晶体生长机制及生长速度
（一）析出的晶体与熔体成分相同
1.连续生长机制
这里讨论的是粗糙界面上的连续生长，粗糙界面上处处都是生长位置，流体中原子几乎是连续地进入界面上的结晶位置，故粗糙界面的生长称为“连续生长”。当稳定晶核形成以后，在一定的温度和过饱和度条件下，晶体按一定的速度生长。晶体生长类似扩散过程，它取决于分子或原子从熔体（液相）中分出向界面扩散的能力（如图9-12）。界面上液体一侧中一个原子或分子的自由能为Gl，晶体侧一个原子或分子的自由能为Gc，迁移一个原子到固相时自由能的变化为：Gl-Gc=VΔGV。这里，V为形成的晶核的体积。原子或分子从液体通过界面移到晶体时的活化能为ΔGa。这时的晶体生长速度公式为（浙江大学等，1980）
实验及理论岩石学
这里，f是附加因子，是晶体界面上能附着原子的位置，λ为原子间距，μ0为跃迁频率，K是波兹曼常数。该式表明生长速度与过冷度ΔT间呈线性关系（U=AΔT）。
2.层状生长机制
光滑界面的层状生长又包括二维成核和螺旋位错生长机制。
（1）二维成核生长
如果固-液界面平滑（晶面完整）到一个原子大小的尺度（图9-13），则晶体的成长速度决定于二维晶核形成的速率。晶体在熔体中生长时，生长速度为（闵乃本，1982）这里，A=hsμ0，B=π（σLS）2/KT，各参数中除了已给出的外，h为二维核高度；s为生长面积。在这里生长速度U与ΔT呈指数关系。
图9-12 从液相迁移一个原子到固相时自由能的变化
图9-13 在晶体表面形成二维晶核
实验及理论岩石学
（2）螺旋位错生长
在晶面有缺陷时，晶体生长过程不是简单地在晶面上层层添加，而是绕着一个垂直于某晶面的轴旋转长大的，生长中心是螺旋位错（图9-14）。这时
图9-14 晶体按螺旋形生长
实验及理论岩石学
可见生长速度和（ΔT）2成正比（浙江大学等，1980），在许多系统中，生长速度近似地和过冷度的平方成正比（U=AΔT 2）（抛物线律）。图9-15是不同成分的钾长石在不同水含量条件下的生长速度曲线，生长速度也是随着过冷度增加由低到高，到一个峰值后又逐渐下降。该生长速度曲线具有抛物线的形态。图9-16是8kbar压力下含水的人工合成花岗质熔体中主要造岩矿物的生长速度与过冷量关系曲线，这些生长曲线同样呈抛物线的形态，在熔体成分相同时，各种矿物的生长速度随水含量增加而减少。
图9-15 2.5kbar压力下含水量不同的碱性长石的生长速度与过冷度的关系
图9-16 8kbar压力下含不同量水的人工合成花岗岩熔体中矿物的生长速度与过冷度关系
（二）析出的晶体和熔体组成不同
以众所周知的An-Ab二元无限混熔固溶体系列为例。平衡结晶中，熔体中的Ab组分起了降低液相线温度的作用。在一定温度下，熔体中的Ab含量高于平衡的斜长石中的Ab含量（即Csl，Cs、Cl分别为***存的固体和液体中同一组分的浓度）。熔体中的An组分则相反，起到提高液相线温度的作用，在一定温度下液体中An含量低于平衡的斜长石中的An含量（Cs>Cl）。结晶过程中，（Cs>Cl）组分优先进入晶体，而（Csl）组分则在晶体边缘形成浓度较高的“边界层”（图9-17）。边界层内的熔体的液相线温度因此低于周围的熔体的液相线温度，对于相同的结晶温度来说，边界层内的过冷度与周围熔体的过冷度是不同的。这种因结晶过程中熔体成分变化形成的过冷现象成为“组分过冷”（constitutional undercooling）（Lofgreen，1980；闵乃本，1982）。在中酸性火山岩中也有反映岩浆结晶中组分过冷现象的报道（周金城，1990）。
图9-17 晶-液界面附近的边界层中（Csl）组分浓度变化及组分过冷（ΔT）的出现
中国东南沿海早白垩世的流纹英安质“碎斑熔岩”中有一种特殊的结构，碎斑熔岩中“钾长石碎斑”边缘增生了光性方位相同的“钾长石边”，在这种钾长石生长边内，有细粒石英嵌布，这种钾长石生长边因此被命名为“珠边”。珠边内嵌布的石英颗粒的光性方位各不相同，但靠近钾长石碎斑的石英颗粒细，靠近基质一侧的石英颗粒较粗（图9-18），并与基质中石英粒径相接近。珠边内由内向外石英粒径由细变粗，从无例外。碎斑熔岩中这种特殊的珠边被解释为超浅成或熔岩流底部酸性岩浆结晶中“组分过冷”的产物，是“组分过冷”造成了这种特殊的结构，“珠边”是超浅成的中酸性岩浆作用的岩相学标志。随着钾长石碎斑在这样环境中进一步生长，岩浆中SiO2不断地被生长中的钾长石排除出来，在钾长石周围的熔体中形成了一种富SiO2的“边界层”，在“边界层”内，越靠近晶体的熔体越富SiO2，随着远离晶体，熔体的SiO2逐渐与周围的流纹英安质岩浆趋于一致。“边界层”内富SiO2的岩浆的液相线温度要低于周围流纹英安质岩浆的液相线温度，两者的差异构成“组分过冷”，类似于图9-17，在“边界层”内，靠近钾长石碎斑一侧过冷度小，靠近熔体（即碎斑熔体基质）一侧，过冷度较大。图9-16a表明，在含一定量水的花岗闪长质（流纹英安质）熔体中，过冷度小时，石英的生长速度并不大，过冷度适当增加后，石英的生长速度增加，因而“组分过冷”程度的差别造成“珠边”内石英颗粒粗细的规则变化（周金城等，1999）。这样的解释有待低压下石英生长速度实验资料的进一步证实。
图9-18 碎斑熔岩中钾长石碎斑周围的“珠边”简图
（三）生长机制的判断
总的来看，每种生长机制的生长速度对温度T和过冷度ΔT都有特定的依赖关系。在ΔT较小时，原则上可以通过测量生长速度来确定生长机制。可以用生长速度的减少值与过冷度的关系来区分不同的生长机制。生长速度的减少值Ur（reduced growth rate）可以认为是那些能用以附着原子的位置所占比例的一种度量（Kirkpatrick et al.，1976）。有公式：
实验及理论岩石学
其中，Ur为生长速度减少值；Uη，熔体粘度；L，潜热；T，K氏温度；ΔT，过冷度；R，气体常数；TL，液相线温度。假如没有可信的潜热资料能被应用，可用公式：
实验及理论岩石学
进行计算。在Ur对ΔT标绘的结果中，对于连续生长来说，将产生一条水平线；对于螺旋位错机制来说，将产生一条经过原点且具正斜率的直线；对于二维表面成核来说，将产生一条具正曲率的曲线。