Question

ACF图和A′KF图

Answer 1

（一）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和H₂O共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如下几种。

◎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。

◎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。

◎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两个独立组分：（Al，Fe）₂O₃和（Fe，Mg，Mn）O。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不是独立组分，可不予以考虑，把钠长石放在图解之外。

◎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）将上述三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：

岩石学（第二版）

图23－3 芬兰Orijarvi地区接触变质岩ACF图（据Eskola，1915）

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，如图23－3所示。

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：

岩石学（第二版）

显然，图23－3使Orijarvi地区接触变质岩的矿物共生组合一目了然，这是图解表示法的优点。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23－3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，严格说来，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）把岩石化学分析的各个氧化物质量分数（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］＝CaO质量分数×1000/CaO分子量。

（2）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］，只需在［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作为副矿物的方解石中的［CaO］，只需从岩石的［CaO］ 中减去（3.3［P₂O₅］ ＋［CO₂］）（注意：钙质变质岩不作此项校正）。

这样，可把岩石的ACF值计算方案总结如下：

岩石学（第二版）

为了用图解表示，要把这些值换算为A＋C＋F＝100，即用摩尔分数（％）表示。

【讨论：岩石的ACF值计算方案存在的问题和建议】

迄今国内外所有变质岩教材都采用上述岩石ACF值计算公式，但我们在实际工作中利用该公式计算出的岩石ACF值投图时，常常碰到一些岩石（特别是变质钙－泥质沉积岩）成分点落在图外的情况，说明该计算方案有值得改进的地方。我们通过组分分析发现存在下列问题：

（1）由于ACF图中CaO是端元组分（有效惰性组分），方解石是主要富钙矿物，在C中扣除岩石中含在少量方解石（即 “作为副矿物的方解石”）中的 ［CaO］是不适当的，这与不能因为岩石中含普通角闪石少就在C中扣除普通角闪石中的 ［CaO］、不能因为岩石中Als矿物少就在A中扣除Als中的 ［Al₂O₃］的道理是一样的。

（2）变质岩中普遍出现的富钙的副矿物是榍石，在C值中扣除组成榍石的 ［CaO］ 是合理且必要的。由榍石化学式CaO·TiO₂·SiO₂可知，它含有与 ［TiO₂］ 等量的 ［CaO］。因此，在假定岩石中TiO₂均用来组成榍石（这个假定比较符合实际）条件下，要扣除组成榍石的 ［CaO］，只需扣除与 ［TiO₂］ 等量的［CaO］ 就可以了。

（3）造岩矿物中Fe₂O₃作为Al₂O₃类质同象成分存在，所以在计算矿物A值时将把 ［Fe₂O₃］ 与［Al₂O₃］加在一起是必要的。但变质岩中Fe₂O₃主要用来组成副矿物磁铁矿，这部分Fe₂O₃比在矿物中与Al₂O₃类质同象的Fe₂O₃要多得多。因此，在岩石的A值计算时不应该把［Fe₂O₃］ 加上，而应该在计算岩石F值时，扣除组成副矿物磁铁矿的［FeO］。由磁铁矿化学式FeO·Fe₂O₃可知，它含有与 ［Fe₂O₃］ 等量的 ［FeO］，因此，在假定岩石中Fe₂O₃均用来组成磁铁矿（这个假定比较符合实际）条件下，要扣除组成磁铁矿的 ［FeO］。只需扣除与 ［Fe₂O₃］ 等量的 ［FeO］ 就可以了。

这样，我们在工作中用的岩石的ACF值计算方案为：

岩石学（第二版）

需将这些值换算为A＋C＋F＝100，即用摩尔分数（％）表示。采用岩石的ACF值新计算方案后，取得了很好的效果，再也没有出现岩石成分点落在ACF图外的情况了。因此建议大家都采用这个新方案。

（二）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。应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23－4）。

由于泥质变质岩中钾长石是最富钾矿物，因而在AKF图上钾长石是标在K顶点的。即是将钾长石的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（第二版）

图23－4 芬兰Orijarvi地区SiO₂过剩的泥质变质岩的A′KF图（据Eskola，1915）

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的位置。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23－4）。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同ACF图。在经过此项校正后，将氧化物质量分数换算为摩尔数。然后，由于A′KF图不考虑斜长石（由Ab分子和An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（第二版）

图23－4用A′KF图表示了芬兰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Ms－Bi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（And、Crd、Cum、Ant等）。这是K₂O过剩的岩石。相反，K₂O不足岩石的成分点将落在Ms－Bi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。

【讨论：岩石的A′ KF值计算方案存在的问题和建议】

迄今国内外所有变质岩教材都采用上述岩石A′KF值计算公式，但我们在实际工作中利用该公式计算出的岩石A′KF值投图时，也常常碰到与前述ACF计算相同的问题，即一些岩石成分点会落在图外的情况，也说明该计算方案有值得改进的地方。我们通过组分分析发现存在类似的问题。

（1）与前述计算岩石A值情况一样，在岩石的A′值计算时不应该把 ［Fe₂O₃］ 加上，而在计算岩石F值时，也要扣除组成副矿物磁铁矿的 ［FeO］。即扣除与 ［Fe2O₂］ 等量的 ［FeO］；

（2）该方案假定岩石中全部［CaO］都用来组成斜长石，因此在A值中扣除［CaO］ 即扣除了斜长石中的［Al₂O₃］。可是这个假定有问题：泥质变质岩中含钙矿物不仅有斜长石，还有贫铝矿物榍石（CaO·TiO₂·SiO₂）和方解石（CaO·CO₂），所以，斜长石中的CaO摩尔数不是［CaO］，而是［CaO］－［TiO₂］－［CO₂］。这样，我们在工作中用的岩石的A′KF值计算方案为：

岩石学（第二版）

需将这些值换算为A′＋K⁺F＝100，即用摩尔分数（％）表示。

采用岩石的A′KF值新计算方案后，取得了很好的效果，再也没有出现岩石成分点落在A′KF图外的情况了。因此建议大家也都采用这个新方案。

（三）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23－5），以取得较完整的结果。在联用时，ACF图上不表示含钾矿物（Ms、Bi）。

图23－5 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23－5所示，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如下：

岩石1 Crd＋Ms＋Bi＋Pl＋Q，无Mic。

岩石2 Mic＋Ms＋Bi＋Pl＋Q，无Crd。

在第二十一章我们已用图21－3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。