矿物组合、成分-共生图解和组分分析

1.矿物组合及其确定标志

在共生分析中，把一定化学成分岩石达化学平衡时的矿物成分称为矿物组合（mineral assemblage）或矿物共生、矿物共生组合（mineral paragenesis）。矿物组合是岩石化学成分和P、T等条件的反映，是共生分析的对象或出发点。由于温度升高的进变质过程反应速率大，易于达平衡，因此岩石中见到的矿物组合多为热峰矿物组合。

确定矿物共生组合是共生分析的第一步，因为这是应用相律的前提。然而，由于不能排除天然变质岩系统存在不平衡状态，也不能排除变质岩中小范围内的化学成分变化造成在一块变质岩标本中，甚至于一块薄片范围内见到的矿物有可能属几个共生组合。因此，必须根据详细的岩石学观察正确判断矿物共生组合。

确定矿物共生组合的主要标准是：①一个矿物共生组合中的各种矿物都有相互接触的关系；②一个矿物共生组合中的各种矿物，相互间无反应和交代现象；③一个矿物共生组合中，同种矿物的化学成分及光性特征应相近，如有环带，则其边部化学成分及光性特征近似；④一个矿物共生组合中的一对矿物之间，元素的分配符合Nernst分配定律，即各处元素的分配系数近相等；⑤矿物共生组合中矿物共生关系应符合矿物相律，即矿物相数不超过惰性组分数（通常矿物种类不超过5、6种）。

上述判别标志中，②、③、④、⑤主要是平衡的标志。具备了这些标准，可认为岩石达到化学平衡。标准①则是一定的化学成分的标志。由于原岩化学成分不均匀，一个薄片中可出现几个矿物组合。此时可据标准①将它们区分开来。例如在低压高温下变质的硅质灰岩，方解石+石英反应生成硅灰石+CO₂。如果硅质灰岩由SiO₂含量变化的细微薄层组成，虽然硅灰石、方解石、石英这三个矿物可在同一薄片中出现，但仔细检查可发现，在各层中只有硅灰石+方解石或硅灰石+石英才构成共生（图20-1a）。此外，标准①还可排除被大矿物包裹而不参与反应的“被屏蔽”的相。如图20-1b，矿物D被B包裹不能与A、C接触，而A、B、C三矿物彼此有机会接触，因而有A+B+C和B+D两个矿物组合。

图20-1 一个薄片中出现两个共生组合

2.成分-共生图解

如果一个岩石系统由3种组分组成，根据Godlschmidt矿物相律，在普遍观察到的组合中，矿物数应是 3、2 或 1，这意味着当这种岩石的矿物成分用一个三顶点为三组分的三角图解表示时，把该图解分成一系列小三角形就能直观地表示矿物共生关系，这种图解叫成分-共生图解（composition-paragenesis dia-gram）或共生图解。如图 20-2a 的 abc 图解，以 a、b、c 三组分为三角形顶点，7个矿物按化学组成（a、b、c，mol%）分别标在相应位置上：一组分组成的矿物表示在三角形三个顶点，如矿物A：a 100%；两组分组成的矿物表示在三角形的三条边上，如 F：b 62%，c 38%；三组分组成的矿物表示在三角形内部，如G：a 33%，b 33%，c 34%。这个三元系共 7 个矿物，系统的任意组成一般位于连接三矿物的小三角形内，故达平衡时为三矿物共生，即 p=3。如 i 组成，为A+D+E三相共生；若成分点位于共生线上，则平衡时为两矿物共生，p=2。如 j 组成为 F+C 两相共生；若成分点恰位于某矿物投影点，则平衡时仅一相存在，p=1。如 a 组成，平衡时仅一相A。

图20-2 成分-共生图解

大多数变质矿物是具有相当大成分范围的固溶体，它们在成分-共生图解中以线段（两组分固溶体，如图20-2b中A、E）或面积（三组分固溶体，如图20-2b中B、F、G）表示。当岩石成分点位于矿物成分点、线段或面积中时，相数为1；当岩石成分点落在一条共生线上时，两相共生；当三相共生时，共生关系以图解中一个一定的小三角形表示。

3.组分分析

绝大多数变质岩具有复杂的化学组成，是一个多相平衡系统，而不是简单的三元系。然而，在一个二维的平面上，我们只能表示最多三四个组分的系统的矿物共生关系。因此，为了对成分复杂的岩石作共生分析，有必要对岩石系统各组分作具体分析，找出对矿物共生组合影响最大的三四个组分，把多组分岩石系统简化为三组分或四组分系统，才有可能作出成分-共生图解，表示岩石化学成分与矿物组合的关系，这一过程叫做组分分析。

Korzhenskii（1973）指出，为了进行共生分析，可将组分进一步分类如下：

1）完全活动组分

该类组分在间隙溶液中的浓度或化学位与T、P一样是岩石系统的外部条件。成分一共生图解表示的是一定外部条件下的矿物组合。所以，外部条件在图解中不表示。当外部条件改变引起矿物组合的变化时，用新的图解表示新条件下的新的一套矿物组合。

2）惰性组分

惰性组分进一步划分为：

（1）杂质组分（impure components），含量甚微，以类质同象混入物形式赋存在造岩矿物之中，如SrO、BaO等。杂质组分不改变矿物共生关系，在共生分析时忽略不计。

（2）类质同象组分（isomorphic components）。如FeO、MgO在造岩矿物中相互替代，在共生分析时常将其合并为一个组分（Fe，Mg）O。但造岩矿物中类质同象替代往往是有限的，如Gt（石榴子石）、Cld（硬绿泥石）和St（十字石）有高的FeO/MgO比值，而Crd（堇青石）的FeO/MgO比值较低。因此，在严格的共生图解中，将FeO和MgO作为两个组分。

（3）孤立组分（indifferent components），如ZrO₂、TiO₂、P₂O₅，它们在岩石中含量少，且以纯的形式（如TiO₂）或与其他组分组成化合物（如ZrSiO₄、Ca₅［PO₄］₃F）形式，以一个独特的副矿物如金红石（TiO₂）、锆石（ZrSiO₄）、磷灰石（Ca₅［PO₄］₃F）等产出。共生分析一般不考虑副矿物，因而也不考虑孤立组分。

（4）过剩组分（excess components）是系统中大量存在的组分，在参与形成其他共生矿物之后能以过剩状态形成单独的矿物相（过剩矿物），出现于该类岩石的共生组合之中。过剩组分含量多少，只会影响过剩矿物含量多少，而不影响岩石的其他矿物共生。因此，作共生图解时可不考虑过剩组分，而把过剩矿物放在共生图解之外表示。例如，在一般情况下，SiO₂在原岩中是大量的组分，变质后经常有石英出现。此时，SiO₂是过剩组分可不考虑。石英是过剩矿物放在成分-共生图解之外。

（5）有效惰性组分（virtual inert components）是除上述几类组分之外的其他组分（包括由类质同象组分合并的组分）。它们之间的比例对矿物共生组合起决定性的作用。

从上述组分分析中可看出，矿物共生组合中出现的矿物数目与完全活动组分、微量组分、次要的类质同象组分无关。在不考虑副矿物（不考虑孤立组分）情况下，矿物共生组合中矿物最大数目等于有效惰性组分数加上过剩组分数之和。但过剩组分多少不改变矿物共生，决定矿物共生组合多样性的是有效惰性组分。因此，以有效惰性组分为顶点作出的成分-共生图解可以表示系统的矿物共生关系。由于天然岩石系统成分的差异，有效惰性组分不尽相同，相应的成分-共生图解类型亦不同。因此，成分-共生图解的类型很多。其中最常用的是P.Eskola（1915，1920）的ACF图、A′KF图和J.B.Thompson（1957）的AFM图。

共生图解是将天然岩石的多元系统简化为三元系或四元系表示。无论哪种图解都不免在某种程度上以从相律角度看来不甚合理的程序为基础。特别是对ACF图这样试图在一个图解中表示天然岩石中大量组分和宽的成分范围的图解尤其如此。因此，严格说来，它们不是真正的成分-共生相图。这可导致图解中的4个或5个矿物共生而造成共生线相交。但是，“为了减少成分变量数目，这是一个必要的弊病”（Miyashiro，1972）。

成分-共生图解中有效惰性组分的单位，一般地说既可采用摩尔数，也可采用质量分数。但与质量分数相比，摩尔数易于标绘矿物化学成分（用矿物化学式标绘矿物），因此均采用摩尔数作单位。为了加以区别，我们用方括号表示摩尔数，如［CaO］表示CaO的摩尔数。