變質相圖

變質相圖（Metamorphic Facies Diagram）是表示變質相中礦物共生組合與岩石化學成分之間相互關係的圖解。又稱成分共生圖解或成分組合圖解。

基本介紹

• 中文名：變質相圖
• 外文名：Metamorphic Facies Diagram
• 概述 ：表示變質相中礦物共生組合
• 簡介：變質相圖是以相律和變質相
• ACF圖解：頂點為ACF的等邊三角形圖解

簡介

變質相圖是以相律和變質相的理論為基礎，因為變質相是指在一定溫度壓力範圍內形成的一套礦物共生組合,其中每一個礦物共生組合與原岩的化學成分有一定的對應關係。因此，每一個變質相都有其特徵的變質相圖。常用的變質相圖有ACF、A'KF圖解和AFM圖解。

ACF圖解

Eskola(1915) 設計ACF 圖以表示成分範圍廣泛的含石英變質岩（包括泥質、長英質、基性、鈣質、鎂質）的礦物共生。

頂點為CFA的等邊三角形圖解（圖1低壓角閃岩相的ACF圖解），其中A=AL2O3+Fe2O3-（Na2O+K2O）、C=CaO、F=FeO+MgO+MnO,A+C+F=100,各種氧化物的數量均用分子數計算。圖解中每一個小三角形的頂點代表具有一定化學成分的變質礦物，成分變化較大的礦物在圖解中以粗線段或小面積表示（如黑雲母、普通角閃石等）。圖解中兩個礦物之間的連結線稱為共生線。每一個小三角形或每一條共生線代表在一定變質相的條件下化學成分位於該三角形內或共生線上的原岩所具有的變質礦物組合。

ACF圖解主要適用於含有石英的 SiO2過量的變質岩，石英不表示在圖解上，但可以出現在所有的礦物組合中。圖解上不能表示鎂橄欖石、蛇紋石、剛玉等SiO2不飽和的礦物，嚴格地講也不能表示含鉀和含鈉的矽酸鹽礦物，但為了表示變質礦物的共生關係，常在圖解上表示出白雲母、黑雲母、普通角閃石等礦物的大致位置。在某些變質岩中，鈉長石可作為附加的獨立礦物，但不能表示在圖解上。 ACF圖解的優點是能表示各種原岩成分與變質礦物組合之間的關係，尤其是變質泥灰岩和鎂鐵質岩中的礦物共生組合。因為 ACF圖解是以若干從相律看不甚合理的程式為基礎，因此它不是一種嚴格的成分共生圖解，所以圖解上的四個礦物可以出現在同一岩石中。

ACF圖解

含石英變質岩的組分分析

對普通的含石英變質岩，不考慮微量組分和孤立組分，通常包括SiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、FeO、MnO、MgO、CaO、Na 2 O、K 2 O、CO 2 、H 2 O 等11 個組分，這些組分按其化學特徵和對礦物共生的影響可分為：

（1）完全活動組分：H 2 O、CO 2 （Eskola 把它們處理為過剩組分）。共生圖解中不予考慮。

（2）過剩組分：SiO 2 。共生圖解中不予考慮，把過剩礦物Q 放在圖解之外。

（3）類質同象組分：岩石中存在兩種類質同象。一類是Al 2 O 3與Fe 2 O 3類質同象和FeO、MnO、MgO 類質同象，它們普遍出現在造岩礦物中，因而將它們合併處理為兩個獨立組分：（Al,Fe) 2 O 3和（Fe, Mg, Mn)O。如前所述，這種處理有不合理之處；另一類是Na 2 O 與CaO類質同象，僅出現在斜長石中，而不出現在其他含鈣礦物中。因此，不能將它們合併。Eskola的處理辦法是：由於Na 2 O 只在斜長石中作為CaO 的類質同象組分出現，其含量多少有無，只影響斜長石號碼，而不會增加或減少一個礦物相。因此，Na 2 O 不是獨立組分，可不予以考慮，把鈉長石放在圖解之外。

（4）有效惰性組分：經過上述組分分析後，得出4 個有效惰性組分，即（Al,Fe) 2 O 3 、CaO、K 2 O、(Fe,Mg,Mn)O。為了把組分數減至3，以便於圖解表示，Eskola 把K 2 O 作為過剩組分，不予以考慮，把鉀長石放在圖解之外。這樣一來，使得該圖解出現一個明顯的缺點：區分不了低溫下泥質變質岩中K 2 O過剩與K 2 O 不足的兩類組合。

岩石成分的標繪

如前所述，將岩石的組成標繪在成分-共生圖解上，可以預測該岩石的礦物共生組合。然而，由於在編制ACF 圖過程中，未考慮鉀長石、鈉長石和副礦物，因此，在根據岩石化學分析資料於ACF 圖上標繪岩石時，需從化學分析中扣除包含在這些礦物中的(Al，Fe) 2 O 3 、CaO、(Fe，Mg)O 的量。

A'KF 圖解

鑒於ACF 圖不能區分中低溫泥質變質岩的K 2 O 過剩組合（含鉀長石，無富鋁礦物）與K 2 O 不足組合（含富鋁礦物，無鉀長石），Eskola（1915）設計A′KF 圖（A′KF diagram）以表示含石英的泥質變質岩的礦物共生關係。泥質變質岩通常是貧鈣的，且CaO 主要含於斜長石的鈣長石分子中（此處將綠簾石的影響忽略不計），因此，CaO 不是有效惰性組分。而K 2 O 的過剩與不足對該類岩石的礦物共生有重大影響。因此，K 2 O 應作為有效惰性組分。這樣，對泥質變質岩系統有效惰性組分為(Al,Fe) 2 O 3 、K 2 O、(Fe, Mg, Mn)O。應以這三個有效惰性組分為頂點作成分-共生圖解（A′KF 圖）表示泥質變質岩的礦物共生關係（圖20-4）。

由於泥質變質岩中鉀長石是最富鉀礦物，因而在AKF 圖上鉀長石是標在K 頂點的。即是將鉀長石的K值作為100，A 值作為0 的。而鉀長石分子式中，摩爾數[Al 2 O 3 ]=[K 2 O]，因此，計算A 值時，必須扣除鉀長石中的[Al 2 O 3 ]，即扣除與[K 2 O]等量的[Al 2 O 3 ]，這樣，A 的意義與ACF 圖不同，故將A 改為A′，稱為A′KF 圖（Winkler，1976）。其三端元分別為：

A′=[Al 2 O 3 ]+[Fe 2 O 3 ]－[K 2 O]

K=[K 2 O]

F=[FeO]+[MgO]+[MnO]

A′+K +F =100

因此，理想成分的白雲母（K 2 O·3Al 2 O 3 ·SiO 2 ·H 2 O）不是標在K∶A′=1∶3 的位置，而是標在K∶A′=1∶2（K=33、A′=67）的位置上。同樣，理想成分的黑雲母標在K=14、F=86 位置。由於黑雲母中有些（Fe, Mg）可被Al 替代，所以其成分可漸變到A′=15、K=14、F=71 的位置（圖20-4）。與ACF 圖一樣，A′KF 圖也是表示SiO 2過剩的岩石，故圖解上各組合都含石英，石英表示在圖解之外。此外，泥質變質岩常含斜長石或鈉長石和綠簾石（低溫時取代斜長石），這些含鈣、含鈉礦物不能表示在圖解上，也表示在圖解之外。

在A′KF 圖上標繪岩石時，也要進行校正。用副礦物含量校正岩石化學分析的方法基本上同ACF 圖。在經過此項校正後，將氧化物W B %換算為摩爾數。然後，由於A′KF 圖不考慮斜長石（由鈉長石分子和鈣長石分子組成），因此，必須在A′中扣除斜長石中的[Al 2 O 3 ]，即扣除與[Na 2 O]+[CaO]等量的[Al 2 O 3 ]。這樣，可把對副礦物作了必要校正後岩石的A′KF值計算方案總結如下：

A′=[Al 2 O 3 ]+[Fe 2 O 3 ]－([K 2 O]+[Na 2 O]+[CaO])

K=[K 2 O]

F=[FeO]+[MgO]+[MnO]

A′+K+F=100

圖20-4 用A′KF 圖表示了Orijarvi 地區的泥質變質岩礦物共生。由該圖可看出，在該區變質條件下，當岩石成分點落在白雲母-黑雲母共生線左下側（即靠近K 頂點一方）時，岩石的礦物組合有鉀長石而不會有富鋁無鉀礦物（紅柱石、堇青石、鎂鐵閃石、直閃石等）。這是K 2 O 過剩的岩石。相反，K 2 O 不足岩石的成分點將落在白雲母-黑雲母共生線右上側（即靠A′F 邊一方），其礦物組合中有富鋁無鉀礦物而無鉀長石。因此，A′KF 圖合理地表示了上述中低溫條件下富鋁礦物與鉀長石不共生關係，這是該圖解的優點。

ACF 圖與A′KF 圖的聯用

ACF 圖能標繪所有常見變質岩，包括泥質、長英質、鈣質和基性變質岩，說明它們的相互關係和廣泛的共生關係，但不能表示中低溫下K 2 O 對礦物共生的影響；A′KF 圖則能很好地表示K 2 O 過剩與K 2 O 不足的共生組合，但其套用僅限於泥質、長英質岩石。

因此，兩者可以互相補充。通常將ACF 圖與A′KF 圖製成雙三角形圖解聯合使用（圖20-5），以取得較完整的結果。在聯用時，ACF 圖上不表示含鉀礦物（白雲母、黑雲母）。在此雙三角形圖解上判斷礦物組合時，特別是當岩石成分在ACF 圖的A-An-F 小三角形內（即為泥質－長英質）時，要將兩個圖解一起考慮，且以A′KF 圖為主。如圖20-5，設兩種岩石成分點分別為圖上的1、2 點，則它們的礦物共生組合應判斷為：

岩石1：堇青石+白雲母+黑雲母+斜長石+石英，無微斜長石。岩石2：微斜長石+白雲母+黑雲母+斜長石+石英，無堇青石。

圖20-6 表示了變質岩五大化學類型和主要造岩礦物在ACF 圖和A′KF 圖上的位置，這個圖解不但可為製作ACF、A′KF 圖提供方便，而且可直觀地表示岩石化學成分與礦物成分的關係。熟悉這個圖解，有利於掌握五大化學類型變質岩的化學成分、礦物成分特點和判讀成分-共生圖解，便於在實際工作中以岩石的礦物成分判斷其化學類型，以利於恢復其原岩。

AFM圖解

頂點為A、F、M的等邊三角形圖解，實際上它是K2O-Al2O3-FeO-MgO四面體中的Al2O3-FeO-MgO面及其延伸部分（圖4O-AlK －FeOO－MgO四面體及延伸的AlO-FeO-MgO面）,凡是在四面體裡的含鉀礦物都以白雲母(M點)作為投影點投到Al2O3-FeO-MgO平面上。AFM圖解上各種變質礦物的投影位置是根據下面的公式計算出的A值和M值確定的，各種氧化物的數量均以分子數計算：

AFM 圖解主要適用於含石英和白雲母的變質泥質岩，石英和白雲母不表示在圖解上，但它們可出現於所有的礦物組合中。因為 AFM圖解中把FeO和MgO當成兩個獨立組分，因此圖解上能表示較多的變質泥質岩的礦物組合。但是AFM圖解上不能表示含鈉和含鈣的變質礦物,因此它不適用於其他類型的變質岩。