②分离熔融：可熔出不同成分的斜长石液相 Remove first melt as forms Melt Xbulk = 0.60 first liquid = g
二、相体系及其对火成岩结构成因的解释
5、二元共结系[透辉石 (CaMgSi2O8)－钙长石 (CaAl2Si2O8) ] （1）相图组成特点：P恒定－常压下（P=105Pa），An熔点＝1553℃，Di熔
一、岩石的粒度与过冷却程度
分析：
2、过冷却程度较大时(△T ＝40～90℃)：成核速率大，出现大量结 晶中心，但生长速率降低，生成较细粒－隐晶质的晶体。代表地壳 浅部、近地表或地壳深部在岩浆房边缘与围岩接触，冷却较快的环 境下结晶的岩石。
一、岩石的粒度与过冷却程度
分析：
3、过冷却程度较强（ △T >90℃）时：成核速率很低，生长速率也 很低，生成过冷却的液体－－玻璃质或半的岩石。
X：含50％晶体的深处岩浆；S：固相线； L：液相线
断线及箭头：表示岩浆由深处响低压的地表上侵方向
原始岩浆成分点x： 在PH2O＝0.5Gpa时， 位于石英结晶区 石 英先结晶成斑晶； 在PH2O＝0.3Gpa时， 位于长石结晶区 早 晶出的石英斑晶不稳 定发生熔融，形成熔 蚀结构。 解释流纹质岩浆由深 部上升至地表，因压 力变化，石英斑晶熔 蚀现象。
②分离熔融：熔融产生的熔体立即与剩余固相分离，而不发生反应，完全分
离熔融不是完全分离结晶的逆过程。熔融作用是分阶段的（详述如图） 。
g
f
注意: 1、平衡熔融与平衡结晶过程恰好相反，最终获得的熔体成分与原 始固相成分一致； 2、不论平衡熔融还是分离熔融，也不论Di 和 An以任何比例混合 组成的固相，其最初形成的熔体必然是共结成分（d点）； 3、分离熔融最初的熔体成分是共结点成分，但当其中的一个固相 消失后，最终熔融产生的熔体成分是相当于Di或An的成分。
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（The Phase Rule）
f = C + 2 -p f =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。例如：H2O
p
= 相数（phases are mechanically separable constituents）
第六章 火成岩结构成因分析
二、相体系及其对火成岩结构成因的解释
• • • • •
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
1、热动力学概述
（1）体系与环境：用热力学方法研究某一课题时，首先要确定研 究的对象和范围，为此，人为地将所研究的某一部分物体同周围 物质分割开来，作为研究的对象，即称为“体系”或“系统”； 而体系以外周围邻近的有限部分物质称为环境。也就是说体系是 以研究为目的而从整体中孤立出来的任何一部分，如岩浆房。体 系可进一步分成封闭体系（体系与环境之间没有物质交换，可有 能量传递）和开放体系（体系与环境之间既有物质交换，又有能 量传递） 。
不稳定的
• 稳定态: 在最低能量状态 下静止 • 亚稳定态: 在低能量状态 下停止
亚稳定的
可能的能量 障碍物
稳定的
2、相平衡和相律
（1）相：是体系中物理性质、化学性质和组成都均匀的部分，
并可用机械方法将其同其它部分分开的任何部分。如一个岩 浆体系中的固相、液相和气相。 （2）相图：是相平衡图解，是表达相律的几何形式，即是以图 解的形式描述体系内组分、相和自由度在不同条件下的共生 关系和变化反应的特点。通常采用 P、 T和浓度来描述体系的 条件，有T-X图、P-X图、P-T图，等等 （3）相律：是表示物理化学系统中各相间平衡关系的基本规律，
（3）斜长石先结晶－辉绿结构、间粒结构的成因
在 1274℃时， P= 3 , f = 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 1274 ℃ ，直到一个相消失
（4）辉石先结晶－共结点的左侧x点的结晶过 程与右边a点的情况类似 （Left of the eutectic get a similar situation）
点＝1391℃；AE、BE为液相线，分别是 Di和An与液相的单变平衡线（f=1）， 即温度降至该曲线上时， Di或An开始结晶。
AE线 Di+L BE线 An+L E － 共 结 点 ， Di 和 An 在此点共同 结晶，共结温度 为 1270℃ ， 此 时 P=3 ， f=0 ， 为 三 项不变点。
C =独立组分数是指能足以构成平衡体系中各相所需要的
2 最少组分的数目。按照独立组分数目的多少将体系划 分成“一元系”、 “二元系”、 “三元系”等。 = 指影响体系平衡的外界可变因素，如环境的温度、 压力。 （Usually = temperature and pressure for us geologists）
三、矿物的结晶与斑晶熔蚀结构的成因 1、斑晶熔蚀结构的形成
斑状结构岩石中的斑晶常受到熔蚀，如石英斑岩和流 纹岩中的透长石和石英斑晶。原因是：这些矿物的熔点随 静压力降低而降低，地下深处岩浆携带高温的石英、透长 石上升至浅部或喷出地表时，它们就不稳定，被熔化成液 相或部分被熔化形成港湾状和浑圆状。
熔 蚀 结 构
（2）平衡：就是以其最低能量状态同外界条件相一致的体系，也 就是说平衡是研究体系内处于最小能量条件的状态，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。
能量状态 （ Energy States ）
• 不稳定态: 落下或 滚落
D
ef
f
solidus
注意以下几点： 熔体结晶的温度范围：135℃（1475-1340℃ ） 熔体成分的变化从 b 到 g 固体成分的变化从c 到 h
最终形成的斜长石是i XplAn = 0.60
斜长石的环带结构
②分离结晶（Fractional crystallization）:
特点：结晶出的晶体与残余的
（A）干体系：上升途中已晶出的晶体全部熔融；上升快时出现残余的熔蚀晶体 －－熔蚀结构
（B）水不饱和体系：上升时一度全熔，不见晶体，但在上升至地表时，又结晶 出新的晶体；
（C）水过饱和体系：上升途中，晶体不断晶出，未到地表之前已全部结晶，固 结成岩。
不同体系岩浆结晶过程（D W Hyndman，1985）
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。理论上
讲，最后一滴熔体成分应为 1118℃点，即结晶出Ab。但实 际上自然界当中是不存在这样 情况的，最终结晶结束的点接 近1118℃点。主要是因为所结 晶出的斜长石不能理想化的立
刻与熔浆分离，会存在一定的
反应关系后再分离。
4、水压对相图的影响
B A
E
透辉石－钙长石二元共结系相图
等压（P=105pa ）T-X 相图 （After Bowen , 1915）
（2）共结点结晶－ －辉长结构的成因
辉 长 结 构
x
透辉石－钙长石二元共结系相图
（3）斜长石先结晶－辉绿结 构、间粒结构的成因
辉绿结构 间粒结构
（3）斜长石先结晶－辉绿结构、间粒结构的成因
x
注意: 在任何二元共结系统中，最终结晶的熔体都是共 结成分。
x
两种结晶情况的岩石结构特点
（5）压力对Di-An体系的影响：
a
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，在 地壳浅部或地 表形成辉绿结 构。
b
c
（6）熔融作用：岩石在升温遭受熔融时，分为： ①平衡熔融：熔融产生的熔体与剩余晶体发生连续的反应，是平衡结晶的逆 过程（详述如图）
③水压变化对 相图的影响
4、水压对相图的影响
③水压变化对 相图的影响 －－斜长石反 环带结构和韵 律环带结构的 成因
水压变化时斜长石环带的形成
③水压变化对 相图的影响 －－斜长石反 环带结构和韵 律环带结构的 成因
（3）熔融过程
①平衡熔融过程：平衡部分熔融的情况是平衡结晶过
程的反过程
升温最初的熔体成分 是g (在 An20 and 1340oC) 继续升温：熔体和斜长 石的成分连续变化 最终熔融的斜长石的成 分是 c (An87) at 1475oC， 而熔体成分是b
液相
4、二元固溶体体系（An－Ab）
Plagioclase (Ab-An, NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8)
斜长石环带结构－－成因解释
（1）相图组成特点
常压下（P=105Pa），An熔 点 ＝ 1553℃ ， Ab 熔 点 ＝ 1118℃，二者以任意比例混 合组成中间成分的斜长石。 液相线是熔浆开始结晶或固 相全熔的曲线，固相线是固 相开始熔融或熔浆全部结晶 的曲线。曲线上的 f=1 ，为 单变平衡线。二曲线之间是 固相与液相平衡共存的区域。
第七章 火成岩结构成因分析
一、岩石的粒度与过冷却程度
岩浆在冷却到所含矿物的结晶温度时并不结晶，而是在 过冷却的条件下，即是在低于其结晶温度的条件下结晶的。
过冷却温度：△T =TA - TB
TA －液相转变为固相的理论温度 TB－晶体析出时岩浆所处的实际温度
岩石粒度的粗细，主要与岩浆的过冷却程度、晶体生长
熔体
斜长石
（2）成分a的结晶过程
平衡结晶和分离结晶 ①平衡结晶过程
b点：熔体开始结晶斜长石 An = 0.87 (point c) f= 1 此时，相数p=2 c=2 温度-1
d点： 在 1450℃, 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。 g点：在 1340℃, 熔体 g 全 部结晶，最后形成的固体为 h，其成分与原始液相a一致