Question

ACF图和A＇KF图

Answer 1

1.ACF图

Eskola（1915）设计ACF图以表示成分范围广泛的含石英变质岩（包括泥质、长英质、基性、钙质、镁质）的矿物共生。

1）含石英变质岩的组分分析

对普通的含石英变质岩，不考虑微量组分和孤立组分，通常包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、CO₂、H₂O等11个组分，这些组分按其化学特征和对矿物共生的影响可分为：

（1）完全活动组分：H₂O、CO₂（Eskola把它们处理为过剩组分），共生图解中不予考虑。

（2）过剩组分：SiO₂，共生图解中不予考虑，把过剩矿物Q放在图解之外。

（3）类质同象组分：岩石中存在两种类质同象。一类是Al₂O₃与Fe₂O₃类质同象和FeO、MnO、MgO类质同象，它们普遍出现在造岩矿物中，因而将它们合并处理为（Al，Fe）₂O₃和（Fe，Mg，Mn）O两个独立组分，如前所述，这种处理有不合理之处；另一类是Na₂O与CaO类质同象，仅出现在斜长石中，而不出现在其他含钙矿物中，因此不能将它们合并。Eskola的处理办法是：由于Na₂O只在斜长石中作为CaO的类质同象组分出现，其含量多少有无，只影响斜长石号码，而不会增加或减少一个矿物相，因此Na₂O不作为独立组分，可不予以考虑，把钠长石放在图解之外。

（4）有效惰性组分：经过上述组分分析后，得出4个有效惰性组分，即（Al，Fe）₂O₃、CaO、K₂O、（Fe，Mg，Mn）O。为了把组分数减至3，以便于图解表示，Eskola把K₂O作为过剩组分，不予以考虑，把钾长石放在图解之外。这样一来，使得该图解出现一个明显的缺点：区分不了低温下泥质变质岩中K₂O过剩与K₂O不足的两类组合。

2）ACF图的编制

Eskola（1939）将上述3个有效惰性组分为顶点的成分-共生图解命名为ACF图（ACF diagram）。其中：

A=［Al₂O₃］+［Fe₂O₃］

C=［CaO］

F=［FeO］+［MgO］+［MnO］

A+C+F=100.

在三角形图解上，按矿物组成的ACF比值标绘矿物后，按矿物的实际共生关系连接共生线即完成了ACF图解（图20-3）。

将矿物化学式写成氧化物形式，易于计算矿物的ACF值，从而便于标绘矿物。例如：

And（红柱石）Al₂O₃·SiO₂ A=100

Crd（堇青石）2（Mg，Fe）O·2Al₂O₃·5SiO₂ A=50，F=50

An（钙长石）CaO·Al₂O₃·2SiO₂ A=50，C=50

Di（透辉石）CaO·（Mg，Fe）O·2SiO₂ C=50，F=50

Gro（钙铝榴石）3CaO·Al₂O₃·3SiO₂ A=25，C=75

Wo（硅灰石）CaO·SiO₂ C=100

图20-3 芬兰Orijarvi地区接触变质岩ACF图

显然，图20-3使Orijarvi地区接触变质岩的矿物共生组合一目了然，这是图解表示法的长处。对ACF图有两点必须注意：一是图中An位置实际上并不是钙长石，它与图解外的Ab一起代表某一号码的斜长石；二是Ms（白云母）、Bi（黑云母）都是含钾矿物，它们在共生组合中是否出现在很大程度上受岩石的K₂O组分控制，图20-3中所有组合都可出现Ms、Bi。ACF图不能表示K₂O对矿物共生的影响，因而它们不应该表示在ACF图上。

3）岩石成分的标绘

如前所述，将岩石的组成标绘在成分-共生图解上，可以预测该岩石的矿物共生组合。然而，由于在编制ACF图过程中，未考虑钾长石、钠长石和副矿物，因此在根据岩石化学分析资料于ACF图上标绘岩石时，需从化学分析中扣除包含在这些矿物中的（Al，Fe）₂O₃、CaO、（Fe，Mg）O的量。按照Eskola方法，计算岩石的ACF值的程序如下：

（1）用副矿物含量校正岩石化学分析：

为此，必须根据薄片（或X-射线物相分析）测定副矿物钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、榍石的实际含量（体积分数），并将测定矿物的体积分数转换成w_B（%）；w_B（%）=相对密度×体积（%）。换算时可使用下列矿物相对密度值：磁铁矿5.2，榍石3.5，钛铁矿4.7，黄铁矿5.0，赤铁矿5.1。然后，对岩石化学分析作下列校正：因为钛铁矿中 w（FeO）为47.3%而 w（TiO₂）为52.7%，磁铁矿中w（FeO）为 31.0%而w（Fe₂O₃）为69.0%，黄铁矿中 wS 为53.4%而 w Fe为46.6%，若将黄铁矿中的铁换算成 FeO，则一份黄铁矿中含有相当于46.6×71.8/55.8=60.0%的w（FeO），所以要从 w（FeO）中减去所含的w（FeTiO₃）的50%，减去 w（Fe₃O₄）的30%，减去 w（FeS₂）的60%；从 w（Fe₂O₃）中减去所含w（Fe₃O₄）的70%，减去 w（Fe₂O₃）的100%。由于榍石中含有w（CaO）28.6%，w（TiO₂）40.8%和 w（SiO₂）30.6%，所以要从 w（CaO）中减去所含 w（CaTi[SiO₄]O）的30%。

（2）把校正过的岩石化学分析的各个氧化物（w_B/%）（可不考虑SiO₂和H₂O）除以其分子量再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。如：［CaO］=w_BCaO（%）×1000/CaO分子量。

（3）用钾长石、钠长石校正摩尔数［Al₂O₃］，用磷灰石校正［CaO］，用方解石校正［CaO］：

假定岩石所有的K₂O、Na₂O均组成钾长石和斜长石的钠长石分子。由于在钾长石中，［K₂O］=［Al₂O₃］，钠长石中［Na₂O］=［Al₂O₃］，因此，要在岩石的［Al₂O₃］中扣除钾长石、钠长石中的［Al₂O₃］，只须在［Al₂O₃］中减去（［K₂O］+［Na₂O］）即可。同样，磷灰石的化学式为9CaO·3P₂O₅·CaF₂，所以，磷灰石的［CaO］=3.3［P₂O₅］；方解石化学式为CaO·CO₂，所以，方解石的［CaO］=［CO₂］。为了扣除岩石中含在少量磷灰石和方解石中的［CaO］，只须从岩石的［CaO］中减去（3.3［P₂O₅］+［CO₂］）（注意：钙质变质岩不作此项校正）。这样，可把对副矿物作了必要校正后岩石的ACF值计算方案总结如下：

岩石学

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为了用图解表示，要把这些值换算为A+C+F=100，即用摩尔百分数表示。

2.A′KF图

鉴于ACF图不能区分中低温泥质变质岩的K₂O过剩组合（含钾长石，无富铝矿物）与K₂O不足组合（含富铝矿物，无钾长石），Eskola（1915）设计A′KF图（A′KF diagram）以表示含石英的泥质变质岩的矿物共生关系。

泥质变质岩通常是贫钙的，且CaO主要含于斜长石的钙长石分子中（此处将绿帘石的影响忽略不计），因此CaO不是有效惰性组分。而K₂O的过剩与不足对该类岩石的矿物共生有重大影响，因此K₂O应作为有效惰性组分。这样，对泥质变质岩系统有效惰性组分为（Al，Fe）₂O₃、K₂O、（Fe，Mg，Mn）O。以这三个有效惰性组分为顶点作成分-共生图解（A′KF图）表示泥质变质岩的矿物共生关系（图20-4）。

由于泥质变质岩中钾长石是最富钾矿物，因而在A′KF图上钾长石是标在K顶点的，即将钾长石的K值作为100，A值作为0的。而钾长石分子式中，摩尔数［Al₂O₃］=［K₂O］，因此，计算A值时，必须扣除钾长石中的［Al₂O₃］，即扣除与［K₂O］等量的［Al₂O₃］，这样，A的意义与ACF图不同，故将A改为A′，称为A′KF图（Winkler，1976）。其三端元分别为：

岩石学

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图20-4 芬兰Orijarvi地区SiO₂过剩的泥质变质岩的A′KF图

因此，理想成分的白云母（K₂O·3Al₂O₃·SiO₂·H₂O）不是标在K∶A′=1∶3的位置，而是标在K∶A′=1∶2（K=33、A′=67）的位置上。同样，理想成分的黑云母标在K=14、F=86位置。由于黑云母中有些（Fe，Mg）可被Al替代，所以其成分可渐变到A′=15、K=14、F=71的位置（图20-4）。与ACF图一样，A′KF图也是表示SiO₂过剩的岩石，故图解上各组合都含石英，石英表示在图解之外。此外，泥质变质岩常含斜长石或钠长石和绿帘石（低温时取代斜长石），这些含钙、含钠矿物不能表示在图解上，也表示在图解之外。

在A′KF图上标绘岩石时，也要进行校正。用副矿物含量校正岩石化学分析的方法基本上同ACF图。在经过此项校正后，将氧化物w_B（%）换算为摩尔数。然后，由于A′KF图不考虑斜长石（由钠长石分子和钙长石分子组成），因此必须在A′中扣除斜长石中的［Al₂O₃］，即扣除与［Na₂O］+［CaO］等量的［Al₂O₃］。这样，可把对副矿物作了必要校正后岩石的A′KF值计算方案总结如下：

岩石学

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图20-4用A′KF图表示了Orijarvi地区的泥质变质岩矿物共生。由该图可看出，在该区变质条件下，当岩石成分点落在白云母-黑云母共生线左下侧（即靠近K顶点一方）时，岩石的矿物组合有钾长石而不会有富铝无钾矿物（红柱石、堇青石、镁铁闪石、直闪石等）。这是K₂O过剩的岩石。相反，K₂O不足岩石的成分点将落在白云母-黑云母共生线右上侧（即靠A′F边一方），其矿物组合中有富铝无钾矿物而无钾长石。因此，A′KF图合理地表示了上述中低温条件下富铝矿物与钾长石不共生关系，这是该图解的优点。

3.ACF图与A′KF图的联用

ACF图能标绘所有常见变质岩，包括泥质、长英质、钙质和基性变质岩，说明它们的相互关系和广泛的共生关系，但不能表示中低温下K₂O对矿物共生的影响。A′KF图则能很好地表示K₂O过剩与K₂O不足的共生组合，但其应用仅限于泥质、长英质岩石。因此，两者可以互相补充。通常将ACF图与A′KF图制成双三角形图解联合使用（图20-5），以取得较完整的结果。在联用时，ACF图上不表示含钾矿物（白云母、黑云母）。

图20-5 芬兰Orijarvi接触变质岩ACF、A′KF图

在此双三角形图解上判断矿物组合时，特别是当岩石成分在ACF图的A-An-F小三角形内（即为泥质-长英质）时，要将两个图解一起考虑，且以A′KF图为主。如图20-5，设两种岩石成分点分别为图上的1、2点，则它们的矿物共生组合应判断为：

岩石1：堇青石+白云母+黑云母+斜长石+石英，无微斜长石。

岩石2：微斜长石+白云母+黑云母+斜长石+石英，无堇青石。

图20-6表示了变质岩五大化学类型和主要造岩矿物在ACF图和A′KF图上的位置，这个图解不但可为制作ACF、A′KF图提供方便，而且可直观地表示岩石化学成分与矿物成分的关系。熟悉这个图解，有利于掌握五大化学类型变质岩的化学成分、矿物成分特点和判读成分-共生图解，便于在实际工作中以岩石的矿物成分判断其化学类型，以利于恢复其原岩。

图20-6 五大化学类型变质岩和主要造岩矿物在ACF图和A′KF图上的位置