岩石物理化学课件.ppt

1、岩石物理化学岩石物理化学XYFCPn岩石物理化学岩石物理化学PETROLOGICAL PHYSICALCHEMISTRYPETROLOGICAL PHYSICALCHEMISTRY（课程教学大纲（课程教学大纲）开课学期：开课学期：0.5 0.5 课内外总学时：课内外总学时：3636课内学时：课内学时：36 36 周周 学学 时：时：4 46 6学学 分：分：2 2 开开 课课 方方 式：课堂讲授式：课堂讲授考核方式：闭卷或开卷考核方式：闭卷或开卷 听听 课课 对对 象：地质专业象：地质专业 (基地班基地班)教学要求教学要求 本课程要求学生在熟悉相律、相图、相平衡及热力学三本课程要求学生在熟悉相

2、律、相图、相平衡及热力学三大定律的基础上，重点掌握岩石学相平衡实验的基本原理大定律的基础上，重点掌握岩石学相平衡实验的基本原理和方法，相图的判读和精细解析，了解高温高压熔融实验和方法，相图的判读和精细解析，了解高温高压熔融实验与岩浆作用深部过程及上地幔物质组成的与岩浆作用深部过程及上地幔物质组成的P P、T T、C C约束；地约束；地质温度计压力计的设计原理、适用范围及运用技能。并最质温度计压力计的设计原理、适用范围及运用技能。并最终将岩石物理化学的原理和方法与岩石学研究成果紧密结终将岩石物理化学的原理和方法与岩石学研究成果紧密结合去获取有关岩石成因的重要信息。合去获取有关岩石成因的重要信息。

3、课程主要内容课程主要内容一、前言一、前言 岩石相平衡与岩石成因研究历史与发展趋势岩石相平衡与岩石成因研究历史与发展趋势二、岩石学现象的物理化学表示二、岩石学现象的物理化学表示 1 1、体系和环境的划分、体系和环境的划分 2 2、状态和状态函数、状态和状态函数 3 3、矿物、岩石成分的化学计量法矿物、岩石成分的化学计量法 4、岩石形成及演化过程中化学反应的类型、岩石形成及演化过程中化学反应的类型 5、再造岩石形成及演化过程中化学反应的方法、再造岩石形成及演化过程中化学反应的方法 6 6、岩石中矿物的平衡与稳定、岩石中矿物的平衡与稳定三、相律与相图三、相律与相图 1 1、相律的基本概念、相律的基本

4、概念 2 2、相图的制作方法、相图的制作方法四、一元系相图及其岩石学意义四、一元系相图及其岩石学意义 SiOSiO2 2系统系统五、二元系相图及其岩石学意义五、二元系相图及其岩石学意义 1 1、AbAb-An-An系统系统 2 2、Or-AbOr-Ab系统系统 3 3、Di-AnDi-An系统系统 4 4、Di-AbDi-Ab系统系统 5 5、Lc-SiOLc-SiO2 2系统系统 6 6、Ne-SiONe-SiO2 2系统系统 7 7、Fo-FaFo-Fa系统系统 8 8、FoFo-Q-Q系统系统 9 9、FaFa-Q-Q系统系统六、三元系相图类型及典型相图的解析六、三元系相图类型及典型相图

5、的解析 1 1、浓度三角形概述、浓度三角形概述 2 2、具低共熔点的相图、具低共熔点的相图 3 3、具一致熔融二元化合物的相图、具一致熔融二元化合物的相图 4 4、具一致熔融三元化合物的相图、具一致熔融三元化合物的相图 5 5、具分解熔融二元化合物的相图、具分解熔融二元化合物的相图 6 6、具分解熔融三元化合物的相图、具分解熔融三元化合物的相图 7 7、具多形转变的相图、具多形转变的相图 8 8、典型三元相系的解析、典型三元相系的解析 a.Di-Ab-Ana.Di-Ab-An系统系统 b.An-Ab-Orb.An-Ab-Or系统系统 c.Ab-Or-Q-Hc.Ab-Or-Q-H2 2O O系统

6、系统七、高温高压实验与岩浆起源概述七、高温高压实验与岩浆起源概述 1 1、高温高压熔融实验、高温高压熔融实验 2 2、大陆壳、上地幔及楔形地幔区中岩浆的形成、大陆壳、上地幔及楔形地幔区中岩浆的形成八、地质温度计压力计概述八、地质温度计压力计概述 1 1、地质温度计压力计的基本原理、地质温度计压力计的基本原理 2 2、地质温度计压力计的主要类型及运用技能、地质温度计压力计的主要类型及运用技能课程内容的重点、难点、深度和广度课程内容的重点、难点、深度和广度 当代科学技术的发展，综合化和一体化日趋强烈。多学科、当代科学技术的发展，综合化和一体化日趋强烈。多学科、跨学科的研究方式正处于特别重要的地位。

7、这一趋势导致了许跨学科的研究方式正处于特别重要的地位。这一趋势导致了许多新兴的交叉科学相继出现。岩石物理化学作为岩石学，尤其多新兴的交叉科学相继出现。岩石物理化学作为岩石学，尤其是结晶岩岩理学研究的重要理论基础，已获得重大进展。在解是结晶岩岩理学研究的重要理论基础，已获得重大进展。在解决岩浆来源、源区物质组成与热状态、岩浆演化机理、岩石成决岩浆来源、源区物质组成与热状态、岩浆演化机理、岩石成因类型、结晶过程等问题上的作用日趋重要。自因类型、结晶过程等问题上的作用日趋重要。自7070年代后期，年代后期，岩石物理化学就已逐渐成为各大专院校岩石学等专业硕士研究岩石物理化学就已逐渐成为各大专院校岩石学

8、等专业硕士研究生学位课程之一，并成为岩石学等专业攻读博士学位研究生入生学位课程之一，并成为岩石学等专业攻读博士学位研究生入学考试的重要专业课程之一，其重要性可见一斑。鉴于我系基学考试的重要专业课程之一，其重要性可见一斑。鉴于我系基地班学生已学习过物理化学基础课程，因此，本课程的重点在地班学生已学习过物理化学基础课程，因此，本课程的重点在于强调理论与实践的结合，通过对相律和相图的精细解析等难于强调理论与实践的结合，通过对相律和相图的精细解析等难点问题的深入理解和掌握，使学生最终对结晶岩岩理学、岩浆点问题的深入理解和掌握，使学生最终对结晶岩岩理学、岩浆起源与演化、源区物质组成与岩石成因的理解达到一

9、定的深度起源与演化、源区物质组成与岩石成因的理解达到一定的深度和广度。和广度。同时，在本课程的教学过程中还将加强对学生科研素质同时，在本课程的教学过程中还将加强对学生科研素质的培养，有意识地引导学生开拓思路，提高他们发现问题的培养，有意识地引导学生开拓思路，提高他们发现问题、分析问题和解决问题的能力。对课程内容重点要求学生、分析问题和解决问题的能力。对课程内容重点要求学生掌握其总体脉络，有一个清晰的思路，并能将所学内容有掌握其总体脉络，有一个清晰的思路，并能将所学内容有机地联系和运用到相关学科中去，解决实际问题，并由此机地联系和运用到相关学科中去，解决实际问题，并由此开发学生的思维和创新能力。

10、开发学生的思维和创新能力。在相图分析、运用、岩石学意义归纳的过程中，适当结在相图分析、运用、岩石学意义归纳的过程中，适当结合自己十余年来的科研特色，加入一些课本上没有的新鲜合自己十余年来的科研特色，加入一些课本上没有的新鲜知识及近年来学科进展等内容。地质温度计压力计作为适知识及近年来学科进展等内容。地质温度计压力计作为适用性很强的技术和方法，重点强调方法原理及运用技能，用性很强的技术和方法，重点强调方法原理及运用技能，并以我们对青藏、中国东部中新生代火山岩研究内容为实并以我们对青藏、中国东部中新生代火山岩研究内容为实例，使学生能够准确地把握温压计的使用前提，正确地区例，使学生能够准确地把握温压

11、计的使用前提，正确地区分岩浆源区温度压力、矿物对共结温度压力以及成岩温度分岩浆源区温度压力、矿物对共结温度压力以及成岩温度压力等不同含义的温压值，并以此有效地约束岩浆的形成压力等不同含义的温压值，并以此有效地约束岩浆的形成和演化过程。而这些适用性很强的方法和技能大多是科研和演化过程。而这些适用性很强的方法和技能大多是科研工作中探索和总结的结晶，教材中一般较少涉及。工作中探索和总结的结晶，教材中一般较少涉及。总之，本课程将以基础理论的深入理解、技术方总之，本课程将以基础理论的深入理解、技术方法的合理运用，理论联系实际，注重培养学生分析法的合理运用，理论联系实际，注重培养学生分析问题、解决问题的实

12、际能力，教给学生学习方法，问题、解决问题的实际能力，教给学生学习方法，最终起到使学生终身受益的作用。最终起到使学生终身受益的作用。课程教材及主要参考书课程教材及主要参考书1、邓晋福邓晋福.1987.1987.岩石相平衡与岩石成因岩石相平衡与岩石成因.武汉：武汉地质学院出版社武汉：武汉地质学院出版社 2 2、周、周XunXun若、王方正若、王方正.1983.1983.岩石物理化学基础岩石物理化学基础.武汉：武汉地质学院出武汉：武汉地质学院出版社版社3 3、李佩兰、余行祯、李佩兰、余行祯.1989.1989.地质化学热力学地质化学热力学.长沙：中南工业大学出版社长沙：中南工业大学出版社4 4、曾贻

13、善、曾贻善.1987.1987.实验地球化学实验地球化学.北京：北京大学出版社北京：北京大学出版社5 5、Eric Middlemost.1997.Magmas,Rocks and Planetary Eric Middlemost.1997.Magmas,Rocks and Planetary Develement.England:LongmanDevelement.England:Longman Press.(Chapter 5.Partial melting Press.(Chapter 5.Partial melting and movement of magma)and moveme

14、nt of magma)6 6、Herzberg C,OHara M J.1998.Phase equilibrium constraints Herzberg C,OHara M J.1998.Phase equilibrium constraints on the origin of basalts,picrites and komatiites.Earthon the origin of basalts,picrites and komatiites.Earth Sciences Reviews,44:39-79Sciences Reviews,44:39-797 7、Patino Do

15、uce A E,McCarthy T C.1998.Melting of crustal Patino Douce A E,McCarthy T C.1998.Melting of crustal rocks during continental collision and subduction.rocks during continental collision and subduction.Netherlands:KluwerNetherlands:Kluwer Academic Publishers Academic Publishers前言前言 1、结晶岩岩理学研究意义、结晶岩岩理学研

16、究意义 2、结晶岩岩理学研究历史、结晶岩岩理学研究历史 3、实验岩石学的建立与发展、实验岩石学的建立与发展 4、岩石成因与相平衡、岩石成因与相平衡 5、学科现状与发展趋势、学科现状与发展趋势第一章第一章 岩石学现象的物理化学表示岩石学现象的物理化学表示 一、体系和环境的划分一、体系和环境的划分 热力学中把被研究的那部分物质对象称为热力学的热力学中把被研究的那部分物质对象称为热力学的体系体系，体系以外，体系以外与体系有关的物体称为与体系有关的物体称为环境环境。热力学中把在过程中既没有能量的带出、带入，也没有物质的带出热力学中把在过程中既没有能量的带出、带入，也没有物质的带出、带入的体系称为、带入

17、的体系称为孤立体系孤立体系。把只有能量的带出、带入，而没有物质的带出、带入的体系称为把只有能量的带出、带入，而没有物质的带出、带入的体系称为封封闭体系闭体系。把有物质的带出、带入的体系称为把有物质的带出、带入的体系称为开放体系开放体系。哥尔特施密特矿物相律适用于封闭体系，而柯尔任斯基矿物相律才哥尔特施密特矿物相律适用于封闭体系，而柯尔任斯基矿物相律才适用于有交代作用的开放体系。适用于有交代作用的开放体系。二、状态和状态函数二、状态和状态函数 状态状态：作为热力学体系的岩石形成和演化过程中，不同的阶段：作为热力学体系的岩石形成和演化过程中，不同的阶段，其性质不同，这样一些性质的总和即称之为状态。

18、，其性质不同，这样一些性质的总和即称之为状态。状态函数状态函数：某一体系处于某种状态，它所具有的那些状态参数：某一体系处于某种状态，它所具有的那些状态参数并不是孤立的，而是按照一定的函数关系互相联系。其中一些参数变并不是孤立的，而是按照一定的函数关系互相联系。其中一些参数变化，另一些参数会按一定的数学关系随之而变化。后面的这类状态参化，另一些参数会按一定的数学关系随之而变化。后面的这类状态参数即为前者的状态函数。数即为前者的状态函数。例如，吉布斯自由能（例如，吉布斯自由能（G G），与体系的温度（），与体系的温度（T T）、压力（）、压力（P P）和）和组成（组成（xixi）有关，那么）有关，

19、那么G G即为即为T T、P P、xixi的函数：的函数：G Gf(Tf(T、P P、xixi)三三、矿物、岩石成分的化学计量法、矿物、岩石成分的化学计量法 热力学中成分的计量常用的是摩尔数和摩尔分数。热力学中成分的计量常用的是摩尔数和摩尔分数。摩尔（摩尔（mol）：凡含有）：凡含有6.0241023个基本化学质点的物质为个基本化学质点的物质为1mol。摩尔百分数摩尔百分数(mol%)：若体系中含有几种组分，其中组分：若体系中含有几种组分，其中组分i 的摩的摩尔数与所有组分摩尔数之总和的比，称为摩尔分数。这样的分数值尔数与所有组分摩尔数之总和的比，称为摩尔分数。这样的分数值通常以百分数表达，则

20、为摩尔百分数。通常以百分数表达，则为摩尔百分数。四四、岩石形成及演化过程中化学反应的类型、岩石形成及演化过程中化学反应的类型 1、固相固相反应、固相固相反应 （1）固相同质多像转变）固相同质多像转变 石英石英石英石英 控制因素：控制因素：T、P （2）固溶体的离溶作用）固溶体的离溶作用 如：高温的透长石相，在低温时离溶为两相交生的条纹长石。如：高温的透长石相，在低温时离溶为两相交生的条纹长石。控制因素：控制因素：T以及以及PH2O （3）矿物有序度的变化）矿物有序度的变化 控制因素：控制因素：T （4）固相固相反应）固相固相反应 NaAlSi3O8=NaAlSi2O6+SiO2 钠长石钠长石

21、硬玉硬玉 石英石英 控制因素：控制因素：T、P2、有流体相及气相参加的反应、有流体相及气相参加的反应 （1）脱水反应（水化反应）脱水反应（水化反应）Al2Si4O10(OH)2=Al2SiO5+3SiO2+H2O 叶腊石叶腊石 蓝晶石蓝晶石 石英石英 （液）（液）控制因素：控制因素：T、PH2O（fH2O）（2）碳酸盐化和脱）碳酸盐化和脱CO2反应反应 CaCO3+SiO2=CaSiO3（硅灰石（硅灰石）+CO2 控制因素：控制因素：T、fCO2、fH2O （3）氧化还原反应）氧化还原反应 6Fe2O3 =4Fe3O4+O2 赤铁矿赤铁矿 磁铁矿（气）磁铁矿（气）控制因素：控制因素：T及及fO

22、2、还有、还有P （4）有硅酸盐熔融相参加的反应）有硅酸盐熔融相参加的反应 (Mg,Fe)2SiO4+SiO2=(Mg,Fe)2Si2O6 橄榄石橄榄石 （液）（液）斜方辉石斜方辉石 控制因素：控制因素：T、P以及以及SiO2、Al2O3等熔融相的活度等熔融相的活度3、有离子存在的化学反应、有离子存在的化学反应 （1）离解作用）离解作用 （2）离子交换反应）离子交换反应 控制因素：控制因素：T、P以及水溶液的以及水溶液的pHEh值值五五、再造岩石形成及演化过程中化学反应的方法、再造岩石形成及演化过程中化学反应的方法 1、岩相学、矿物学方法、岩相学、矿物学方法 据岩石结构构造特点，结合矿物的性质

23、进行综合分析，可再造岩石中矿据岩石结构构造特点，结合矿物的性质进行综合分析，可再造岩石中矿物变化之化学反应。物变化之化学反应。岩石具有的反应结构、次变边、各种假像、交代结构特征等均可作为建岩石具有的反应结构、次变边、各种假像、交代结构特征等均可作为建立化学反应的依据。立化学反应的依据。2、岩石化学的方法、岩石化学的方法 将岩石变化的不同阶段的岩石的化学成分特点进行对比，是研究交代将岩石变化的不同阶段的岩石的化学成分特点进行对比，是研究交代岩形成机理的常用方法。岩形成机理的常用方法。3、几何法、几何法 根据矿物组成图和矿物共生图上矿物点间的几何关系，可求出矿物之根据矿物组成图和矿物共生图上矿物点

24、间的几何关系，可求出矿物之间的相互反应关系。间的相互反应关系。4、代数法、代数法 对于复杂成分的矿物反应体系，可用矩阵运算确定化学反应式。对于复杂成分的矿物反应体系，可用矩阵运算确定化学反应式。六六、岩石中矿物的平衡和稳定、岩石中矿物的平衡和稳定 1、平衡与稳定、准平衡与准稳定、平衡与稳定、准平衡与准稳定 平衡是指体系的各部分在长时间内不发生任何变化的那样一种状态。平衡是指体系的各部分在长时间内不发生任何变化的那样一种状态。体系平衡态的特征是其状态函数不随时间而变化。体系平衡态的特征是其状态函数不随时间而变化。由于地质过程的复杂性，体系在向平衡态演化的过程中，由于某些由于地质过程的复杂性，体系

25、在向平衡态演化的过程中，由于某些原因，演化中止了，没有达到最大稳定态，但其特征也不再发生变化，原因，演化中止了，没有达到最大稳定态，但其特征也不再发生变化，这就称为亚平衡状态，即准稳定态。这就称为亚平衡状态，即准稳定态。这种状态在一定条件下，也不在发生变化。但如果外部条件发生变这种状态在一定条件下，也不在发生变化。但如果外部条件发生变化时，其变化的可能较其最大稳定态要大。化时，其变化的可能较其最大稳定态要大。2、平衡态的热力学标志、平衡态的热力学标志 当一个体系达到平衡态时，描素体系的宏观变量之间必须满足一定的关系，当一个体系达到平衡态时，描素体系的宏观变量之间必须满足一定的关系，这些关系称为

26、平衡条件，也是判断体系是否处于平衡态的标志。这些关系称为平衡条件，也是判断体系是否处于平衡态的标志。（1）热平衡标志：体系各部分的温度相等。）热平衡标志：体系各部分的温度相等。（2）力学标志：体系各部分具有均一的压强。）力学标志：体系各部分具有均一的压强。（3）相平衡标志：如果体系有若干个相，各相都是稳定的，它们之间不再）相平衡标志：如果体系有若干个相，各相都是稳定的，它们之间不再发生反应和相变。发生反应和相变。（4）化学动力学标志：若体系中存在着可逆的化学反应，那么由反应物）化学动力学标志：若体系中存在着可逆的化学反应，那么由反应物到生成物的速度等于由生成物到反应物的反应速度。到生成物的速度

27、等于由生成物到反应物的反应速度。一个严格的热力学平衡状态，必须同时具备上述四个标志。一个严格的热力学平衡状态，必须同时具备上述四个标志。3、平衡的岩石学、矿物学标志、平衡的岩石学、矿物学标志 （1）同一种化学成分的岩石，其稳定的矿物组合在时间上和空间上会重）同一种化学成分的岩石，其稳定的矿物组合在时间上和空间上会重复出现，表明这些矿物之间有可能是达到了平衡状态。复出现，表明这些矿物之间有可能是达到了平衡状态。（2）硅酸盐类岩石中主要造岩矿物种类有限，且符合吉布斯相律，这些）硅酸盐类岩石中主要造岩矿物种类有限，且符合吉布斯相律，这些矿物才有可能处于平衡态。矿物才有可能处于平衡态。（3）只有同成因

28、、同时代的矿物组合才有平衡可言。）只有同成因、同时代的矿物组合才有平衡可言。（4）平衡的矿物，空间上必须互相接触，其形态要符合表面能最小原则。）平衡的矿物，空间上必须互相接触，其形态要符合表面能最小原则。（5）稳定平衡矿物组合中，不允许出现实验中的不共生相。）稳定平衡矿物组合中，不允许出现实验中的不共生相。（6）矿物之间具各种交代、反应、残余等结构，表明它们之间在宏）矿物之间具各种交代、反应、残余等结构，表明它们之间在宏观上是不平衡的，但并不排除局部的互相接触的矿物之间的平衡。观上是不平衡的，但并不排除局部的互相接触的矿物之间的平衡。（7）一对处于平衡态的矿物相之间，常量元素、微量元素、同位素

29、）一对处于平衡态的矿物相之间，常量元素、微量元素、同位素之间的分配具有定量的函数关系。之间的分配具有定量的函数关系。（8）处于平衡态的矿物，它们的成分较为均一，光性及其他性质变）处于平衡态的矿物，它们的成分较为均一，光性及其他性质变异较小。异较小。第二章第二章 相律与相图相律与相图 一、基本概念一、基本概念 1、相：、相：指系统中能用物理手段单独分离出来且各种性质均一的那部分物质。或者说：指系统中能用物理手段单独分离出来且各种性质均一的那部分物质。或者说：相是指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均一部分。如冰、水、水蒸汽。相是指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均一部分。如冰、水、水蒸汽。

30、一个系统中所含相的数目，叫相数，用符号一个系统中所含相的数目，叫相数，用符号P表示。表示。2、组分、独立组分：、组分、独立组分：组分是指系统中每一个可以单独分离出来并能独立存在的物质（包括元素、组分是指系统中每一个可以单独分离出来并能独立存在的物质（包括元素、氧化物或化合物。氧化物或化合物。组分的数目叫组分数。组分的数目叫组分数。而独立组分是指能足以表示构成平衡系统中各相所需要的最少组分。而独立组分是指能足以表示构成平衡系统中各相所需要的最少组分。如：如：CaCO3(固固)=CaO(固固)+CO2(气气)在该系统中，只要已知其中任何两个组分，则可根据反应式确定第三组分。在该系统中，只要已知其中

31、任何两个组分，则可根据反应式确定第三组分。因此，一般来讲，独立组分数等于组分数减去化学反应式的数目。因此，一般来讲，独立组分数等于组分数减去化学反应式的数目。3、自由度（、自由度（F）：）：在相平衡系统中，可以独立改变的变量（如在相平衡系统中，可以独立改变的变量（如T、P、组分浓度等）称为自、组分浓度等）称为自由度。这种变量的数目，叫做自由度数，用由度。这种变量的数目，叫做自由度数，用F表示。表示。4、相律、相律：吉布斯（吉布斯（W.Gibbs)于于1876年根据热力学第一定律和第二定律，推导出多年根据热力学第一定律和第二定律，推导出多相平衡系统的普遍规律相平衡系统的普遍规律相律，其数学表达式

32、为：相律，其数学表达式为：FCPn n为能够影响系统平衡状态的外界因素，如压力、温度、电场、磁场、为能够影响系统平衡状态的外界因素，如压力、温度、电场、磁场、重力场等等。一般情况下只考虑压力和温度。因此，重力场等等。一般情况下只考虑压力和温度。因此，FCP2 如果压力为固定值，则：如果压力为固定值，则：FCP1 由上式可知：当相数由上式可知：当相数P一定时，自由度数随独立组分数的增加而增加；一定时，自由度数随独立组分数的增加而增加；当独立组分数一定时，则自由度数随着相数的增加而减少。当独立组分数一定时，则自由度数随着相数的增加而减少。二、相图的制作方法二、相图的制作方法 相图是以吉布斯相律为基

33、础，以热力学系统的独立变数为坐标，把相图是以吉布斯相律为基础，以热力学系统的独立变数为坐标，把实验结果综合整理编制面成的空间几何图形，用以研究体系在平衡时各实验结果综合整理编制面成的空间几何图形，用以研究体系在平衡时各种共生相的特点，以及相转变的情况种共生相的特点，以及相转变的情况。1、淬冷法：、淬冷法：将选定的、不同组成的试样，在一系列预定的温度下加热恒温，保将选定的、不同组成的试样，在一系列预定的温度下加热恒温，保证它们在预定的温度下达到平衡状态为准，然后将试样迅速落入浴中淬证它们在预定的温度下达到平衡状态为准，然后将试样迅速落入浴中淬冷。把高温下的平衡状态保存下来。通过偏光显微镜或冷。把

34、高温下的平衡状态保存下来。通过偏光显微镜或X射线的物相分射线的物相分析，确定相的性质和数目；并在温度与组分浓度的坐标上，标出它们所析，确定相的性质和数目；并在温度与组分浓度的坐标上，标出它们所对应的位置。对应的位置。2、热分析法：、热分析法：热分析法的原理是基于物质发生相变时，伴有热效应，借助这种热效应来确定热分析法的原理是基于物质发生相变时，伴有热效应，借助这种热效应来确定相变的温度和相变的进程。相变的温度和相变的进程。（1）冷却（或加热曲线法：）冷却（或加热曲线法：冷却曲线即温度与时间的关系曲线。冷却曲线法，主要是研究从高温逐渐冷却冷却曲线即温度与时间的关系曲线。冷却曲线法，主要是研究从高

35、温逐渐冷却过程中相变的情况。过程中相变的情况。（2）差热分析法）差热分析法 差热分析法是利用两对热电偶作成差热电偶。将样品坐放入均匀升温的电差热分析法是利用两对热电偶作成差热电偶。将样品坐放入均匀升温的电炉内，当试样不产生热效应时，试样和标准样升高的温度相同，当试样发生相炉内，当试样不产生热效应时，试样和标准样升高的温度相同，当试样发生相变而产生热效应时，试样和标准样之间的温度差破坏了热电势的平衡。体系的变而产生热效应时，试样和标准样之间的温度差破坏了热电势的平衡。体系的温度则由毫伏计记录。温度则由毫伏计记录。3、计算法、计算法 除了通过实验的方法制作相图外，还可通过热力学的计算方法推导，用以

36、补除了通过实验的方法制作相图外，还可通过热力学的计算方法推导，用以补充实验资料之不足，或对实验数据加以验证，也可以用计算的结果作为实验方案充实验资料之不足，或对实验数据加以验证，也可以用计算的结果作为实验方案设计的一个依据。设计的一个依据。第三章第三章 岩浆矿物的结晶作用岩浆矿物的结晶作用 自然界岩浆的结晶过程、岩浆岩中矿物共生规律、结构构造以及岩浆岩成因自然界岩浆的结晶过程、岩浆岩中矿物共生规律、结构构造以及岩浆岩成因等一系列问题，除与地质条件密切相关外，也服从一定的物理化学原理。等一系列问题，除与地质条件密切相关外，也服从一定的物理化学原理。喷出岩和大多数侵入岩是在地表或离地表不远的地表浅

37、部形成的，所以在低喷出岩和大多数侵入岩是在地表或离地表不远的地表浅部形成的，所以在低压下硅酸盐系统相平衡的实验研究对理解岩浆矿物结晶作用具有重大意义。压下硅酸盐系统相平衡的实验研究对理解岩浆矿物结晶作用具有重大意义。第一节第一节 一元系相图及其岩石学意义一元系相图及其岩石学意义 一元系是指研究对象只有一种纯物质，即独立组分数一元系是指研究对象只有一种纯物质，即独立组分数C1。在次只介绍石。在次只介绍石英的相图。英的相图。石英（石英（SiO2）的相图及其岩石学意义）的相图及其岩石学意义:1、相图特点、相图特点 L为熔体；为熔体；Cr为方石英；为方石英；Tr为磷石英；为磷石英；-Q为为石英；石英；

38、-Q为为 石英；石英；TC为柯石英。为柯石英。2、岩石学意义、岩石学意义 （1）磷石英（）磷石英（Tr）、方石英在低压高）、方石英在低压高温下稳定，侵入岩中不出现，仅见于火山温下稳定，侵入岩中不出现，仅见于火山岩中，有时准稳态见于低温环境中，是低岩中，有时准稳态见于低温环境中，是低压的指示矿物。压的指示矿物。（2）石英和石英和石英：酸性火山岩和超石英：酸性火山岩和超浅成岩中常见浅成岩中常见石英假象，因为这种岩浆石英假象，因为这种岩浆温度高，在地下压力较大的情况下，石英温度高，在地下压力较大的情况下，石英首先结晶，形成高温首先结晶，形成高温石英；而同种成分石英；而同种成分的侵入岩则温度较低，且石

39、英是最晚期结的侵入岩则温度较低，且石英是最晚期结晶的产物，因此为晶的产物，因此为石英。石英。（3）柯石英是高压环境的指示矿物）柯石英是高压环境的指示矿物。第二节第二节 二元系相图及其岩石学意义二元系相图及其岩石学意义一、一、AbAn系统系统 这是一个固态无限混溶相图。固态溶液又称固溶体，它的特点是，两个端这是一个固态无限混溶相图。固态溶液又称固溶体，它的特点是，两个端元组分可以任意比例混合，组成固体的均一相。如斜长石系列，橄榄石系列。元组分可以任意比例混合，组成固体的均一相。如斜长石系列，橄榄石系列。1、相图特点、相图特点：固相区，液相区，固液共存区，固相线，液相线。固相区，液相区，固液共存区

40、，固相线，液相线。（1）双变面：在液相区，自由度）双变面：在液相区，自由度 FCP12112，即温度，即温度与组成可以任意改变。因此，也叫双变量区或双变面。与组成可以任意改变。因此，也叫双变量区或双变面。（2）单变线：在）单变线：在SRQP及及ZYXW曲线上，固、液两相处于平衡状态，曲线上，固、液两相处于平衡状态，F2211，即温度与组成只有一个可以独立改变，而另一个只能随之作，即温度与组成只有一个可以独立改变，而另一个只能随之作相应的改变，才能维持固、液两相平衡。因此，也叫单变平衡曲线或单变线。相应的改变，才能维持固、液两相平衡。因此，也叫单变平衡曲线或单变线。（3）杠杆原理）杠杆原理 2、

41、结晶过程、结晶过程 （1）平衡结晶过程）平衡结晶过程 （2）分离结晶作用：分离）分离结晶作用：分离结晶作用的影响表现为：结晶作用的影响表现为：a.延长结晶作用的过程；延长结晶作用的过程；b.残余液相中更加富钠残余液相中更加富钠（Ab）；）；c.降低结晶作用的终结温度。降低结晶作用的终结温度。3、熔融作用、熔融作用 在熔融过程的某一个温度上，在熔融过程的某一个温度上，熔浆的组分比较富钠熔浆的组分比较富钠（Ab），而），而难熔的固相残余物比较富难熔的固相残余物比较富An，温，温度越高，熔浆中越富度越高，熔浆中越富An。因此，。因此，固相组分越富固相组分越富An，起始熔融的温，起始熔融的温度越高。度

42、越高。4、水压对相图的影响、水压对相图的影响 5、岩石学意义、岩石学意义 （1）富钠组分的熔浆可以通过两种方式形成，一是比较富）富钠组分的熔浆可以通过两种方式形成，一是比较富An矿物集合体矿物集合体的部分熔融；二是比较富的部分熔融；二是比较富An组分熔浆的分离结晶作用。组分熔浆的分离结晶作用。（2）环带结构的形成）环带结构的形成 水压的影响：正环带（不平衡结晶）；反环带（水压增大）；韵律环带水压的影响：正环带（不平衡结晶）；反环带（水压增大）；韵律环带（水压波动）。（水压波动）。岩浆的冷却速度和岩浆的冷却速度和过冷度也是形成环带的重过冷度也是形成环带的重要因素。要因素。a.非常缓慢冷却无环带；

43、非常缓慢冷却无环带；b.较快速冷却正环带；较快速冷却正环带；c.快速冷却，由于大量固快速冷却，由于大量固相的晶出放出较多的相变相的晶出放出较多的相变焓，致使岩浆温度回升焓，致使岩浆温度回升形成反环带；形成反环带；d.极快速冷却无环带。极快速冷却无环带。二、二、OrAb系统系统 1、相图特点、相图特点 (1)Af碱性长石区碱性长石区 (2)Orss固熔体固熔体Abss固熔体共存区固熔体共存区，固熔体分离曲线（不混熔曲线），固熔体分离曲线（不混熔曲线）(3)Or具有不一致熔融性质：即首先具有不一致熔融性质：即首先晶出另一种矿物，然后晶出矿物与熔浆反晶出另一种矿物，然后晶出矿物与熔浆反应再生成该矿物

44、，如在靠近应再生成该矿物，如在靠近Or 一端，随温一端，随温度下降首先晶出白榴石（度下降首先晶出白榴石（Lc），然后），然后Lc与与熔浆反应再生成熔浆反应再生成Or (4)最低点最低点M：M点是固相线与液相点是固相线与液相线的交点，它将相图分为两个部分，这两线的交点，它将相图分为两个部分，这两个部分各自与个部分各自与Ab-An系统类似。在系统类似。在M点处点处是两相平衡（液相是两相平衡（液相Af碱性长石）。有的碱性长石）。有的文献中把最低点文献中把最低点M作为结晶作用终结时的作为结晶作用终结时的温度和组成，或者被描述成起始熔浆的组温度和组成，或者被描述成起始熔浆的组成一定为最低点的组成，这是错

45、误的。成一定为最低点的组成，这是错误的。M点两旁的两个部分与点两旁的两个部分与Ab-An系统一样，结系统一样，结晶作用进行时，固相与液相的组成均向着晶作用进行时，固相与液相的组成均向着M点的方向变化，但液相组成不一定都终点的方向变化，但液相组成不一定都终结于结于M点，通常情况下，在没有达到点，通常情况下，在没有达到M点点时，结晶作用就终止了时，结晶作用就终止了3、水压的影响：随、水压的影响：随PH2O加大加大(1)Lc结晶区大大缩小，当结晶区大大缩小，当PH2O2.5Kb时，时，Lc结晶区消失，结晶区消失，Or变为一致变为一致熔融性质。因此，深成岩中不出现熔融性质。因此，深成岩中不出现Lc(2

46、)液相线和固相线温度大大降低，液相线和固相线温度大大降低，M点向点向Ab一端移动一端移动(3)PH2O对不混熔线影响小，对不混熔线影响小，PH2O升高，曲线略有上升升高，曲线略有上升(4)当当PH2O3.6Kb时，固相线与不混熔曲线相交切，系统由时，固相线与不混熔曲线相交切，系统由“具最低点的具最低点的固熔体体系固熔体体系”转变为转变为“具共结点的固熔体体系具共结点的固熔体体系”,“最低点最低点M”转变为转变为“共结共结点点E”，共结点，共结点E为三相共存（液相为三相共存（液相OrssAbss），为不变平衡），为不变平衡4、熔融作用、熔融作用(1)PH2O3.6Kb后，为具共结点的固熔体体系，

47、其熔融过程不一后，为具共结点的固熔体体系，其熔融过程不一样，以上图为例，凡是组成点位于样，以上图为例，凡是组成点位于MN之间的岩石，其起始熔融的之间的岩石，其起始熔融的温度是一定的，即达温度是一定的，即达TE时起熔，起始熔浆的组成也是固定的，即时起熔，起始熔浆的组成也是固定的，即相当于共结点相当于共结点E的组成的组成(3)而成分点位于而成分点位于AbM和和NOr之间的碱性长石集合体，其熔融过之间的碱性长石集合体，其熔融过程与程与AbAn体系类似体系类似5、岩石学意义、岩石学意义 在喷出与浅成条件下形成的碱性长石温度高，常常只有一种碱在喷出与浅成条件下形成的碱性长石温度高，常常只有一种碱性长石存

48、在；而在深成条件下碱性长石形成的温度低，常常有富性长石存在；而在深成条件下碱性长石形成的温度低，常常有富Or与富与富Ab两种碱性长石共生两种碱性长石共生三、三、DiAn（透辉石钙长石）系统（透辉石钙长石）系统 该系统相当于简化的基性岩浆（玄武质岩浆体系）。该系统相当于简化的基性岩浆（玄武质岩浆体系）。1、相图特点：、相图特点：（1）分区：）分区：L；Di+L;An+L;Di+An （2）共结点：三相共存，）共结点：三相共存，F2310；为不变点，温度与组成都不为不变点，温度与组成都不能变，直到结晶结束，熔浆耗尽。能变，直到结晶结束，熔浆耗尽。（3）共结比：）共结比：58 :42Di :An 2

49、、结晶过程：、结晶过程：（1）X1点点辉长结构辉长结构 （2）X2点点煌斑结构煌斑结构 （1）X3点点辉绿结构间粒结构间粒间隐结构间隐结构辉绿结构间粒结构间粒间隐结构间隐结构 3、熔融过程：、熔融过程：4、水压的影响：、水压的影响：水压升高，液相线温度降低，共结点向水压升高，液相线温度降低，共结点向An方向移动。方向移动。5、岩石学意义：、岩石学意义：（1）假设）假设PH2O12kb，相当于，相当于67km的中深成相，其共结比为的中深成相，其共结比为 Di:An 50:50，玄武质岩浆的成分大体与此类似，如，玄武质岩浆的成分大体与此类似，如X点。因此，侵入条件下：点。因此，侵入条件下：辉长结构

50、；喷出条件下：辉绿、间粒、间隐等。从而可以解释基性深成岩与喷辉长结构；喷出条件下：辉绿、间粒、间隐等。从而可以解释基性深成岩与喷出岩尽管成分相似，但结构不同。出岩尽管成分相似，但结构不同。（2）中深成条件下，）中深成条件下，PH2O发生脉动式波动，则其共结比变化于发生脉动式波动，则其共结比变化于4060之间，对于之间，对于An=50%的辉长岩来说，将造成一时的辉长岩来说，将造成一时Py大量晶出，一时大量晶出，一时An大量晶出，大量晶出，形成典型的形成典型的韵律式层理。韵律式层理。（3）在结晶过程中，如果）在结晶过程中，如果PH2O增加，则液相线下降增加，则液相线下降已晶出已晶出Py、Pl熔熔蚀