地球化学相律

Question

如题所述

Answer 1

在地质领域,用得比较多的相律有戈尔德施密特相律和柯尔任斯基相律。

1.戈尔德施密特相律

戈尔德施密特相律数学表达式为

地球化学

式中:f为自由度;φ为相数;K为独立组分数。该相律表示平衡共存矿物相数不超过组分数,主要用于区域变质作用过程中的热力学平衡分析。准确选定独立组分和正确判断平衡态是否达到,是成功应用戈尔德施密特矿物学相律的两个重要前提。

例如:挪威奥斯陆地区高温 (辉石)角岩相由下列矿物组成为红柱石、堇青石、紫苏辉石、透辉石、斜长石、钙铝榴石、硅灰石、石英、正长石和黑云,可用 SiO₂、TiO₂、Al₂ O₃、Fe₂ O₃、FeO、MgO、CaO、Na₂ O、K₂ O和H₂ O十种主要氧化物表示。岩石中组分之间发生类质同象置换:Ti⁴⁺与Si⁴⁺,Na⁺与Ca²⁺(长石),Fe³⁺与Al³⁺(堇青石),Mg²⁺与Fe²⁺。但只存在六种独立组分:(Si,Ti)O₂、K₂O、(Ca,Na)₂O、(Al,Fe)₂O₃、(Mg,Fe) O和H₂ O,所以相数φ≤6。奥斯陆地区各种高温角岩由2～6 种主要矿物组成,与戈尔德施密特相律预测的一致。

2.柯尔任斯基相律

柯尔任斯基将体系组分分为惰性组分和活性组分。惰性组分是以岩石中质量为平衡因素的组分,在体系中它们的质量基本不变,体系对于它们是封闭的。活性组分是以溶液中化学位或浓度为平衡因素的组分,过程进行时,它们可以在体系与环境之间进行交换,体系对于它们是开放的。对于含活性组分的体系,只将温度、压力作为外界条件还不够,还应包括活性组分化学位或浓度。以K_inert和K_act分别表示惰性和活性组分数据,则

K =K _inert +K _act , f≥K _act +2

φ=K+2-f=K_inert+K_act+2-f

所以柯尔任斯基相律表达式为

地球化学

式中:φ为相数。该相律表示在一定温度、压力及活性组分化学位条件下,相互平衡共存的矿物相数不超过惰性组分数,与活性组分无关。此相律主要用于交代变质作用过程中的热力学平衡研究。由柯尔任斯基相律可以看出交代变质作用过程的稳定矿物数由体系中的惰性组分数决定。例如:矽卡岩化过程中,惰性组分为 Al、Si和Ca,当达到平衡时,岩石中矿物数就小于等于3。