貌特征为下切的沟谷（具有一定坡度）， 沟内有阶地、边滩或心滩，沉积作用为流动的水体（水 流）。
又如：湖 泊环境的地貌 特征为陆地上 具一定面积的 积水洼地，沉 积作用为波浪、 沿岸水流及淡 水生物活动等。
岩石学-共生分析、变质相和变质相系
为了用图解表示，要把这些值换算为A＋C＋F=100，即用摩
尔百分数表示。
四、A’KF图 计算岩石的A’KF程序如下：
A′=[Al2O3]＋[Fe2O3]－([K2O]＋[Na2O]＋[CaO]) K=[K2O] F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO] A′＋K＋F=100 为了用图解表示，要把这些 值换算为A’＋K＋F=100， 即用摩尔百分数表示。
一个薄片中出现两个共生组合 a.由于原岩成分的细微变化，使得在一个很小的范围内出 现两个共生组合：Cc＋Q（上）和Wo＋Q（下）； b.视域中A、B、C三相有机会彼此接触，属一个矿物共生 组合。而D则被包裹于B中，不与A、C接触， 不包括在该共生组合中，D与B构成另一个矿物共生组合
矿物相律
一、封闭体系的矿物相律 — 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Gibbs相律公式可得：
C=1 ：Al2SiO5
P(Max) = C + 2 - F = 3
P
P＝3相：And, Sill, Ky 平衡共
Ky
生时，只能在三相点上，此
时， F＝0。
Sill
P＝2相：And/Ky, And/Sill,
Ky/Sill, 只能在单变相线上，
And
此时，温度的改变必须压力 随着改变才能保证两相平衡
A=100 A=50, F=50 A=50, C=50 C=50, F=50 A=25, C=75 C=100
三、岩石成分的标绘
计算岩石的ACF程序如下：
(1)用副矿物含量校正岩石化学分析；
(2)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]=CaO wB%×1000/CaO分子量;
尔百分数表示。
四、A’KF图 计算岩石的A’KF程序如下：
A′=[Al2O3]＋[Fe2O3]－([K2O]＋[Na2O]＋[CaO]) K=[K2O] F=[FeO]＋[MgO]＋[MnO] A′＋K＋F=100 为了用图解表示，要把这些 值换算为A’＋K＋F=100， 即用摩尔百分数表示。
一个薄片中出现两个共生组合 a.由于原岩成分的细微变化，使得在一个很小的范围内出 现两个共生组合：Cc＋Q（上）和Wo＋Q（下）； b.视域中A、B、C三相有机会彼此接触，属一个矿物共生 组合。而D则被包裹于B中，不与A、C接触， 不包括在该共生组合中，D与B构成另一个矿物共生组合
矿物相律
一、封闭体系的矿物相律 — 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Gibbs相律公式可得：
C=1 ：Al2SiO5
P(Max) = C + 2 - F = 3
P
P＝3相：And, Sill, Ky 平衡共
Ky
生时，只能在三相点上，此
时， F＝0。
Sill
P＝2相：And/Ky, And/Sill,
Ky/Sill, 只能在单变相线上，
And
此时，温度的改变必须压力 随着改变才能保证两相平衡
A=100 A=50, F=50 A=50, C=50 C=50, F=50 A=25, C=75 C=100
三、岩石成分的标绘
计算岩石的ACF程序如下：
(1)用副矿物含量校正岩石化学分析；
(2)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]=CaO wB%×1000/CaO分子量;
变质相及其相转化
术语解释:
变质相及变质相分类
Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) : 很低级, 低级, 中级, 高级. 很低级变质: 特征是变质基性岩中出现浊沸石,硬柱石, 葡萄石, 绿纤石等矿物的出现为标志, 温度区间为200-3500C. 低级变质: 以变质基性岩中硬柱石, 葡萄石,绿纤石等矿物反应形成黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C 中级变质: 标志是泥质岩石中十字石(堇青石)出现和绿泥石消失. 在变质基性岩中以普通角闪石+斜长石(An17)为特征.温度区间为550-6500C. 高级变质: 标志是泥质岩石中白云母和石英反应形成矽线石和钾长石组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件), 温度区间 > 6500C.
变质相及其相转化
变质相及变质相分类 主要区域变质相的特征 变质相图及其编绘 相转化的组构标志及研究意义
汇报时间：12月20日
Annual Work Summary Report
变质岩岩理学基本研究内容
原岩及其形成构造环境的研究 变质作用演化及大地构造环境
.
变质作用
变 质 岩
原 岩
变质岩形成过程
T. P. C
变质岩研究层次
地球动力学
变质相及变质相分类
一、变质相的基本概念
1915年芬兰地质学家爱斯克拉，在研究芬兰奥里耶维地区的接触变质岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。。
1911年，戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次把相律应用到变质岩的研究中，
变质相的概念(P.Eskola, 1920)：一个变质相是指类似的温度、压力条件下达到化学平衡的所有岩石的总和（不论其结晶方式），一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作有规律的改变”
变质相及变质相分类
Winkler (1974) 按温度将变质强度划分为四个变质级(等物理系列) : 很低级, 低级, 中级, 高级. 很低级变质: 特征是变质基性岩中出现浊沸石,硬柱石, 葡萄石, 绿纤石等矿物的出现为标志, 温度区间为200-3500C. 低级变质: 以变质基性岩中硬柱石, 葡萄石,绿纤石等矿物反应形成黝帘石和阳起石为标志,温度区间为350-5500C 中级变质: 标志是泥质岩石中十字石(堇青石)出现和绿泥石消失. 在变质基性岩中以普通角闪石+斜长石(An17)为特征.温度区间为550-6500C. 高级变质: 标志是泥质岩石中白云母和石英反应形成矽线石和钾长石组合(变质成因的紫苏辉石代表高级变质条件), 温度区间 > 6500C.
变质相及其相转化
变质相及变质相分类 主要区域变质相的特征 变质相图及其编绘 相转化的组构标志及研究意义
汇报时间：12月20日
Annual Work Summary Report
变质岩岩理学基本研究内容
原岩及其形成构造环境的研究 变质作用演化及大地构造环境
.
变质作用
变 质 岩
原 岩
变质岩形成过程
T. P. C
变质岩研究层次
地球动力学
变质相及变质相分类
一、变质相的基本概念
1915年芬兰地质学家爱斯克拉，在研究芬兰奥里耶维地区的接触变质岩石，同样发现矿物组合随岩石化学成分的变化而变化。。
1911年，戈尔德斯密特研究挪威奥斯陆地区的高级变质角岩时，发现这一地区变质岩的矿物组合随原岩化学成分的变化而变化。首次把相律应用到变质岩的研究中，
变质相的概念(P.Eskola, 1920)：一个变质相是指类似的温度、压力条件下达到化学平衡的所有岩石的总和（不论其结晶方式），一个变质相内部，随着岩石总体化学成分的改变，其矿物组合作有规律的改变”
矿物共生组合
矿物共生组合矿物是地质作用的产物，特定的地质作用可以产生特定的矿物共生组合。
不仅内力、外力和变质作用所产生的矿物共生组合有很大差异，即使同是内力作用的产物，产状类型不同，矿物的共生组合也不同。
一、内力作用的矿物共生组合1．岩浆岩及岩浆矿床中的矿物共生组合（1）侵入岩（深成岩）的矿物共生组合主要类型深成岩中矿物共生组合列于下表。
此表只提供了共生矿物的大致范围，而且只限于正常岩浆岩系列的岩石，既不包括重熔花岗岩，与围岩有强烈变代作用的岩浆岩等。
与深成岩不同，喷出岩可以明显地分为斑晶和基质两部分，二者的矿物成分既有相似之处，也有所不同。
主要类型喷出岩的矿物共生组合举例岩浆作用即可产生岩浆岩，亦可产生岩浆矿床。
已知的岩浆矿床中，与基性-超基性岩有关的占多数，其次是中性碱性岩。
岩浆矿床的矿物共生组合举例伟晶岩是一种特殊的粗粒结构的岩石，其成分可以与各种深成岩体相当，而且多数伟晶岩体即产于这些深成岩体内或岩体附近的围岩中。
伟晶岩多呈脉状，亦有凸镜状（片岩中）、不规则状。
伟晶岩的形成晚于与其有关的深成岩。
常见的伟晶岩有：花岗伟晶岩、正长伟晶岩、霞石正长伟晶岩、辉长伟晶岩、伟晶辉石岩等，其中以花岗伟晶岩、碱性伟晶岩经济价值最大——可以形成矿床。
花岗伟晶岩的矿物共生组合举例碱性伟晶岩的矿物共生组合举例并可过渡到热液矿脉；其二，认为是岩浆岩经残余溶液交代岩石重结晶而成与成分相当的深成岩比较，伟晶岩具有下列特点：1主要造岩矿物与深成岩相同，但花岗伟晶岩较花岗岩更富于酸性（即SiO2含量更高），相应的伟晶岩中暗色硅酸盐矿物较少；2富含挥发分及稀有、稀土元素矿物；3伟晶结构、文象结构；晶洞构造、带状构造。
2.热液矿床的矿物共生组合热液矿床的矿物共生组合，若以形成温度划分，则为高温、中温、低温热液共生组合；若以热液来源划分，则如表所示，分为与侵入岩有关的生成型，与火上作用有关的火山型，与远离侵入体的远成型。
生成型岩浆热液中以石英为主要脉石矿物的为石英亚型；以硫化矿物为主的为硫化物亚型；以碳酸盐为主的碳酸盐亚型。
变质岩岩石学-4 共生分析和共生图解
二、组分共生图解
2.1. 图解的表示方法
(1). 二组分图解
A simple example: the plagioclase system as a linear C = 2 plot:
= 100 An/(An+Ab)
二、组分共生图解
(2). 三组分图解
Suppose you had a small area of a metamorphic terrane in which the rocks correspond to a hypothetical 3-component system with variable proportions of the components x-y-z The rocks in the area are found to contain 6 minerals with the fixed compositions x, y, z, xz, xyz, and yz2 将6个矿物相投在x-y-z的 三角成分图解中
第四章 共生分析和共生图解
平衡? 不平衡?
变质岩能否达到物化平衡是关键问题，特别是在低级 变质地区、混合岩化发育地区和汽成水热变质地区， 经常出现不平衡的结构现象； 电子探针的应用发现很多变质矿物如石榴石、角闪石 等有环带结构，岩石在总体上并未达到平衡。 局部平衡（local equilibrium）：即在总体上并未达到 平衡的岩石中，存在着多个达到平衡的结构域 （textural domain），对于每一个具体的结构域来说 都可以应用物理化学的平衡原理。 因此，在研究变质岩石时，首要一点就是确定哪些组 合是平衡的。
二、组分共生图解
设定岩石具有5个矿物组合:
1. 2. 3. 4. 5.
4 变质共生分析变质相系
∴ 至少有两个自由度，即f≥2。由Gibbs相律公式 可得：f=c＋2－p≥2。因此 p≤c 在一定P、T范围内平衡的矿物相数不大于该岩石系 统的独立组分数——Goldschmidt矿物相律.
二、矿物组合、成分-共生图解和组分分析
1．矿物组合及其确定标志 矿物组合：在共生分析中，一定化学成 分岩石达化学平衡时的矿物成分。也叫 矿物共生、矿物共生组合.
孤立组分： TiO2、 P2O5，不予考虑
过剩组分： SiO2 (Q)、K2O(Kf)，放在图外 类质同象组分 Al2O3＋Fe2O3 FeO＋MgO＋MnO
C
＋Q ＋Kf ＋Ab
F
Ca－Na组成Pl， 不计Na2O，Ab放在图外，与图上的An一起
表示Pl
有效惰性组分： (Al, Fe)2O3 CaO （Fe, Mg, Mn)O A C F
(2)类质同象组分
在造岩矿物中相互替代，在共生分析 时常将其合并为一个组分，如(Fe,Mg)O 造岩矿物中类质同象替代往往有限， 如Gt(石榴石)、Cld(硬绿泥石) 的FeO/MgO比值高; 而Crd(堇青石)的FeO/MgO比值低。 在严格的共生图解中，将FeO和MgO 作为2个组分．
Eskola P. (1888~1964, 芬兰) ACF、A’KF图, 1915 变质相, 1920
Korzhenskii D. S. (1899~1985,俄) Korzhenskii相律 化学位图解, 1936
1、ACF图——含石英变质岩的组分分析
完全活动组分：H2O、CO2，不予考虑
A
变 质 相 的 界 线 是 渐 变 的 变质相的P-T图解
变质级 是对变 质相的 P-T空间 的粗略 分析
很低级 低级 中级 高级 变质级的划分
二、矿物组合、成分-共生图解和组分分析
1．矿物组合及其确定标志 矿物组合：在共生分析中，一定化学成 分岩石达化学平衡时的矿物成分。也叫 矿物共生、矿物共生组合.
孤立组分： TiO2、 P2O5，不予考虑
过剩组分： SiO2 (Q)、K2O(Kf)，放在图外 类质同象组分 Al2O3＋Fe2O3 FeO＋MgO＋MnO
C
＋Q ＋Kf ＋Ab
F
Ca－Na组成Pl， 不计Na2O，Ab放在图外，与图上的An一起
表示Pl
有效惰性组分： (Al, Fe)2O3 CaO （Fe, Mg, Mn)O A C F
(2)类质同象组分
在造岩矿物中相互替代，在共生分析 时常将其合并为一个组分，如(Fe,Mg)O 造岩矿物中类质同象替代往往有限， 如Gt(石榴石)、Cld(硬绿泥石) 的FeO/MgO比值高; 而Crd(堇青石)的FeO/MgO比值低。 在严格的共生图解中，将FeO和MgO 作为2个组分．
Eskola P. (1888~1964, 芬兰) ACF、A’KF图, 1915 变质相, 1920
Korzhenskii D. S. (1899~1985,俄) Korzhenskii相律 化学位图解, 1936
1、ACF图——含石英变质岩的组分分析
完全活动组分：H2O、CO2，不予考虑
A
变 质 相 的 界 线 是 渐 变 的 变质相的P-T图解
变质级 是对变 质相的 P-T空间 的粗略 分析
很低级 低级 中级 高级 变质级的划分
变质岩 第4讲-共生分析和变质相
变质反应
例如：
1. 共生分析的原理
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。
变质反应
注意：
1. 共生分析的原理
变质岩
Metamorphic Rock
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
变质反应
1. 共生分析的原理
矿物相率
吉布斯相率
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。
3.ACF图解
变质反应
ACF图解
含石英变质岩的组分分析
3.ACF图解
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：
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
“变质作用PTt轨迹”“变质相系”的原理
“变质作用PTt轨迹”“变质相系”的原理
地壳在构造作用之前应具有特定的稳态地热梯度，当与相邻地壳碰撞时，由于大规模的逆掩作用和岩片堆叠，使地壳迅速加厚，随着构造埋深作用，岩层所承受的压力也迅速增高。
当浅部低温的岩层迅速进入深部的过程中，温度的升高要相对慢得多。
其结果是在这部分地壳中出现热扰动，使地热梯度偏离原始状态（稳态），当构造作用停止时，岩层所处的压力最大。
由于地幔热流上升和地壳本身内部放射性成因热的加温作用，出现热松弛现象，即地壳的温度趋向于增高，向稳态地热梯度变化。
一般变质作用发生于从热扰动到热松弛的过程中，或者说在变质过程中，地热梯度是变化的。
正常地热体制受到扰动的方式有多种：如板块俯冲、碰撞、伸展，岩浆的侵位及岩层褶皱等。
在地壳加厚区（碰撞造山带），变质作用的PTt轨迹取决于：地壳加厚方式和程度、热松弛的速率、岩石折返的速率等。
变质相、变质带、变质级对应关系。
矿物的共生组合名词解释
矿物的共生组合名词解释
矿物的共生组合是指两种或多种矿物在自然界中以一定的比例
和形式共同出现的现象。
这种共生组合可以是在岩石中或矿床中发
现的，也可以是在地质构造中出现的。
矿物的共生组合通常反映了
地质过程和矿床成因，对于矿床的勘探和开发具有重要的指导意义。
共生组合可以有多种形式，例如矿物的交代、包裹体、伴生矿
物等。
矿物的交代是指一种矿物以晶体形式包裹在另一种矿物晶体
内部的现象，这种共生组合常见于矿石中。
包裹体是指一种矿物包
裹在另一种矿物中，形成类似于包裹的结构，这种组合常见于宝石中。
伴生矿物是指两种或多种矿物以颗粒状、块状或脉状等形式共
生在一起，这种形式的共生组合在矿床中比较常见。
矿物的共生组合具有重要的地质学和矿床学意义。
通过对共生
组合的研究，可以了解矿床成因、地质构造和成矿规律，为矿产资
源的勘探和开发提供重要的参考依据。
因此，矿物的共生组合是地
质学和矿床学研究中的重要内容之一。
第四章 矿物共生组合
• 在 AKF 图中,
A = Al2O3 + Fe2O3 - Na2O - K2O - CaO K = K2O F = FeO + MgO + MnO
Figure 24-6. After Ehlers and Blatt (1982). Petrology. Freeman.
AKF 图 (Eskola, 1915)说明泥质角岩中共生次序 Orijä rvi region Finland
(一)、封闭体系体系中的相律
• 平衡体系中， Gibbs相律表达式如下： f=C-f+2
f 体系中的相数
C 组分数：所谓组分即体系中对确定某个相所需
要的最小的化学组成数
f 自由度数：所谓自由度指某种状态下独立的强度
变量数（温度、压力和每个相的成分等）
变质岩相律举例- Al2SiO5
C=1 f = 1常见 f=1-1+2=2 f = 2 较少 f=1-2+2=1 f=3 f=1-3+2=0 (~ 0.37 GPa and 500oC)
J.B. Thompson’s A(K)FM图解
J.B. Thompson’s A(K)FM图解
A = Al2O3 - 3K2O (if projected from Ms) = Al2O3 - K2O (if projected from Kfs) F = FeO M = MgO
从白云母投影
Figure 24-20. AFM Projection from Ms for mineral assemblages developed in metapelitic rocks in the lower sillimanite zone, New Hampshire After Thompson (1957). Am. Min. 22, 842-858.
变质相的矿物组合
变质相的矿物组合（一）浊沸石相是变质作用的开始相,它和成岩作用之间的界线,主要是以浊沸石开始出现,而方沸石、片沸石等开始分解,温度梢高时,还有葡萄石开始出现.这个相的典型组合为：1．浊沸石+绿泥石十石英；2．浊沸石+葡萄石+绿泥石+石英；3．葡萄石+绿泥石+方解石+石英；(二)葡萄石—绿纤石相它和浊沸石相之间的界线是以绿纤石的开始出现,浊沸石,斜钙沸石的完全分解作为标志.其典型矿物组合为：1、绿纤石十葡萄石十绿泥石+钠长石十石英(变质硬砂岩)；2、绿纤石十绿泥石+绿帘石十钠长而十石英(变质基性岩)；3．绿纤石+葡萄石+绿泥石+方解石十钠长石(变质基性岩)；4．绿纤石+阳起石+绿泥石十钠长石十石英(变质基性岩)；（三）蓝闪石-硬柱石相（蓝片岩相）这个相带和绿片岩相或浊沸石相、葡萄石—绿纤石相过渡,且可有过渡性的矿物组舍,属低温高压变质相,大致相当于高压低绿片岩相.典型矿物组合随压力递增而变化.常见的矿物组合有：1．硬柱石+钠长石+绿泥石(±方解石、石英,多硅白云母) (中压) 2 硬柱石十钠长石十绿泥石十霰石（中高压)3．硬柱石+蓝闪石+钠长石+霰石(无石英时可出现硬玉) (高压)4．硬柱石十蓝闪石+硬玉+石英(极高压)(四)低绿片岩相低绿片岩相和葡萄石—绿纤石相之间及蓝闪石—硬柱石片岩相之间的界线,只能根据变质基性岩中出现的特征矿物组合来进行划分,在变质泥质岩中没有明确的划分标志.特征是斜黝帘石开始出现,葡萄石,绿纤石和硬柱石的完全分解.其典型的矿物组合有：1、黝帘石/斜黝帘石+阳起石+绿泥石+钠长石(基性岩)2、绿泥石+绿帘石+钠长石+方解石+石英(基性岩)3、云母(白云母,黑云母)十绿泥石+酸性斜长石+石英(泥质岩)4、硬绿泥石+绿泥石+白云母十石英(泥质岩)5、方解石+绿帘石+透闪石/阳起石+石英(灰岩)6、滑石+蛇纹石+透闪石/阳起石(超基性岩)(五)高绿片岩相代表性的典型矿物组合为：1、普通角闪石+绿帘石+铁铝榴石+酸性斜长石十石英(基性岩)2、普通角闪石十绿帘石+绿泥石十酸性斜长石+石英(基性岩)3、铁铝榴石+绿泥石+硬绿泥石十白云母+石英(泥质岩)4、铁铝榴石+绿泥石+白云母十黑云母十石英(泥质岩)5、方解石+绿帘石十透闪石+石英(灰岩)(六)低角闪岩相1、十字石十蓝晶石+铁铝榴石+黑云母十白云母+斜长石十石英(泥质岩,中压)2、堇青石+红柱石+铁铝榴石+黑云母+白云母+斜长石+石英(泥质岩,低压)3、普通角闪石+铁铝榴石十斜长石十石英(基性岩,中压)4、普通角闪石十黑云母+斜长石十石英(基性岩,低压)5、方解石+透辉石+透闪石+钙铝榴石+帘石+斜长石(灰岩,中压)6、方解石+普通角闪石+单斜辉石+斜长石(灰岩,低压)(七)高角闪岩相高角闪岩棚代友性的矿物组合有：1、夕线石+铁铝榴石+黑云母十钾长石+石英±斜长石(泥质岩,中压)2、夕线石+堇青石+钾长石+石英±斜长石(泥质岩,低压)3、夕线石十堇青石+铁铝榴石+黑云母+钾长石+石英±斜长石(泥质岩,中低压)4、普通角闪石+铁铝榴石+斜长石+石英(基性岩,中压)5、普通角闪石十单斜辉石+斜长石+镁铁闪石(基件岩,低压)6、方解石十透辉石(十黝帘石)十钙铝榴石+斜长石(灰岩、中压)7、方解石+普通角闪石+单斜辉石+斜长石±硅灰石(灰料,低压)(八)麻粒岩相1．紫苏辉石+单斜辉石+铁铝榴石+斜长石+普通角闪石(基性岩) 2．夕线石+铁铝榴石十黑云母十斜长石十石英±紫苏辉石(泥质岩,中压)3．夕线石+堇青石十铁铝榴石+钾长石+斜长石十石英十紫苏辉石(泥质岩,低压)4．方解石十透辉石+钙铝榴石十斜长石(灰岩) •5．方解石+金云母十镁橄榄石十透辉石(灰岩)（九）榴辉岩相这个相的唯一特征岩石是榴辉岩,由绿辉石和含钙的铁镁铝榴石组成,典型者不含斜长石,可有石英,有时还可含蓝晶石、玩火辉石、金红石等.。
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而当这些数值随时间而变化时, 只要其变化速度不超 过这一小范围建立平衡所需的速度, 则局部平衡(local equilibrium)仍能建立.
因此, 热力学的多相平衡原理能有效应用于研究交代 作用过程. 在此基础上, Korzhenskii 提出组分差异活动 性(differential mobility of components)的思想, 拟定了开 放系统矿物相律和开放系统的矿物共生分析方法.
应关系；③同种矿物光学性质相等，无矿物环 带；④一对矿物之间的分配系数相等；⑤符合 矿物相律。标准①的判别是关键：
① A+B+C ② B+C+D
A和D不接触
• 相律, 系统中矿物平衡时: Gibbs 相律 F(自由度数) = C(组分数) – p(相数) + 2
P 系统中的矿物相数
C 组分数: 在系统中构成每个具体矿物相的最小化
学组分数
F 自由度数: 主要是指温度, 压力
• C=1
• f=0: 体系为零变量, 相 图上为一点称不变点, 自然界几乎找不到;
Korzhenskii根据组分差异活动性原理, 把开放系统下, 各组分分为两类:
• 完全活动组分：是扩散能力极强，可以在瞬间通过粒 间流体与外部环境发生物质交换，以使其化学位(或浓度) 与外部环境中该组分化学位(或浓度)相等。在平衡过程中 ，完全活动组分保持化学位(或浓度)不变，外部环境在该 过程中起缓冲作用，因而又称为外缓冲组分。
由于完全活动组分与T , P一样受外部环境控制，因而， Korzhenskii提出完全活动组分与T, P一样，看作控制交代反应的外 部条件。这样，开放体系的自由度则为，
f ≥ Cm + 2
将式上述两式代入相律公式：f = C- P+2中可得:
(Ci + Cm) - P+2 ≥ Cm + 2
P ≤ Ci
• f=1, 体系为单变量, 相 图上为一条直线, 称单 变量平衡曲线;
• f=2: 体系是双变量, 在 相图上为一个面（两个 单变线之间的区域）, 称为双变平衡区（双变 面）.
2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律
1911年，Goldschmidt在研究挪威Oslo地区辉长岩体接触 变质晕时，将Gibbs相律应用于自然界的变质岩石。他认为， 在封闭条件下岩石系统达到平衡时应服从Gibbs相律。变质作 用是在一定T-P区间内进行的并达到平衡，必须至少有两个自 由度，即f≥2。由Gibbs相律公式可得：
二．矿物组合、成分-共生图解解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
• 矿物组合(mineral assemblage)或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis)： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
• 确定矿物共生组合的主要标志： • ①各矿物都相接触；②各矿物之间无交切和反
• 必须指出，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PT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。
3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
Korzhenskii(1936, 1942, 1973)认为, 交代系统就其整 体来说各部分温度、压力、组分化学位等热力学强度变 量数值不等, 是一种不平衡系统, 但在每一个极小的局部, 这些数值是固定的, 即不随时间变化而变化时, 可以建立 平衡状态.
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
如果系统内没有流体相，P就代表矿物相数；如果有一 个流体相，矿物相数就等于P-1。因此在一定T-P范围内平衡 共生的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是 Goldschmidt矿物相律(mineralogical phase rule)，是Gibbs相 律的地质学形式。
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Gibbs相律
因此，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。这是变质岩石学研究的基本 方法，称为共生分析（paragenesis analysis）。
因此，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体系的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与 活动组分无关。
由Korzhenskii矿物相律公式P ≤ Ci ，我们可以很好地解释交代
分带现象。即越接近热液活动中心，活动组分（Cm）越多，惰性 组分（Ci）越少，因而共生矿物数目也越少。在热液活动中心，甚 至只剩下1、2个惰性组分，因而可出现单矿物岩石，如纯石榴子石 矽卡岩。
• 惰性组分：是扩散能力很差，难于与外部环境发生物 质交换的组分，即系统对之来说是封闭的，在平衡过程中 保持质量固定不变，因而又称为固定组分。
按照Korzhenskii组分差异活动性原理，在 开放系统情况下，总的组分数目应该为完全活动 组分与惰性组分之和，即：
C = Ci + Cm
式中：C为组分数，Ci为惰性组分数，Cm为活 动组分数。
第四章 共生分析、变质相和变质相系
一．矿物相律 二．矿物组合、成分-共生图解和组分分析 三．ACF图、A’KF图和AFM图 四．变质相与变质相系
一．矿物相律
1. 共生分析的基本思路 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
1. 共生分析的基本思路
• 例如Al203-Si02二元系，可出现的矿物很多：石英、 刚玉、红柱石、蓝晶石、夕线石等，但实际上只可能有 两种即石英或刚玉与Al2Si05 同质异相变体之一共生。 如果Al203与Si02是等量的，至多只能出现2个同质异相 变体。在平衡条件下，不太可能有3、4种矿物组合，更 不可能有4个以上的矿物共生。
因此, 热力学的多相平衡原理能有效应用于研究交代 作用过程. 在此基础上, Korzhenskii 提出组分差异活动 性(differential mobility of components)的思想, 拟定了开 放系统矿物相律和开放系统的矿物共生分析方法.
应关系；③同种矿物光学性质相等，无矿物环 带；④一对矿物之间的分配系数相等；⑤符合 矿物相律。标准①的判别是关键：
① A+B+C ② B+C+D
A和D不接触
• 相律, 系统中矿物平衡时: Gibbs 相律 F(自由度数) = C(组分数) – p(相数) + 2
P 系统中的矿物相数
C 组分数: 在系统中构成每个具体矿物相的最小化
学组分数
F 自由度数: 主要是指温度, 压力
• C=1
• f=0: 体系为零变量, 相 图上为一点称不变点, 自然界几乎找不到;
Korzhenskii根据组分差异活动性原理, 把开放系统下, 各组分分为两类:
• 完全活动组分：是扩散能力极强，可以在瞬间通过粒 间流体与外部环境发生物质交换，以使其化学位(或浓度) 与外部环境中该组分化学位(或浓度)相等。在平衡过程中 ，完全活动组分保持化学位(或浓度)不变，外部环境在该 过程中起缓冲作用，因而又称为外缓冲组分。
由于完全活动组分与T , P一样受外部环境控制，因而， Korzhenskii提出完全活动组分与T, P一样，看作控制交代反应的外 部条件。这样，开放体系的自由度则为，
f ≥ Cm + 2
将式上述两式代入相律公式：f = C- P+2中可得:
(Ci + Cm) - P+2 ≥ Cm + 2
P ≤ Ci
• f=1, 体系为单变量, 相 图上为一条直线, 称单 变量平衡曲线;
• f=2: 体系是双变量, 在 相图上为一个面（两个 单变线之间的区域）, 称为双变平衡区（双变 面）.
2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律
1911年，Goldschmidt在研究挪威Oslo地区辉长岩体接触 变质晕时，将Gibbs相律应用于自然界的变质岩石。他认为， 在封闭条件下岩石系统达到平衡时应服从Gibbs相律。变质作 用是在一定T-P区间内进行的并达到平衡，必须至少有两个自 由度，即f≥2。由Gibbs相律公式可得：
二．矿物组合、成分-共生图解解 3. 组分分析
1. 矿物组合及其确定标志
• 矿物组合(mineral assemblage)或共生矿物、矿 物共生组合(mineral paragenesis)： 一定化学成分岩石达到化学平衡时的矿物成分
• 确定矿物共生组合的主要标志： • ①各矿物都相接触；②各矿物之间无交切和反
• 必须指出，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PT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。
3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
Korzhenskii(1936, 1942, 1973)认为, 交代系统就其整 体来说各部分温度、压力、组分化学位等热力学强度变 量数值不等, 是一种不平衡系统, 但在每一个极小的局部, 这些数值是固定的, 即不随时间变化而变化时, 可以建立 平衡状态.
f=C-P+2≥2。 因此，
P≤C
(5-2)
如果系统内没有流体相，P就代表矿物相数；如果有一 个流体相，矿物相数就等于P-1。因此在一定T-P范围内平衡 共生的矿物相数不大于该岩石系统的独立组分数。这就是 Goldschmidt矿物相律(mineralogical phase rule)，是Gibbs相 律的地质学形式。
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Gibbs相律
因此，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。这是变质岩石学研究的基本 方法，称为共生分析（paragenesis analysis）。
因此，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体系的矿物相数等于或小于惰性组分数，而与 活动组分无关。
由Korzhenskii矿物相律公式P ≤ Ci ，我们可以很好地解释交代
分带现象。即越接近热液活动中心，活动组分（Cm）越多，惰性 组分（Ci）越少，因而共生矿物数目也越少。在热液活动中心，甚 至只剩下1、2个惰性组分，因而可出现单矿物岩石，如纯石榴子石 矽卡岩。
• 惰性组分：是扩散能力很差，难于与外部环境发生物 质交换的组分，即系统对之来说是封闭的，在平衡过程中 保持质量固定不变，因而又称为固定组分。
按照Korzhenskii组分差异活动性原理，在 开放系统情况下，总的组分数目应该为完全活动 组分与惰性组分之和，即：
C = Ci + Cm
式中：C为组分数，Ci为惰性组分数，Cm为活 动组分数。
第四章 共生分析、变质相和变质相系
一．矿物相律 二．矿物组合、成分-共生图解和组分分析 三．ACF图、A’KF图和AFM图 四．变质相与变质相系
一．矿物相律
1. 共生分析的基本思路 2. 封闭系统的Goldschmidt矿物相律 3. 开放体系统的Korzhenskii矿物相律
1. 共生分析的基本思路
• 例如Al203-Si02二元系，可出现的矿物很多：石英、 刚玉、红柱石、蓝晶石、夕线石等，但实际上只可能有 两种即石英或刚玉与Al2Si05 同质异相变体之一共生。 如果Al203与Si02是等量的，至多只能出现2个同质异相 变体。在平衡条件下，不太可能有3、4种矿物组合，更 不可能有4个以上的矿物共生。