成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

Chap.5

礦物地質(zhì)溫壓計(jì)Chap.5

礦物地質(zhì)溫壓計(jì)

§1概述礦物溫壓計(jì)：利用礦物各種標(biāo)型來(lái)判斷地質(zhì)體形成的具體溫度和壓力。即由礦物學(xué)特征測(cè)量礦物平衡溫度和壓力的數(shù)學(xué)模型。礦物地質(zhì)溫壓計(jì)是利用礦物的特征來(lái)估測(cè)礦物平衡溫度和壓力的方法。它的理論基礎(chǔ)是礦物的標(biāo)型學(xué)說(shuō)和熱力學(xué)平衡理論。屬于半定量性質(zhì)為主的估測(cè)方法?！?概述礦物溫壓計(jì)：利用礦物各種標(biāo)型來(lái)判斷地質(zhì)體形成的礦物地質(zhì)溫壓計(jì)是以礦物特征為基礎(chǔ)的；其所依據(jù)的特征不同，就有不同類(lèi)型的礦物溫壓計(jì)，一般可利用的礦物特征有：化學(xué)成分、離子的占位數(shù)量、晶格位錯(cuò)、氣液包裹體、熔點(diǎn)、同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變點(diǎn)、固熔體熔離點(diǎn)、晶體形態(tài)、熱電性、點(diǎn)導(dǎo)率、熱效應(yīng)、顏色等，與之相應(yīng)，就有不同類(lèi)型的礦物溫壓計(jì)。類(lèi)型：一、成分溫壓計(jì)（一）類(lèi)質(zhì)同象溫壓計(jì)（二）元素分配溫壓計(jì)（離子交換地質(zhì)溫壓計(jì)）微量元素分配溫壓計(jì)常量元素分配溫壓計(jì)（三）穩(wěn)定同位素溫壓計(jì)礦物地質(zhì)溫壓計(jì)是以礦物特征為基礎(chǔ)的；其所依據(jù)的特征不二、結(jié)構(gòu)溫壓計(jì)

（一）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變溫壓計(jì)（二）元素占位溫壓計(jì)三、形態(tài)溫壓計(jì)：晶體表面能計(jì)算溫壓計(jì)四、物理性質(zhì)溫壓計(jì)導(dǎo)電率的測(cè)定、熱電系數(shù)測(cè)定、差熱分析直接測(cè)定、礦物分解溫度測(cè)定、固熔體離熔溫度測(cè)定。五、氣液包體溫壓計(jì)六、其他：共結(jié)溫度測(cè)定、礦物重結(jié)晶溫度測(cè)定、標(biāo)型礦物組合指示溫度測(cè)定。二、結(jié)構(gòu)溫壓計(jì)

理論基礎(chǔ)：

熵變＝－R

能量變化

焓變

體積變化

自由能變化＝

RT

化學(xué)位

i

＝

i＋RT

ln成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件元素在共生礦物中的分配遵循Nernst分配定律：

令分配系數(shù)KD＝

則

lnKD＝-

/RT

＝-(-)/RT成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

∵

＝

-

T

則

lnKD＝

-+成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

三、符號(hào)

1.

：

固溶體礦物中化學(xué)組分i之摩爾分?jǐn)?shù)。

＝

≤1成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

2.

i

mol.%＝100

：

礦物中組分i之摩爾百分?jǐn)?shù)。

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3.

：

占位系數(shù)：固溶體礦物的

單位分子中，某種組分i在某套

等效結(jié)構(gòu)位置k上，所占據(jù)的

數(shù)量比率。成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

＝

≤1成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

4.：

組分i在共生固溶體礦物和中

的分配系數(shù)。

＝成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

＝

＝成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

5.

：

固溶體礦物中離子占位的平衡系數(shù)：

同一固溶體礦物中不同的等效結(jié)構(gòu)位置上的組分i的分配系數(shù)。

＝成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

6.

：

同一組分i

在共生固溶體礦物

和中的分離系數(shù)。

＝

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7.

R

：

R

＝

1.9872cal·mol-1·K-1

＝

8.3143J·mol-1·K-1

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8.

：

反應(yīng)的焓效應(yīng)

：

反應(yīng)的熵效應(yīng)

：

反應(yīng)的固相容積效應(yīng)成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

：溫度T時(shí)反應(yīng)的自由能改變量

：壓力105Pa和溫度T

時(shí)反應(yīng)的自由能改變量

：固溶體礦物中，

化學(xué)組分i的過(guò)剩自由能成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件：固溶體礦物中，化學(xué)組分i的活度

mol.%

：

摩爾百分?jǐn)?shù)wt%或wB%

：

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

T

：絕對(duì)溫度（K）

t

：攝氏溫度（℃）

P

：壓力（105Pa）成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件§2成分地質(zhì)溫壓計(jì)§2.1類(lèi)質(zhì)同象溫壓計(jì)條件：礦物中某元素的類(lèi)質(zhì)同象代換數(shù)量取決于溫度和壓力時(shí)，可作為溫壓計(jì)使用。作為溫壓計(jì)的礦物常常成分簡(jiǎn)單，元素彼此成等構(gòu)造代換。如閃鋅礦中的Zn—Fe的代換?！?成分地質(zhì)溫壓計(jì)§2.1類(lèi)質(zhì)同象溫壓計(jì)使用類(lèi)質(zhì)同象溫壓計(jì)要注意的問(wèn)題：（1）選擇礦物成分簡(jiǎn)單或類(lèi)質(zhì)同象代換簡(jiǎn)單的礦物。（2）當(dāng)利用某元素在某礦物中代換數(shù)量作溫壓計(jì)時(shí)，必須介質(zhì)中該元素濃度達(dá)“飽和”，可根據(jù)共生礦物判斷。如閃鋅礦與磁黃鐵礦共生，說(shuō)明閃鋅礦中的Fe濃度已達(dá)到飽和。（3）礦物本身和共生礦物最好達(dá)平衡，如晶體內(nèi)出現(xiàn)環(huán)帶構(gòu)造，礦物間出現(xiàn)交代關(guān)系則是不平衡的表現(xiàn)。使用類(lèi)質(zhì)同象溫壓計(jì)要注意的問(wèn)題：（4）注意要有溫壓校正。（5）元素特別是微量元素代換作溫壓計(jì)時(shí)，要注意地球化學(xué)背景值。缺點(diǎn)：受介質(zhì)中元素濃度的影響較大，造成判斷溫度的誤差。（4）注意要有溫壓校正。1、閃鋅礦自然界中閃鋅礦中Fe2+代替Zn2+最高可達(dá)26％（重量百分比），相當(dāng)于45％（分子數(shù)比）。2FeS+2S=2FeS2FeS+S=Fe1-xS進(jìn)入閃鋅礦中FeS的量是閃鋅礦形成溫度的函數(shù)。但必須介質(zhì)中FeS濃度較高，閃鋅礦與磁黃鐵礦或與黃鐵礦＋磁黃鐵礦平衡共生時(shí)，這種函數(shù)關(guān)系才存在。在290－500℃范圍內(nèi)，閃鋅礦中FeS的含量為一常數(shù)，在此范圍內(nèi)不能做溫度計(jì)，只能在200－290℃、500－580℃范圍內(nèi)才可應(yīng)用。1、閃鋅礦在一個(gè)大氣壓下，硫的逸度（）形成溫度及閃鋅礦中FeS量之間為一函數(shù)關(guān)系：FeS％(分子數(shù)百分比)＝(1)在一個(gè)大氣壓下，硫的逸度（）形成溫度及閃鋅礦硫逸度公式為：（2）聯(lián)立方程（1）和（2）,就可以求出閃鋅礦和磁黃鐵礦的平衡溫度與

是磁黃鐵礦中FeS的克分子率溫度單位為K硫逸度公式為：（2）確定閃鋅礦中FeS%：（1）X射線衍射：測(cè)定閃鋅礦的晶胞參數(shù)a0，利用圖查出FeS%。（2）根據(jù)電子探針或化學(xué)分析結(jié)果計(jì)算：Fe(wt%)/55.847(Fe原子量)/(Fe(wt%)/55.847+Zn(wt%)/65.39)例如：與黃鐵礦、磁黃鐵礦共生的閃鋅礦的成分是Zn59.66(Wt%)，F(xiàn)e7.32，S33.02。則FeS%＝(7.32/55.847)÷（(7.32/55.847)＋（59.66/65.39））確定閃鋅礦中FeS%：

是磁黃鐵礦中FeS的克分子率，求法是將化學(xué)分析的重量百分比換算成Fe、S原子比，將Fe和S按1：1的比例結(jié)合成FeS，多余的S原子換算成分子數(shù)。則

是磁黃鐵礦中FeS的克分子率，求法是將化學(xué)分析的如果已知及閃鋅礦FeS%，則在下圖中可查出溫度。如果已知及閃鋅礦FeS%，則在下閃鋅礦地質(zhì)壓力計(jì)：閃鋅礦中FeS的摩爾分?jǐn)?shù)不僅和溫度有關(guān)，而且和壓力也有明顯的相關(guān)性，F(xiàn)eS的摩爾分?jǐn)?shù)越小，則壓力越大。據(jù)M.N.Hutchison&S.D.Scott,1981式中壓力單位是MPa。閃鋅礦地質(zhì)壓力計(jì)：閃鋅礦中的InCdTlGaGe的含量也與溫度有定量關(guān)系：溫度范圍℃400－450300－350200－250In(ppm)100010050溫度范圍℃300－400250－350100－200Ge(ppm)750170Ga(ppm)254050Tl(ppm)0.44.510閃鋅礦中的InCdTlGaGe的含量也與溫度有定量關(guān)2、石英中Ti地質(zhì)溫度計(jì)（DavidA.Wark，E.BruceWatson，2006）

石英中的Si可以被Ti以類(lèi)質(zhì)同象的形式所代替，Ti的含量是溫度的函數(shù)。2、石英中Ti地質(zhì)溫度計(jì)（DavidA.Wark，E.有金紅石出現(xiàn)時(shí)：地殼巖石中αTiO2一般>0.5該溫度計(jì)適用溫度>400℃，可用于火成巖和變質(zhì)巖。有金紅石出現(xiàn)時(shí)：地殼巖石中αTiO2一般>0.53、一些副礦物微量元素溫度計(jì)近年來(lái)，由于能夠顯示礦物內(nèi)部復(fù)雜化學(xué)分區(qū)的成像技術(shù)和高分辨率微區(qū)原位測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于礦物中微量元素含量及其與溫度的相關(guān)性,新發(fā)展了幾個(gè)適用領(lǐng)域更寬的地質(zhì)溫度計(jì)。鋯石、金紅石、榍石等副礦物穩(wěn)定的溫壓范圍寬，在許多類(lèi)型的巖石中廣泛存在，可以用于放射性同位素定年，且微量元素ZrTi在它們中的擴(kuò)散慢，因此這些副礦物是做地質(zhì)溫度計(jì)的較佳對(duì)象。3、一些副礦物微量元素溫度計(jì)近年來(lái)，由于能夠顯示礦物內(nèi)部復(fù)雜由于鋯石中的Ti含量往往較低，必須使用離子探針(SIMS)或激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICPMS)才能準(zhǔn)確測(cè)定，而金紅石中一般含有較高的Zr，通常使用電子探針就能準(zhǔn)確測(cè)定，因而得到了更多的應(yīng)用。由于鋯石中的Ti含量往往較低，必須使用離子探針(SIMS)或（1）鋯石Ti溫度計(jì)((E.B.Watson,D.A.Wark,J.B.Thomas,2005,2006)1）原理：鋯石中的Zr可以被Ti呈類(lèi)質(zhì)同象替代（1）鋯石Ti溫度計(jì)((E.B.Watson,D.A.2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鋯石中Ti的含量是形成溫度和TiO2活度的函數(shù)。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鋯石中Ti的含量是形成溫度和TiO2活度的

式中Ti含量的單位為ppm，可用ICP-MS測(cè)定

注意：由于基性巖中Ti的含量高于長(zhǎng)英質(zhì)巖石，因此據(jù)上述Ti溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果，基性巖的溫度常低于長(zhǎng)英質(zhì)巖石。

除了溫度和Ti的活度，SiO2的活度、壓力可能會(huì)影響鋯石中Ti的含量。Waston(2007)的實(shí)驗(yàn)表明，鋯石Ti溫度計(jì)對(duì)壓力不敏感。

式中Ti含量的單位為ppm，可用ICP-MS測(cè)定

注意：log(Tizircon)=6.03-5080/T(P=1GPa)(Waston,2007)鋯石中Ti地質(zhì)溫度計(jì)可廣泛應(yīng)用于巖漿巖和變質(zhì)巖巖石結(jié)晶溫度的計(jì)算。log(Tizircon)=6.03-5080/T(金紅石中Zr的含量是溫度的函數(shù)。式中Zr的單位為ppm金紅石Zr溫度計(jì)對(duì)壓力有點(diǎn)敏感。log(Zrrut)=7.36-4470/T(P=1GPa;Waston,2007)(2)金紅石中Zr溫度計(jì)(Waston,2006)金紅石中Zr的含量是溫度的函數(shù)。(2)金紅石中Zr溫度計(jì)(W(3)榍石中的Zr地質(zhì)溫度計(jì)log(Zrsph)=11.30-9615/T（在P＝1GPa條件下）T單位為K，結(jié)晶溫度低于~725°C的榍石和結(jié)晶溫度低于~850°C的鋯石，其成分需要用LA-ICP/MSorSIMS來(lái)測(cè)定；電子探針（EMPA）可用于測(cè)結(jié)晶溫度低至約500℃的金紅石。(3)榍石中的Zr地質(zhì)溫度計(jì)上述三個(gè)溫度計(jì)中，由于Ti在鋯石中的擴(kuò)散最慢，因此鋯石Ti溫度計(jì)的封閉溫度最高；金紅石中Zr擴(kuò)散最快，其對(duì)于的封閉溫度最低；榍石中Zr的擴(kuò)散介于二者之間，因此其溫度計(jì)的封閉溫度也介于二者之間。由于金紅石中的Zr擴(kuò)散相對(duì)較快，使得在一些退變質(zhì)環(huán)境中，Zr部分?jǐn)U散與低于600℃的溫度再平衡的可能性增加。

上述三個(gè)溫度計(jì)中，由于Ti在鋯石中的擴(kuò)散最慢，因此鋯石Ti溫§2.2

元素分配(離子交換)溫壓計(jì)一、原理：共生的固溶體礦物，常具有某一種或某幾種相同的元素。在共生的礦物中，存在元素分配的問(wèn)題。同樣，在同一礦物晶體中，非等效結(jié)構(gòu)位置之間可以有一種或幾種相同的離子（原子），不同結(jié)構(gòu)位置之間也存在離子（原子）交換的問(wèn)題，即元素分配的問(wèn)題。元素分配是受熱力學(xué)定律所支配的?！?.2元素分配(離子交換)溫壓計(jì)一、原理：為該元素在相1和相2中溶解熱之差，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)求出；R為氣體常數(shù)，B為積分常數(shù)，也能求出，T為溫度。原理：在一定的溫度和壓力下，元素在共存相（或在同一晶體不同結(jié)構(gòu)位置）之間的分配系數(shù)是一常數(shù)。分配系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系式為：為該元素在相1和相2中溶解熱之差，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)求

微量元素在礦物中的濃度低，與液態(tài)的稀釋溶液相似，因而趨向于理想溶液。微量元素在共存礦物相之間的分配遵循Nernst分配定律。微量元素在礦物中的濃度低，與液態(tài)的稀釋溶液相似，因而趨向

若將天然礦物視為理想溶體或近于理想溶體，則：1）

某種元素在共生礦物之間或

在不同等效結(jié)構(gòu)位置之間的分配數(shù)量

之比，是受T

&P的支配的。2）分配的數(shù)量比是溫壓的函數(shù)。

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

礦物離子交換GTB的基本原理：

根據(jù)

礦物的成分特點(diǎn)或

礦物中元素的占位特點(diǎn)，可以推測(cè)

礦物平衡時(shí)的溫度

&

壓力。成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件常量元素在共存礦物中的分配原理，與微量元素相同。但是由于常量元素濃度較大，不是理想溶液，因此平衡常數(shù)與溫壓的關(guān)系須通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)工作和野外工作來(lái)確定，KD值應(yīng)根據(jù)復(fù)合分配系數(shù)來(lái)計(jì)算。常量元素在共存礦物中的分配原理，與微量元素相同。

二、元素分配溫壓計(jì)應(yīng)用條件和注意問(wèn)題：應(yīng)用條件：

1．共生的固溶體礦物和單種礦物必須達(dá)到平衡;2.必須要有可靠的礦物化學(xué)成分資料；必須區(qū)分Fe2+和Fe3+;3．有時(shí)需晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);4．必須掌握礦物學(xué)和晶體化學(xué)知識(shí)二、元素分配溫壓計(jì)應(yīng)用條件和注意問(wèn)題：要注意的問(wèn)題：（1）使用的礦物對(duì)必須平衡共生；因?yàn)榉峙湎禂?shù)是在一定的溫度、壓力及組分濃度條件下的平衡狀態(tài)求得。（2）元素的賦存狀態(tài)必須是類(lèi)質(zhì)同象混入物，因?yàn)檫@樣才能在礦物中均勻分布和受熱力學(xué)條件的控制，不能是機(jī)械混入物或表面吸附；要注意的問(wèn)題：（3）在利用電子探針來(lái)確定微量元素含量時(shí)，要選擇相互毗鄰的礦物，因?yàn)橄嗷ヅ彽牡V物達(dá)到平衡的機(jī)會(huì)更多；（4）在巖石中，往往多世代的礦物相互疊加，因此所選的礦物應(yīng)屬于同一世代。

注意：所得溫度為礦物達(dá)到平衡時(shí)的溫度，而不是結(jié)晶時(shí)的溫度。（3）在利用電子探針來(lái)確定微量元素含量時(shí)，要選擇相互毗鄰的礦注意：天然的固熔體礦物及其組合不可能完全符合理想溶液熱力學(xué)模型，而是不同程度地偏離理想模型，再加上礦物的實(shí)驗(yàn)研究還不過(guò)充分，因此現(xiàn)有的離子交換溫壓計(jì)估測(cè)得到的溫度和壓力，只能是半定量的。盡管如此，在研究礦物成因、巖石和礦石成因以及分析自然作用的演變規(guī)律時(shí)，運(yùn)用這些溫壓計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)的分析，仍有重要的意義。注意：二、種類(lèi)1、共生礦物的元素分配GTB2、一種礦物中不同結(jié)構(gòu)位置

之間的元素分配GTB二、種類(lèi)三、符號(hào)：

1.

：

固溶體礦物中化學(xué)組分i之摩爾分?jǐn)?shù)。

＝

≤1成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

熵變＝－R焓變

自由能變化＝

RT

化學(xué)位

i

＝

i＋RT

ln成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件Nernst分配定律

研究某一組分同時(shí)存在于

平衡的兩相中的分配定律

令KD＝

則

lnKD＝

-

/RT

＝

-(-)/RT成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

∵

＝

-

T

則

lnKD＝

-+成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件1、橄欖石(Ol)和輝石(Py)Ni分配溫度計(jì)1965年3月5日夏威夷火山爆發(fā)的熔體中析出部分橄欖石和輝石，它們與殘余熔體處于平衡狀態(tài)。這為研究Ni在橄欖石、輝石、熔體三種相中的分配，以及確定分配系數(shù)與溫度間的關(guān)系，提供了天然的良好條件。測(cè)定每次采樣溫度的同時(shí)，用電子探針測(cè)定橄欖石、輝石和玻璃質(zhì)中的Ni含量。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下表：四、不同共生礦物相、礦物－熔體相之間的元素分配地質(zhì)溫壓計(jì)1、橄欖石(Ol)和輝石(Py)Ni分配溫度計(jì)四、不同共生不同溫度下Ni在橄欖石和輝石中的分配N(xiāo)i在橄欖石和輝石中分配系數(shù)隨溫度降低而降低。回歸方程為：適用溫度為1050－1160℃樣品Ol中的NiCPX中的NiKD(Ol/CPX)樣品溫度℃11555ppm255ppm6.101160213102455.35112039552403.98107549352353.98107058402203.821050不同溫度下Ni在橄欖石和輝石中的分配樣品Ol中的NiCPX2、閃鋅礦Sph—方鉛礦GalGT

共生的Sph和Gal之間的

Cd的分配系數(shù)是T的函數(shù)。2、閃鋅礦Sph—方鉛礦GalGT（1）Bethke，P.M.&

Barton，P.B.（1971）

閃鋅礦Sph—方鉛礦Gal地質(zhì)溫度計(jì)

T

(

K

)＝

2080∕(

lg+1.47

)

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件（2）格列蒂等(1979)閃鋅礦Sph—方鉛礦Gal

Cd分配GT：

T

(

K

)＝

1663∕(

lg+0.702

)

其中

＝

(Cd

wB%)Sph∕(Cd

wB%)Gal成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件Sph－GalCd分配GTSph－GalCd分配GT3、黃銅礦Cpy—黃鐵礦Py

GT

別茲緬等（1978）Cpy—Py之Co分配的實(shí)驗(yàn)GT：

T

(

K

)＝

103∕(1.292

lg+2.382)其中

＝[(CowB%)Cpy∕(CowB%)Py]×1.53成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件Cpy－PyCo分配GT圖解形式Cpy－PyCo分配GT圖解形式4、黃鐵礦－磁黃鐵礦地質(zhì)溫壓計(jì)由實(shí)驗(yàn)得出黃鐵礦－磁黃鐵礦的Ni和Co分配溫度計(jì)（Н.ивезмеИ等，1975）：4、黃鐵礦－磁黃鐵礦地質(zhì)溫壓計(jì)由實(shí)驗(yàn)得出黃鐵礦－磁黃鐵礦的N注意:當(dāng)?shù)V物中Co和Ni的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別小于1.5時(shí)，Co和Ni的分配是近于理想熔體模型的。因此，上述溫度計(jì)的適用條件是，黃鐵礦和磁黃鐵礦除了必須共存之外，它們的Co和Ni含量要小于1.5%。注意:

5、FeTi氧化物Ti分配溫度計(jì)GT1）Buddington，A.F.等（1964）

磁鐵礦—鈦鐵礦

Ti分配GT：成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件應(yīng)用條件：鈦鐵晶石Usp—磁鐵礦MtS.S.和鈦鐵礦Ilm

—赤鐵礦HemS.S.兩個(gè)固溶體礦物必須平衡共存。

鈦鐵晶石—磁鐵礦固熔體實(shí)際上是赤鐵礦－鈦鐵礦固熔體平衡時(shí)形成的。測(cè)試樣品最好是鈦鐵礦－磁鐵礦的連生體。即磁鐵礦中鈦鐵礦條片或顆粒，分別用電子探針?lè)治龆叩某煞帧?jù)磁鐵礦計(jì)算出磁鐵礦Mt和鈦鐵晶石Usp的百分含量，據(jù)鈦鐵礦的成分計(jì)算出鈦鐵礦Ilm和赤鐵礦Hem的百分含量。應(yīng)用條件：計(jì)算Mt-Usp中Uspmol%，以及與之共存的Hem-Ilm中的Hemmol%時(shí)，電子探針數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)一定的計(jì)算，以經(jīng)驗(yàn)其結(jié)果是否可靠。有四種計(jì)算Mt-Usp中Uspmol%及Hem-Ilm中的Hemmol%的方法：（1）Buddington(1964)法（2）Carmichael(1967)法（3）Anderson(1968)法（4）Stormer(1983)法計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜，具體見(jiàn)：任啟江著，《火成巖及其有關(guān)礦床中鈦鐵氧化物研究》，1991年科學(xué)出版社出版。計(jì)算Mt-Usp中Uspmol%，以及與之共存的注：目前一般采用電子探針進(jìn)行鈦鐵氧化物固熔體成分的測(cè)試，得到的數(shù)據(jù)是各種氧化物的質(zhì)量百分比，如：數(shù)據(jù)得到后，首先要檢驗(yàn)探針?lè)治龅目煽啃裕河捎谔结槦o(wú)法區(qū)分FeO與Fe2O3，分析結(jié)果是否可靠，難以確定，需要通過(guò)計(jì)算來(lái)檢查是否滿足誤差范圍。計(jì)算結(jié)果有些復(fù)雜，此處不詳細(xì)介紹，具體可參照任啟江著《火成巖及其有關(guān)礦床中鈦鐵氧化物研究》1991年科學(xué)出版社出版氧化物SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaO∑Wt%0.0244.80.1050.71.231.230.0398.1注：氧化物SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaO

e.g.：

磁鐵礦Mt—鈦鐵晶石UspS.S.單位分子f.u.____________________∑

Me

=1.060+1.821+0.104=2.9853/2.985×0.891=0.895∑(＋)

=

7.999

∴

固溶體成分為：

Mt89.5Usp10.5e.g.：

e.g.：

赤鐵礦Hem—鈦鐵礦Ilm

S.S.

f.u._____________________∑

Me

=

2.000∑(＋)

=

5.997

∴

固溶體成分為：

Hem6.30Ilm93.70e.g.：Ti–Fe

氧化物GTMt－磁鐵礦Usp－鈦鐵晶石Hem－赤鐵礦Ilm－鈦鐵礦根據(jù)計(jì)算的MtUspIlmHem的百分含量，根據(jù)兩個(gè)固熔體的成分曲線的交點(diǎn)，即可確定平衡溫度和氧逸度對(duì)數(shù)值。Ti–Fe氧化物GTMt－磁鐵礦6、方解石Cc—白云石Dol

GTB與白云石共生的方解石中Mg的含量是溫度的函數(shù)。1）Goldsmith，J.R.等（1969）

Cc—Dol

GT

T

＝

3685.7∕(1.6145

-

ln)6、方解石Cc—白云石DolGTB與白云石共生的方解石中

其中＝

應(yīng)用條件：

t

＞400℃

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

Cc—Dol

高溫

GTCc—Dol高溫GT2）塔蘭采夫，A.C.（1975～1981）

＜400℃的實(shí)驗(yàn)研究；

Cc—Dol

GT

>B（＜400℃

&

＞400℃）成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

A.C.塔蘭采夫（1976）修正

Fe2+、Mn、Sr對(duì)Ca—Mg分配的影響，

Cc—Dol

GTB。

A.C.塔蘭采夫（1981）修正

Fe2+、Mn

對(duì)

Ca—Mg交換的影響，

修正了Cc—Dol

GTB

，可計(jì)算出

共生Cc—Dol的平衡

T&P

，但

應(yīng)用條件為：

Cc

的含F(xiàn)e量

＜

Dol

的含F(xiàn)e量成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

注意：

A.C.

塔蘭采夫

（1981）依據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，

不同產(chǎn)狀的大量天然標(biāo)本

，

首先擬定Cc—Dol

GB，其只適合于

＜

分配模型的標(biāo)本，

對(duì)熱液作用、巖漿期后交代作用

的應(yīng)用很好。成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

但

不適用于自然界

存在

＞

分配模型的地區(qū)，

尤其是強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓的

大型斷裂帶的標(biāo)本。成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件Cc－Dol

低溫

GT1—（0.1~

0.15）×108Pa2—（0.7~1.2）×108Pat

(℃)Mg

KMgk表示方解石中MgCO3的摩爾分?jǐn)?shù)。Cc－Dol低溫GT1—（0.1~0.15）×108（1）其中分別是方解石中MgCO3FeCO3MnCO3的摩爾分?jǐn)?shù)（2）其中的KFe=XFeCO3D/XFeCO3C；XFeCO3D為白云石中FeCO3的摩爾分?jǐn)?shù)

方解石Cc－白云石DolGTBMgK為方解石（C）的MgCO3的摩爾分?jǐn)?shù)；KFe=XCFeCO3/XDFeCO3方解石Cc－白云石DolGTBMgK為方解石（C）的MgC

不足：

（1）只適合于中、低壓條件；

GB

（2）使用條件：

＜

，

即方解石的含鐵量低于白云石。

當(dāng)≈，P

不可信成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件3）

Rice，J.M.(1977)

Cc—Dol

GT在實(shí)際的應(yīng)用中較合適，往往與地質(zhì)條件有較好的對(duì)應(yīng)性。

lg＝

-

1690∕T

＋

0.795

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

Xue，JZ等（1989）Cc—Dol

GB

地質(zhì)推導(dǎo)：

方法：

Perchuk,L.L.(1981)Bi—Gar

GTB

利用

Plyusnina,L.P.(1982)Hb—Pl

GTB進(jìn)行

P

的標(biāo)定，推導(dǎo)Cc—Dol的經(jīng)驗(yàn)GB。

P(MPa)＝

508.12

＋

257.69lg成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

r

＝

0.98761

精度：

±25MPa

使用條件：Cc與Dol共生

特點(diǎn)：

＞

適用于：

≤成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

特點(diǎn)：（1）

適合于高、中、低壓條件；

≤（2）

適合于

＞但是，計(jì)算結(jié)果的誤差較大。但是，計(jì)算結(jié)果的誤差較大。7、鋯石飽和溫度計(jì)（鋯石－熔體平衡）Watsonetal.(1983)&Harrison(1983)通過(guò)高溫研究了鋯石的飽和行為，在此基礎(chǔ)上提出了鋯石溶解度模型：是化學(xué)計(jì)量鋯石中Zr與熔體中的Zr的濃度比，T是溫度（K);該式定義了在地殼深熔過(guò)程中，鋯石的飽和行為是巖漿化學(xué)成分和溫度的函數(shù)，實(shí)驗(yàn)的溫度范圍是750－1020℃，該模型當(dāng)熔體含水量>2%，全巖巖石化學(xué)參數(shù)M在0.9~2.1范圍內(nèi)仍然有效。令Si+Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1(Si等均為離子分?jǐn)?shù))，則全巖巖石化學(xué)參數(shù)M=(Na+K+2×Ca)/(Al×Si)7、鋯石飽和溫度計(jì)（鋯石－熔體平衡）Watsonetal將上式移項(xiàng)整理并算成℃后為：

若假設(shè)不作鋯石礦物的ZrHf校正，純鋯石中含Zr＝497657×10-6，用巖石中的Zr含量近似代表熔體Zr含量，由上式可計(jì)算出鋯石的飽和溫度。鋯石的飽和溫度可以代表鋯石結(jié)晶溫度的上限。由于鋯石是較早從巖漿中結(jié)晶的礦物之一，因此鋯石的飽和溫度接近液相線的溫度。將上式移項(xiàng)整理并算成℃后為：Ryerson和Watson（1987）提出了M的修正參數(shù)FM，用于限定巖漿中金紅石的溶解度，該參數(shù)同時(shí)考慮了Mg和Fe總含量（但未考慮Fe3+/Fe2+）的作用。FM=(Na+K+(2*Ca+Fe+Mg))/(Al*Si)

在許多情況下，參數(shù)M都能較好地用于確定鋯石的飽和溫度。實(shí)驗(yàn)資料證明（Baker等，2002），參數(shù)FM比M與Zr含量的相關(guān)性更強(qiáng)，因而FM比M能更好地描述成分對(duì)控制鋯石飽和的影響。Ryerson和Watson（1987）提出了M的修正參數(shù)FMiller等（2003）修正為T(mén)Zr=129000/[2.95+0.85M+ln(496000/Zr熔體)]Miller等（2003）修正為鋯石飽和溫度計(jì)的巖石學(xué)意義:鋯石的飽和溫度計(jì)常常用于計(jì)算自然樣品鋯石飽和溫度及理解和解釋花崗質(zhì)巖石中鋯石的繼承性（或鋯石結(jié)晶的溫度）。在鋯石不飽和的熔體中，鋯石捕虜晶將溶解。在鋯石飽和的熔體中，源巖的鋯石并未完全熔掉而極可能殘留在熔體中，成為后期鋯石生長(zhǎng)的成核點(diǎn)。鋯石飽和溫度計(jì)的巖石學(xué)意義:在S-型花崗巖中,通常含有繼承鋯石,而在I-型花崗巖中則缺乏繼承鋯石,原因可以由巖漿起源的條件差異來(lái)解釋:成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件S-型花崗巖漿的形成溫度一般≤700℃,而I-型花崗巖漿溫度為800~900℃.計(jì)算表明,對(duì)于M=1.4的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖漿，在850℃時(shí)，鋯石的溶解度達(dá)340μg/g，在700℃時(shí)，其溶解度僅為50μg/g。I型花崗巖的M值較大，因而Zr的溶解度高,加之在I型花崗巖的鎂鐵質(zhì)源巖中，Zr的含量較低，故在I-型花崗巖中一般都缺少繼承鋯石。S-型花崗巖漿的形成溫度一般≤700℃,而I-型花崗巖漿溫度在非堿性巖的常見(jiàn)造巖礦物中，只有角閃石中鋯的含量相對(duì)較高，因此在花崗巖漿冷卻過(guò)程中，其中的鋯最終將幾乎全部結(jié)合在鋯石中。對(duì)于I型花崗巖漿，由于在其部分熔融過(guò)程中,源巖中的繼承鋯石在熔體相中的鋯達(dá)到飽和點(diǎn)之前全部溶解，故其中所釋放出來(lái)的放射性成因鉛在整個(gè)巖漿體系中將會(huì)達(dá)到完全均一化，從而完全失去有關(guān)源巖的年代學(xué)信息。而對(duì)于S-型花崗巖漿，由于在部分熔融過(guò)程中，源巖中的繼承性鋯石只有少部分被溶解，而大部分得以保留，故阻止了放射性鉛的重新分配。因此，S-型花崗巖中繼承鋯石U-Pb法的年代學(xué)研究，常?？梢垣@得有關(guān)源巖的年代學(xué)信息。在非堿性巖的常見(jiàn)造巖礦物中，只有角閃石中鋯的含量相對(duì)較高，因成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件8、磷灰石－熔體平衡磷灰石是火成巖中常見(jiàn)的副礦物，同時(shí)又是富集某些具有重要地球化學(xué)意義的微量元素的重要礦物相。因此，對(duì)于磷灰石在巖漿過(guò)程中的地球化學(xué)行為的研究，有助于了解在地殼巖石深熔作用或巖漿演化過(guò)程中，REE、U、Th、Pb、Sr等優(yōu)先富集于磷灰石中的微量元素的分配行為，從而為火成巖的成因解釋提供嚴(yán)格的約束條件。8、磷灰石－熔體平衡磷灰石是火成巖中常見(jiàn)的副礦物，同時(shí)又是富Harrison&Watson（1984）通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，磷灰石的溶解度是溫度和熔體組分的函數(shù)，表達(dá)式為：是化學(xué)計(jì)量的磷灰石中的P2O5（＝42.22%）與熔體中P2O5的濃度比，T是溫度（℃），SiO2是熔體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該模型適用于SiO245～75％的準(zhǔn)鋁質(zhì)和過(guò)堿質(zhì)熔體成分，水0～10％,地殼范圍內(nèi)的壓力條件。Harrison&Watson（1984）通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，磷灰9、角閃石－斜長(zhǎng)石中Ca的分配系數(shù)地質(zhì)溫壓計(jì)角閃石和斜長(zhǎng)石是許多火成巖和變質(zhì)巖特別是鈣堿性侵入巖和角閃巖相變質(zhì)巖中的主要造巖礦物。因此，角閃石＋斜長(zhǎng)石組合的平衡條件，可以反映許多火成巖和變質(zhì)巖的結(jié)晶條件。（1）別爾丘克提出了斜長(zhǎng)石（Pl）－角閃石（Am）中Ca的分配等溫相關(guān)圖解，利用參數(shù)XCaPl和XCaAm投圖來(lái)確定共存的斜長(zhǎng)石－角閃石的平衡溫度。XCa為鈣的摩爾分?jǐn)?shù)。XCa=Ca/(Ca+Na+K)9、角閃石－斜長(zhǎng)石中Ca的分配系數(shù)地質(zhì)溫壓計(jì)角閃石和斜長(zhǎng)石是成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件（2）L.P.Plyusnina(1982)普通角閃石－斜長(zhǎng)石地質(zhì)溫壓計(jì)∑AlHb是普通角閃石單位分子式中Al離子的總數(shù)CaPl即XCaPlXCa=Ca/(Ca+Na+K)（2）L.P.Plyusnina(1982)普通角閃石－斜長(zhǎng)9、黑云母Bi—石榴石Gar的Mg—Fe2+元素分配GTBBi—Gar的

（即

）

＝

Saxena(1968)指出，共存的石榴石和黑云母之間的Fe-Mg分配系數(shù)明顯地

隨

t

而變小。XMgBi=Mg/(Mg+Fe)Mg為黑云母中以O(shè)＝11為基礎(chǔ)的Mg離子系數(shù)XMgGar=Mg/(Mg+Fe)為石榴石中以O(shè)＝12為基礎(chǔ)的Mg離子系數(shù)9、黑云母Bi—石榴石Gar的Mg—Fe2+元素分配GTBB由于黑云母的單位分子內(nèi)的氧一般極少被其它元素置換，其O原子數(shù)為常數(shù)。故常采用以單位分子中的氧原子數(shù)（Of.u.=11）為基準(zhǔn)的氧原子法來(lái)計(jì)算礦物單位分子中的陽(yáng)離子數(shù)和晶體化學(xué)式。黑云母的晶體化學(xué)通式為：K{(Mg,Fe)3[T4O10](OH)2}理想化學(xué)式中O=12，但是電子探針?lè)治龉杷猁}礦物時(shí)只分析了陽(yáng)離子，不能分析H，陰離子全部作為O來(lái)處理，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除H對(duì)應(yīng)的氧原子數(shù)，單位化學(xué)式中2H相當(dāng)于一個(gè)O，所以計(jì)算黑云母單位分子中陽(yáng)離子的數(shù)目時(shí)用Of.u.＝11作為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。由于黑云母的單位分子內(nèi)的氧一般極少被其它元素置換，其O原石榴子石的晶體化學(xué)通式為：A3B2[SiO4]3A:二價(jià)陽(yáng)離子Mg2+Fe2+Mn2+Ca2+B:三、四價(jià)陽(yáng)離子Al3+Fe3+Cr3+V3+

Ti4+Zr4+石榴子石的晶體化學(xué)通式為：Gar—Bi

GTB（L.L.Perchuk,1981）該溫度計(jì)適用于天然的Bi-Gar-Sill-Mus-Q共生組合。斜列曲線是等值線，是分離系數(shù)。XMg=Mg/(Mg+Fe+Mn)根據(jù)便可確定出溫度；由和兩種等值線的交點(diǎn)，可以確定壓力值。Mg為單位分子中Mg的離子數(shù)Gar—BiGTB（L.L.Perchuk,1981）斜列

Kretz,R.etal.（1990）Bi—Gar

GT：

ln＝

-1.51

+

2780∕T

實(shí)驗(yàn)條件：

570～750℃成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

注意：

Bi—Gar的Mg—Fe2+分配GTB

的其他影響因素：

Ca、Mn的影響

Al、Ti、Fe3+的影響成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

從Perchuk（1967）首次標(biāo)定石榴石－黑云母地質(zhì)溫度計(jì)以來(lái)，經(jīng)歷了多次修正，石榴石－黑云母溫度計(jì)目前至少已有32個(gè)版本問(wèn)世。理論上該溫度計(jì)適用于高綠片巖相至麻粒巖相乃至超高溫泥質(zhì)變質(zhì)巖，能記錄的變質(zhì)溫度范圍較寬。從Perchuk（1967）首次標(biāo)定石榴石－黑云母地質(zhì)溫度Perchuk和Lavrentpeva（1983）、Kleemann和Reinhardt（1994）、Holdaway(Model6AV)（2000）、Kaneko和Miyano(ModelB)（2004）等4個(gè)版本的石榴石－黑云母溫度計(jì)準(zhǔn)確度相對(duì)最高。該溫度計(jì)并不適用于Ti、AlVI“雜質(zhì)”含量高的黑云母,或Ca、Mn“雜質(zhì)”含量高的石榴石。Perchuk和Lavrentpeva（1983）、Kl是目前最為準(zhǔn)確石榴石-黑云母溫度計(jì)表達(dá)式計(jì)算時(shí)要知道壓力P的值Holdaway(2000)石榴石－黑云母地質(zhì)溫度計(jì)是目前最為準(zhǔn)確石榴石-黑云母溫度計(jì)表達(dá)式Holdaway(2五、

離子占位（結(jié)構(gòu)）溫壓計(jì)根據(jù)

礦物的成分特點(diǎn)或礦物中元素的占位特點(diǎn)，可以推測(cè)礦物平衡時(shí)的溫度&壓力。五、離子占位（結(jié)構(gòu)）溫壓計(jì)根據(jù)礦物的成分特點(diǎn)或礦物中元素

離子的占位系數(shù)

離子交換反應(yīng)的平衡常數(shù)

＝關(guān)鍵性參數(shù)：關(guān)鍵性參數(shù)：固溶體礦物中離子i在等效結(jié)構(gòu)

位置k上的占位系數(shù)

＝

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件輝石的通式：X(M2)Y(M1)[T2O6]X：Na+Ca2+Li+——單斜晶系（大半徑、低電價(jià)）Mn2+Fe2+Mg2+——斜方晶系（小半徑、高電價(jià)）Y:（半徑小、電價(jià)高）Mg2+Fe2+Fe3+Mn2+Cr3+Al3+Ti4+T:Si4+Al3+Mg2+Fe2+在一定的熱力學(xué)條件下,在兩種非等效位置M1和M2之間進(jìn)行分配的交換反應(yīng)為:Fe2+(M2)+Mg2+(M1)=Fe2+(M1)+Mg2+(M2)輝石的通式：X(M2)Y(M1)[T2O6]輝石族晶體結(jié)構(gòu)輝石晶體沿c軸的投影M1M2M2M1輝石族晶體結(jié)構(gòu)輝石晶體沿c軸的投影M1M2M2M1Mg2+Fe2+在一定的熱力學(xué)條件下,在兩種非等效位置M1和M2之間進(jìn)行分配的交換反應(yīng)為:Fe2+(M2)+Mg2+(M1)=Fe2+(M1)+Mg2+(M2)Mg2+Fe2+在一定的熱力學(xué)條件下,1、Wood&Banno(1973)二輝石地質(zhì)溫度計(jì)適用于含鐵和鋁低的輝石；幾乎不含水。1、Wood&Banno(1973)二輝石地質(zhì)溫度計(jì)2、Nehru&Wyllie(1974)二輝石地質(zhì)溫度計(jì)：適用于體系含水<5％,即二輝石與角閃石、黑云母等含水礦物共生成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件使用上述溫度計(jì)公式計(jì)算時(shí)需要的M1M2的占位量,可以利用礦物的化學(xué)成分進(jìn)行分子式的計(jì)算得到(但不夠準(zhǔn)確),最好用穆斯堡爾譜確定占位量。例：河北漢諾壩新生代堿性玄武巖－碧玄巖中廣泛有上地幔尖晶石二輝橄欖巖包體。在理想情況下，輝石M1和M2位置上陽(yáng)離子的總和均為1，但由于分析誤差或晶體缺陷等原因，它們的總和往往不等于1，而是接近于1。一般是將輝石的陽(yáng)離子（除滿足四次配位以外）均分給M1和M2。使用上述溫度計(jì)公式計(jì)算時(shí)需要的M1M2的占位量,可以利用礦根據(jù)化學(xué)成分，計(jì)算出兩種輝石的分子式為（據(jù)鄧晉福，1982）：根據(jù)化學(xué)成分，計(jì)算出兩種輝石的分子式為（據(jù)鄧晉福，1982）把計(jì)算得到的三個(gè)參數(shù)代入溫度計(jì)計(jì)算公式，得到：把計(jì)算得到的三個(gè)參數(shù)代入溫度計(jì)計(jì)算公式，得到：3、Lindsley&Dixon(1976):

適用于850－1400℃，5－35千巴的溫壓范圍。3、Lindsley&Dixon(1976):

適用于8504、Wells(1977):采用理想二位熔體混溶模式，利用Lindsley&Dixon，Nehru&Wyllie的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮Fe2+含量對(duì)分配系數(shù)的影響，得出二輝石地質(zhì)溫度計(jì)的數(shù)學(xué)表達(dá)公式為：4、Wells(1977):采用理想二位熔體混溶模式，利用L計(jì)算舉例：以北京密云麻粒巖中的二輝石為例，用Wood&Banno二輝石地質(zhì)溫度計(jì)來(lái)計(jì)算二輝石平衡溫度。步驟：(1)根據(jù)單礦物化學(xué)分析結(jié)果求出以六個(gè)氧原子為基礎(chǔ)的陽(yáng)離子數(shù)為：SiAlIVAlVITiCrFe3+Fe2+MgCaMnNaKOpx1.9240.0760.0410.0020.0020.1010.5101.2740.0150.0140.0060.001Cpx1.8660.1340.0580.0040.0050.0480.2050.8120.8540.0130.0460.003計(jì)算舉例：SiAlAlTiCrFe3+Fe2+MgCaMnN(2)求①求出M1+M2的陽(yáng)離子總數(shù)，除2，得出M1和M2的陽(yáng)離子數(shù)M1=M2=1.966/2=0.983②③求ACa+Mn+Na+K=0.036BC(2)求④求AB⑤3、求4、求：計(jì)算過(guò)程同2.④求將上述計(jì)算結(jié)果代入將上述計(jì)算結(jié)果代入成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件§3其它典型硅酸鹽地質(zhì)溫壓計(jì)舉例一、與輝石有關(guān)的其它溫壓計(jì)1、斜方輝石－單斜輝石MgSiO3轉(zhuǎn)移反應(yīng)溫度計(jì)Brey&Kohler（1990）發(fā)現(xiàn)MgSiO3組分在斜方輝石－單斜輝石之間的轉(zhuǎn)移反應(yīng)的分配系數(shù)lnKd與平衡溫度的倒數(shù)之間呈二次線性關(guān)系。據(jù)此，得出了斜方輝石－單斜輝石MgSiO3轉(zhuǎn)移反應(yīng)溫度計(jì)：§3其它典型硅酸鹽地質(zhì)溫壓計(jì)舉例一、與輝石有關(guān)的其它溫壓計(jì)P的單位為GPa；公式適用范圍是全巖的Mg#≥0.80。P的單位為GPa；公式適用范圍是全巖的Mg#≥0.80。2、橄欖石－單斜輝石Ca交換反應(yīng)壓力計(jì)Kohler&Brey(1990)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，提出了橄欖石－單斜輝石Ca交換反應(yīng)壓力計(jì)。實(shí)驗(yàn)條件為P＝0.2~6.0GPa，t=900~1400℃，覆蓋了上地幔橄欖巖結(jié)晶條件的大部分溫壓范圍。方法適用范圍為橄欖石的Mg#≥0.87；該壓力計(jì)是唯一可以成功用于斜長(zhǎng)石、尖晶石橄欖巖的壓力計(jì)。溫度可利用斜方輝石－單斜輝石MgSiO3（Brey&Kohler，1990）轉(zhuǎn)移反應(yīng)溫度計(jì)來(lái)估計(jì)。2、橄欖石－單斜輝石Ca交換反應(yīng)壓力計(jì)方法適用范圍為橄欖石的3、斜方輝石的Ca溶解溫度計(jì)Brey&Kohler(1990)根據(jù)當(dāng)時(shí)已有的可逆相平衡實(shí)驗(yàn)資料，將斜方輝石中的Ca含量擬合為實(shí)驗(yàn)溫度合壓力的線性函數(shù)，獲得如下溫度計(jì)公式：3、斜方輝石的Ca溶解溫度計(jì)Brey&Kohler(19904、單輝石（Opx或Cpx）地質(zhì)溫壓計(jì)（1）Saxena，S.K.（1973）

OPx

Fe2+—Mg占位GT

計(jì)算程序：

A、

據(jù)礦物的化學(xué)資料，計(jì)算if.u.：4、單輝石（Opx或Cpx）地質(zhì)溫壓計(jì)（1）SaxenB、求OPx中M1、M2位置上

Fe2+的占位系數(shù)

：

占位系數(shù)也可由穆斯堡爾譜計(jì)算求得（電子探針數(shù)據(jù)不能分別測(cè)出二價(jià)鐵和三價(jià)鐵含量，而穆斯堡爾譜可以）；也可根據(jù)電子探針?lè)治鼋Y(jié)果計(jì)算得到。

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件C、計(jì)算斜方輝石OPx中M1、M2

位置上Fe2+—Mg的有序—無(wú)序分配系數(shù)：

KD

＝

＝

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

式中Mg的占位系數(shù)：

＝

1

－

＝

1

－成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件D、

計(jì)算

ln

KD

E、求斜方輝石OPx中Fe2+—Mg離子交換反應(yīng)的平衡溫度

t（℃）。成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

斜方輝石Fe2+-

Mg2+占位溫度計(jì)得到的溫度是斜方輝石內(nèi)離子交換反應(yīng)停止時(shí)的溫度。對(duì)于變質(zhì)成因的斜方輝石，該溫度接近變質(zhì)溫度，對(duì)于某些迅速冷卻的巖漿巖和隕石來(lái)說(shuō)，這種估算出來(lái)的溫度接近于結(jié)晶溫度。XFeOpx斜方輝石Fe2+-Mg2+占位溫度計(jì)得到的溫度是5、單斜輝石－橄欖石Cr分配地質(zhì)溫度計(jì)5、單斜輝石－橄欖石Cr分配地質(zhì)溫度計(jì)6、石榴石－單斜輝石之間的Fe-Mg交換反應(yīng)溫度計(jì)（Krogh,1988）:該溫度計(jì)的適用范圍為：Xca＝0.10~0.50，石榴石的Mg#＝0.17~0.54和單斜輝石的Na＝0.11~0.44的成分范圍內(nèi)。6、石榴石－單斜輝石之間的Fe-Mg交換反應(yīng)溫度計(jì)（Krog7、斜方輝石－石榴石的Al分配壓力計(jì)（Gasparik&Newton,1984）

Gasparik&Newton(1984)在對(duì)MgO-Al2O3-SiO2體系相平衡實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了與石榴石共存的斜方輝石中Al溶解度的壓力計(jì)方法。Brey&Kohler（1990）根據(jù)這一熱力學(xué)模型，在對(duì)天然巖石體系相平衡實(shí)驗(yàn)的資料基礎(chǔ)上，提出了適用于天然巖石的壓力計(jì)方法。7、斜方輝石－石榴石的Al分配壓力計(jì)（Gasparik&Ne成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件對(duì)于石榴子石：該方法適用范圍為p=2.8~6.0GPa利用該方程計(jì)算壓力時(shí)可同時(shí)聯(lián)立Brey&Kohler(1990)提出的斜方輝石－單斜輝石MgSiO3轉(zhuǎn)移反應(yīng)溫度計(jì)或Brey&Kohler(1990)提出的斜方輝石的Ca溶解溫度計(jì)來(lái)計(jì)算，可同時(shí)獲得平衡的溫度和壓力。對(duì)于石榴子石：該方法適用范圍為p=2.8~6.0GPa8、單斜輝石－角閃石地質(zhì)溫度計(jì)（略）詳見(jiàn)：靳是琴&李鴻超，1984.《成因礦物學(xué)概論》.吉林大學(xué)出版社9、輝石－熔體平衡溫度計(jì)（Putirka,1996）詳見(jiàn):馬鴻文編著《結(jié)晶巖熱力學(xué)概論》8、單斜輝石－角閃石地質(zhì)溫度計(jì)（略）二、與角閃石礦物有關(guān)的溫壓計(jì)

1、鈣質(zhì)角閃石全鋁壓力計(jì)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)證明：鈣堿性侵入巖中形成的角閃石，其全鋁含量與結(jié)晶時(shí)的壓力成正比，這是確定巖石結(jié)晶深度的一種有效方法。Hammarstrom和Zen（1986）根據(jù)圍巖中變質(zhì)礦物組合的證據(jù)，提出了在1.5~3×108Pa和7～10×108Pa條件下，鈣堿性侵入巖中角閃石的全鋁含量（AlT=AlIV+AlVI，以23個(gè)O為基準(zhǔn)的陽(yáng)離子數(shù)）與壓力P(108Pa)之間的關(guān)系為：P(1×108±1×108Pa)=5.03AlT-3.92（γ2＝0.80）（Hammarstrom&Zen,1986）二、與角閃石礦物有關(guān)的溫壓計(jì)

1、鈣質(zhì)角閃石全鋁壓力計(jì)P(1×108±0.5×108Pa)=4.23AlT-3.46(γ2＝0.99)(Jonson&Rutherford,1989)適用于740~780℃，2～8×108PaP(1×108±0.6×108Pa)=4.76AlT-3.01(γ2＝0.99)(Schmidt,1992)該壓力計(jì)適用于英云閃長(zhǎng)巖礦物組合，形成溫度655~700℃，壓力0.5~13×108Pa.該壓力計(jì)不適用于缺少黑云母＋正長(zhǎng)石的礦物組合。P(1×108±0.5×108Pa)=4.23AlT-3.4Anderson&Smith(1995)重新校正的壓力計(jì):式中的Al包括AlVI和AlIVAnderson&Smith(1995)重新校正的壓力計(jì):角閃石Al壓力計(jì)是否有效，依賴(lài)于以下條件：（1）巖石中必須有角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母、石英、榍石，以及鈦鐵氧化物等共生。（2）樣品沒(méi)有發(fā)生低溫蝕變；（3）巖石的結(jié)晶溫度同壓力計(jì)校準(zhǔn)條件溫度相差不大；（4）在氧逸度低的條件下結(jié)晶的富鐵角閃石（Mg/Mg+Fe<0.35）不能使用。為了使計(jì)算的結(jié)果有意義，計(jì)算前應(yīng)首先確定角閃石的成因類(lèi)型。角閃石Al壓力計(jì)是否有效，依賴(lài)于以下條件：角閃石的陽(yáng)離子占位方案結(jié)晶位置重?cái)?shù)元素結(jié)晶位置重?cái)?shù)元素A1Na,KM22Fe2+,Mg,Al,Fe3+M42Na,CaT14Al,Si1M1+2M33Fe2+,MgT24Si角閃石的陽(yáng)離子占位方案結(jié)晶位置重?cái)?shù)元素結(jié)晶位置重?cái)?shù)元素A1NMg/(Mg+Fe2+)中的MgFe2+及Si均為化學(xué)式中的陽(yáng)離子數(shù)CaB代表單位分子式中占據(jù)M2位置的Ca離子系數(shù)；(Na+K)A代表單位分子式中占據(jù)A位置的Na和K的離子系數(shù)之和Mg/(Mg+Fe2+)中的MgFe2+及Si均為化學(xué)成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件該溫度計(jì)（TA）適用的范圍是400～900℃，適用的礦物成分為：角閃石的NaA>0.02pfu(單位分子式中陽(yáng)離子的系數(shù))，AlVI<1.8pfu，Si=6.0~7.7pfu，斜長(zhǎng)石χAn<0.90。TA要求巖石中硅是飽和的。該溫度計(jì)（TA）適用的范圍是400～900℃，適用的礦物成分壓力p可采用角閃石全鋁壓力計(jì)來(lái)計(jì)算，R=0.0083144kJ.K-1.mol-1。TB對(duì)硅是否飽和沒(méi)有要求。壓力p可采用角閃石全鋁壓力計(jì)來(lái)計(jì)算，R=0.0083144自然界的長(zhǎng)石，常常為An(鈣長(zhǎng)石)－Ab(鈉長(zhǎng)石)－Or（鉀長(zhǎng)石）的固熔體。長(zhǎng)石中KNaCa陽(yáng)離子的摩爾分?jǐn)?shù)即為相應(yīng)的端員組分的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。如An端員質(zhì)量分?jǐn)?shù)XAn＝Ca/(Ca+Na+K)，式中KNaCa均為晶體化學(xué)式計(jì)算過(guò)程中算出的離子系數(shù)。自然界的長(zhǎng)石，常常為An(鈣長(zhǎng)石)－Ab(鈉長(zhǎng)石)－Or（鉀成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件溫度計(jì)TB適用的范圍是500～900℃，適用的礦物成分為：角閃石的NaM4>0.03pfu(單位分子式中陽(yáng)離子的系數(shù))，AlVI<1.8pfu，Si=6.0~7.7pfu，斜長(zhǎng)石0.10<XAn<0.90。

TB對(duì)硅是否飽和沒(méi)有要求。該溫度計(jì)也適用于SiO2不飽和的巖石?？梢宰鳛楦烩}斜長(zhǎng)石為主和低SiO2活度高溫條件下的良好溫度計(jì)，不適用于含有Na質(zhì)斜長(zhǎng)石的低溫變質(zhì)巖。溫度計(jì)TB適用的范圍是500～900℃，適用的礦物成分為：角在硅飽和的巖石中，出現(xiàn)TA>TB則表明角閃石和斜長(zhǎng)石在石英出現(xiàn)之前已經(jīng)分異出來(lái)。當(dāng)將TA運(yùn)用到硅不飽和的巖石時(shí)，一般TA>TB，這時(shí)TB代表了平衡溫度，而TA由于αSiO2<1.0將會(huì)偏離平衡溫度。將TA運(yùn)用在硅不飽和的巖石中它能起到對(duì)TB校準(zhǔn)作用，并常常為異常高值。而當(dāng)出現(xiàn)TA<TB時(shí)原因有：三價(jià)鐵離子計(jì)算不正確；或者角閃石－斜長(zhǎng)石不是平衡礦物對(duì)；或者角閃石的成分不符合要求(如富Ti角閃石)。在硅飽和的巖石中，出現(xiàn)TA>TB則表明角閃石和斜長(zhǎng)石在石三、斜長(zhǎng)石－堿性長(zhǎng)石組合溫度計(jì)1951年Barth曾出色地將Nernst分配定律應(yīng)用于Ab在堿性長(zhǎng)石及斜長(zhǎng)石中的分配，提出了二長(zhǎng)石溫度計(jì)。1975年Stormer在應(yīng)用了較豐富的實(shí)驗(yàn)資料及考慮了壓力的影響的基礎(chǔ)上，對(duì)二長(zhǎng)石溫度計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。由于長(zhǎng)石在巖漿巖中廣泛分布，并且可用多種方法測(cè)定其成分，所以該地質(zhì)溫度計(jì)有著較廣泛的應(yīng)用。

三、斜長(zhǎng)石－堿性長(zhǎng)石組合溫度計(jì)1951年Barth曾出色地將1、二長(zhǎng)石中Ab的分配公式地質(zhì)溫度計(jì)（適用于透長(zhǎng)石－高溫鈉長(zhǎng)石系列，Stomer,1975）P為壓力（bar或105Pa）由于計(jì)算公式復(fù)雜，所以可利用曲線確定不同壓力下的溫度值。1、二長(zhǎng)石中Ab的分配公式地質(zhì)溫度計(jì)（適用于透長(zhǎng)石－高溫鈉長(zhǎng)XAb,Af108PaXAb,Af108Pa5×108Pa10×108PaXAb,Af5×108Pa10×108PaXAb,Af成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件R.Powell(1977)考慮到堿性長(zhǎng)石中Ca含量大于0.05時(shí)，二長(zhǎng)石地質(zhì)溫度計(jì)應(yīng)修正為：1984年佐藤博明根據(jù)巖漿與斜長(zhǎng)石之間K的分配系數(shù)與結(jié)晶溫度之間的分配系數(shù)與結(jié)晶溫度的關(guān)系，推導(dǎo)了一個(gè)適用于中酸性火山巖的斜長(zhǎng)石地質(zhì)溫度計(jì)：R.Powell(1977)考慮到堿性長(zhǎng)石中Ca含量大于0.一、原理理論上，平衡礦物之間的穩(wěn)定同位素分餾值是溫度的函數(shù)；每一對(duì)平衡礦物的穩(wěn)定同位素溫度均能計(jì)算出來(lái)。

§4礦物穩(wěn)定同位素溫度計(jì)一、原理§4礦物穩(wěn)定同位素溫度計(jì)分餾效應(yīng)：在平衡反應(yīng)過(guò)程中，由于某一元素各同位素的質(zhì)量差，引起它們?cè)诘V物間的重新分配。分餾系數(shù)α相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)中的平衡系數(shù)，它也是平衡條件的函數(shù)。大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究證明：式中AB為常數(shù)，對(duì)不同礦物，其AB值不同。特點(diǎn)：適用于各種地質(zhì)溫度；靈敏度高；不受壓力影響。分餾效應(yīng)：在平衡反應(yīng)過(guò)程中，由于某一元素各同位素的質(zhì)量差，引二、GT

1．氧同位素GT

δ‰GT成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

氧化物和硅酸鹽礦物的

穩(wěn)定同位素溫度計(jì)：

1）Q

—

Ru的氧同位素GT2）Q

—

Ill的氧同位素GT3）Q

—

Mus的氧同位素GT4）Q

—

Chl的氧同位素近似GT成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

2．硫同位素GT

硫化物礦物的穩(wěn)定同位素溫度計(jì)

1）應(yīng)用條件（1）配對(duì)或配套的硫化物礦物必須

是共生關(guān)系；（2）在硫化物形成之后，不再有同位素

的交換作用。成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

2）原理（1）共生硫化物礦物的硫同位素

組成的不同，與平衡溫度有關(guān)。（2）硫同位素分餾系數(shù)與溫度

相關(guān)性的靈敏程度，隨礦物的不同

而不同。

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

注意：

靈敏程度由高

低為：

Py—Gal

＞

Sph—Pyh—Gal

＞

Py—Cpy

＞

Py—Sph成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

共生硫化物礦物的平衡溫度計(jì)（1971）

＝(

‰

)

-

(

‰

)

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件共生硫化物硫同位素GT共生硫化物硫同位素GT

3．氫穩(wěn)定同位素測(cè)溫法

H的3個(gè)同位素：

穩(wěn)定同位素：

H1

H2

或

D

放射性同位素：

T成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件使用穩(wěn)定同位素測(cè)溫的條件：共生礦物對(duì)已達(dá)到同位素平衡，且未受破壞。檢查方法：1)如果若干對(duì)同位素所求出的溫度相近，則表示這些礦物處于同位素平衡。2共生礦物處于同位素平衡狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)定同位素具有規(guī)律變化。使用穩(wěn)定同位素測(cè)溫的條件：如熱液硫化物中按下列順序依次排列：硫酸鹽>輝鉬礦>黃鐵礦>閃鋅礦>黃銅礦>斑銅礦>方鉛礦>輝銅礦氧化物富集順序是：石英>正長(zhǎng)石>斜長(zhǎng)石>白云母>黑云母>角閃石>輝石>橄欖石>磁鐵礦實(shí)測(cè)結(jié)果如果違反了這個(gè)順序，則可能暗示有不平衡的可能性。如熱液硫化物中按下列順序依次排列：

系利用常規(guī)技術(shù)估測(cè)礦物的

形成溫度。

目前，較成功的是Hb主色光的估溫方法。

§5礦物主色光估溫法§5礦物主色光估溫法

一、原理

Hb礦物的（尤其是Ng方向的）顏色變化，與礦物的形成溫度有著良好的相關(guān)性。

Hb

之Ng方向的顏色特性具全球性標(biāo)型：

藍(lán)色色調(diào)者：

tf

低；

褐色色調(diào)者：

tf

高成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件二、意義利特文(1989)總結(jié)了低溫角閃巖相、

高溫角閃巖相、低溫麻粒巖相

和

高溫麻粒巖相的Hb之Ng方向主色光

的

飽和度PC和主色光波長(zhǎng)的

變化特點(diǎn)。

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件在此基礎(chǔ)上，利用2Px

GT、Am—Bi

GT

以及Am—Pl

GT標(biāo)定礦物的tf

，回歸出

地質(zhì)溫度

t（℃）與Hb之Ng方向主色光

波長(zhǎng)

之間的相關(guān)公式：

t(℃)＝－

4771.49＋9.727

(

nm

)

成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件

r

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0.96096

適用范圍：

560～920℃成因礦物學(xué)地質(zhì)溫壓計(jì)new課件HbNg方向主色光波長(zhǎng)（λK）與礦物形成溫度

t（℃）的關(guān)系圖HbNg方向主色光波長(zhǎng)（λK）與礦物形成溫度t（℃）的關(guān)系一、