吉布斯相律-正文
简称相律,或相平衡定律。它描述非均匀复相系(见相和相变）处于平衡时的性质：一个复相系在完全平衡时的自由度数F 等于其独立组元数C 减去相数P 再加2。数学表达式为
F =C-P＋2。 (1)
数字 2可认为是代表温度和压强两个变量的数目。对于单元单相系,例如水，自由度数为2，故温度和压强可在合理的范围内独立地改变。对于单元二相系，例如水和水蒸气的混合体,自由度数为1，表明温度和压强两个变量中只有一个可以独立地改变,故此时平衡态可在(T,p)相图（见相和相变）上用一条曲线来表示。对于单元三相系,例如冰、水、水蒸气的混合体,自由度数为0,表明温度和压强都有固定值而不能改变,此时平衡态在(T,p)相图上就用一个点（通常称为三相点）来表示。
式(1)只适用于压强均匀的情况。当固体受到扭力作用时，最多可能有六个胁强，故应将式(1)中的数字2改为7。如再考虑电场、磁场和重力场等因素，式(1)中的数字2还要相应地增大。此时，可将式(1)改写为更加普遍的形式
F＋P =C＋n。 (2)
即复相系的自由度数与相数之和，等于其独立组元数加上影响该系统平衡的外界因素的数目n。
相律是由美国物理学家J.W.吉布斯在1875～1878年间发表的关于热力学的论文中首先提出的。它是物理化学中最具普遍性的定律之一，适用于平衡态下的任何系统。它在讨论复相平衡问题中起着一定的指导作用，在化工、冶金和其他工业方面都有广泛的应用。
相律是表达平衡体系中组分数、相数和自由度数之间关系的规律。它是1876年由吉布斯 (J.W.Gibbs)首先导出的，故又称Gibbs相律。
组分数 在平衡体系中，为了表达体系内各相的成分,所需要的最少的物质数，称为组分数(用C表示)。组分数可小于组成该体系的物质数（用S表示）,这是因为体系内各物质之间可能存在相互约束的条件。这些约束条件是物质间可能存在的独立的化学反应（其反应式的数目用R表示）和可能存在的独立的浓度比例关系(其关系式的数目用m表示)。这样，组分数由下式确定
C=S-R-м
当体系中不存在独立的化学反应，也不存在浓度比例关系时，组分数等于该体系的物质数。
相数 体系中成分均匀，聚集状态相同，如为固态，且具有同样结构的组成部分称为相。不同相之间具有明显界面。体系中相的数目用P 表示。
自由度数 一个体系的状态，由该状态下体系的热力学强度变量表示。强度变量的数目很多，但不是完全独立的。为了表示一个体系的状态，需要指定的最少的强度变量的数目，称为该体系的自由度数（用F 表示）。
相律 当外界影响因素只有温度和压强二个变量时，相律指出：自由度数、组分数和相数之间存在如下关系：
F＝C－P＋2
当研究凝聚态时，压强影响甚微，这时相律表达为：
F＝C－P＋1
相律在分析相平衡时具有重要作用。当组分数已知时，体系的自由度仅决定于存在的相数。此时，自由度数的涵义体现为在体系相数一定条件下，可以独立改变的强度变量数。自由度数小于零在这里没有意义。这样，可根据自由度数为零的条件，求出该体系可以共
存的最多相数。例如，对于二元系，在不考虑压强影响时,F＝3-P。当相数分别为1或2时，其自由度数相应为2或1,对于前者，温度和相的成分皆可在一定范围内改变而不影响相数；而对于后者，可改变的因素，则只能是温度或相成分中的一个。如果三相共存，则所有影响平衡的因素都不能改变。根据相律，可预言二元系中同时存在的相数最多为 3。上述相律在分析二元系相平衡时得到的结论，可在实际测定的二元系相图中得到验证(见相图)。
以一定的变质矿物组合和岩石类型特征反映的变质强度带。在某些变质地区内，不同温度和压力条件下形成的变质岩在空间上常呈有规律的带状分布，可根据成分相同的变质岩中某些特征变质矿物或矿物组合的开始出现或消失为标志划分出不同的变质带。英国地质学家G.巴罗1893年在对苏格兰高地变质岩系的研究中，首次根据变质泥质岩中随温度增高而出现的变质矿物组合的变化,从低温到高温划分出6个变质带：绿泥石带、黑云母带、铁铝榴石带、 十字石带、 蓝晶石带和夕线石带（十字石带有时缺失）。各个带之间的界线是以这些标志矿物的第一次出现进行划分，并以这些标志矿物作为每个变质带的名称。各变质带之间的界线，即某一标志矿物首次出现的各个点的连线，称为等变度，又称等变线或等变质级，它们具有等温线的意义（图1）。
变质带
在同一变质带内所有的变质岩形成的温度和压力条件相似，表现在由相同成分的原岩形成的变质岩具有相同的矿物组合。在不同的变质带内，由于温度和压力条件不同，形成的变质岩类型及矿物组合也不相同。这种从低级到高级的变质带系列称为递增变质带或前进变质带，它反映了变质作用当时温度的梯度变化。
一般把与上述类似的在中压条件下形成的变质带称为巴罗式变质带。过去许多人认为巴罗式变质带是典型的变质带，但实际工作证明，由于每个变质地区的地热梯度和其他地质条件的差别，出现的变质带可以有不同的类型，它们的变质矿物组合、带的数目及各带的标志矿物也不尽相同。因此，变质带的划分往往是研究变质相和变质相系的基础。
因为不少标志矿物（如绿泥石、黑云母、石榴子石、堇青石等）属于成分变化较大的类质
同象矿物，它们可在不同的温度和压力条件下通过不同的变质反应形成。如果只根据单个标志矿物划分变质带，其温度和压力范围是相对的不确定的，在不同变质地区之间不易进行对比，因此最好是根据变质矿物组合的变化特征进行变质带的划分。在一些缺少变质泥质岩的地区也可以用变质基性岩或变质碳酸盐岩中矿物组合的变化进行变质带的划分。
在某些区域变质地区，从各个变质带在空间上的分布情况可以了解变质作用时期该变质地区内热流的分布状况即热构造，从热构造与区域地质构造的关系，可以研究变质作用与构造运动之间的相互关系。在某些侵入体周围，由不同温度条件下形成的接触变质岩石，常围绕侵入体呈环带状分布，称为变质晕或变质圈，它表明引起岩石变质的热流主要与岩浆的侵入作用有关。
变质级 指变质作用的程度或等级，又称变质程度，它大致反映了变质作用当时的温度条件，表现在变质岩矿物组合的变化上。变质级是一个相对的概念，通常是按区域变质作用过程中温度的相对高低，将变质作用大致分为三个等级：低级、中级和高级。不同变质级所代表的温度范围不同，它们明显地反映出由相同原岩所形成的不同变质矿物组合上。例如,泥质岩石在低级变质作用时形成由绢云母、绿泥石等组成的板岩和千枚岩，在中级变质作用时形成含石榴子石、十字石、蓝晶石、红柱石或堇青石的云母片岩，在高级变质作
用时形成含石榴子石和夕线石的片麻岩。
变质反应带 根据特定变质反应形成的矿物组合划分的变质带。这个概念是联邦德国岩石学家H.G.F.温克勒1965年提出来的。他主张用不同岩石中由特定变质反应所产生的矿物组合代替原来划分变质带的标志矿物，把以特定变质反应为基础的等变度称为等反应度或等变质反应度，又称等变质反应级。它在地质图上是由相同特定变质反应的点连接起来的一条线或一个带。在一个变质地区内，只要有相应的岩石类型及由特定变质反应形成的矿物组合，就可以确定岩石变质时的具体温度和压力条件，并可进行不同地区之间的对比。温克勒还根据一些典型的变质反应把变质作用分为4级:很低级、低级、中级和高级（图2）,
变质带
并用它代替不同的变质相。这四个变质级的划分基本上是以温度为主，在每个级内又可根据特定的变质反应（主要是压力的变化）作进一步的划分。关于变质反应带的研究虽处于开始阶段，但由于它不受泥质岩石的限制，并能具体确定变质岩形成时的温度和压力条件，因此有可能代替用标志矿物划分的变质带。
深度带 以变质作用所处的深度为标准划分的变质带称深度带。这个概念是芬兰岩石学家J.J.塞德霍姆在1891年首先提出来的，他认为变质作用是在一定深度下进行的,岩石的变质程度主要和它们的埋藏深度有关,因为变质作用的温度、压力和应力随深度而发生变化，因此变质作用强度受深度的直接控制，变质带也就是深度带,并按深度把变质作用划分为3个带：浅带、中带和深带。浅带的特点是低温、低压和强应力，出现的矿物以低温含水的变质矿物为主；深带的特点是高温、高压和弱应力，出现的矿物以高温不含水的矿物为主；中带的特点介于两者之间。
深度对区域变质作用的影响是存在的，但每个变质地区的大地构造位置及地热梯度是不相同的，也就是说同一深度的温度在各个地区是不一致的，在有些变质地区内，甚至出现高级变质带位于低级变质带之上的情况。因此不能把深度与温度、压力之间的关系看成是固定不变的，只有从变质地质学的观点研究深度与温度、压力的关系，才能正确了解每个变质地区内深度对变质作用的不同影响。
参考书目
都城秋穗著，周云生译：《变质作用与变质带》，地质出版社，北京，1979。(A.Miyashiro,Metamor phism and Metamor phic Belts,George Allen and Unwin,London,
1973.)
温克勒著，张旗、周云生译：《变质岩成因》，科学出版社，北京，1980。(H.G.F.Winkler, Petrogenesis of Metamorphic Rocks, 4th ed., Springer-Verlag, New York, 1976.)
