橄榄石—石英组合不稳定性的热力学计算

矿物学和岩石学的实际观察表明，在各种产状的岩石中都不存在橄榄石

—石英的稳定共生组合。这种现象已从热力学相平衡计算得到了解释。虽然橄榄石通常是镁橄榄石（Mg2SiO4）和铁橄榄石（Fe2SiO4）两种端元成分构成的连续固溶体，但是为了使处理问题简单起见，本例中暂且以纯镁橄榄石端元代表泛指的橄榄石。

实验岩石学早已获得在常压下 Mg2SiO4-SiO2 的二元系相图（图 3.3）。实际上它是 MgO-SiO2 二元系相图的一部分。相图中 Mg2SiO4－SiO2 是典型的异成分熔融型的。在 Mg2SiO4 和 SiO2 之间存在着组成为 MgSiO3 的顽火辉石相。它在 1557℃（即 B 点——转熔点）发生异成分熔融，生成镁橄榄石和液相，其逆向反应为降温过程中镁橄榄石与液相反应生成顽火辉石，在顽火辉石和石英之间存在低共熔点（A 点）。由相图表明在此体系中可能的稳定共生组合是镁橄榄石与顽火辉石；顽火辉石与石英；而镁橄榄石与石英的共生组合是不能稳定存在的。

下面从热力学相平衡计算解释上述现象。镁橄榄石与石英不能稳定共生可以表示为下列反应式，

Mg2SiO4＋SiO2=2MgSiO3 （3.31） 镁橄榄石 石英 顽火辉石

如果我们能够证明，在三种矿物相各自都能稳定存在的温度—压力范围内，

该反应的自由能均小于零，就意味着在该温压范围内，式（3.31）反应均自发地向右进行。亦即证明了镁橄榄石和石英的组合是不稳定的，它们将发生反应形成顽火辉石。

式（3.31）中的三个矿物相若都是组成不变的纯相，该反应的反应自由能△Gr（T，p）为，

∆G (p, T) = 2(∆Go )

− (∆Go )

− (G0 ) + ∆Vdp

r f ,T

MgSiO3

f ,T

Mg2SiO4

f ,T SiO 2 1

由热力学数据手册查得矿物相标准生成自由能数据如表（3.1）。

表3.1矿物相的标准生成自由能△G0