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第三讲矿物地质温压计

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三元长石地质温度计及其在我国粤西花岗岩中的应用

三元长石地质温度计及其在我国粤西花岗岩中的应用
收稿日期: 2003- 07- 27 作者简介: 王联魁, 男 ( 汉族) , 研究员, 博导, 从事花岗岩研 究 .
三元长石在花岗岩中的平衡交换反应有三个:
N aA lSi3O 8 = N aA lSi3O 8、 KA lSi3O 8 = KA lSi3O 8、 A F PF A F PF CaA l2 Si2O 8 = CaA l2 Si2O 8 A F PF
长石地质温度计是众多地质温度计的一种, 而地 质温度计主要是根据变质岩、 岩浆岩中共生矿物的化 学成分, 通过地质热力学计算, 获得温度数据。 因此, 热力学和岩石中共生矿物组合是地质温度计的理论 基础, 根据岩浆岩和变质岩中平衡共生矿物间元素的 分配, 经热力学计算, 从而可得到共生矿物组合的温
华南地质与矿产 2003 年 Geo logy and M inera l R esou rces of Sou th Ch ina 第 4 期
文章编号: 1007-
3701 ( 2003) 04- 0001- 09
三元长石地质温度计及其 在我国粤西花岗岩中的应用
王联魁, 沙连 , 徐文新, 邓高强
( 中国科学院广州地球化学研究所, 广东 广州 510640)
摘要: 根据 G reen et a l ( 1986) 提出的三元长石温压计公式, 以长石三元固溶体和矿物相平衡为 基础, 通过热力学推导, 建立了联立方程法和迭代法两种计算三元长石温度的方法。根据联立求 解可获得 T
E+ W
N aK V
N aCa H
F ] + [W
A+ W
B+ W ( 2- x
KN a S
C
]
+ W
AF Ab

泥质变质岩系主要的矿物温度计与压力计

泥质变质岩系主要的矿物温度计与压力计

第14卷第1期2007年1月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)Earth Science Frontiers (Chin a University of Geosciences,Beijing;Peking University)Vol.14No.1Jan.2007收稿日期:2006-08-28;修回日期:2006-12-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(40472045)作者简介:吴春明(1967)),男,博士,副教授,岩石学专业。

E -mail:w ucm@gu cas 1ac 1cn泥质变质岩系主要的矿物温度计与压力计吴春明, 肖玲玲, 倪善芹中国科学院研究生院地球科学学院,北京100049Wu Chunming , Xiao Lingling, Ni ShanqinCollege of Earth Sc ienc e,Gr adu ate Univ ersity of the Chinese Ac ade my of S cience s,Beij ing 100049,ChinaWu Chunming,Xiao Lingling,Ni Shanqin 1Main geothermometers and geobarometers in metapelites 1Earth Science Frontiers ,2007,14(1):144-150Abstract:T his paper briefly discusses the applicability,validity and er ro r so ur ce of the geo thermometer s and geo bar ometers applicable t o met apelites.T hro ug h co mpar ativ e studies,we have found that so me thermo ba -rometer s are valid and applicable,including the ga rnet -biotite and g arnet -musco vite g eothermo met ers,and the gar net -a luminosilicate -plag ioclase -quar tz (GA SP ),g arnet -biotite -plagioclase -quart z (GBPQ ),g arnet -musco -vite -plag io clase -qua rtz (G M PQ ),gar net -biotite -muscovite -aluminosilicate -quartz (G BM AQ )and g arnet -rutile -ilmenit e -plagioclase -quartz (GRIP S)g eo ba rometer s.T he present tw o -mica and muscov ite -plag ioclase g eother -mo meters are not v alid and cannot be applied.Still some thermo meters and baro met er s need to be st udied in or der to ev aluate t heir validity and a pplicability ,including the gar net -co rdierite g eo thermometer and the g arnet -cordier ite -alumino silicate -quar tz (G CAQ )and ga rnet -rutile -aluminosilicate -ilmenite -quartz (GRA IL )g eo ba -rometer s.Key words:metapelites;g eothermo metry ;g eobarometr y摘 要:简要介绍泥质变质岩中常用的温度计和压力计,对其可适用性、适用范围、质量优劣等进行了评述。

地球科学中火成岩矿物温压计研究进展

地球科学中火成岩矿物温压计研究进展

地球科学中火成岩矿物温压计研究进展发表时间：2020-08-18T17:09:01.257Z 来源：《中国西部科技》2020年第8期作者：冉亚洲[导读] 火成岩结晶的温度、压力对于研究火成岩形成时的岩浆结晶环境、熔体演化过程具有重要意义。

摘要：火成岩结晶的温度、压力对于研究火成岩形成时的岩浆结晶环境、熔体演化过程具有重要意义。

岩浆结晶过程中某些元素在成岩矿物中的含量与岩浆结晶的温度、压力有很好的相关性，通过矿物压力计获得岩浆结晶时的压力，可以计算出岩浆侵位冷凝结晶时的深度。

通过矿物温度计获得岩浆冷凝结晶时的温度，根据地温梯度推演结晶深度，并能进一步验证通过压力计获得的成岩深度的准确性。

研究者通过低温热年代学手段获得岩浆剥露到地表的时间，结合岩浆侵位结晶的年龄、侵位的深度，可以获得岩浆隆升剥蚀的速率。

对比区域不同花岗岩隆升剥蚀过程，解释造山带演化过程。

本文综述了矿物温度压力计的研究进展，包括角闪石-斜长石温度压力计、绿帘石温度计。

关键词：矿物温度计、矿物压力计、岩体隆升1角闪石、斜长石矿物温度压力计1.1角闪石全铝压力计Hammarstrom and Zen（1986）通过电子探针分析高压和低压钙碱性侵入体中角闪石AlT和Alⅳ之间的线性拟合关系：Alⅳ=0.15+0.69 AlT，r2=0.97，而角闪石中的AlT含量又与角闪石结晶时的压力和温度有很好的对应关系，即角闪石的全铝含量随着压力升高而增大。

所以角闪石便成为探究火成岩结晶温压条件的可靠矿物（Bluandy and Holland , 1990），而角闪石全铝压力计对于角闪石的种类又有要求，通常闪长岩类岩石中的普通角闪石、浅闪石、韭闪石、钙镁闪石比较适用。

研究中通过对比前人文章中火成岩侵入体和自然岩石的矿物相平衡实验得到在特定矿物组合（斜长石、角闪石、黑云母、钾长石、石英、榍石、磁铁矿或钛铁矿±绿帘石）下，角闪石全铝压力计的计算公式。

23242387_活度在矿物温度计与压力计中的作用——以GB温度计与GASP压力计为例

23242387_活度在矿物温度计与压力计中的作用——以GB温度计与GASP压力计为例

１０００ ０５６９／２０２１／０３７（０１） ００３５ ５１ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ　岩石学报ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２１ ０１ ０３活度在矿物温度计与压力计中的作用———以ＧＢ温度计与ＧＡＳＰ压力计为例吴春明　刘嘉惠ＷＵＣｈｕｎＭｉｎｇａｎｄＬＩＵＪｉａＨｕｉ中国科学院大学地球与行星科学学院，北京　１０００４９ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥａｒｔｈａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ２０２０ ０９ １０收稿，２０２０ １２ ２５改回ＷｕＣＭａｎｄＬｉｕＪＨ ２０２１ Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｃｔｉｖｉｔｙｏｎｇｅｏｔｈｅｒｍｏｂａｒｏｍｅｔｒｙ：ＣａｓｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅＧＢｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒａｎｄＧＡＳＰｇｅｏｂａｒｏｍｅｔｅｒ ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，３７（１）：３５－５１，ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２１ ０１ ０３Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｒｅａｌｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆａｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗｈｅｒｅａｓａｃｔｉｖｉｔｙｉｓｔｈｅ“ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ”ｏｆｎｏｎ ｉｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｔａｋｅｎｔｈｅｇａｒｎｅｔ ｂｉｏｔｉｔｅ（ＧＢ）ｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒａｎｄｇａｒｎｅｔ Ａｌ２ＳｉＯ５ ｐｌａｇｉｏｃｌａｓｅ ｑｕａｒｔｚ（ＧＡＳＰ）ｇｅｏｂａｒｏｍｅｔｅｒａｓｅｘａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｃｔｉｖｉｔｙｏｎｇｅｏｔｈｅｒｍｏｂａｒｏｍｅｔｒｙｈａｓｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａａｎｄａｄｏｐｔｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｃｔｉｖｉｔｙｍｏｄｅｌｓｏｆｇａｒｎｅｔａｎｄｂｉｏｔｉｔｅ，ｔｈｅｙｉｅｌｄｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｒｓｉｏｎｓｏｆＧＢｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓｃａｎｒｅｂｕｉｌｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｙａｌｌｃａｎｄｉｓｃｅｒｎｔｈｅｇｒａｄｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｚｏｎｅｓｏｆｅｉｔｈｅｒｐｒｏｇｒａｄｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓ，ｏｒｉｎｖｅｒｔｅｄｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｔｅｒｒａｎｅｓｏｒｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｔａｃｔａｕｒｅｏｌｅｓ Ｂｕｔ，ｌａｒｇｅｒｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｅｒｒｏｒｓｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｅｎｔａｋｉｎｇｂｏｔｈｇａｒｎｅｔａｎｄｂｉｏｔｉｔｅａｓｉｄｅａｌｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｅｄＧＢｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒａｌｗａｙｓｕｎｄｅｒｅｓｔｉｍａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅＧＡＳＰｇｅｏｂａｒｏｍｅｔｅｒａｌｗａｙｓｏｖｅｒｅｓｔｉｍａｔｅｓｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｅｎｔａｋｉｎｇｂｏｔｈｇａｒｎｅｔａｎｄｐｌａｇｉｏｃｌａｓｅａｓｉｄｅａｌｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｗｈｅｎａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｎｏｎ ｉｄｅａｌａｃｔｉｖｉｔｙｍｏｄｅｌｓｏｆｂｏｔｈｇａｒｎｅｔａｎｄｐｌａｇｉｏｃｌａｓｅ，ｔｈｅｄｅｒｉｖｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔＧＡＳＰｇｅｏｂａｒｏｍｅｔｅｒｓｃａｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｐｌｏｔｔｈｅＡｌ２ＳｉＯ５ｂｅａｒｉｎｇｍｅｔａｐｅｌｉｔｅｉｎｔｏｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｉｅｌｄｏｆＡｌ２ＳｉＯ５ｐｈａｓｅｓ Ｕｐｔｉｌｌｎｏｗ，ｕｎｉｖｅｒｓａｌａｃｔｉｖｉｔｙｍｏｄｅｌｓｏｆｍｉｎｅｒａｌｓｓｕｉｔａｂｌｅｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｃｋｔｙｐｅｓａｓｗｅｌｌａｓｗｉｄｅＰ Ｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｃａｒｃｅ Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，Ｐ Ｔｒｅｓｕｌｔｓｙｉｅｌｄｅｄｆｒｏｍｇｅｏｔｈｅｒｍｏｂａｒｏｍｅｔｅｒｓｃａｌｉｂｒａｔｅｄｓｏｌｅｌｙｂｙｓｏｌｉｄｐｈａｓｅｓ，ｃａｎｔｒｕｔｈｆｕｌｌｙｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃＰ Ｔｒｅａｌｉｔｉｅｓ，ａｌｂｅｉｔｆｌｕｉｄｏｒｍｅｌｔｐｈａｓｅｓａｒｅｎｏｔｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ａｃｔｉｖｉｔｙ；Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ；Ｇｅｏｂａｒｏｍｅｔｅｒ；Ｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ摘　要 浓度是溶液中客观存在的物理性质，活度则指非理想溶液（包括非理想固溶体）中组分的“有效浓度”。

岩石学-No.21-2(第二节 基于变质反应的地质温压计)

岩石学-No.21-2(第二节 基于变质反应的地质温压计)

第二节基于变质反应的地质温压计现代变质岩石学研究，已经不满足于定性地判定某一变质岩属于什么变质相。

还要尽量去求得变质作用的具体温度和压力条件，这就要求有简便易行的地质温度计和压力计。

地质温度计和压力计的基本思路是：1）找出一个适当的平衡相组合，使之能给出相组分间的两个反应式；2）解出该两个反应式的平衡温压条件，该两个平衡的反应线在PT图上必有一交点，这是这两个反应在一个岩石中达到平衡时的P-T条件，即该组合平衡的PT值。

几种常见的温压计：1、Opx-Cpx （二辉石）温度计基本依据：Opx-Cpx固溶体反应之间的Mg分配平衡关系：（MgSiO)Opx=(MgSiO3)Cpx3En DiWells (1977)利用莫里(Mori & Green)等人的实验数据，采用二元溶液混溶模型拟合出下列方程：lnK –3.355 + 7341/T = A =2.44X opx Fe经整理后可得：该式中X Opx Fe =Fe 2+/(Fe 2++Mg),lnK = ln(a Cpx Mg2Si2O6/a Opx Mg2Si2O6 )，a Cpx Mg2Si2O6 代表单斜辉石中Mg 2Si 2O 6组分的活度。

例如：T = 7341/（3.355+2.44X Opx Fe -lnK ）2、Gt-Opx 温度计基本依据：Fe-Mg在Gt和共生的含铝Opx之间的交换反应：（Mg3Al2Si3O12) +3FeSiO3=（Fe3Al2Si3O12) +3MgSiO3例如：Harley (1984)得到如下温度计算公式：T=3740+1400X Gt Gro+22.86P/（RlnK D Fe-Mg+1.96）该式中:T的单位为K；K D=（Fe/Mg）Gt/（Fe/Mg）Opx;X Gt Gro =（Ca/(Ca+Fe+Mg))Gt,3、Gt-Cpx 温度计基本依据：Gt-Cpx之间的Fe-Mg交换反应：（Fe3Al2Si3O12)+3CaMgSi2O6=（Mg 3Al2Si3O12)+3CaFeSi2O6Ellis and Green (1979)到如下温度计算公式：该式中:分配系数KD =（Fe2+/Mg）Gt/(Fe2+/Mg)Cpx例如：T (℃)=(3030+10.86P(K D)+3104X Gt Ca)/(lnK D+1.9034)4、Gt-Bi 温度计基本依据：Gt-Bi之间的Fe-Mg交换反应：（Fe3Al2Si3O12)+KMg3AlSi3O10(OH)2=（Mg3Al2Si3O12)+KFe3AlSi3O10(OH)2Ferry and Spear (1978)下温度计算公式：例如：该式中T的单位为K，分配系数KD =（Fe2+/Mg）Gt/(Fe2+/Mg)BiT =(4151+0.019P)/(RlnK D+1.554)5、Gt-Opx 压力计基本依据：是与Gt共生的Opx中Al2O3含量主要随压力的增大而降低Mg2Si2O6+MgAl2SiO6=（Mg3Al2Si3O12)含铝的Opx PyrHarley and Green (1982)得到如下压力计算公式：该式中:P 的单位为kbar ；T 的单位为K例如：[])101,18.41(/)1(98.1783.183)21(;)1/()1(8l M1l M1l M13l M1l M1Pa kbar J Cal kbar Cal X X Vr Al X X X X K A A Opx A Ca Gt A A ==-+-=∆=--=6、Pl-Gt-Al2SiO5-Q (GASP)压力计其基本依据是净转换反应：3 CaAl2Si2O8= Mg3Al2Si3O12 +2Al2SiO5+SiO2An Gro Als Q例如：Spear (1993)得到如下压力计算公式：150.66T-0.6608P+RTlnK-48357=0该式中: P的单位为MPa；T的单位为K;K=(a Gt Gro)/(a Pl An)3。

第五章 矿物温度计与压力计.ppt

第五章 矿物温度计与压力计.ppt
第五章 矿物温度计与压力计
• 矿物温度计与压力计是成矿作用研究的基础材 料之一，也是矿床学应用的重要矿物包裹体测温法、矿物测温法和 同位素测温法，其中应用最广和最有效的方法是矿物包裹 体测温法。
第一节 稳定同位素温度计
• 稳定同位素温度计灵敏度高，且不受压 力影响，可测定各种温度。其中，氧同 位素和硫同位素较常用。
• 硫辉化钼物矿＞—黄H2铁S达矿到＞平闪衡锌时矿各(磁种黄硫铁化矿物)富＞3H4S2S的＞大黄致铜顺矿序： ＞(HS-)＞铜蓝＞方铅矿＞辰砂＞辉铜矿(辉锑矿)＞辉 银矿＞S2-。
• 三、稳定同位素计温的条件
• 共生矿物队必须满足下列条件：
• 1.共生矿物间的同位素达到平衡。
• 2.平衡的同位素分馏系数要有规律地随温度变 化—分馏系数要较大，即共生矿物对间⊿差值越 大，测温灵敏度也越高。
• 1000 lnα石-方=Δ石-方=0.60（106T-2）
T 0.6106
• T=774.60-273=501.60℃
• δ18O水计算
• 利用测得的δ18O石英、包裹体测温数据和温度计 算公式来计算。
• 1000 lnα石英-水=3.38×106T-2 -3.40
• 1000 lnα石英-水= δ18O石英－ δ18O水
第二节 包裹体温度计和压力计
• 目前主要用的是均一法和爆裂法。 • 均一法反映了成矿溶液温度的下限； • 爆裂法反映了成矿溶液温度的上限。 • 矿物包裹体按成因划分为三种： • 原生包体：矿物生长过程中的； • 次生包体：矿物后期后结晶的； • 假生包体：动力变质后重结晶的。 • 包裹体温度法不仅能得到矿物形成温度资料，
• 一、氧的同位素地质温度计： • δ值 • δ（‰）=[(R样/R标-1]× 1000 • 同位素分馏系数α与δ值的关系：

吴春明教授温压计(2015)

o
多硅白云母+滑石+蓝晶石+石英 组合
P(GPa)= 12.361Si − 40.766 + 0.065T ( C)
o
多硅白云母+滑石+蓝晶石+柯石英组合
P(GPa) = −2.6786Si 2 +43.975Si+0.01253T ( oC) − 113.9995
Anderson (1996)根据该压力计图解拟合 不同矿物组合中，白云母Si含量与压力的关系明显不同， 该压力计的使用最好与视剖面图相互印证为最好(魏春景等, 2009)。
1. 变质“单矿物”常量元素温度计、压力 计
1.1 泥质变质岩、长英质变质岩 1.2 基性变质岩 1.3 超基性变质岩
2. 变质“单矿物”微量元素温度计 3. 变质副矿物微量元素温度计
1.1 泥质变质岩、长英质变质岩
白云母 Ti 温度计 (Wu and Chen, 2015) Lithos
2K(Al2)(AlSi3)O10(OH)2 + FeTiO3 + SiO2 Ms Ilm Qz
1.3 超基性变质岩 单斜辉石Cr温度计、压力计
石榴橄榄岩，石榴子石+单斜辉石共生
1.3 超基性变质岩
单斜辉石Cr温度计、压力计
Cpx T(K) Cr* T(K) Cpx P(kbar) = − ln[a CaCrTs ]+15.483ln[ ]+ +107.8 126.9 T(K) 71.38
3. 变质副矿物微量元素温度计－金红石+锆石+石英组合
TitaniQ 石英Ti温度计
log(X Qz Ti )=5.69 − 3765.0 / T (K)

矿物温度计与压力计的标定方法及其应用


(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2)
2.2 温度计、压力计的平衡热力学表达
矿物温度计及压力计是按照平衡热力学规律标定的。热力学中采用的衡量 平衡与否的 Gibbs 自由能属于状态函数。如果选定“参考状态(Pr, Tr)”作为起始状 态（为直观和方便起见，通常设定为 25°C/1×105Pa） 、“标准状态 (P, T)”作为终了 状态(即标准状态可以是任意的 P-T 条件)，那么达到热力学平衡时，矿物组合的 Gibbs 自由能不再发生变化，存在如下热力学平衡条件：
3.1 实验标定
实验标定温度计或压力计， 采用矿物相平衡“逆转实验”(reversed experiment) 方法，就是从模式反应的正、反两个方向，逐步逼近模式反应的平衡位置，以此 限定一系列 P-T 条件下反应的平衡条件。无论完全是纯相矿物参与的矿物反应， 还是有固溶体参加的矿物反应，都可以通过逆转相平衡实验约束其平衡条件。以 下简述石榴子石-黑云母温度计、GRIPS 压力计的实验标定过程。 3.1.1 石榴子石-黑云母温度计的实验标定 石榴子石+黑云母组合是泥质、半泥质、基性变质岩石中常见的矿物组合， 它们之间的 Fe2+–Mg2+离子交换反应 Fe3Al2Si3O12 + 3KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + 3KFe3AlSi3O10(OH)2 铁铝榴石 金云母 镁铝榴石 铁云母 (15) 受温度条件的控制很明显， 是该温度计得以成立的热力学基础。 该模式反应式(15) 左侧为低温矿物组合，右侧为高温矿物组合。温度越高，石榴子石中 Mg2+离子
斜方刚玉 镁橄榄石 铁铝榴石
3 Fe2SiO4 + 2 Mg3Al2Si3O12 = 3 Mg2SiO4 + 2 Fe3Al2Si3O12

矿井地质3常见问题(6地温)精品PPT课件

同时，变温带内温度的变化与地表温度变化不是同步 的，而要滞后一个时间，滞后时间的长短与该点的深 度和温变周期的长短有关。
变温带地温与气温的关系
教材图5-7
（2）恒温带 恒温带是指在变温带之下，太阳辐射热与地球内热相
互作用达到平衡，温度常年不变的层带。 恒温带一般很薄，可视为变温带与增温带的界面，钻
应该指出，同一地点不同深度上地温梯度是不同的。 如四川武胜县某基井的地温梯度由2.1°C/100m到 4.1°C/100m（图5-8）。
教材图5-8
地温级与地温梯度互为倒数。地温级是以地温增高 1°C深度增加的米数(m/℃)来表示。
地温梯度受多种因素的影响，因此不同地区、同一地 区不同深度的地温梯度均有变化。一般情况下，向地 壳深部地温梯度有逐渐减小的总趋势。
孔中可看作一个点。 恒温带的深度和温度在一定程度上反映一个地区的热
状况和热历史，对于评定深部地温，进行地热资源的 普查与勘探都是不可缺少的重要参数。
恒温带的深度，我国一些矿区多在地下20～30m的 深度上。恒温带的温度接近当地年平均地面温度，比 当地年平均气温高0.8～2℃。
我国部分矿区恒温带的深度和温度数据见表5-3。
4、地壳浅部的地温分带 由于地壳表层的吸热与散热平衡关系，因而地壳
浅部地温场发生分带现象，由上而下分为变温带、 恒温带和增温带（图5-6）。
地温分带及其相互关系
教材图5-6
Hale Waihona Puke （1）变温带 变温带是指地壳最上部，主要受太阳辐射热影响，温
度发生周期性变化的层带。可分为日变温带和年变温 带。其中，日变温带深度仅1—2m；年变温带深度可 达15—20m。 从图5-7可以看出，变温带内任一点的温度变化大体 与正弦曲线相符；其温度变化辐度比同周期地表温度 变化幅度小很多，而且随着深度的增加温度变化辐度 迅速衰减；

变质作用的地质温度计和压力计

第三节变质作用的地质温度计和压力计现代变质岩石学研究，已经不满足于定性地判定某一变质岩属于什么变质相。

还要尽量去求得变质作用的具体温度和压力条件，这就要求有简便易行的地质温度计和压力计。

下面介绍几种适用于不同成分的变质岩地质温度计和压力计：地质温度计和压力计的基本思路是：1）找出一个适当的平衡相组合，使之能给出相组分间的2个反应式；2）解出该2反应式的平衡温压条件，该2平衡的反应线在PT图上必有一交点，这是该2反应在一个岩石中达到平衡时的P-T条件，即该组合平衡的PT值。

一般要求这２反应式均应独立于已消失的流体之外，所以一切涉及流体的反应，不能用于地质温压计．但这并不是说含水矿物不能用于温压计，只是参加反应的含水矿物其（ＯＨ）必须保存于固相中．最常用于温压计的一是交换反应，另一是净转换反应．一般地说,交换反应总是Vr比较小的,所以多作为温度计用;而净转换反应则是压力计的首选对象.在ＰＴ图上，斜率陡的反应线，它受温度控制，所以是好的温度计；而斜率平缓的反应，则主要受控于压力，是好的压力计．反应曲线的斜率受控于Clausius-Clapeyron 方程（图9－１）所以一个熵变大而体积变化小的反应是一个好温度计，而一个熵变小而体积变化大的反应则是好的压力计．常用的变质作用地质温压计介绍如下：1 石榴石-黑云母Fe-Mg交换温度计石榴石-黑云母温度计是最常用温度计之一，它适用于原岩成分很宽的各类岩石，且适用于很宽的变质级范围.选择含有黑云母和石榴石的样品,镜下鉴定证明其结构上是处于平衡状态,最好是两者直接接触的. 磨制电子探针片进行两种矿物相邻颗粒的成分测定,根据鉴定结果中FeO, MgO 的含量计算其摩尔分数,求出两矿物中Fe/ Mg比和它的分配系数Kd,分配系数是某一物质(i) 溶解于两种互不混溶的液层之间的浓度比: Kd = X i B / X I A 然后,即可按一定的温度计方程, 求出设定压力下的温度.关于该温度计至少已有18个版本，这里选择性介绍如下。

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第三讲矿物地质温压计
•三、典型矿物地质温度压力计
•1、硫化物温压计 •2、氧化物温压计 •3、硅酸盐温压计 •4、三个特殊的温度计 •5、花岗岩常用的温压计
第三讲矿物地质温压计
•1、硫化物温压计
•(1) 闪锌矿–黄铁矿–磁黄铁矿矿物压力 计 •闪锌矿中FeS的摩尔组份不仅与温度有关，而且也 和压力具有明显的相关性，FeS的摩尔数越小，则 压力越大。
•黑云母–石榴子石温压计是基于纯组分而建立的。 但实际矿物成分要比理想成分复杂得多，如石榴子
石中可含有Ca、Mn，lnKD与温度之间的相关关系可
能偏离理想状态。 •成分校正温压计：
第三讲矿物地质温压计
•（4）误差传递估算
•由于建立温压计时，采用的多级计算步骤，如矿 物化学成分的测定、温度的测定等，这些过程都会 造成一定的误差，由此建立的温压计会在此误差基 础上逐级放大。要建立准确的矿物温压计，必需要 使其产生的误差尽量小。为了定量地描述温压计的 误差性，必需对温压计建立过程的所有误差进行定 量计算。
第三讲矿物地质温压计
第三讲矿物地质温压计
•2、矿物温度压力计的种类
•矿物稳定同位素地质温压计： •从理论上讲，平衡矿物之间的稳定同位素分馏值 是温度的函数；每一对平衡矿物的稳定同位素都 能计算出来。例如，石英–钠长石矿物对的同位 素分馏温度计为：1000lnQtz-Ab=0.5106T-2。
•矿物包裹体温压计： •利用矿物中的流体、气体包裹体的均一温度、 冰点等确定寄主矿物形成的温度以及校正压力。
•-PbO2型TiO2：P=4-5GPa
橄榄石中钙钛矿型FeTiO3出溶：P=10-13GPa
第三讲矿物地质温压计
•Coes •Qz
•柯石英：P>2.8GPa at T=700 •Gt
第三讲矿物地质温压计
•金刚石
•-PbO2型 TiO2
•100m
•金刚石： P>4 GPa at T=700 oC •-PbO2型TiO2：P=4-5GPa • 橄榄石中钙钛矿型FeTiO3出溶：P=1013GPa
第三讲矿物地质温压计
•矿物离子交换温压计：
•利用矿物中或矿物之间离子交换性质建立起来
的温压计。
•与固溶体概念相联系！
•利用元素分配原理建立起来的温压计。
•目前地质研究中普遍使用该类温压计 。
第三讲矿物地质温压计
•3、矿物温度压力计的理论基础
•自然界中的许多矿物，绝大部分都是由两种或两种 以上组分所构成的固溶体矿物 。
•Ca3Al2Si3O12 + 2Al2SiO5 + SiO2 = 3CaAl2Si2O8
第三讲矿物地质温压计
•(2) 石榴子石—多硅白云母地质温度计
•Mg3Al2Si3O12 + 3KFeAlSi4O10(OH)2 = Fe3Al2Si3O12 + 3KMgAlSi4O10(OH)2
• (3) 石榴子石—白云母—斜长石—黑云母地质 压力计(GMPB)
• Fe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + KFe3AlSi3O10(OH)2
• 铁铝榴石
金云母
镁铝榴石
黑云母
•石榴子石–多硅白云母温度计
•Mg3Al2Si3O12 + 3KFeAlSi4O10(OH)2 = Fe3Al2Si3O12 + KMgAlSi4O10(OH)2
• 镁铝榴石
多硅白云母
铁铝榴石
多硅白云母
第三讲矿物地质温压计
•应用离子交换地质温压计时，必须考虑矿 物平衡状态问题
•（1）矿物环带结构 • 如果用于温年的压计算的矿物具有环带结构， 必须确定它的哪一部分与岩石中其它矿物达到了平 衡 •（2）选定矿物组合 • 检查矿物组合的连线的关系 •（3）确定矿物相接触时的成分交换第三讲矿物地质温压计
第三讲矿物地质温压计
中文名 石英 钠长石 斜长石 普通辉石 阳起石 方解石 石膏 黑云母 白云母
英文名 Quartz Albite Plagioclase Augite Actinolite Calcite Gypsum Biotite Muscovite
缩写符号 Qtz Ab Pl Aug Act Cct Gp Bt Ms
第三讲矿物地质温压计
•共生矿物间或同一矿物ห้องสมุดไป่ตู้非等效结构之间、不同结 构位置之间都可能存在离子或原子的交换问题，即元 素的分配问题。
•元素的分配问题受热力学定律 (Nernst定律) 所支配。
•假如把天然矿物看成理想溶体或近于理想溶体的话， 那么某种元素在共生矿物之间或不同等效结构位置之 间的分配数量之比，是受温度和/或压力的支配。
第三讲矿物地质温压计
•（2）压力校正––温压计推导
•为适应在可变的压力范围类使用该黑云母—石 榴子石温度计，需进行压力校正。
•经校正后的lnKD与温度和压力之间的复杂关
系表示为：
•该公式适用的温度范围是很宽广的，从575C 至950C均可；对矿物成分的限制比较小。
第三讲矿物地质温压计
•（3）成分校正
•Mg2Si2O6 + CaFeSi2O6 = Fe2Si2O6 + CaMgSi2O6
第三讲矿物地质温压计
•反应的岩石学意义：
•And、Ky、Sil是富 Al矿物Ai2SiO5 ，它 们在岩石中出现说明 岩石富铝（变泥质岩）
•And出现说明岩石 形成于低温条件， Ky出现说明高压条 件，Sil的出现则指 示高温条件
第三讲矿物地质温压计
•柯石英：P>2.8GPa at T=700 oC 金刚石： P>4 GPa at T=700 oC
•纯转换反应
•代表了不同物相的溶解、成核及结晶作用，即有 新的物相的产生。 •纯转换反应通常具有较大的V，则dP/dT特别小， 因此，它们可以用作地质压力计。
第三讲矿物地质温压计
•该反应有较平 缓的正斜率，是 较好的地质压力 计
•矿物组合Jd+Q 的出现是高压的 标志
• NaAlSi2O6 + SiO2 = NaAlSi3O8
第三讲矿物地质温压计
•黑云母–石榴子石矿物温压计的推导
第三讲矿物地质温压计
•（1）压力恒定时的温度计推 导
•（1） 实验(575-950 Oc, 600 Mpa) •（2）成分测定，确定Kd •（3）计算Kd和温度之间的相关性 •（4）得出黑云母—石榴子石温度计
•lnKD,Mg=(3835.1/T)-2.7695 •或：T(C)=[3835.1/(lnKD,Mg+2.76950)]-273
•(2) 钛铁矿–尖晶石温度 计 •该温度计是考虑共生钛铁矿和尖晶石之间Fe2+–Mg2+ 交换反应：
•MgTiO3 + FeAl2O4 = FeTiO3 + MgAl2O4
第三讲矿物地质温压计
•3、硅酸盐温压计
• (1) 石榴子石– Al2SiO5–石英–斜长石压力计（GASP 压力计）
•平衡矿物组合为：
•1、矿物缩写符号 •造岩矿物缩写符号 •(Symbols for rock-forming minerals)
•为便于表达而在国际上通用的矿物符号 •目前列出了186种矿物的缩写符号
•Kretz R. 1983. Symbols for rock-forming minerals. American Mineralogist, 68: 277-279
•如：斜长石由钠长石NaAlSi3O8和钙长石CaAl2Si2O8两种 固溶体组成
•共生的固溶体矿物，如果是处于平衡状态的话， 又常常具有某一种或几种相同的元素(离子或原子) 。 •同样的元素也可以存在于同一矿物的不同结构位置中
•Bt: K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2 •Grt: (Mg,Fe)3Al2Si3O12
•(Mg,Fe)3Al2Si3O12 + Ca3Al2Si3O12 + KAl3Si3O10(OH)2
•
镁铝榴石
钙铝榴石
钾长石
•= 3CaAl2Si2O8 + K(Mg,Fe)AlSi3O10(OH)2
•
钙长石
黑云母
第三讲矿物地质温压计
•4、矿物温度压力计的一般推导
•基本步骤为： •进行简化的模拟实验，取得矿物成分变化（即 离子交换的程度）与温度、压力的对应数据，然 后进行回归统计，得到温压计的数学表达式，最 后以地质实例进行检验和修正。
第三讲矿物地质温压计
•Ai2SiO5同质多像之间的相转变反 应
•P-T曲解上三条反 应线相交于一点： 三相点。三条反应 线上相应的两相共 生。三条反应线将 P-T空间分为三个 区，每个区仅一相 稳定
•蓝晶石 •V = 44.09
•Triple point
•红柱石 •V = 51.5
•矽线石 •V = 49.0
•变质作用的P-T轨迹
•变质过程的温 度－压力条件
的变化构成P － T轨迹
第三讲矿物地质温压计
地质温压计
• 同位素分馏温度计
•1000ln石英-水=3.306×106T-2一2.71
• 流体包裹体温压计 • 矿物温压计
第三讲矿物地质温压计
•CO2
•H2O - NaCl
第三讲矿物地质温压计
•确定P-T的矿物学方法
•(Fe,Mg)3Al2Si3O12 + Ca3Al2Si3O12 + KAl3Si3O12(OH)2 = 3CaAl2Si2O8 + K(Fe,Mg)AlSi3O10(OH)2
第三讲矿物地质温压计
•(4) 二辉温度计
•二辉温度计的基础是两种辉石––斜方辉石和单斜辉 石之间的Mg–Fe2+离子交换反应：