AFM未送审建议转投
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本文目录:
一、太华-鲁山-霍丘变质地体表壳岩的地质特征
一、分布
该变质地体中的表壳岩由三个岩群代表,从陕西太华山至河南新蔡以西段统称太华岩群;在安徽霍丘一带称霍丘岩群;在安徽蚌埠东西一线称五河岩群(桑宝梁,1981,称蚌埠群)。
太华岩群在西部出露于陕西临潼骊山之后没于渭河谷地;在陕西东部分布于太华山-老牛山一带,向东延伸到河南崤山经鲁山至舞阳,据钻孔资料向东南还可延伸至上蔡和新蔡一带。总体构成一个东西、北西西—北西向的弧形带,长约520余公里,宽约50余公里。霍丘岩群出露于安徽的霍丘和寿县一带,大部分被第四系复盖。在霍丘一带,大体上呈南北向分布。五河岩群分布于安徽凤阳、蚌埠和五河一带,大致呈东西向分布。霍丘岩群西与太华岩群、五河岩群之间的直接关系,均未见到。
二、岩石组合和层序
1.太华岩群的层序、岩组划分和命名
豫陕两省地质工作者,存在不同认识,迄今未能统一。现根据涂绍雄等(1981),沈福农等(1986)和胡受奚等(1988)等划分方案,再根据笔者等的认识,初步综合如表7—1。
表7—1 太华岩群的岩组划分和岩石组合总表
大多数地质工作者将太华岩群归属新太古代,但胡受奚等(1988)在耐庄组之下,又分出雷音寺组,与耐庄组一起合称为背孜群,将其归入新太古代,其上岩组仍合称太华群,但划归古元古代。他们对小秦岭地区的太华群的岩组划分,基本上采用河南省区调一队蔡乃仲(1983)方案。与上表不同,舞阳赵案庄组则改称群与鲁山地区的背孜群对比。
最近,丁莲芬(1995)报道了豫西小秦岭太华岩群的解体,将该区太华岩群重新划分成新的上、下两个亚群,下亚群称金硐岔岩组,为下部基底岩系,属新太古代;上亚群由下而上分出观音堂组、洞沟组(枪马峪岩组)和焕池峪组,是一套具孔兹岩系特征的沉积岩系,属古元古代。在石墨片麻岩、石英岩、长石石英岩和大理岩中发现了26个属,12个种和23个未定种属的球形藻、丝状藻及植物碎片等。这是重要的新发现,但时代归属因上亚群有大于2500Ma的Rb-Sr年龄,尚存在矛盾。故本文暂按大多数地质工作者的习惯,将太华岩群的上、下亚群仍归入新太古代。岩性描述仍按表7—1的顺序进行。
陕西小秦岭地区的太华岩群下亚群下部的秦仓口组由黑云(角闪)斜长片麻岩、变粒岩、浅粒岩、斜长角闪(片)岩和云母石英片岩等组成,以薄层互层状产出为特征。下部有较多长英质片麻岩,原称混合岩,可能有一部分为TTG岩系。其上的三关庙组以巨厚的浅粒岩为特征,另外也有一些变粒岩、黑云斜长片麻岩和斜长角闪(片麻)岩等。这两个岩组可分别与鲁山地区的耐庄组、荡泽河组和舞阳地区的赵案庄组对比,岩性也十分相似。比较重要的是在鲁山和熊耳山地区耐庄组的下部,在黑云(角闪)斜长片麻岩和斜长角闪(片麻)岩中局部还夹有层状超镁铁质岩。舞阳赵案庄组中也见有同类岩石。在三关庙组中出露的巨厚的浅粒岩,在鲁山地区的荡泽河组中也有,但出露较少。小秦岭地区太华岩群上亚群的三个岩组,与鲁山地区和舞阳地区岩组和岩石组合的详细对比,已详见表7—1。这里只指出其主要组合特征。小秦岭地区太华岩群上亚群下部的洞沟组,下部富含十多层石英(辉石)磁铁矿,在鲁山地区的铁山庙组和舞阳地区同样存在。在洞沟组与磁铁矿伴生的尚见有较多的富磁铁矿角闪质岩石(富磁铁矿石英斜长角闪岩和斜长角闪岩)和磁铁矿(石榴)二辉麻粒岩。小秦岭太华岩群上亚群中、上部主要岩石组合以含石墨的富铝片麻岩、石英岩、长石石英岩和大理岩作为标志层,在鲁山地区和舞阳的相当岩组中也具有同样特征,特别是石英岩,在小秦岭地区和鲁山地区分布稳定,连续性好。
总之,小秦岭地区、鲁山地区和舞阳地区太华岩群的下亚群的下部有中酸性火山岩和凝灰岩,夹有少量碎屑岩沉积和超镁铁质岩(部分成分相当科马提岩),上部以富铁拉斑玄武岩为主。并有中酸性火山沉积岩系,上亚群以沉积建造(包括硅铁建造)为主,夹有少量基性火山岩和镁铁质凝灰质杂砂岩。沉积岩系以粘土砂质碎屑岩-碳酸盐岩建造为主。
2.霍丘岩群
由于该岩群地质资料大部来自钻孔,前人对构造认识不一致,导致地层层序划分意见的分岐。自80年代以来,各家划分仍不相同。1982年沈福农等将该群分为上、下两部分,下部称周集组,上部称张楼组。1983年张步春将下组称为老李庄组,上组称周集组。1984年营俊龙由下而上分为花园组和吴集组。1985年安徽省区调队及1987年《安徽省区域地质志》均采用桑宝梁等(1979)自下而上分为花园组、吴集组和周集组的划分方案。
按岩石组合、原岩性质、变质程度以及含矿性等,可以分为上、下两个亚岩群。
下亚岩群相当花园组,为一套混合岩系,以条带状、条痕状和眼球状角闪钾长混合岩为主,据最近研究,大部分可能相当TTG岩系,其中夹有角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩和黑云片岩等残留表壳岩。
上亚岩群为含铁岩系,相当吴集组和周集组,主要由石榴黑云斜长片麻岩,夕线黑云斜长片麻岩、云母石英片麻岩、十字石榴石英片岩、变粒岩、大理岩、斜长角闪片岩夹数层石英磁铁矿等组成,原岩为泥砂质碎屑岩-粘土岩-碳酸盐岩夹硅铁质建造和少量基性凝灰质岩石,属海侵旋回十分明显的沉积建造,形成于离岸较远的滨海环境。
3.五河岩群(或称蚌埠岩群)
桑宝梁等(1981)根据钻孔资料,将变质地层分为三部分。下部以黑云角闪斜长片麻岩夹斜长角闪岩为主;中部以黑云角闪斜长片麻岩为主,含斜长角闪岩、绿泥滑石片岩、黑云片岩、黑云变粒岩及条带状或片麻状石英磁铁矿或石英闪石磁铁矿(铁英岩和闪石铁英岩);上部为白云质大理岩。在蚌埠以北的抹阁李和五河荣渡地区以黑云斜长花岗质片麻岩(混合岩)为主,前一地区见有含黑云角闪斜长片麻岩、黑云斜长变粒岩残留体,后者包有超镁铁质岩,其成分与玄武质科马提岩一致。据安徽区调队资料,个别钻孔中还见有基性麻粒岩。下部原岩以较多火山熔岩与火山碎屑岩为主,上部以沉积岩为主,是一套含铁的火山-沉积建造。
三、地球化学特征
如前所述,太华-鲁山-霍丘变质地体由西往东分别由太华岩群、霍丘岩群和五河岩群组成,每个岩群中都有许多岩类,但由于前人研究资料少而零乱,难以全面总结,这里着重讨论太华岩群的变基性火山岩和变超基性岩(超铁镁质岩)以及霍丘岩群的变基性火山岩的地球化学特征。
太华岩群中的变基性火山岩统称为斜长角闪岩(为主)和基性麻粒岩分属于太华岩群的上亚群和下亚群,样品分别来自陕西太要,河南鲁山和舞阳,前两个地区的样品中有少数岩石化学、微量元素和稀土元素能基本配套,而舞阳地区的只有岩石化学(全分析)资料。太华岩群中的超镁铁质岩(角闪岩)和霍丘岩群中的变基性火山岩也都只有常量岩石化学资料,由于这些客观存在的问题,因此难以全面正确反映其应有的地球化学特征。现将太华岩群和霍丘岩群斜长角闪岩的平均化学成分列于表7—2,主元素和微量元素列于表7—3,鲁山、熊耳和舞阳地区太华岩群下亚群角闪岩(超镁铁质岩)的岩右化学成分列于表7—4。
太华岩群和霍丘岩群斜长角闪岩的岩石化学成分以铁高(11%~13%)、钛高、钾高为其特点,富铁角闪质岩石含铁更高。Na2O/K2O比值变化于1.72~4.25之间,CaO/MgO在1.20~1.7之间,FeO*/MgO比在1.4~1.9之间(富铁角闪质岩石高达3.8),五个样品的Sr平均值为280×10-6,五个样品的Ba平均值为1026×10-6,Cr、Ni含量稍高。斜长角闪岩的稀土总量平均(5个)为66.54×10-6,而富铁斜长角闪岩则高达152.69×10-6,而富铁基性麻粒岩比富铁角闪质岩石稍低,亦达96.66×10-6~104.35×10-6。
将表7—2中产于陕西太要、河南鲁山的太华岩群上亚群的角闪岩和斜长角闪岩样品平均值的有关数据投于AFM图解上(图7—1)均位于拉斑玄武岩区。陕西太要相当太华岩群上亚群的富铁角闪质岩和富铁基性麻粒岩则位于拉斑玄武岩区更靠近于FeO*的位置。在FeO*+TiO2—Al2O3—MgO图上位于富铁拉斑玄武岩区。这些岩石据程裕淇、伍家善研究,与大多数火山成因的贫石英或不含石英的斜长角闪岩和麻粒岩相比,FeO+Fe2O3高达17%~19%,TiO2高达2%~3%,MgO低,Al2O3为12%~13%,两者都含有较高的Cr、Ni和Co,其原岩可能为镁铁质凝灰质杂砂岩,以机械方式生成,在时间上和空间上与其它基性火山熔岩的喷发一致,而且来自同一基性火山源。
产于鲁山太华岩群下亚群和霍丘岩群的斜长角闪岩均位于AFM图解中TH和CA分界线上的TH区,河南舞阳地区的斜长角闪岩的化学平均值接近于钙碱性玄武岩区。如将表7—3中数据投于AFM图上(图7—2),情况基本相同。
表7—2 太华岩群和霍丘岩群斜长角闪岩的平均化学成分(%)
注:1.岩石采自陕西太要,相当太华岩群上亚群,据陕西6队,转引自程裕淇,伍家善(1989);2.岩石采自河南鲁山,相当太华岩群上亚群,据孙勇(1982);3.岩石采自陕西太要,相当太华岩群上亚群,据程裕淇,伍家善(1989);4.采自鲁山太华岩群下亚群,据孙勇(1982);5.采自鲁山地区太华岩群下亚群,据胡受奚等(1988);6.采自河南舞阳太华岩群,据张源有(1981)刊于:河南地质第4期;7.采自霍丘地区,霍丘岩群,见于钻孔,据于风池等(1982)西北大学学报前寒武纪地质专辑108页。
图7—1 太华岩群上亚群角闪质岩石AFM图解 数据详见表7—2,1—7
图7—2 太华岩群上亚群富铁角闪质和富铁基性麻粒岩AFM图解 数据详见表7—3.1—11
表7—3 太华岩群和霍丘岩群中斜长角闪岩和富铁基性麻粒岩主元素(%)和微量元素(10-6)
说明:1.太华岩群中斜长角闪岩,据刘庆山、高山(1989);2.鲁山地区太华岩群上亚群中斜长角闪岩(原编号Si001);3~5.陕西太要太华岩群上亚群中,据程裕淇,伍家善(1989);6.为3~5样品的平均值;7.为鲁山地区太华岩群下亚群(原称背孜群和荡泽河组)样品;8.河南鲁山雪花沟组角闪质岩石(太华岩群上亚群)据桑宝梁等(1981);9.河南舞阳太华岩群中斜长角闪岩,据张源有(1981),河南地质第4期,13~33页;10.安徽霍丘,霍丘岩群钻孔中斜长角闪岩,据于凤池等(1982);11~12.陕西太要太华岩群上亚群中,据程裕淇和伍家善(1989);13.东秦岭地区太华岩群石榴二辉麻粒岩,据刘庆生,高山(1989)。
表7—4 鲁山、熊耳山和舞阳地区太华岩群下亚群角闪岩(超镁铁质岩)的岩石化学成分(%)
表中数据引自胡受奚等(1988),《华北与华南古板块拼合带地质和成矿》一书,190页和204~207页,原编号即书中原顺序号。鲁山地区角闪岩产于耐庄组(胡受奚等称为背孜群),熊耳山地区角闪岩产于荡泽河组。
如以各岩群单个样品分别投于AFM图上(图7—3,图7—4)则太华岩群下亚群有一部分样品位于钙碱性玄武岩区,霍丘岩群也有两个样品点位于钙碱性玄武岩区。
图7—3 AFM图解 (太华岩群样品)
图7—4 AFM图解 (霍丘岩群)
在FeO*+TiO2—Al2O3—MgO图上(图7—5,图7—6),太华岩群和霍丘岩群的样品均无例外地位于富铁拉斑玄武区。
根据霍丘岩群中斜长角闪岩与BIF共生的情况和地质特征以及高铁(平均13.4%),高钛(平均1.59%)和高K2O(平均1.35%)等特点,可能属高铁基性凝灰质岩石。
图7—5 FeO*+TiO2—Al2O3—MgO图解 太华岩群样品
图7—6 FeO*+TiO2—Al2O3—MgO图解 霍丘岩群样品
在TiO2—Al2O3/TiO2图上,太华岩群下亚群和上亚群斜长角闪岩的分布比较乱,均不在岛弧和大洋玄武岩的趋势线上。在K2O—P2O5—TiO2图上则位于大陆拉斑玄武岩区。
翟明国(1991)将太古代变质玄武岩分成绿岩带变质玄武岩和高级区变质玄武岩。试用翟氏提出的TiO2—Al2O3图解和TiO2—CaO图解将太华岩群斜长角闪岩的有关成分投于两图上,它们均位于远离绿岩区的高级区。
根据太华岩群上、下亚群中斜长角闪岩、富铁角闪质岩和基性麻粒岩的稀土配分曲线(图7—7),不同岩类、不同产出部位的岩石,均具有十分相似的稀土配分曲线。均属轻稀土稍有富集(部分富集),不具Eu异常(部分微显正或负Eu异常),分异较强,总的特征基本与Condie(1981)的TH2相近。
总之,太华岩群上亚群变基性火山岩为富铁拉斑质玄武岩和基性富铁凝灰质杂砂岩,也有一部分属钙碱性玄武岩,据孙勇研究(1982)有一部分相当于碱性玄武岩。下亚群的斜长角闪岩主要为一套大陆富铁拉斑玄武岩。霍丘岩群中的斜长角闪岩主要是一套富铁的基性凝灰质岩石。
有关前人报导的中酸性火山岩,由于缺乏可靠的资料,其地球化学特征暂无法予以讨论。
关于太华岩群下亚群(包括胡受奚等1988年分出的背孜群)下部在斜长角闪岩中出现的科马提岩问题,根据所收集的有限资料,对其地球化学特征作一概略介绍。
图7—7 稀土配分曲线图
按Brooks和Hant(1974)提出的一系列判别基性科马提岩的成分标志:即SiO2=46%~53%,MgO>9%,CaO/Al2O3>1,K2O<0.9%(一般为<0.5%),TiO2<0.9%,后来进一步研究表明,大部分具鬣刺结构的岩流并不符合上述情况,其CaO/Al2O3比值都在0.7~3之间。按这一标准衡量,鲁山地区和熊耳山地区太华岩群下亚群耐庄组(胡受奚等称为背孜群,1988)和荡泽河组以及舞阳地区的赵案庄组中所称大量存在的科马提岩有相当一部分不符合上述标准。主要问题是TiO2和K2O含量普遍偏高,少数岩石的SiO2含量和CaO/Al2O3比值超出规定。只有少部分符合标准,试将这些符合标准的岩石化学数据,分别投于AFM图解(图7—8)和FeO*+TiO2—Al2O3—MgO图解中(图7—9),在AFM图上,投点密集区位于TH区靠近FeO*—MgO连线的MgO50%~80%区间,在图7—9图上,极大部分位于玄武质科马提岩区(BK),这些岩石,前人均未见有鬣刺结构,野外产出特征也不清楚,只能说是科马提岩化学成分等同物,详细的地球化学特征以及产出特征和成因,有待以后进一步深入研究。
图7—8 “科马提岩”FeO*—Na2O+K2O—MgO图解
图7—9 “科马提岩”FeO*+TiO2—Al2O3—MgO图解
四、变质与变形
太华-鲁山-霍丘变质地体的变质和变形,以河南鲁山地区的研究最为详细,霍丘和蚌埠地区有少量定性的变质岩研究资料,变形研究十分薄弱,因此论述时以鲁山地区的太华岩群为主。
(一)区域变质作用
1.变质岩石的变质矿物共生组合
鲁山地区太华岩群的变质岩岩石类型较多,但主要为片岩和片麻岩(原岩为粘土质至泥砂质岩)、大理岩(碳酸盐岩)和斜长角闪岩、辉石岩及石榴二辉麻粒岩类(基性岩),其变质矿物共生组合为:
黑云母+斜长石+石英
夕线石+石榴石+斜长石+石英
方解石+白云石+石墨±透辉石±斜长石
普通角闪石+斜长石±石英±铁铝榴石
铁榴铝石+斜长石+透辉石+紫苏辉石±石英(微量)
铁铝榴石+次透辉石+斜长石±普通角闪石
霍丘地区霍丘岩群的岩类大致与鲁山相同,只是未见麻粒岩,其共生矿物组合有:
斜长石+石英+黑云母+十字石+蓝晶石
石英+斜长石+黑云母+石榴石
铁铝榴石+黑云母+斜长石+十字石
黑云母+铁铝榴石+斜长石+蓝晶石(夕线石)
斜长石+石英+黑云母+蓝晶石+石榴石
斜长石+石英+黑云母+镁铁闪石
普通角闪石+斜长石±石英
白云石+金云母+透闪石+方解石
五河岩群的变质岩类型和共生矿物与鲁山地区的太华岩群十分相似,故不再赘述。
2.变质相与温压条件
根据上述的变质岩石的矿物共生组合和部分地区温压条件的计算以及某些矿物的标志,太华岩群和五河岩群岩石的变质相以高角闪岩相为主,局部达麻粒岩相。
在鲁山地区所见的麻粒岩,据孙勇研究(1982,1983)在角闪岩相岩石中呈混杂、掺合的状态,无法划分变质带,而在麻粒岩的薄片中,普遍存在普通角闪石交代辉石的现象,因此他认为麻粒岩系代表前期的一次高温变质作用,而后才是区域角闪石相变质作用,麻粒岩作为残留体出现。同时认为该区存在多期变质作用。据刘庆生等研究(1990)认为基性麻粒岩常呈条带状产出,沿两侧逐渐过渡为高角闪岩相-角闪岩相,也难以用进变质作用解释。五河岩群中麻粒岩仅见于钻孔,产状不明。组成矿物为斜长石(50%~55%),透辉石(25%~30%),角闪石(5%~10%),紫苏辉石(5%)及黑云母和磁铁矿等,在蚌埠马益山一带,见有含石榴石辉石岩,经测定,石榴石-单斜辉石对的变质温度为750~809℃。
孙勇(1982)根据鲁山麻粒岩KDGar-Cpx的P—T图解认为其形成温度介于680~760℃间,压力0.8~1.0GPa。刘庆生等(1990)应用Wood和Banno的二辉石温度计求得的温度为825℃,利用Wells二辉石温度计获得的T=876℃,后一数据可能偏高。他们用Peskin和Chipena等多种压力计求出的825℃时的压力十分一致,均为0.9GPa。如以此估算其形成深度约为35km,与下地壳上部的深度相当。由于各人估算的温度有一定差别,更确切的麻粒岩相形成温压条件,尚需进一步研究。
鲁山地区角闪岩相的温压条件,未见前人报道,孙勇(1982)曾利用普通角闪石作过研究,在AlⅣ—AlⅥ图和(Na2O+K2O)—TiO2图上均投于角闪岩相范围。
关于麻粒岩相与角闪岩相变质是两次变质作用还是连续过渡的,仍需深入研究。
霍丘地区霍丘岩群岩石的变质作用的温压条件,沈福农等(1982)根据泥质岩变质矿物组合中,十字石和蓝晶石共生,而且蓝晶石多于十字石的特征和前人实验结果作了详细分析,Hoschek(1969)实验结果指出,在水流体和缓冲剂存在时,十字石在0.7GPa和565℃时可以形成,现在十字石可与蓝晶石共生,因此这一组合的稳定温度应高于十字石的形成温度565℃,而与蓝晶石共生的还有夕线石,根据Althaus(1969)的实验资料,其形成温压的范围大致在660℃,0.6GPa,因此,沈福农等根据本区变泥质岩中常见有黑云母+铁铝榴石+十字石和黑云母+铁铝榴石+十字石+蓝晶石(有时见有夕线石)的典型共生组合,判断其形成的温压条件为T=550~660℃,p=0.5~0.7GPa,属于区域变质作用的中压角闪岩相。
太华岩群和霍丘岩群等经受角闪岩相(局部麻粒岩相)之后,随之又发生广泛的多次变形作用而遭受较普遍的退化变质作用,各种退变质现象从肉眼至镜下普遍存在,如角闪石交代辉石,绿泥石交代角闪石,黑云母交代铁铝榴石和角闪石、白云母交代黑云母、蓝晶石和十字石等(霍丘岩群)。但在空间分布上较复杂,难以划分出明显的相界线。
(二)变形——以鲁山地区的太华岩群为例
鲁山地区的太华岩群与登封岩群一样,同样经历过多期复杂的变形,构造系列也可分为三期五幕(张国伟等,1982)。
据张国伟等的研究(1982),本区第一期变形与登封地区的嵩阳期相当,同属新太古代。可分两幕,第一幕形成了一系列中小型近东西向卵形穹窿构造和伴生的褶皱和揉流构造。由于后期构造的叠加,在大部分地区卵形穹窿构造保存不佳,难以辨认。伴随该幕变形,有超基性和基性岩体和岩脉的侵入。第二幕形成近东西向紧密倒转的线状褶皱,轴面片理,香肠,窗棱构造,矿物线理等。本区以角闪岩相为主的区域变质作用与本期变形同步,同时还有各种花岗质岩石的侵入。第二三期变形的时代可能相当古元古代。第二期变形以北北西向同斜、歪斜宽缓褶皱、轴面片理、折劈、断裂、窗棱及交面线理为主。第三期变形分一、二两幕。第一幕以北北东向同斜或宽缓褶皱、轴面片理、折劈、挤压片理等为主,同时发生区域动力变质作用,使岩石退变。第二幕以北北东向宽缓褶皱为主,其次也见有折劈、断裂、节理和交面线理等。同时也伴有退变质作用以及花岗岩和基性脉岩的侵入。
二、多组分系统的相平衡和矿物共生分析
一、吉布斯相律和戈尔特斯密特矿物相律
从热力学角度观察,变质岩是一种非均匀的多组分系统。当达到内部化学平衡时,其行为服从于吉布斯 ( Gibbs,1876) 相律,它的表达式如下:
岩石学
式中: p 为平衡共生的相数目,岩石学中每一种固体矿物 ( 包括固溶体) 和流体都为一个相; f 为自由度数目,即相平衡系统中,能在一定范围内改变而不引起相的种类和数目发生改变的独立变数 ( 通常为温度、静压力和活动组分化学位等外部条件) ; c 为独立组分数目,即描述系统中各种相的组成时所需的独立物质的最小数目,岩石学中一般为组成岩石的各种氧化物,如 SiO2、Al2O3、FeO、MgO 等,也包括 H2O、CO2等流体相。上述相律表达式可用变质反应 CaCO3( Cc) + SiO2( Q) = CaSiO3( Wo) + CO2( g) 来说明,组成这些相所需组分为 CaO、SiO2和 CO1,属于三元系统 ( c =3) 。当反应达到平衡时,如当时条件是温度 ( T) 和压力 ( P) 都能在一定范围内变化,即自由度 f =2,则 p = c +2 - f =3 +2 - 2 = 3,即此时只有 3 个相可平衡共生,低温时为 Cc + Q + CO2,高温时为 Wo + CO2+ Q或 Cc。若当时条件是只有温度或压力之一能独立改变,另一因素只能随之作特定的改变,即 f =1 时,则 p = c +2 - f =3 +2 -1 =4,此时 Cc + Q + Wo + CO2四个相能平衡共生,这种情况称为单变系统。所以相律是判断系统是否达到平衡的重要标志。
戈尔特斯密特 ( Goldschmidt,1911) 将相律用于变质岩,认为岩石系统变质反应的平衡不可能在温度和压力两者的数值都完全固定,或其中之一严格随另一因素的变化而作特定变化的条件下实现。相反,这种平衡应在一定的温压区间内实现,即当时至少应有两个自由度 ( f≥2) 。按此由吉布斯相律可得出:
岩石学
此即为戈尔特斯密特矿物相律的核心内容。当平衡系统中无流体相或固溶体矿物时,p =c,如它们存在时则 p < c。总之,在一定温压范围内平衡共生的矿物相数目不应大于该岩石系统的独立组分数目。如出现 p > c 的情况,一种可能是系统处于单变平衡状态,另一种可能是矿物相之间不都是平衡共生,或则独立组分的选择不正确。
上述矿物相律应用的前提是系统处于完全封闭状态,与外界完全没有物质交换。多数研究者认为变质作用过程岩石为封闭系统,但有些学者持不同观点,如柯尔仁斯 ( 1936)提出的组分相对活动性假说。他认为变质作用过程 H2O 和 CO2一般均为外部缓冲的完全活动组分,有些物化条件下,K2O 和 Na2O 也可呈活动组分,能从系统中带入或带出,即变质作用过程岩石为半开放系统,但仍能达到局部化学平衡。他据此对戈尔特斯密特的矿物相律作了重要修正,认为应是 p ( 相数目) ≤ci( 惰性组分数目) ,后者是指扩散能力很差,不易于环境发生物质交换的组分,它们在平衡过程中保持质量不变。柯尔仁斯基的矿物相律也可表示为 p≤c ( 有效组分) - cm( 活动组分) 。其含义是在一定温压范围内,半开放系统中同时平衡共存的矿物相最大数目等于独立的惰性组分数,而与活动组分数目无关。在平衡过程,活动组分的化学位不变,它和温度、压力一样起外部控制作用。
变质作用属封闭系统还是部分开放系统至今仍有各种不同意见,也可能它们是随地质背景、物化环境及变质作用类型不同而异。但目前多数研究者提出一系列证据说明大多数地区在变质作用过程中,不仅非挥发组分,而且 H2O、CO2、O2等挥发组分也都基本处于封闭状态,它们都是控制矿物共生的有效组分。
二、平衡共生矿物组合与矿物的平衡成分
将变质岩作为一个非均匀多组分系统来研究时,前提是相平衡,只有达到物化平衡的情况下,才能有效地应用相律等各项物化基本原理。因为变质作用一般经历较长的地质时间,且常在增温过程中进行,所以变质反应达到平衡是完全可能的。有些变质矿物组合在不同地质时代和不同地区反复出现也从事实上证明它们应是趋近或达到了相平衡的共生组合。但另一方面,在低温变质地区或深熔和混合岩化作用广泛发育的高温变质地区和复变质岩系中,变质反应不平衡现象又十分普遍。
一次变质事件全过程中,温压条件是在不断变化的,所以同一变质岩中常存在几个不同世代的平衡共生矿物组合,它们分别反映不同的变质反应达到平衡时的不同温压条件。一般认为可区分出三阶段的平衡共生组合: ① 变质温度高峰期的平衡共生组合,它们常是达到平衡的共生组合,是变质岩中目前主要矿物成分; ② 早期进变质阶段残留下来的矿物组合,它们与那个阶段的温压条件可能接近平衡,但对峰期温压条件下发生的变质反应来说,则是残留的反应物; ③ 峰期后退变质阶段化学反应所产生的新矿物,它们往往含量不多,是这阶段的平衡矿物组合。由此可见平衡应有相对的时间概念。过去文献中一般只研究变质温度高峰期的平衡共生组合,并已提出各种识别标志。
一般认为构成一个平衡共生组合的各种矿物在空间应是随机分布,彼此都有接触机会,但又不是某几种矿物的出现在空间上彼此过分依赖。矿物之间至少应不存在各种交代或反应结构,最理想情况是彼此接触面平直,或发育三联点平衡结构,证明其彼此同时结晶所成。但另一些研究者又指出,即使矿物之间接触面较不规则,甚至彼此互相包裹,或分别成变斑晶和基质等现象都不一定是彼此非平衡共生和分属两个世代的铁证,这方面还有许多不确定性。
矿物平衡共生的另一重要标志,是同一岩石中同种矿物晶内和颗粒间化学成分均匀。这种化学成分反映变质高峰期达到平衡时的物化条件,常称为平衡化学成分,它们是进行温压估算的依据。但近年来研究表明,不少情况下矿物微区和不同颗粒的化学成分不均匀,特别是像石榴子石等矿物经常存在微区成分环带那样的矿物。石榴子石环带有两种常见类型: 一类是反映随温度升高而不断生长的石榴子石,其成分也不断变化,称为生长环带,此时只有晶体最边缘的成分才代表其在变质峰期的平衡成分; 另一类是石榴子石在变质峰期完成结晶之后,由于温度下降,通过与黑云母等矿物之间的 Fe - Mg 交换反应及扩散作用,其成分会从晶体边缘向核部不断被改造,形成扩散环带,此时只有粗大石榴子石核部才可能保留峰期平衡成分。辉石和角闪石等矿物中也可有类似现象。由此可知,按岩石组构分析属于平衡共生的矿物,但要确定它们是否保持峰期平衡化学成分仍需深入的岩石学和矿物微区研究。
特定矿物之间某些元素的分配系数,如 KGt - BiDFe - Mg等保持恒定也是平衡的物化标志。但如前文已指出的那样,KD值还受其他许多因素的影响,研究时必须注意。此外一个平衡共生组合的矿物相数目一般较简单,且必须符合矿物相律的要求,即矿物种类不能超过与其有关的独立组分数。但当自然界样品刚处于某一单变反应线位置时,则也可出现 p =c + 1 现象,此时仍为平衡状态。
三、矿物共生分析和成分 -共生图解
矿物共生分析是以矿物相律为指导,研究特定温压范围内达到平衡状态的各种矿物共生组合与岩石化学成分之间的规律性对应关系,其结果可用各种成分 - 共生图解加以表示。它们是 P - T - X 关系在变质作用和变质岩中的进一步体现,其所得结果对于各地区变质作用特征的对比和建立变质相 P - T 框架都有重要意义。其内容包括以下三方面。
1. 平衡共生矿物组合的确定
根据野外地质背景和室内大量显微镜下变质岩结构构造和组成矿物的系统化学成分研究,划分矿物世代,按前文所述各项原则和标志确定一个地区同一变质等级的各种原岩中( 同一世代) 的代表性平衡共生矿物组合。
2. 组分分析
一般硅酸盐变质岩的组分包括所有造岩氧化物和 H2O 等流体相,共 10 余种。一个地区由它们组成的矿物相也可达 10 余种。要研究两者之间的复杂控制关系很困难,也无法用通常的三角形或四面体图解来表示彼此间依赖关系,因此必须从全部组分中选出那些能控制主要变质矿物的种类和含量的组分来分析彼此关系,这就称为组分分析。其基本程序是首先要确定造岩氧化物中有无活动组分,H2O 是否活动组分,然后在其中再作如下进一步划分。
◎ 杂质组分: 含量很低,其存在不影响矿物共生关系,如 BaO、SrO、Ni 等,在矿物共生关系分析时可不考虑。
◎ 孤立组分: 它们只参与形成副矿物,如 ZrO、P2O5、TiO2等。如果在组成矿物中不考虑与它们有关的锆石、磷灰石和金红石等矿物时,可认为这些组分对矿物共生也无影响,可不考虑。
◎ 类质同象组分: 有些造岩氧化物,如 FeO、MgO、MnO,经常以类质同象组成各种暗色矿物,过去认为它们的总量对共生矿物有控制作用,但各自的相对含量则对矿物组合影响不大,故可合并为一个独立组分 ( Fe,Mg,Mn) O。Al2O3和 Fe2O3属于类似情况,也可合并为 ( Al,Fe)2O3。但后来许多研究表明在石榴子石、堇青石、十字石等一系列矿物中,Fe - Mg 的固溶体置换是有限的,FeO / MgO 比值对共生矿物有明显控制作用。如除温压条件外,富 Mg 的岩石中才有利于堇青石的出现,所以这种合并在不少情况下可能并不合理。
◎ 过剩组分: 它们大量存在,除供组成岩石中所有矿物的需要外,或还有剩余,此时呈独立的 “过剩”矿物相出现。硅酸盐岩石中最常见为 SiO2,它在 SiO2饱和或过饱和岩石中均为过剩组分,其含量只决定岩石中石英的多少,不影响其他矿物的共生关系。但在 SiO2不饱和岩石中,它就不是过剩组分。当 H2O 处于饱和状态时,它也不影响矿物共生组合。
◎ 有效独立组分: 除上述各类组分之外的其他主要组分,它们之间的含量比例对矿物的共生关系起决定性作用。当 H2O 和 SiO2饱和时,有效独立组分通常为 ( Al,Fe)2O3、( Mg,Fe,Mn) O、CaO、Na2O 和 K2O ( 当不考虑斜长石的牌号和钾长石的钠含量时,Na2O 也可不考虑) ,可用图解来表示它们和矿物共生组合之间的规律性关系。
3. 成分 - 共生图解的编制
这类图解用以表示特定温压区间,组分种类及其相对含量与矿物共生之间的关系,通常采用等边三角形 ( 图 21 -8) ,也可用直角三角形或四面体。图中三角形的三顶点分别代表从上述有效独立组分中选出的 a、b、c 三种组分的投影点。此时据矿物相律,每一共生组合中受这三组分控制的矿物为 1 ~3 种。当这些矿物化学成分固定时,可据其实测分子式计算出各自的 a、b、c 三组分的摩尔分数 ( %) ,然后按其比例投在三角形中。如矿物 A 中 a 组分为100%,则投在 a 点位置; D 矿物中 a 组分和 b 组分各50%,则 D 矿物投在 a - b 边的1/2 处; G 矿物中组分 a 33%,b 33%,c 34%,则投影于图中 G 点。这样将A - G 七个矿物都投在图 21 - 8a 上,再将能共生的矿物之间用直线连接起来,即构成一个 a、b、c 三元系七个矿物的成分 - 共生图解。当有些是成分不定的固溶体矿物时,如为两组分固溶体,如图 21 -8b 的矿物 A,则用线段加以表示其 a、b 两组分的相对变化范围。如为 a、b、c 三组分固溶体,则以一定面积表示其变化范围,如图中的 B、F、G 矿物。再在各矿物投影位置之间加直线来表示彼此成分的对应变化关系,如图中表明矿物 E与富组分 a 的 A 矿物共生,而矿物 G 则与 b 组分相对稍高的 A 矿物共生。矿物共生线将三角形 abc 分成5 个小三角形,当岩石的化学成分经换算后投影点落在某小三角形内,如点 i,则它具有 ADE 三矿物共生; 如投影点落在小三角形的边上,如点 j,则此岩石具有两种矿物C 和 F 共生; 如投影点落在大三角形顶点,则为只具有 a、b 和 c 成分的单矿物岩。
图 21 -8 成分 - 共生图解
四、ACF、A'KF 和 AFM 图解
这些是文献中最通用的变质岩成分 - 矿物共生图解。
1. ACF 图解
这种图解是 Eskola ( 1915) 对芬兰 Orijarvi 地区中温接触变质岩的矿物共生分析基础上建立的,用以表示各种成分原岩中的矿物共生关系。经过类似前述的组分分析,确定 4个有效独立组分为 ( Al,Fe)2O3、CaO、K2O 和 ( Mg,Fe,Mn) O,为了便于在三角形图解中表示,他舍去 K2O,同时将与它有关的矿物钾长石放到图外。然后将留下的三个组分按摩尔分数 ( %) 标定如下:
岩石学
再将有关矿物按化学式计算出各自的 A、C、F 值,例如
岩石学
再按这些数值将所有矿物投在 ACF 三角形中,即得共生图解21 -9,同时将石英、钾微斜长石、钠长石放在图外。这图解清楚显示原岩主要组分特征与共生矿物组合之间的规律性对应关系。其缺点是 K2O 对许多岩石中普遍共生的黑云母、白云母和钾长石的控制关系未能在图解中得到反映,不能区分 K2O 过剩与不足对矿物组合的全部影响。其次为了取消 Na2O 的影响,将斜长石均当作钙长石 ( An) 看待也不太合适。
图 21 -9 芬兰 Orijarvi 地区中温接触变质岩的 ACF 图解( 据 Eskola,1915)
2. A'KF 图解
由于 ACF 图解中舍去 K2O 引起的种种问题,Eskola ( 1915) 又设计一种对含石英泥质岩更为合适的 A'KF 图解,其特征是将 K2O 列为三个独立组分之一,又考虑到对这类岩石的矿物组合影响最大的不是 Al2O3总量,而是它与 K2O以分子比1∶ 1 组成钾长石之后剩余的 Al2O3摩尔分数,故将 A' =[Al2O3]+[Fe2O3]-[K2O]代替 A =[Al2O3]+[Fe2O3]作为一个独立组分,同时考虑到此类岩石中 CaO 的含量一般只影响斜长石的牌号,可以舍去。这样处理后的三个独立组分为:
岩石学
将有关矿物都换算出这三个数值,再经投影即得 A'KF 图解 ( 图 21 -10) 。
图中因黑云母 ( Bi) 存在 Al 对 ( Fe,Mg)的类质同象置换,故其投影为一个线段。另将过剩矿物石英 ( Q) 和因舍去 Ca 而未能在图内得以反映的斜长石 ( Pl) 置于三角形之外。这种图解的最大优点是以 Ms - Bi 为界划分出富 K2O含钾长石的组合和贫钾富铝出现铝硅酸盐的组合。
以上讨论表明 ACF 图解能广泛用于各种成分变质岩的矿物共生关研究,而 A'KF 图解则能补救它在泥质变质岩中因 K2O 含量引起的各种缺点,所以许多研究者都倾向于将两者联合应用。
图 21 -10 芬兰 Orijarvi 地区泥质岩石中温接触变质的 A'KF 图解( 据 Eskola,1915)
3. AFM 图解
在 ACF 和 A'KF 图解中都将 ( Fe,Mg) O 作为一个独立组分看待,但实际上泥质变质岩中 FeO/MgO 比值对矿物相有很大影响,如硬绿泥石、铁铝榴石出现于 Fe/Mg 值高的岩石中,而堇青石则易出现于富镁的岩石中。Thompson ( 1957) 认为在含石英的泥质变质岩中,当 H2O 为活动组分时,系统的独立组分为 Al2O3、FeO、MgO 和 K2O,其矿物组合可以 AFMK 四面体内三维空间的一个点来表示。为了便于研究,选四面体棱上白云母的理想成分 KAl3O5( KAl3Si3O10( OH)2= KAl3O5·3SiO2·H2O) 点 ( 图 21 - 11a 中的Ms 点) 作为原点,通过各种矿物的四面体内成分点向 AFM 面投影,即获得它们在 AFM面内的位置 ( 图 21 -11a) ,但其中不能包括白云母,所以前提是只限于含白云母的岩石。由于黑云母 ( Bi) 的成分点在图 21 -11a 的 A - F - M - Ms 小四面体之外,所以投影点在图21 -11 的 AFM 三角形之外,F - M 线的下方。各种矿物的实际投影是采用计算的方法,先将分析结果换算成氧化物摩尔分数,再按以下公式计算出投影坐标 A 和 M:
图 21 -11 AFM 图解的构成( 转引自 Miyashiro,1994)
岩石学
各矿物投影之后,再连接共生线,即构成 AFM 图解。图 21 -12 为美国新荷马州中西部下部矽线石带泥质变质岩的 AFM 图解。这种图解的最大优点是能明显表示岩石中 Fe/Mg 比值对矿物相的影响,且能表示类质同象矿物中 Fe - Mg 的变化范围,但它只能用于含白云母和石英的变质岩。Reinhart ( 1968) 还曾设计了另一种由正长石成分点向 AFM 而投影的图解,此时:
岩石学
矿物共生分析和各种成分 - 共生图解对研究变质作用的物化条件和变质相曾起重要作用。但研究时都将自然界岩石的多组分系统简化成三元或四元系统来处理,再加上组分分析时难以避免的主观因素,常使结果不符合相律,或出现各种难以解释的现象。特别是当流体作用加强,系统呈半开放状态时,问题更为复杂。在目前强调温压条件定量估算和变质作用时空演化样式研究的新发展趋向中,这类研究方法已不再占太重要地位,但仍不失为一项基础研究内容。
图 21 -12 美国新荷马州中西部变泥质岩下部矽线石带矿物组合的 AFM 图解( 据 Thompson,1957)
五、施赖纳玛克斯共生分析法和成岩格子的概念
荷兰物理学家施赖纳玛克斯 ( Schreinamakers,1915) 在吉布斯相律基础上,应用数学拓扑学计算法创立了零变、单变和双变平衡的一系列几何表示方法,称为施赖纳玛克斯法。Grubenmann 于 20 世纪初将此法引入变质岩石学中。按此法,当系统的组分数目 ( c)和相数目 ( p) 已知时,即可在 P - T 图上推导出零变平衡点、单变平衡线和双变平衡区的空间配置关系,以及各种可能的单变反应式和双变区内的成分 - 矿物共生关系。例如对一个三元 ( 三组分) 五个矿物相的简单系统来说,按相律和组合公式的推导,可得出在P - T 图上 ( 图 21 - 14) 应有一个零变点 ( f = 0) ,此时五个矿物相平衡共存; 有五条单平衡线,称为施赖纳玛克斯束,每条线上可有四个矿物相区存,此时 f =1; 有五个双变平衡区,各区共有 10 个 3 相平衡组合,此时f =2。此图的构筑程序是首先在理论基础上根据5 种矿物相的化学成分关系及各自在图21 -13 中的位置推导出彼此间可能出现的所有化学反应式。例如图中矿物相 ( 1) 不参加的化学反应式应为 2 + 3 = 4 + 5,这反应式就用( 1) 标记。然后据实验测定、热力学计算或应用莫里 - 施赖纳玛克斯法则来确定不变点位置,各条单变线斜率及彼此在空间上的配置顺序。目前应用最多的还是莫里 - 施赖纳玛克斯法则。同时也用它来确定每两条单变线所夹扇形区内的成分 - 矿物共生图解。图 21 -14 中5 条实线都是单变反应线,各自经零变点后再延伸的虚线代表准稳定平衡线。单变平衡线两侧所标记的数字为相应反应式两侧的矿物相。各双变区都有自己的三角形成分 - 共生图解,其中带斜线的小三角形代表该区间的特征矿物共生组合,其余组合则与邻区所共有。如反应( 1) 与 ( 5) 之间,2 +3 +4 为特征组合,1 +2 + 4 和 1 + 3 + 4 组合均是与邻区所共有。
图 21 -13 [A] - [B] - [C] 三组分系统中五个矿物相 ( 1,2,3,4,5)的化学成分关系
图 21 -14 [A] - [B] - [C] 三组分五个矿物相共生关系的施赖纳玛克斯图解
当系统中能出现的矿物相数目 > c + 2 时称为复式系统,此时必有两个或更多零变点和围绕它们的几个单变平衡线束,它们共同组成网状体系,称为岩石 ( 或矿物) 成因格子 ( 或网系图) 。它们是图示矿物共生关系随 P - T 而变化及其间化学反应性质的最好方式。如 Grant ( 1973) 曾模拟 Al2O3- K2O - FeO - MgO - SiO2- H2O 六组分系统能出现 Q、Kf、Al2SiO5、Bi、Crd、Sil、Gt、Ant、St 和 H2O 等 10 个相的岩石成因格子 ( 图 21 - 15) 。由于其矿物总数已超过 c +2,所以为复式系统,共有 3 个零变点 ( 一个在图外) ,由三组单变平衡线束组成,单变线上可有 5 个矿物相共存,8 个双变区内为四个矿物相的平衡组合。如在Ⅳ区可出现 Kf + Sil + Bi + Crd,Kf + Sil + Bi + Gt,Kf + Bi + Gt + Ant/Opx,Sil +Bi + Crd + Gt 等共生组合。
图 21 -15 K2O - Al2O3- FeO - MgO - SiO2- H2O 复式系统的岩石成因格子,石英和 H2O 存在所有组合中( 据 Grant,1973)
这类研究方法将矿物共生关系进一步与变质反应及温压变化联系起来,对于查明变质作用演化规律有较重要意义。但仍以理论推断为主,多数情况下缺乏定量概念,所以必须与岩矿实验研究结合起来,互相验证,才能在变质岩成因研究中发挥更大作用。
思 考 题
1. 举例说明固 - 固反应与脱挥发分反应的不同特征及其地质温度压力计意义。
2. 说明以下两种连续反应的矿物变化过程
① 黑云母 ( Bi) + 石英 ( Q) →1. 5 斜方辉石 ( Opx) + 钾长石 ( Kf) + H2O
② 普通角闪石 ( Hb) + 斜长石 ( Pl1) →斜方辉石 ( Opx) + 单斜辉石 ( Cpx) + 斜长石 ( Pl2) + H2O
3. 交换反应和净转移反应何者更适于作地质压力计? 为什么?
4. 为什么一种矿物对温压计有多种计算公式? 应用时如何选择?
5. 怎样判断变质岩中哪些矿物彼此为平衡共生关系? 为什么强调平衡成分?
6. 总结变质岩中矿物共生分析的原理和方法,评述 ACF,A'KF 和 AFM 图解的优缺点。
7. 成分 - 共生图解中如连接共生矿物的共生线出现相交现象,如何解释?
8. 岩石成因格子是如何编制的? 能反映什么问题?
三、AFM图和CMS图
(一)AFM图
与A′KF图一样,AFM图也用于表示泥质变质岩(K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O系统,简称KFMASH系统)矿物共生,但巧妙的投影方法使得它成为较严格的成分-共生图解。
1.FeO/MgO对泥质变质岩矿物共生的影响及泥质变质岩组分分析
在泥质变质岩中经常出现黑云母、白云母、石英及AF边上两种贫钾矿物(如And-Crd、St-Gt等)平衡共生。如北京房山周口店岩体接触变质晕内带见有St+Alm+Bi+Ms+Q共生(十字石-铁铝榴石-云母片岩)。这些共生组合的矿物在ACF、A′KF图中均位于AF边上,不好表示出来,还会造成共生线相交而引起误会。
为什么会出现上述现象? J.B.Thompson(1957)认为,在泥质变质岩的矿物中,Mg2+和Fe2+虽然可以相互替代,但各矿物中替代程度不同,矿物的FeO/MgO比值不同:石榴子石、黑硬绿泥石、硬绿泥石、十字石的FeO/MgO比值较高,而堇青石的FeO/MgO比值较低。因而,岩石的FeO/MgO比值对泥质变质岩的矿物组合有重大影响。在泥质变质岩中,FeO、MgO实际上是两个有效惰性组分,ACF图和A′KF图将它们合并处理为一个组分,当然表示不了这种共生关系,必须另外设计图解。
当不考虑TiO2、Fe2O3、MnO、CaO、Na2O这些次要组分时,泥质变质岩由SiO2、Al2O3、FeO、MgO、K2O和H2O六组分组成。岩石系统对H2O是开放的,因而在成分-共生图解中不考虑。此外,由于大多数变质岩都含石英,因而把讨论范围限于含石英的泥质变质岩,SiO2作为过剩组分,把石英放在图解之外。这样,剩下了4个有效惰性组分:Al2O3、FeO、MgO和K2O。所以,泥质变质岩的矿物组合可在三维空间内用Al2O3-FeO-MgO-K2O四面体(可称为AFMK四面体)表示。四面体中的点,近似代表一种泥质变质岩的成分(图23-6a)。
图23-6 AFM图的构成(据Thompson,1957;引自Miyashiro,1994)
2.AFM图的构成
在二维的平面上表示四面体内的变化是困难的,因此,Thompson设想在四面体的一个面上投影。由于泥质变质岩中的大多数矿物都位于AFM面上及其附近,因而选AFM面作为投影面。此外,还必须有个投影点。由于白云母在泥质变质岩中分布非常广泛,因此,把讨论限于含白云母的岩石。这样,在成分-共生图解中就不必表示白云母,而选理想成分的白云母(KAl3Si3O10(OH)2=KAl3O5·SiO2·H2O)作投影点。凡在四面体内的矿物都从理想化白云母成分点MS向AFM面投影。投影面包括AFM三个角顶,但并不以FM线为限。只有A-F-M-Ms小四面体内的矿物,才会投影在AFM面上不超过FM线。否则,投影点会位于FM线外,如图23-6a的黑云母投影点。
在AFM面上表示矿物组合的成分-共生图解叫AFM图(AFM diagram)。图23-6b表示了AFM图上可标绘的所有矿物。必须注意,Thompson的AFM图中未表示白云母,白云母和石英一起放在图外,即图解中所有组合都要包括白云母和石英。AFM图中指向Kf的箭头表示从Ms点通过Kf(钾长石)的投影线只有在无限远处才能与AFM面相交。
上述投影过程,实际工作中是用计算进行的。把分析的质量分数换算为氧化物摩尔数之后,按下式计算投影坐标A和M:
岩石学(第二版)
在上式中,-3[K2O]的意义是减去投影点Ms中的 [Al2O3](=3[K2O])。黑云母中[Al2O3]≈[K2O],因此,黑云母的A值小于0。其投影点位于FM线的下方。
Thompson的AFM图把泥质变质岩看作Al2O3-FeO-MgO-K2O四组分系统,把FeO、MgO作为两个独立组分,因而比ACF图和A′KF图严格、合理,能很好地表示岩石FeO/MgO比值对矿物共生的影响。例如图23-7就清楚地表示了周口店接触变质晕内带泥质变质岩的矿物共生。该图解的价值还在于表示成分可变矿物如黑云母、绿泥石、十字石、石榴子石的矿物成分的能力,即不仅能表示矿物共生组合的变化,而且可表示矿物化学成分的变化。
Thompson AFM图的局限性在于仅适用于含白云母和石英的泥质变质岩。高温时由于白云母分解,钾长石在泥质变质岩中普遍存在。为了表示含钾长石和石英的高温变质岩的共生,E.W.Reinhart(1968,1970)设计制作了另一种AFM图(图23-8),在该图中矿物和岩石投影点是从钾长石成分点向AFM面投影得出的,图解的三个参数为:
岩石学(第二版)
上述参数F中的(-[TiO2])意思是视情况可在F中扣除副矿物钛铁矿中的 [FeO]。
图23-7 周口店接触变质晕内带泥质变质岩Thompson AFM图
图23-8 适用于高级变泥质岩的AFM图(据Blatt et al.,2006)
(二)CMS图
CMS图(CMS diagram)用来表示变质硅质白云质灰岩(CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2系统)矿物共生,在这个系统中,通常情况下,H2O和CO2是完全活动组分,CaO(记作C)、MgO(记作M)和SiO2(记作S)三组分是惰性组分,可以很好地用三角图解表示,所以,CMS图是一个严格的成分-共生图解。而且,变质硅质白云质灰岩是分布广泛的钙质变质岩,对变质条件变化比较敏感,因此CMS图得到较普遍应用。
图23-9在CMS图上表示了变质硅质白云质灰岩可能出现的矿物。图23-10是在P=PCO2条件下CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2系统成岩格子。通常认为,Di出现是低级变质进入中级变质的标志,Wo出现是中级变质进入高级变质的标志,而钙镁橄榄石(Moc)出现意味着进入很高级变质(高热变质)。
图23-9 表示CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2系统矿物共生的CMS图。(据Bowen,1940,Evans,1977;转引自Raymond,2002)
图23-10 在P=PCO2条件下CaO-MgO-SiO2 -H2O-CO2系统成岩格子(据Raymond,2002)
四、请问AFM(原子力显微镜)的扫描原始数据怎么从原始文件中还原出来
我做AFM时候没有这种情况啊,他们给我出来的就是.dat格式的文件,用记事本就可以打开了,不过我都不用记事本打开,直接导入Origin里面进行处理就可以了,也许不同的AFM仪器的格式不同吧,建议你先直接导入Origin试一下。然后不行去AFM测试的地方让它们告诉你方法,这个东西解铃还需系铃人。希望对你有点帮助
以上就是关于AFM未送审建议转投相关问题的回答。希望能帮到你,如有更多相关问题,您也可以联系我们的客服进行咨询,客服也会为您讲解更多精彩的知识和内容。
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