巖石物理化學(xué)課件

巖石物理化學(xué)XYF＝C－P＋n巖石物理化學(xué)XYF＝C－P＋n1巖石物理化學(xué)PETROLOGICALPHYSICALCHEMISTRY（課程教學(xué)大綱）開課學(xué)期：0.5課內(nèi)外總學(xué)時：36課內(nèi)學(xué)時：36周學(xué)時：4～6學(xué)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)巖石物理化學(xué)2教學(xué)要求

本課程要求學(xué)生在熟悉相律、相圖、相平衡及熱力學(xué)三大定律的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)掌握巖石學(xué)相平衡實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法，相圖的判讀和精細(xì)解析，了解高溫高壓熔融實(shí)驗(yàn)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(jì)壓力計(jì)的設(shè)計(jì)原理、適用范圍及運(yùn)用技能。并最終將巖石物理化學(xué)的原理和方法與巖石學(xué)研究成果緊密結(jié)合去獲取有關(guān)巖石成因的重要信息。教學(xué)要求3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(xué)現(xiàn)象的物理化學(xué)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(xué)計(jì)量法4、巖石形成及演化過程中化學(xué)反應(yīng)的類型5、再造巖石形成及演化過程中化學(xué)反應(yīng)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、相圖的制作方法課程主要內(nèi)容4●四、一元系相圖及其巖石學(xué)意義

SiO2系統(tǒng)●五、二元系相圖及其巖石學(xué)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)●四、一元系相圖及其巖石學(xué)意義5●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(diǎn)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)●六、三元系相圖類型及典型相圖的解析6●七、高溫高壓實(shí)驗(yàn)與巖漿起源概述

1、高溫高壓熔融實(shí)驗(yàn)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(jì)壓力計(jì)概述

1、地質(zhì)溫度計(jì)壓力計(jì)的基本原理2、地質(zhì)溫度計(jì)壓力計(jì)的主要類型及運(yùn)用技能●七、高溫高壓實(shí)驗(yàn)與巖漿起源概述7課程內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)、深度和廣度

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，綜合化和一體化日趨強(qiáng)烈。多學(xué)科、跨學(xué)科的研究方式正處于特別重要的地位。這一趨勢導(dǎo)致了許多新興的交叉科學(xué)相繼出現(xiàn)。巖石物理化學(xué)作為巖石學(xué)，尤其是結(jié)晶巖巖理學(xué)研究的重要理論基礎(chǔ)，已獲得重大進(jìn)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(jī)理、巖石成因類型、結(jié)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(xué)就已逐漸成為各大專院校巖石學(xué)等專業(yè)碩士研究生學(xué)位課程之一，并成為巖石學(xué)等專業(yè)攻讀博士學(xué)位研究生入學(xué)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(xué)生已學(xué)習(xí)過物理化學(xué)基礎(chǔ)課程，因此，本課程的重點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過對相律和相圖的精細(xì)解析等難點(diǎn)問題的深入理解和掌握，使學(xué)生最終對結(jié)晶巖巖理學(xué)、巖漿起源與演化、源區(qū)物質(zhì)組成與巖石成因的理解達(dá)到一定的深度和廣度。課程內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)、深度和廣度8

同時，在本課程的教學(xué)過程中還將加強(qiáng)對學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)，有意識地引導(dǎo)學(xué)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(diǎn)要求學(xué)生掌握其總體脈絡(luò)，有一個清晰的思路，并能將所學(xué)內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)系和運(yùn)用到相關(guān)學(xué)科中去，解決實(shí)際問題，并由此開發(fā)學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力。在相圖分析、運(yùn)用、巖石學(xué)意義歸納的過程中，適當(dāng)結(jié)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(xué)科進(jìn)展等內(nèi)容。地質(zhì)溫度計(jì)壓力計(jì)作為適用性很強(qiáng)的技術(shù)和方法，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)方法原理及運(yùn)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(shí)例，使學(xué)生能夠準(zhǔn)確地把握溫壓計(jì)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(jié)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(qiáng)的方法和技能大多是科研工作中探索和總結(jié)的結(jié)晶，教材中一般較少涉及。同時，在本課程的教學(xué)過程中還將加強(qiáng)對學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)9

總之，本課程將以基礎(chǔ)理論的深入理解、技術(shù)方法的合理運(yùn)用，理論聯(lián)系實(shí)際，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的實(shí)際能力，教給學(xué)生學(xué)習(xí)方法，最終起到使學(xué)生終身受益的作用?？傊?，本課程將以基礎(chǔ)理論的深入理解、技術(shù)方法的合理運(yùn)用10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(xué)院出版社2、周Xun若、王方正.1983.巖石物理化學(xué)基礎(chǔ).武漢：武漢地質(zhì)學(xué)院出版社3、李佩蘭、余行禎.1989.地質(zhì)化學(xué)熱力學(xué).長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社4、曾貽善.1987.實(shí)驗(yàn)地球化學(xué).北京：北京大學(xué)出版社5、EricMiddlemost.1997.Magmas,RocksandPlanetaryDevelement.England:LongmanPress.(Chapter5.Partialmeltingandmovementofmagma)6、HerzbergC,O'HaraMJ.1998.Phaseequilibriumconstraintsontheoriginofbasalts,picritesandkomatiites.EarthSciencesReviews,44:39-797、PatinoDouceAE,McCarthyTC.1998.Meltingofcrustalrocksduringcontinentalcollisionandsubduction.Netherlands:KluwerAcademicPublishers課程教材及主要參考書11前言●

1、結(jié)晶巖巖理學(xué)研究意義●

2、結(jié)晶巖巖理學(xué)研究歷史●

3、實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的建立與發(fā)展●

4、巖石成因與相平衡●

5、學(xué)科現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢前言12第一章巖石學(xué)現(xiàn)象的物理化學(xué)表示

●

一、體系和環(huán)境的劃分

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

熱力學(xué)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。

第一章巖石學(xué)現(xiàn)象的物理化學(xué)表示13●

二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)

狀態(tài)：作為熱力學(xué)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(guān)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(xué)關(guān)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(guān)，那么G即為T、P、xi的函數(shù)：

G＝f(T、P、xi……………)●二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)14●三、礦物、巖石成分的化學(xué)計(jì)量法

熱力學(xué)中成分的計(jì)量常用的是摩爾數(shù)和摩爾分?jǐn)?shù)。

摩爾（mol）：凡含有6.024×1023個基本化學(xué)質(zhì)點(diǎn)的物質(zhì)為1mol。

摩爾百分?jǐn)?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?jǐn)?shù)。這樣的分?jǐn)?shù)值通常以百分?jǐn)?shù)表達(dá)，則為摩爾百分?jǐn)?shù)?！袢⒌V物、巖石成分的化學(xué)計(jì)量法15●四、巖石形成及演化過程中化學(xué)反應(yīng)的類型

1、固相－固相反應(yīng)

（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●四、巖石形成及演化過程中化學(xué)反應(yīng)的類型16（4）固相－固相反應(yīng)

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(yīng)

（1）脫水反應(yīng)（水化反應(yīng)）Al2Si4O10(OH)2=Al2SiO5+3SiO2+H2O葉臘石藍(lán)晶石石英（液）控制因素：T、PH2O（fH2O）

（2）碳酸鹽化和脫CO2反應(yīng)

CaCO3+SiO2=CaSiO3（硅灰石）+CO2↑控制因素：T、fCO2、fH2O（4）固相－固相反應(yīng)17（3）氧化還原反應(yīng)

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(yīng)

(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(xué)反應(yīng)

（1）離解作用

（2）離子交換反應(yīng)

控制因素：T、P以及水溶液的pH－Eh值（3）氧化還原反應(yīng)18●五、再造巖石形成及演化過程中化學(xué)反應(yīng)的方法

1、巖相學(xué)、礦物學(xué)方法

據(jù)巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，結(jié)合礦物的性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，可再造巖石中礦物變化之化學(xué)反應(yīng)。巖石具有的反應(yīng)結(jié)構(gòu)、次變邊、各種假像、交代結(jié)構(gòu)特征等均可作為建立化學(xué)反應(yīng)的依據(jù)。

2、巖石化學(xué)的方法

將巖石變化的不同階段的巖石的化學(xué)成分特點(diǎn)進(jìn)行對比，是研究交代巖形成機(jī)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(diǎn)間的幾何關(guān)系，可求出礦物之間的相互反應(yīng)關(guān)系。

4、代數(shù)法

對于復(fù)雜成分的礦物反應(yīng)體系，可用矩陣運(yùn)算確定化學(xué)反應(yīng)式?！裎?、再造巖石形成及演化過程中化學(xué)反應(yīng)的方法19●六、巖石中礦物的平衡和穩(wěn)定

1、平衡與穩(wěn)定、準(zhǔn)平衡與準(zhǔn)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(fù)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(dá)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(zhǔn)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?！窳?、巖石中礦物的平衡和穩(wěn)定202、平衡態(tài)的熱力學(xué)標(biāo)志

當(dāng)一個體系達(dá)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(guān)系，這些關(guān)系稱為平衡條件，也是判斷體系是否處于平衡態(tài)的標(biāo)志。（1）熱平衡標(biāo)志：體系各部分的溫度相等。（2）力學(xué)標(biāo)志：體系各部分具有均一的壓強(qiáng)。（3）相平衡標(biāo)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(yīng)和相變。（4）化學(xué)動力學(xué)標(biāo)志：若體系中存在著可逆的化學(xué)反應(yīng)，那么由反應(yīng)物到生成物的速度等于由生成物到反應(yīng)物的反應(yīng)速度。一個嚴(yán)格的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，必須同時具備上述四個標(biāo)志。2、平衡態(tài)的熱力學(xué)標(biāo)志213、平衡的巖石學(xué)、礦物學(xué)標(biāo)志

（1）同一種化學(xué)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(fù)出現(xiàn)，表明這些礦物之間有可能是達(dá)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。

3、平衡的巖石學(xué)、礦物學(xué)標(biāo)志22

（5）穩(wěn)定平衡礦物組合中，不允許出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的不共生相。（6）礦物之間具各種交代、反應(yīng)、殘余等結(jié)構(gòu)，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(guān)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。（5）穩(wěn)定平衡礦物組合中，不允許出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的不共生相23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(dú)分離出來且各種性質(zhì)均一的那部分物質(zhì)?；蛘哒f：相是指系統(tǒng)中具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)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(dú)立組分：

組分是指系統(tǒng)中每一個可以單獨(dú)分離出來并能獨(dú)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?jǐn)?shù)。而獨(dú)立組分是指能足以表示構(gòu)成平衡系統(tǒng)中各相所需要的最少組分。第二章相律與相圖24

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(yīng)式確定第三組分。因此，一般來講，獨(dú)立組分?jǐn)?shù)等于組分?jǐn)?shù)減去化學(xué)反應(yīng)式的數(shù)目。

3、自由度（F）：

在相平衡系統(tǒng)中，可以獨(dú)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。

25

4、相律：

吉布斯（W.Gibbs)于1876年根據(jù)熱力學(xué)第一定律和第二定律，推導(dǎo)出多相平衡系統(tǒng)的普遍規(guī)律—相律，其數(shù)學(xué)表達(dá)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(dāng)相數(shù)P一定時，自由度數(shù)隨獨(dú)立組分?jǐn)?shù)的增加而增加；當(dāng)獨(dú)立組分?jǐn)?shù)一定時，則自由度數(shù)隨著相數(shù)的增加而減少。4、相律：26二、相圖的制作方法

相圖是以吉布斯相律為基礎(chǔ)，以熱力學(xué)系統(tǒng)的獨(dú)立變數(shù)為坐標(biāo)，把實(shí)驗(yàn)結(jié)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(diǎn)，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(yù)定的溫度下加熱恒溫，保證它們在預(yù)定的溫度下達(dá)到平衡狀態(tài)為準(zhǔn)，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(biāo)上，標(biāo)出它們所對應(yīng)的位置。二、相圖的制作方法27巖石物理化學(xué)課件28

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(yīng)，借助這種熱效應(yīng)來確定相變的溫度和相變的進(jìn)程。

（1）冷卻（或加熱〕曲線法：

冷卻曲線即溫度與時間的關(guān)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、熱分析法：29巖石物理化學(xué)課件30

（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(dāng)試樣不產(chǎn)生熱效應(yīng)時，試樣和標(biāo)準(zhǔn)樣升高的溫度相同，當(dāng)試樣發(fā)生相變而產(chǎn)生熱效應(yīng)時，試樣和標(biāo)準(zhǔn)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(jì)記錄。（2）差熱分析法31

3、計(jì)算法

除了通過實(shí)驗(yàn)的方法制作相圖外，還可通過熱力學(xué)的計(jì)算方法推導(dǎo)，用以補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)資料之不足，或?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，也可以用計(jì)算的結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的一個依據(jù)。3、計(jì)算法32第三章巖漿礦物的結(jié)晶作用

自然界巖漿的結(jié)晶過程、巖漿巖中礦物共生規(guī)律、結(jié)構(gòu)構(gòu)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(guān)外，也服從一定的物理化學(xué)原理。

噴出巖和大多數(shù)侵入巖是在地表或離地表不遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)研究對理解巖漿礦物結(jié)晶作用具有重大意義。第一節(jié)一元系相圖及其巖石學(xué)意義

一元系是指研究對象只有一種純物質(zhì)，即獨(dú)立組分?jǐn)?shù)C＝1。在次只介紹石英的相圖。石英（SiO2）的相圖及其巖石學(xué)意義:第三章巖漿礦物的結(jié)晶作用33

1、相圖特點(diǎn)

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(xué)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(zhǔn)穩(wěn)態(tài)見于低溫環(huán)境中，是低壓的指示礦物。

●

（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?yàn)檫@種巖漿溫度高，在地下壓力較大的情況下，石英首先結(jié)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(jié)晶的產(chǎn)物，因此為α石英。

●

（3）柯石英是高壓環(huán)境的指示礦物。1、相圖特點(diǎn)34第二節(jié)二元系相圖及其巖石學(xué)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(diǎn)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(diǎn)：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(dú)立改變，而另一個只能隨之作相應(yīng)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）杠桿原理第二節(jié)二元系相圖及其巖石學(xué)意義352、結(jié)晶過程

●（1）平衡結(jié)晶過程

●（2）分離結(jié)晶作用：分離結(jié)晶作用的影響表現(xiàn)為：a.延長結(jié)晶作用的過程；b.殘余液相中更加富鈉（Ab）；c.降低結(jié)晶作用的終結(jié)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。2、結(jié)晶過程364、水壓對相圖的影響4、水壓對相圖的影響375、巖石學(xué)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(jié)晶作用。

●（2）環(huán)帶結(jié)構(gòu)的形成

①水壓的影響：正環(huán)帶（不平衡結(jié)晶）；反環(huán)帶（水壓增大）；韻律環(huán)帶（水壓波動）。5、巖石學(xué)意義38

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。②巖漿的冷卻速度和過冷度也是形成環(huán)帶的重要因39二、Or－Ab系統(tǒng)

1、相圖特點(diǎn)●(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(yīng)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(yīng)再生成Or●(4)最低點(diǎn)M：M點(diǎn)是固相線與液相線的交點(diǎn)，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(diǎn)處是兩相平衡（液相＋Af堿性長石）。有的文獻(xiàn)中把最低點(diǎn)M作為結(jié)晶作用終結(jié)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(diǎn)的組成，這是錯誤的。M點(diǎn)兩旁的兩個部分與Ab-An系統(tǒng)一樣，結(jié)晶作用進(jìn)行時，固相與液相的組成均向著M點(diǎn)的方向變化，但液相組成不一定都終結(jié)于M點(diǎn)，通常情況下，在沒有達(dá)到M點(diǎn)時，結(jié)晶作用就終止了二、Or－Ab系統(tǒng)403、水壓的影響：隨PH2O加大●(1)Lc結(jié)晶區(qū)大大縮小，當(dāng)PH2O>2.5Kb時，Lc結(jié)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(diǎn)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(dāng)PH2O>3.6Kb時，固相線與不混熔曲線相交切，系統(tǒng)由“具最低點(diǎn)的固熔體體系”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬吖步Y(jié)點(diǎn)的固熔體體系”,“最低點(diǎn)M”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮步Y(jié)點(diǎn)E”，共結(jié)點(diǎn)E為三相共存（液相＋Orss＋Abss），為不變平衡巖石物理化學(xué)課件41巖石物理化學(xué)課件424、熔融作用●(1)PH2O<3.6Kb，為具最低點(diǎn)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(jié)點(diǎn)的固熔體體系，其熔融過程不一樣，以上圖為例，凡是組成點(diǎn)位于MN之間的巖石，其起始熔融的溫度是一定的，即達(dá)TE時起熔，起始熔漿的組成也是固定的，即相當(dāng)于共結(jié)點(diǎn)E的組成●(3)而成分點(diǎn)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(xué)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4、熔融作用43巖石物理化學(xué)課件44三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當(dāng)于簡化的基性巖漿（玄武質(zhì)巖漿體系）。1、相圖特點(diǎn)：

●（1）分區(qū)：L；Di+L;An+L;Di+An

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

●（3）共結(jié)比：58:42＝Di:An三、Di－An（透輝石－鈣長石）系統(tǒng)45巖石物理化學(xué)課件462、結(jié)晶過程：

●（1）X1點(diǎn)→輝長結(jié)構(gòu)●（2）X2點(diǎn)→煌斑結(jié)構(gòu)●（1）X3點(diǎn)→輝綠結(jié)構(gòu)－間粒結(jié)構(gòu)－間粒間隱結(jié)構(gòu)－間隱結(jié)構(gòu)3、熔融過程：4、水壓的影響：

水壓升高，液相線溫度降低，共結(jié)點(diǎn)向An方向移動。2、結(jié)晶過程：47巖石物理化學(xué)課件485、巖石學(xué)意義：

●（1）假設(shè)PH2O＝1～2kb，相當(dāng)于6～7km的中深成相，其共結(jié)比為Di:An≈50:50，玄武質(zhì)巖漿的成分大體與此類似，如X點(diǎn)。因此，侵入條件下：輝長結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)不同?！瘢?）中深成條件下，PH2O發(fā)生脈動式波動，則其共結(jié)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(jié)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(dǎo)致結(jié)晶作用加速進(jìn)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(yīng)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。5、巖石學(xué)意義：49巖石物理化學(xué)課件50四、Di－Ab（透輝石－鈉長石）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當(dāng)于簡化的花崗巖（酸性巖漿）－流紋質(zhì)巖漿體系。1、相圖特點(diǎn)：

●（1）分區(qū)：L；Di+L;Ab+L;Di+Ab

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

●（3）共結(jié)比：4:96＝Di:Ab四、Di－Ab（透輝石－鈉長石）系統(tǒng)51巖石物理化學(xué)課件522、結(jié)晶過程：

●（1）X1點(diǎn)●（2）X2點(diǎn)●（1）X3點(diǎn)3、熔融過程：2、結(jié)晶過程：534、巖石學(xué)意義：

●（1）E點(diǎn)的位置解釋了為什么酸性巖中暗色礦物量雖少，但常結(jié)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(yīng)是花崗巖漿，因?yàn)榛◢弾r漿基本符合共結(jié)比，所以花崗巖分布于大陸地殼上?！瘢?）細(xì)碧巖的非巖漿成因說：細(xì)碧巖由鈉長石＋綠泥石＋綠簾石等組成，常具間片結(jié)構(gòu)，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(jié)晶，細(xì)碧巖中Di、Ab各占一半，說明Ab不是直接從巖漿中結(jié)晶出來的。4、巖石學(xué)意義：54五、Lc－SiO2（白榴石－石英）系統(tǒng)

該系統(tǒng)相當(dāng)于簡化的堿性巖漿體系，屬典型的二元近結(jié)系。1、相圖特點(diǎn)：

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

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

●（3）近結(jié)點(diǎn)R：也叫轉(zhuǎn)熔點(diǎn)或分解熔融點(diǎn)。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(diǎn)，而是在分解熔融點(diǎn)（近結(jié)點(diǎn)）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)五、Lc－SiO2（白榴石－石英）系統(tǒng)55巖石物理化學(xué)課件562、結(jié)晶過程：

●（1）X1點(diǎn)、X2點(diǎn)、X3點(diǎn)、X4點(diǎn)、X5點(diǎn)、X6點(diǎn)、X7點(diǎn)

●（2）X1點(diǎn)的結(jié)晶作用→最終產(chǎn)物為Lc+Or

●（3）X2點(diǎn)的結(jié)晶作用→最終產(chǎn)物為Or

●（4）X3點(diǎn)的結(jié)晶作用→最終產(chǎn)物為Or+Q3、熔融過程：●（1）Lc～Or之間的成分點(diǎn)（包括Or點(diǎn)），應(yīng)在R點(diǎn)起熔

●（2）Or～SiO2之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E點(diǎn)起熔

2、結(jié)晶過程：57巖石物理化學(xué)課件584、巖石學(xué)意義：

如果發(fā)生分離結(jié)晶作用，則可產(chǎn)生幾個重要結(jié)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(jié)晶作用將使巖漿結(jié)晶作用終止的溫度降低。

●（3）帶Or反應(yīng)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(jié)點(diǎn)溫度時，SiO2輕度過飽合的巖漿，突然快速結(jié)晶，則無反應(yīng)邊的Lc可與SiO2輕度過飽合的基質(zhì)共生。4、巖石學(xué)意義：59六、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(jié)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(yīng)關(guān)系：

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

●（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(jié)點(diǎn)E1，E2；近結(jié)點(diǎn)R

●（3）熱壩（熱堤），Mab為熱堤。六、Ne－SiO2（霞石－石英）系統(tǒng)60巖石物理化學(xué)課件612、結(jié)晶過程：

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

●（2）W～Ab之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E1點(diǎn)起熔

●（3）Ab～Tr之間的成分點(diǎn)，應(yīng)在E2點(diǎn)起熔2、結(jié)晶過程：624、巖石學(xué)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(biāo)志之一。

●（2）SiO2不飽合的巖漿的結(jié)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(qiáng)堿性巖中Ne常呈斑晶或結(jié)晶早于Ab。

●（4）對于含Lc的鉀質(zhì)強(qiáng)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(qiáng)堿性巖系列來說，是不能包括有SiO2飽合的巖石的。4、巖石學(xué)意義：63七、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(jié)晶作用將導(dǎo)致殘余巖漿富Fe。七、Fo－Fa（鎂橄欖石－鐵橄欖石）系統(tǒng)64八、Fo－Q（鎂橄欖石－石英）系統(tǒng)1、相圖特點(diǎn)：

●（1）這是二元近結(jié)系，與Lc－SiO2

系統(tǒng)相似。

●（2）En為不一致熔融產(chǎn)物，其反應(yīng)式為：Fo+Q=2En

●（3）R為近結(jié)點(diǎn)，E為共結(jié)點(diǎn)。結(jié)晶作用過程可以參照Lc－SiO2系統(tǒng)進(jìn)行分析。八、Fo－Q（鎂橄欖石－石英）系統(tǒng)65巖石物理化學(xué)課件662、巖石學(xué)意義：

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

●（2）Fo可以在SiO2輕微過飽和的巖漿中首先晶出；若快速結(jié)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(jié)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。2、巖石學(xué)意義：67九、Fa－Q（鐵橄欖石－石英）系統(tǒng)

這是一個二元共結(jié)系，它與Fo－Q系統(tǒng)完全不同，沒有相當(dāng)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。

九、Fa－Q（鐵橄欖石－石英）系統(tǒng)68第三節(jié)三元系相圖及其巖石學(xué)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(dú)立組分A、B、C為角頂，構(gòu)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?，也可以是等邊的、直角的。但為了計(jì)算和投圖方便，一般多用等邊△。

●2、等量關(guān)系

與△邊線呈平行的線上，任一點(diǎn)所含對應(yīng)頂點(diǎn)組分的量是相等的。

●3、等比關(guān)系

從△的一個角頂作直線，到對邊上任意一點(diǎn)，則在此直線上的各點(diǎn)，所代表的其它兩角頂?shù)暮勘壤且欢ǖ?。第三?jié)三元系相圖及其巖石學(xué)意義69巖石物理化學(xué)課件70●4、析出關(guān)系

設(shè)△中任意一點(diǎn)M，當(dāng)C相晶出后，根據(jù)等比關(guān)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(diǎn)的組成可以先用杠桿規(guī)則求出M與N混合物的組成點(diǎn)S，再由S與Q混合，求出P點(diǎn)的組成。即：M＋N＝S，Q＋S＝P，所以P＝M＋N＋Q。P點(diǎn)位于△MNQ的重心上，稱之為重心位置。●7、交叉位置

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

P點(diǎn)在△MNQ之外，且在QM及QN延長線所包圍的范圍之內(nèi)，求P點(diǎn)之組成的步驟為：M＋N＝K，K+P=M，P=M－（Q＋N）?！?、析出關(guān)系71巖石物理化學(xué)課件72●9、計(jì)算實(shí)例

假設(shè)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？●9、計(jì)算實(shí)例73二、具低共熔點(diǎn)的相圖

●1、立體相圖的構(gòu)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(biāo)表示溫度而構(gòu)成的三面棱柱體。b.A’、B’、C’分別表示它們的熔點(diǎn)。c.三個棱面分別代表具低共熔點(diǎn)的三個二元系。d.E1、E2、E3分別代表它們的低共熔點(diǎn)。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(diǎn)（也是三個液相面的交點(diǎn)），稱之為三元低共熔點(diǎn)。在這一點(diǎn)上四相平衡，自由度等于0。二、具低共熔點(diǎn)的相圖74巖石物理化學(xué)課件75●2、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(diǎn)。●2、底面投影76●3、結(jié)晶過程分析●4、實(shí)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。●3、結(jié)晶過程分析77三、具一致熔融二元化合物的相圖

●1、相圖特點(diǎn)

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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)E1、E2。f.連接成分點(diǎn)S與C作一條輔助線C－S，與E1E2相區(qū)界線交于m點(diǎn)，m點(diǎn)就是C－S二元系的低共熔點(diǎn)。因此，m點(diǎn)既是C－S連線上的溫度最低點(diǎn)，又是E1E2界線上的溫度最高點(diǎn)，常稱之為鞍形點(diǎn)。g.△SAC與△SBC稱作副三角形。三、具一致熔融二元化合物的相圖78巖石物理化學(xué)課件79●2、結(jié)晶過程

a.一般的原始熔漿成分點(diǎn)不再分析。b.M點(diǎn)，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(dá)m點(diǎn)時，固相S開始晶出，與固相C形成共結(jié)，直到熔漿耗盡為止。c.M’點(diǎn)，固相S先晶出，也是在m點(diǎn)結(jié)束結(jié)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(diǎn)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(diǎn)結(jié)束結(jié)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(diǎn)結(jié)束結(jié)晶?！?、結(jié)晶過程80四、具一致熔融三元化合物的相圖

●1、相圖特點(diǎn)

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(diǎn)位于它的初晶區(qū)（S）內(nèi)。c.S點(diǎn)是一致熔融三元化合物液相面的最高點(diǎn)。d.S點(diǎn)分別與A、B、C三端點(diǎn)相連，則構(gòu)成三個副△，每個副△內(nèi)都有對應(yīng)的無變量點(diǎn)E1、E2、E3（三元低共熔點(diǎn)）。e.A－S、B－S、C－S又各自構(gòu)成（假）二元系，m1、m2、m3分別是它們的鞍形點(diǎn)。

●2、結(jié)晶過程分析四、具一致熔融三元化合物的相圖81巖石物理化學(xué)課件82五、具分解熔融二元化合物的相圖

●1、相圖特點(diǎn)

a.有一個分解熔融二元化合物S，它的成分點(diǎn)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(diǎn)E、P。d.有一條輔助線C－S，它不與相對應(yīng)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。

五、具分解熔融二元化合物的相圖83巖石物理化學(xué)課件84●2、判別相區(qū)界線性質(zhì)的切線法

a.在界線上任意一點(diǎn)作切線，當(dāng)切線與相區(qū)界線相對應(yīng)的兩個固相成分點(diǎn)連線相交時，則在該切點(diǎn)進(jìn)行的是低共熔過程，或叫共結(jié)過程。

b.在界線上任意一點(diǎn)作切線，當(dāng)切線與相區(qū)界線相對應(yīng)的兩個固相成分點(diǎn)連線的延長線相交時，則在該切點(diǎn)進(jìn)行的是轉(zhuǎn)熔過程，說明B相晶出時，先晶出的A相將熔融?！?、判別相區(qū)界線性質(zhì)的切線法85●3、結(jié)晶過程分析

1點(diǎn)：首先晶出B，液相沿1a變化，達(dá)a點(diǎn)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(diǎn)，為B、S、C、L四相共存，為不變點(diǎn)，將發(fā)生轉(zhuǎn)熔：B＋L＝S＋C至液相消失，產(chǎn)物為B、S、C。●3、結(jié)晶過程分析862點(diǎn)：2點(diǎn)位于△ASC內(nèi)的（B）區(qū)，且在P－S連線以上。P點(diǎn)：B＋L＝S＋C，結(jié)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(dāng)剛到達(dá)E點(diǎn)時，固相總組成由d→h，h點(diǎn)是E2連線與CS線的交點(diǎn)。在E點(diǎn)，A、S、C同時晶出，F(xiàn)＝0，至結(jié)晶結(jié)束。固相總組成從h→2，最后為C、A、S三固相。2點(diǎn)：2點(diǎn)位于△ASC內(nèi)的（B）區(qū)，且在P－S873點(diǎn)：3點(diǎn)位于△ASC內(nèi)，且在P－S連線之下。從3→e為B晶出，到達(dá)e點(diǎn)時：L＋B＝S，F(xiàn)＝1，液相沿Pp移動，固相組成由B→S向S點(diǎn)移動，至f點(diǎn)，B消失，只余S相和L，F(xiàn)＝3－2＋1＝2，這時液相狀態(tài)點(diǎn)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(diǎn)移動，從f→g，只晶出S。到達(dá)g點(diǎn)時，S＋C同時晶出，F(xiàn)＝3－3＋1＝1，液相沿PE線向E點(diǎn)移動，固相組成沿cs連線移動，液相剛到達(dá)E點(diǎn)時，固相成分為q，隨著C、S、A晶出，固相總組成從g→3點(diǎn)移動，至3點(diǎn)，結(jié)晶作用結(jié)束。固相B→s→q→3；液相3→e→f→g→E3點(diǎn)：3點(diǎn)位于△ASC內(nèi)，且在P－S連線之下。從3→e為B晶884點(diǎn)：4點(diǎn)位于（S）區(qū)內(nèi)首先晶出S→S＋A→S＋A＋C（E點(diǎn)）固相：S→W→4液相：4→V→E4點(diǎn)：4點(diǎn)位于（S）區(qū)內(nèi)89六、具分解熔融三元化合物的相圖

一、具雙升點(diǎn)的相圖

雙升點(diǎn)：升溫時，液相沿兩個方向變化，即兩個箭頭向著該點(diǎn)?！裣鄨D特點(diǎn)

a.有一個分解熔融三元化合物S，它的成分點(diǎn)位于△ABC之內(nèi)，且S點(diǎn)在其初晶區(qū)（S）以外。b.S點(diǎn)與A、B、C相連，得到三個副△c.E1為對應(yīng)于△BSC的三元低共熔點(diǎn)，E2為對應(yīng)于△ASC的三元低共熔點(diǎn)，而P點(diǎn)則為對應(yīng)于△ABS的三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。d.P為一個雙升點(diǎn)。e.在P點(diǎn)進(jìn)行的是單轉(zhuǎn)熔過程：L＋A＝B＋S，即只有A相被轉(zhuǎn)熔，P點(diǎn)也稱為單轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。f.PE2線可分為兩段，PF為轉(zhuǎn)熔性質(zhì)，PE2為低共熔性質(zhì)。六、具分解熔融三元化合物的相圖90巖石物理化學(xué)課件91二、具雙降點(diǎn)的相圖

雙降點(diǎn)：降溫時，液相沿兩個方向演化，即有兩個箭頭遠(yuǎn)離該點(diǎn)。

●相圖特點(diǎn)a.R點(diǎn)為對應(yīng)于△ABS的三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，并且RE1和RE2界線上的溫度都是從R點(diǎn)下降的，只有e3R界線上的溫度是從R點(diǎn)上升的。因此，R點(diǎn)是一個雙降點(diǎn)。b.在R點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)也稱為雙轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。

二、具雙降點(diǎn)的相圖92七、具多形轉(zhuǎn)變的相圖

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

（一）、tn>e1，tn>e3

●相圖特點(diǎn)

f1f2為相轉(zhuǎn)變曲線（等溫水平面）七、具多形轉(zhuǎn)變的相圖93巖石物理化學(xué)課件94（二）、tn<e1，tn>e3

●相圖特點(diǎn)

多形轉(zhuǎn)變線hH與e1E界線相交于H點(diǎn)，H點(diǎn)是三元系內(nèi)的多形轉(zhuǎn)變點(diǎn)。在此點(diǎn)為四相（Aα、Aβ、C、L）平衡，F(xiàn)＝0。當(dāng)Aα轉(zhuǎn)變?yōu)?、Aβ以后，F(xiàn)＝1，溫度繼續(xù)下降，它不是結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)。（二）、tn<e1，tn>e395（三）、tn<e1，tn<e3

●相圖特點(diǎn)

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(diǎn)，F(xiàn)＝0，但不是結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)，E為結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)。（三）、tn<e1，tn<e396八、典型三元相系的解析

（一）Di－Ab－An系統(tǒng)

●1、相圖特點(diǎn)

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(jié)線。八、典型三元相系的解析97巖石物理化學(xué)課件98●2、結(jié)晶過程

a.原始熔漿成分點(diǎn)P（位于透輝石初晶區(qū)）

當(dāng)溫度下降到Di初晶面上時，Di首先晶出。連接Di與P點(diǎn)，并延長之，與e1e2相交于P1點(diǎn)，隨著溫度的下降，不斷晶出Di，而熔漿成分則沿PP1線向P1點(diǎn)變化，當(dāng)?shù)竭_(dá)P1點(diǎn)時，Pl開始晶出，此時晶出的斜長石組成相當(dāng)于Ab－An二元系展開圖上的P1點(diǎn)。溫度繼續(xù)下降，液相組成沿同結(jié)線e2e1向e1方向變化，Di與Pl同時晶出，當(dāng)?shù)竭_(dá)P2點(diǎn)時，液相中所含Ab與An的量比相當(dāng)于P2”點(diǎn)，而晶出的斜長石固溶體的組成則相當(dāng)于P2’點(diǎn)。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(dāng)于P3“），晶出的斜長石組成相當(dāng)于P3‘點(diǎn),即與原始熔漿成分中所含Ab與An的量相一致。此時，P點(diǎn)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(jié)晶結(jié)束?！?、結(jié)晶過程99巖石物理化學(xué)課件100b.原始熔漿成分點(diǎn)N（位于斜長石初晶區(qū)）

當(dāng)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(dāng)液相中所含Ab與An之組成為N1”點(diǎn)時，晶出的斜長石成分變化到N1’，連接N1‘’與N點(diǎn)并延長之，與DiN1”連線相交于N1點(diǎn)，N1點(diǎn)就是此時的液相組成點(diǎn)。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(diǎn)時，晶出的斜長石成分變化到N2’點(diǎn)，連接N2‘’與N點(diǎn)并延長之，與DiN2”連線相交于同結(jié)線上的N2點(diǎn)，N2點(diǎn)就是此時的液相組成點(diǎn)。從N2點(diǎn)開始，沿同結(jié)線Di與Pl同時晶出，當(dāng)液相組成到達(dá)N3點(diǎn)時，則熔漿耗盡，結(jié)晶結(jié)束。b.原始熔漿成分點(diǎn)N（位于斜長石101巖石物理化學(xué)課件1023、巖石學(xué)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(dāng)于輝長巖類，55線相當(dāng)于閃長巖類，60線相當(dāng)于石英閃長巖類，65線相當(dāng)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(diǎn)大體集中在e1e2同結(jié)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。3、巖石學(xué)意義：103●（2）據(jù)圖可推測：相當(dāng)于橄欖巖的上地幔部分熔融，可產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿；相當(dāng)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(dāng)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(dǎo)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?！瘢?）據(jù)圖可推測：相當(dāng)于橄欖巖的上地幔104（二）An－Ab－Or系統(tǒng)

●1、相圖特點(diǎn)

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(yán)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(jié)晶時，液相組成的變化曲線，稱同結(jié)線。DFKL同結(jié)線上為三相平衡，而Ab－Or邊上的最低點(diǎn)M為二相平衡，所以DFKL不能到達(dá)M點(diǎn)；另一方面Af中可含少量An，當(dāng)堿性長石Af中An組分未達(dá)飽和時，只結(jié)晶出一種Af，所以DFKL不到達(dá)Ab－Or邊，而是在KL結(jié)束。c.LKSP為與液相平衡的同時結(jié)晶的兩種長石的組成曲線，亦叫固相曲線。（二）An－Ab－Or系統(tǒng)105巖石物理化學(xué)課件106●2、結(jié)晶過程

a.Y點(diǎn)的結(jié)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(dá)固相線DFKL，這時Pl與Af同時結(jié)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(jié)晶作用繼續(xù)進(jìn)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(dá)△BB′BL時，總成分點(diǎn)位于BB′線上，液相耗盡，結(jié)晶結(jié)束?！?、結(jié)晶過程107

b.X點(diǎn)的結(jié)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(dá)同結(jié)線上，這時，Pl和Af同時晶出；隨結(jié)晶作用的進(jìn)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(jié)線向低溫方向變化。當(dāng)液相成分到達(dá)A′點(diǎn)時總成分點(diǎn)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(diǎn)移動，液相將離開DKL線向M點(diǎn)移動，當(dāng)Af到達(dá)X點(diǎn)時，液相耗盡，結(jié)晶作用結(jié)束。所以，KSKL范圍內(nèi)的組成點(diǎn)結(jié)晶作用特點(diǎn)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(yīng)最后消失，結(jié)晶作用終止于單一堿性長石相。GLb.X點(diǎn)的結(jié)晶作用GL108●3、水壓的影響

隨著水壓的升高：

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

與結(jié)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?！?、水壓的影響109巖石物理化學(xué)課件110

●

3、巖石學(xué)意義：

（1）在Pl首晶區(qū)內(nèi)的成分點(diǎn)結(jié)晶作用均與Y點(diǎn)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(jié)線移動，到達(dá)同結(jié)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(jié)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(jié)晶作用的結(jié)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(dāng)于X點(diǎn)結(jié)晶這種條件下，最后讓位給Af的；若發(fā)生分離結(jié)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?！?、巖石學(xué)意義：111（三）Ab－Or－Q－H2O

系統(tǒng)

●1、相圖特點(diǎn)

E1、E2分別為Q－Ab和Q－Or共結(jié)系的共結(jié)點(diǎn)；

E1-E2為該三元系的同結(jié)線。

M點(diǎn)為同結(jié)線上的最低點(diǎn)。

MM’為一熱谷。

（三）Ab－Or－Q－H2O112●2、結(jié)晶過程

（1）石英首晶區(qū)的結(jié)晶作用P點(diǎn)的結(jié)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(dá)同結(jié)線上的P′點(diǎn)時，Q、Af同時晶出，晶出的Af組成點(diǎn)為S′（由作圖法確定），這時相△QS′P′，說明S′為無窮小；隨溫度進(jìn)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(diǎn)位于QS′′線上，說明液相耗盡，結(jié)晶作用結(jié)束?！?、結(jié)晶過程113巖石物理化學(xué)課件114（2）Af首晶區(qū)的結(jié)晶作用V點(diǎn)的結(jié)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(dá)T點(diǎn)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(diǎn)演化，達(dá)相△QWW′時，總成分點(diǎn)位于QW′上。說明液相耗盡，結(jié)晶作用結(jié)束。

注意：結(jié)晶作用結(jié)束時，最后一滴液相的成分常常不是M點(diǎn)的組成，它與原始總成分有關(guān)。只有當(dāng)分離結(jié)晶作用發(fā)生時，液相組成才常常到達(dá)M點(diǎn)。（2）Af首晶區(qū)的結(jié)晶作用115●

3、熔融作用

從結(jié)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(diǎn)。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(jié)線上的某一點(diǎn)。●3、熔融作用116●

4、分離結(jié)晶作用與環(huán)帶構(gòu)造

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(diǎn)為例，溫度下降時，首先晶出Af，其組成為F′，溫度進(jìn)一步下降，液相組成沿分離結(jié)晶路線FG向G點(diǎn)演化，而Af也不斷由F′向G′點(diǎn)變化（即由核心向外逐漸富Ab），當(dāng)液相組成到達(dá)G點(diǎn)時，晶出的Af成分為G′；這時Af與石英同時結(jié)晶，液相成分由G點(diǎn)向M點(diǎn)演化，而這時晶出的Af則由G點(diǎn)向N點(diǎn)反方向演化（即由核心向外逐漸富Or），液相達(dá)M點(diǎn)時，Af成分達(dá)N點(diǎn)，直致結(jié)晶作用結(jié)束，從而形成Af的正反環(huán)帶構(gòu)造?！?、分離結(jié)晶作用與環(huán)帶構(gòu)造117巖石物理化學(xué)課件118●

5、水壓對相圖的影響

（1）隨著水壓的增加，同結(jié)線往Ab－Or邊移動，最低點(diǎn)M向Ab頂端移動。當(dāng)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(jié)線出現(xiàn)了三條共結(jié)線（同結(jié)線：固相成分可以改變；共結(jié)線：固相成分不變）。如圖：圖中M、N為與E′點(diǎn)共存的AbSS與OrSS兩種堿性長石；而A、B為與E點(diǎn)液相共存的兩種堿性長石固溶體。QAbOrEABMNE’●5、水壓對相圖的影響QAbOrEABMNE119巖石物理化學(xué)課件120（2）結(jié)晶作用a.QAbA范圍內(nèi)的成分點(diǎn)，結(jié)晶作用終止時液相組成不會到達(dá)E點(diǎn)，最終產(chǎn)物為Abss+Q

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

c.位于QAB范圍內(nèi)的所有圖點(diǎn)，結(jié)晶作用均在E點(diǎn)結(jié)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(dāng)P>3.6Kbar時，起始熔融均在E點(diǎn)開始。

d.E′E同結(jié)線上的結(jié)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。（2）結(jié)晶作用121●

6、地質(zhì)意義

（1）花崗巖的成因問題。（2）流紋巖成因及其結(jié)構(gòu)特征的理論解釋。（3）斜長環(huán)斑花崗巖的成因分析。●6、地質(zhì)意義122巖石物理化學(xué)課件123巖石物理化學(xué)課件124巖石物理化學(xué)課件125第四章高溫高壓實(shí)驗(yàn)與巖漿起源概述

近三十年來，高溫高壓實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)飛速發(fā)展，大大促進(jìn)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：

●1、簡單純系統(tǒng)的相平衡實(shí)驗(yàn)。

●2、天然巖石的部分（局部）熔融實(shí)驗(yàn)。

●3、模擬巖漿源區(qū)巖石組成的復(fù)雜人工系統(tǒng)的相平衡實(shí)驗(yàn)研究。

第四章126一、干系統(tǒng)的熔融相圖

干系統(tǒng)的固相線在P－T坐標(biāo)中為一具有正斜率的曲線。在重量相等的前提下，巖漿的體積要大于固體巖石的體積，巖漿形成時，由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變，要求擴(kuò)容，體積增大。但壓力的升高將不利于擴(kuò)容。因此，要想使體積增大，就必須嗇更高的溫度才能達(dá)到。所以，熔點(diǎn)隨壓力的升高而升高。一、干系統(tǒng)的熔融相圖127二、含過量水系統(tǒng)的熔融相圖

含過量水系統(tǒng)的熔融是在H2O（g）（汽相水）存在的條件下發(fā)生的。

●1、隨著壓力的升高，水溶于熔漿中的數(shù)量愈多，熔融開始發(fā)生的溫度亦愈來愈低，因此，固相線OB段為負(fù)斜率。

●2、對于OB段曲線，壓力很低處斜率很緩，壓力增加后，斜率很快變陡。在