矿物晶体的生长秘密：花岗岩中长石与石英的共生规律

花岗岩中长石（包括钾长石和斜长石）与石英的共生关系是岩石学和矿物学中的一个经典现象，其背后蕴含了矿物晶体生长的秘密，主要受控于岩浆成分、结晶温度、压力以及结晶顺序等因素。以下是它们共生的主要规律和机制：

1. 共同的母岩浆环境

酸性岩浆： 花岗岩由富含二氧化硅（SiO₂ > 65%）的酸性岩浆结晶形成。这种岩浆环境是石英稳定结晶的先决条件，同时也适合长石（尤其是钾长石和钠长石）的形成。
熔体成分演化： 随着岩浆冷却，早期结晶的矿物（如橄榄石、辉石、基性斜长石）会从熔体中分离（结晶分异作用），导致残余熔体变得更加富含二氧化硅、钾、钠等组分。这种演化后的熔体成分正好落在石英和长石（特别是钾长石和钠质斜长石）的稳定区。

2. 共结关系 - 同时结晶的关键

共结点： 在特定的岩浆成分、温度和压力下，存在一个或多个共结点。在共结点上，两种或多种矿物可以同时从熔体中结晶，达到热力学平衡，形成共生关系。
钾长石-石英共结： 在花岗质熔体中，钾长石和石英之间存在一个显著的共结点。当熔体成分达到该共结比例时，钾长石和石英会同时结晶生长。这是它们在花岗岩中普遍共生，尤其是在伟晶岩中形成典型的文象结构（石英在钾长石晶体中有规律地定向嵌生）的根本原因。
斜长石-石英共结： 斜长石（尤其是富钠的端元）与石英之间也存在共结关系。在特定的成分下，钠长石和石英也能同时结晶。不过，斜长石本身是一个固溶体系列，其成分变化较大，因此其与石英的共生关系比钾长石-石英更为复杂一些。

3. 结晶顺序与共生结构

结晶温度范围： 长石和石英的结晶温度范围存在重叠，尤其是在岩浆演化的中晚期。
- 斜长石： 基性斜长石（富钙）结晶温度较高，酸性斜长石（富钠）结晶温度较低。在花岗岩中，斜长石通常是较早开始结晶的矿物之一。
- 钾长石： 结晶温度通常低于基性斜长石，但高于或接近石英和酸性斜长石的结晶温度。
- 石英： 是主要造岩矿物中结晶温度最低的之一。它通常在岩浆演化的晚期，当熔体高度富硅时开始大量结晶。
共生模式：
- 同时结晶： 如前所述，在共结点成分下，钾长石与石英或钠长石与石英会同时结晶，形成紧密的交生结构（如文象结构）。
- 顺序结晶与间隙填充：
  - 在非严格的共结成分下，长石（钾长石或斜长石）通常会稍早于石英结晶。
  - 先结晶的长石晶体会在熔体中生长，占据空间。
  - 随着温度下降和熔体进一步富硅，石英开始在残余熔体中结晶。
  - 由于长石晶体已经占据了一部分空间，后结晶的石英往往充填在先结晶的长石晶体之间的空隙中。这是花岗岩中最常见的结构之一：长石晶体（常呈自形或半自形板状）构成岩石的“骨架”，石英则填充其间，呈他形粒状。
  - 石英有时也会包裹早期形成的长石小晶体，形成包含结构。
- 反应边： 在特定条件下，早结晶的矿物可能与熔体反应，在晶体边缘形成新矿物。例如，在某些情况下，早期结晶的橄榄石周围可能出现辉石反应边，但这在花岗岩的长石-石英共生中不是主要机制。

4. 斜长石成分的影响

富钠端元： 酸性斜长石（如钠长石、更长石）与石英的共生关系更为和谐，因为它们结晶温度接近，且成分上相容（都富钠、硅）。
富钙端元： 基性斜长石（如钙长石、培长石）结晶温度高得多，且成分与石英差异大。它们在花岗岩中含量少，通常以早期结晶的斑晶或残留核的形式存在，其与石英的直接共生关系不如钠长石-石英或钾长石-石英那样典型。

总结

花岗岩中长石与石英的普遍共生主要源于：

共同的富硅岩浆母体： 提供了它们形成的物质基础。 共结关系： 在特定成分点，钾长石/钠长石与石英能同时结晶，形成紧密交生（如文象结构）。 重叠的结晶温度范围与顺序结晶： 长石（尤其是钾长石和酸性斜长石）稍早或与石英同时结晶，石英常作为晚期矿物填充长石间隙。这是花岗岩典型半自形粒状结构（长石自形、石英他形）的主要原因。 成分相容性： 钾长石和富钠斜长石在化学成分上与石英更为相容。

因此，长石与石英在花岗岩中的共生并非偶然，而是由岩浆系统的热力学条件（温度、压力、成分）和矿物结晶动力学共同决定的自然规律，揭示了矿物晶体如何在特定环境下选择性地生长并形成特定结构关系的秘密。