第三讲矿物地质温压计
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湖南省地质矿产勘查开发局-招投标数据分析报告页数:11
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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
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
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
3-变质岩温压条件的确定
一个变质相是指一定的温度压力区间内的一整套变质矿物共生组合它们在时间上空间上反复出现并紧密地伴生在一起一个变质相内部其矿物组合与岩石总体化学成分之间有着固定的因而也是可以预测的对应关系
变质作用期次及温压条件 的确定
• 一、成分共生图解和组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 • 在共生分析中，把一定化学成分岩石达到化学平 衡 时 的 矿 物 成 分 称 为 矿 物 组 合 （ mineral assemblage ） 或 矿 物 共 生 组 合 （ mineral paragenesis）(P311)。
3. 辉石角岩相（PH）: 高温,温度约650800。C，压力不超过0.2GPa,夕线石，正长石， 紫苏辉石或硅灰石为标志矿物,白云母+石英 不稳定。红柱石，堇青石，夕线石开始与正 长石稳定共存。特征矿物组合:斜长石+透辉 石+紫苏辉石 4. 透长石相（S）: 极高温温度约800-1100。 C，压力极低，0.02-0.08GPa,黄长石，钙镁 橄榄石，斜硅钙石和透长石等为特征矿物, 特征矿物组合:斜长石+普通辉石+易变辉石。
Turner 1981年提出变质相的分类 接触变质相： （以温度增高为序）钠长绿帘角岩相， 普通角闪石角岩相 ，辉石角岩相，透长 石相。 区域变质相 : 沸石相，葡萄石—绿纤石相 ，绿片 岩相，蓝闪石—硬柱石相，绿帘角闪岩 相，角闪岩相，麻粒岩相，榴辉岩相
接触变质岩相
1. 钠长绿帘角岩相（AEH）：低温,温度约 为300-400。C，压力0.1-0.4GPa,特征矿物组 合：钠长石+绿帘石+透闪石或阳起石。没有 钙质斜长石和铝质角闪石。铁质堇青石和黑 云母出现于低温部分，红柱石出现温度稍高， 有时又叶蜡石。特征岩石是斑点板岩。 2. 普通角闪石角岩相（HH）：中温,温度约 400-650。C，压力为0.1-0.3GPa,特征矿物组 合：斜长石+普通角闪石,可以有透辉石，而 没有斜方辉石。变质泥质岩与长英质岩石中 红柱石，堇青石不与钾长石共生。
变质作用期次及温压条件 的确定
• 一、成分共生图解和组分分析
1. 矿物组合及其确定标志 • 在共生分析中，把一定化学成分岩石达到化学平 衡 时 的 矿 物 成 分 称 为 矿 物 组 合 （ mineral assemblage ） 或 矿 物 共 生 组 合 （ mineral paragenesis）(P311)。
3. 辉石角岩相（PH）: 高温,温度约650800。C，压力不超过0.2GPa,夕线石，正长石， 紫苏辉石或硅灰石为标志矿物,白云母+石英 不稳定。红柱石，堇青石，夕线石开始与正 长石稳定共存。特征矿物组合:斜长石+透辉 石+紫苏辉石 4. 透长石相（S）: 极高温温度约800-1100。 C，压力极低，0.02-0.08GPa,黄长石，钙镁 橄榄石，斜硅钙石和透长石等为特征矿物, 特征矿物组合:斜长石+普通辉石+易变辉石。
Turner 1981年提出变质相的分类 接触变质相： （以温度增高为序）钠长绿帘角岩相， 普通角闪石角岩相 ，辉石角岩相，透长 石相。 区域变质相 : 沸石相，葡萄石—绿纤石相 ，绿片 岩相，蓝闪石—硬柱石相，绿帘角闪岩 相，角闪岩相，麻粒岩相，榴辉岩相
接触变质岩相
1. 钠长绿帘角岩相（AEH）：低温,温度约 为300-400。C，压力0.1-0.4GPa,特征矿物组 合：钠长石+绿帘石+透闪石或阳起石。没有 钙质斜长石和铝质角闪石。铁质堇青石和黑 云母出现于低温部分，红柱石出现温度稍高， 有时又叶蜡石。特征岩石是斑点板岩。 2. 普通角闪石角岩相（HH）：中温,温度约 400-650。C，压力为0.1-0.3GPa,特征矿物组 合：斜长石+普通角闪石,可以有透辉石，而 没有斜方辉石。变质泥质岩与长英质岩石中 红柱石，堇青石不与钾长石共生。
微迹元素地球化学3
始大量结晶时，岩浆中Cr浓度为678ppm。
2. 判断过程平衡的标志
天然体系中过程或反应是否达到平衡是能否应用热力学 (包括能斯特分配定律)进行研究的前提。因此须首先判断 过程曾否达到平衡。
在给定体系中，微量元素在共存相间平衡的分配系数为一 常数(温度、压力和各相成分固定)，可以作为检验自然过 程是否达到平衡的标志。具体作法是在地质体某一部分 (同一成岩或成矿阶段产物)的不同部位，采集若干同种共 存矿物对样品，测定两相中某微量元素含量，计算分配系 数，视其是否为一固定值，即可判断过程是否平衡。
Winker估计橄榄石－高原玄武岩浆可形成约75％ 的超基性和基性岩，推断铬尖晶石从岩浆中大量 析出始于30-35％固相从熔体中析出之时，即 F=0.7-0.65。 Krause对165个橄榄石-玄武岩分析数 据统计，估计玄武岩中Cr的初始浓度480ppm，将 数据代入分离结晶定量模型：
CClr CCor F • KCr 1 480 (0.7)0.0321 ＝678ppm F＝0.7时岩浆中Cr浓度为678ppm，即铬尖晶石开
16.800 ln K Ni RT 7.65
(4.38)
测定岩石中共生橄榄石和单斜辉石中Ni浓度，得出Ni在两 相间的分配系数，按上式计算结晶温度。
和所有微量元素一样， Ni在晶体和液相间以及晶体和晶体 间的分配系数受晶体和液相中主要元素活度(如Fe/Mg比值) 变化的显著影响。
在应用Ni地质温度计时，要注意研究对象的成分应与建立 上述方程体系的成分近似。图4.21中的直线和式(4.38)也可 外推到较低温范围，用以估计侵入基性岩中橄榄石和辉石 之间的Ni分配和成岩温度。但是对侵入体来说压力对化学 位的影响可能变得重要。
闪锌矿地质压力计
20世纪82年代中期一种最为奇特和影响重大(portentous) 的压力计量就是Cu-Fe-Zn-S地质压力计(Hutchison and Scott,1981,Econ Geol.76:143-153)。
2. 判断过程平衡的标志
天然体系中过程或反应是否达到平衡是能否应用热力学 (包括能斯特分配定律)进行研究的前提。因此须首先判断 过程曾否达到平衡。
在给定体系中，微量元素在共存相间平衡的分配系数为一 常数(温度、压力和各相成分固定)，可以作为检验自然过 程是否达到平衡的标志。具体作法是在地质体某一部分 (同一成岩或成矿阶段产物)的不同部位，采集若干同种共 存矿物对样品，测定两相中某微量元素含量，计算分配系 数，视其是否为一固定值，即可判断过程是否平衡。
Winker估计橄榄石－高原玄武岩浆可形成约75％ 的超基性和基性岩，推断铬尖晶石从岩浆中大量 析出始于30-35％固相从熔体中析出之时，即 F=0.7-0.65。 Krause对165个橄榄石-玄武岩分析数 据统计，估计玄武岩中Cr的初始浓度480ppm，将 数据代入分离结晶定量模型：
CClr CCor F • KCr 1 480 (0.7)0.0321 ＝678ppm F＝0.7时岩浆中Cr浓度为678ppm，即铬尖晶石开
16.800 ln K Ni RT 7.65
(4.38)
测定岩石中共生橄榄石和单斜辉石中Ni浓度，得出Ni在两 相间的分配系数，按上式计算结晶温度。
和所有微量元素一样， Ni在晶体和液相间以及晶体和晶体 间的分配系数受晶体和液相中主要元素活度(如Fe/Mg比值) 变化的显著影响。
在应用Ni地质温度计时，要注意研究对象的成分应与建立 上述方程体系的成分近似。图4.21中的直线和式(4.38)也可 外推到较低温范围，用以估计侵入基性岩中橄榄石和辉石 之间的Ni分配和成岩温度。但是对侵入体来说压力对化学 位的影响可能变得重要。
闪锌矿地质压力计
20世纪82年代中期一种最为奇特和影响重大(portentous) 的压力计量就是Cu-Fe-Zn-S地质压力计(Hutchison and Scott,1981,Econ Geol.76:143-153)。
稳定同位素地质温
硫同位素地质温度计
结果，表明硫酸盐与硫化物之间未达到硫同位素平 衡。 Ohmoto和Rye（1979）认为，温度大于400 ℃ 的热液体系主要含硫组分可视为SO2和H2S两种理 想气体的混合。由于高温气相 之间硫同位素交换反 应速度极快，它们之间很容易达到同位素平衡。此 时可以认为热液体系的硫酸盐和硫化物硫同位素组 成分别记录成矿时热液的SO2和H2S的硫同位素组 成，即：
碳同位素地质温度计
( 二 ) 方解石 ( 白云 石 ) 一 石 墨 对 在变质岩和变质矿床中,可以利用方解石一 石 墨对或白云石一石墨对作为地质温度计。 Bottinga （1969）根据理论计算已经建 立了方解石与石墨之 间的碳同位索分馏方程：
用他的分馏方程所计算的再碳同位 素温 度。 与在接触变质带中由共生矿物对方解石一白云石固 溶温度所显示的温度相比较,中温450 ℃一600 ℃范
碳同位素地质温度计
围内近于一致（Wada和Oana，1975），但 当温度高于600 ℃时，大理岩中碳同位素分 馏所显示的温度一般偏高（Valley和O′Neil， 1981）。考虑到晶体石墨难于进 行同位素交 换， Wada和Suzuki（1983）采用方解石一 白云石固溶温度来校正天然方解石一白云石 一石墨体系中的方解石一石墨和白云石一石 墨的碳同位素分馏温度，得到：
硫同位素地质温度计
这样可以用“SO2一H2S对”温度公式计算 硫同位素温度：
碳同位素地质温度计
（一）CH4一CO2对 由于CH4一CO2对的平衡碳同位素分馏系数相对 于温度具有较陡的斜率，因此可用来估计火山气体、 热泉体系和天然气田的温度。Bottinga（1969）计 算拟合得到下列方程：
甚至在≥600 ℃条件下，甲烷仍比二氧化碳明显富集 12C，因此只要CH4一CO2之间达到碳同位素平衡， 就可以利用两者的δ12C差值来计算平衡温度
21925065_榴辉岩中单斜辉石-石榴子石镁同位素地质温度计评述
１０００ ０５６９／２０２０／０３６（０６） １７０５ １８ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ 岩石学报ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２０ ０６ ０４榴辉岩中单斜辉石 石榴子石镁同位素地质温度计评述黄宏炜１ 杜瑾雪１ 柯珊２ＨＵＡＮＧＨｏｎｇＷｅｉ１，ＤＵＪｉｎＸｕｅ１ ａｎｄＫＥＳｈａｎ２１ 中国地质大学地球科学与资源学院，北京 １０００８３２ 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 １０００８３１ ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ２ ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ２０１９ １１ １４收稿，２０２０ ０４ ０８改回ＨｕａｎｇＨＷ，ＤｕＪＸａｎｄＫｅＳ ２０２０ Ｒｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅｃｌｉｎｏｐｙｒｏｘｅｎｅ ｇａｒｎｅｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓｆｏｒｅｃｌｏｇｉｔｅｓ ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，３６（６）：１７０５－１７１８，ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２０ ０６ ０４Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｌｉｎｏｐｙｒｏｘｅｎｅａｎｄｇａｒｎｅｔｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｅｃｌｏｇｉｔｅｓｍａｋｅｓｉｔａｐｏｔｅｎｔｉａｌｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｅｌｅｃｔｓ６４ｐａｉｒｓｏｆｃｌｉｎｏｐｙｒｏｘｅｎｅ ｇａｒｎｅｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｄａｔａｏｆｅｃｌｏｇｉｔｅｓｉｎｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎＴｉａｎｓｈａｎｏｒｏｇｅｎ，ｉｎｔｈｅＤａｂｉｅ ＳｕｌｕｏｒｏｇｅｎａｎｄｉｎｔｈｅＫａａｐｖａａｌｃｒａｔｏｎｉｎｔｈｅＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａｆｒｏｍｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ Ｔｈｅｎ，ｗｅｓｃｒｅｅｎｅｄ５０ｐａｉｒｓｏｆｄａｔａｔｈａｔｒｅａｃｈｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｂｙｔｈｅδ２６ＭｇＣｐｘ δ２６ＭｇＧｒｔｄｉａｇｒａｍ Ｕｓｉｎｇｔｈｅｓｅｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｄａｔａ，ｗｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｆｅｃｌｏｇｉｔｅｓｂｙｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓｏｆＨｕａｎｇｅｔａｌ （２０１３）ｔｈｒｏｕｇｈｆｉｒｓｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄＷａｎｇｅｔａｌ （２０１２）ａｎｄＬｉｅｔａｌ （２０１６）ｔｈｒｏｕｇｈｅｍｐｉｒｉｃａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｍｗｉｔｈｔｈｅｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｇｉｖｅｎｂｙｏｔｈｅｒｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓ Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｆｏｒｏｒｏｇｅｎｉｃｅｃｌｏｇｉｔｅｓ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｏｆＨｕａｎｇｅｔａｌ （２０１３）ａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｏｓｅｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｈａｓｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉａｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓｏｆＷａｎｇｅｔａｌ （２０１２）ａｎｄＬｉｅｔａｌ （２０１６）ａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒ Ｆｏｒｔｈｅｃｒａｔｏｎｅｃｌｏｇｉｔｅｓ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｌｌｔｈｅｔｈｒｅｅｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓｂｙｍｏｒｅｔｈａｎ５０℃，ｗｈｉｃｈｉｓｍｏｓｔｐｒｏｂａｂｌｙｃａｕｓｅｄｂｙｒｅ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｄｕｒｉｎｇｅａｒｌｙｒｅｔｒｏｇｒａｄｅｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ Ｔｈｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓａｒｅｎｏｔａｐｐｌｉｃａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｃｒａｔｏｎｅｃｌｏｇｉｔｅｓ Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｂｏｖｅｄａｔａ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｍｐｉｒｉｃａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｉｂｒａｔｅａｎｅｗｃｌｉｎｏｐｙｒｏｘｅｎｅ ｇａｒｎｅｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓΔ２６ＭｇＣｐｘ Ｇｒｔ＝１ １１×１０６／［Ｔ（Ｋ）］２（Ｒ２＝０ ９２）．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｌｓｏｂｒｉｅｆｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅｃｌｉｎｏｐｙｒｏｘｅｎｅ ｇａｒｎｅｔｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｄｕｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｅｃｌｏｇｉｔｅｓ；Ｉｓｏｔｏｐｅｇｅｏｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ；Ｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅ；Ｃｌｉｎｏｐｙｒｏｘｅｎｅ ｇａｒｎｅｔ摘 要 榴辉岩中单斜辉石和石榴子石之间显著的镁同位素平衡分馏，使其成为一种具有潜力的高精度地质温度计。
研究岩浆岩的金钥匙:角闪石-斜长石矿物温压计
研究岩浆岩的金钥匙：角闪石-斜长石矿物温压计孟子岳;朱飞霖;张凯亮【摘要】角闪石-斜长石温压计具有数据易得、结果可靠和应用广泛的优点,该文系统总结了角闪石-斜长石温压计的计算原理及适用条件,以及该温压计在计算岩浆体系成岩成矿的温度、压力,进而估算岩浆侵位深度及上升速率方面的应用,揭示了其在岩浆演化过程中的重要意义.【期刊名称】《广东微量元素科学》【年(卷),期】2016(023)001【总页数】4页(P38-41)【关键词】角闪石-斜长石温度计;角闪石全铝压力计;适用条件;应用实例【作者】孟子岳;朱飞霖;张凯亮【作者单位】成都理工大学地球科学学院地球化学系,四川成都610059;成都理工大学地球科学学院地球化学系,四川成都610059;成都理工大学地球科学学院地球化学系,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】TQ056.11角闪石和斜长石是许多岩浆岩中常见的造岩矿物，由此两种矿物组成的角闪石-斜长石温压计较其它矿物温压计具有数据易得、结果可靠等优点，并且该温压计在较大的温度(400～1 150 ℃)、压力(0.1～2.3 GPa)范围内都比较稳定[1]。
因此，该温压计被广泛地应用于岩浆岩研究中。
PLYSNINA(1982)指出，在角闪石-斜长石组合中，斜长石中的钙长石含量随温度变化，而与压力无关。
他由此提出了一个角闪石-斜长石中钙的分配等温相关图解，利用钙分别在角闪石和斜长石中的摩尔分数进行投图得到所需的温度。
根据角闪石固溶体模型和实验研究，BLUNDY等提出了由角闪石和斜长石矿物对组成的地质温度计，其反应方程式(方程式1)如下[2]：edenite(浅闪石)、quartz(石英)、tremolite(透闪石)、albite(钠长石)，当反应达到平衡时：式中Δμ是化学势的变化，ΔG 是吉布斯自由能变，ΔS 是熵变，ΔV 是体积的变化，Ked-tr是活度积，γ是活度系数。
通过适当的化简、近似和数学回归模拟得到如下的温度表达式T1(适用于含石英的组合)：式中：□代表结晶位空缺；A、T1和M2分别表示角闪石中的结晶位；对于Yab，当Xab>0.5时，Yab=0；否则，Yab=12.0·(1-Xab)2-3.0 kJ。
油矿地质地层压力和温
43
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44
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45
第一节 地层压力
1井
实测压力＜计算压力
2井
实测压力＞计算压力
测压面
测压水位不同而显示的异常地层压力
▲ 测压水位影响形成的异常压力多是中、小型的，重要 程度不及前述与封闭地质环境有关的异常地层压力。
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等压线 -1100
150
140
140
130
130 120
-1200 -1100
-90我0 国某油藏某
120
110
-700 一时期油层静
-700 -900
断层
120
止压力等压图
140
与该油藏原始油层压力等压图比较，油层压力分布发生较
大变化；油层静止压力等压构图造等与高线构造等等压高线 线相交断。层
井点
压力过剩 压力不足
测压面的位置未变
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第一节 地层压力
在一些高原地区，河流侵蚀形成深山峡谷，泄水 区海拔很低，测压面横穿圈闭，导致油藏内地层压 力非常低。---不均衡侵蚀→侧压面变化
测压面的位置改变
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第一节 地层压力
4、构造断裂作用
▲ 油层和地面供水区连通时 为正常压力；
▲ GP ＜0.01Mpa/m时，属低异常地层压力。
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35
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第一节 地层压力
异常地层压力的成因分析
2、热力作用和生化作用
在一个封闭系统中，温度增加引起岩石和岩 石孔隙中流体膨胀，使该系统压力增大；
【国家自然科学基金】_地质温压计_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
科研热词 推荐指数 黑龙江杂岩 1 高压麻粒岩 1 高压变质作用 1 铜陵 1 辉石 1 辉斑玄武岩 1 西藏 1 聂荣微陆块 1 碱质斑状玄武岩 1 矿物化学 1 班公湖-怒江板块缝合带 1 牡丹 志留系滔河口组 1 峨眉山大火成岩省 1 岩浆通道 1 岩体 1 宽坪群 1 安多 1 地质温压计 1 变泥质岩 1 单斜辉石斑晶 1 北大巴山 1 包体 1 储运系统 1 佳木斯地块 1 中酸性侵入岩 1 中级变质作用 1 ~(40)ar/~(39)ar年代学 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
科研热词 矿物学 橄榄石 黑云母 鸡笼山 阿尔泰 铬铁矿 铜镍硫化物矿化 金厂金矿 辉石岩 解析构造学 角闪石 西藏拉萨地体 花岗闪长斑岩 紫苏花岗岩 矿物温压计 矿物改造机制 矿物化学成分 玄武岩 温压条件 深部找矿 斜长石 斑岩型金矿床 扬子地块北缘 成因矿物学 岩石学 富辉橄玄岩 实例 定量研究 安徽铜陵 壳-幔过渡带 塔里木西克尔 地质学 地幔捕虏体 地幔上涌 周庵超镁铁质岩体 单斜辉石 剥蚀深度 凤凰山岩体 冈底斯岩基 co2流体包裹体
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2014年 科研热词 推荐指数 钻孔 1 角闪石—斜长石地质温压计 1 西南天山 1 蚌埠隆起 1 蓝片岩 1 石榴斜长角闪岩 1 榴辉岩 1 拆离带 1 拆离变形作用 1 庐山变质核杂岩 1 哈布腾苏 1 五河杂岩 1 zk02 1 p-t视剖面图 1 p-t条件 1
10-4章2-矿点异常调查资源潜力评价
矿化异常的检查与评价
矿化异常包括多种地质异常（蚀变、铁帽、石 英脉带等）、化探异常（分散流、水化学、次 生晕、地气等）、物探异常（重力、磁法、放 射性等异常）以及遥感异常。最为重要的是 1:20万至1:5万地球化学异常、重砂异常等， 属于必须调查和评价的异常。其他类型异常只 需对其有代表性的作出分析和评价即可
库勒萨依岩基的基岩光谱数据平均值对比表 The contrast table of bedrock spectrum average data of Tekesidaban granitic batholith
As 库 勒 萨 依 其 那 尔 萨 依 Sb Pb Ag Cu Zn Mo W Au
5.93
矿床周边地区的调查
矿床周边地段无论是否有矿化露头，都应当给予重 视，因为这些地段是成矿概率最高、且找矿最有希 望的地段。调查重点一是已知矿体的走向延伸部位， 另一是已知矿体的深部。前者可能发现新的矿体或 矿段，后者可能发现隐伏矿体。 对矿床周边地区的调查，主要依托对已知矿床成矿 规律和控矿因素的研究，并对这些地段进行必要的 工程揭露和地质研究。大多数的矿床勘探工作，其 范围都是有限的，在延长和延深部位，或布置工程 密度变小，或无勘探工程，因此可以布置一定的揭 露工程和探矿工程，包括物化探层析法、测井法等。 但工作的重点应放在矿体空间分布规律、控矿条件 及找矿标志的综合分析上，完成对隐伏矿体及侧伏 矿体的预测
矿（化）点的检查与评价
在国土资源调查中，研究已知矿（化）点，发 现新的矿（化）点是一项基本任务，其目标是 为了发现新的矿产地（矿床或矿体），扩大本 区的资源储量，提高资源的研究程度。矿（化） 点调查主要包括对矿（化）点产出地段成矿地 质背景的调查和评价，对矿化地段的地球化学 勘查，对区内一些重要成矿现象出现地进行解 剖，在已知矿床外围及深部探测新的矿体（隐 伏矿体）
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；
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1、矿物缩写符号 2、矿物地质温压计的类型 3、矿物地质温压计的理论基础 4、矿物地质温压计的一般推导
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
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
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
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）
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 。
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 。
如：斜长石由钠长石NaAlSi3O8和钙长石CaAl2Si2O8两种固 溶体组成
变质作用的P-T轨迹
30
20
10 500 600 700 800 900 1000 Temperature(oC)
变质过程的温
度－压力条件 的变化构成P － T轨迹
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
CO2 H2O - NaCl
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
共生矿物间或同一矿物的非等效结构之间、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。
矿物离子交换地质温压计有两种类型
(1) 一种矿物中不同结构位置之间的元素分配温压 计，它的关键参数是离子的占位率和离子交换反 应的平衡常数。
(2) 共生矿物的元素分配温压计。它利用的关键性参
数是矿物组分的摩尔分数Xi、Xi和分配系数Ki-
石榴子石–黑云母温压计
Fe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + KFe3AlSi3O10(OH)2
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=10-13GPa
钙钛矿型FeTiO3 Olivine
矿物温度压力计
利用矿物学方法精确计算地质过程 所经历的温度和压力的方法
二、地质温度压力计的建立
确定P-T的矿物学方法
➢ 矿物反应与矿物相变 ➢ 矿物组合 ➢ 矿物温度－压力计
矿物反应
石英 方解石 硅灰石
CaCO3＋SiO2 ＝ CaSiO3＋CO2
方解石 石英 硅灰石
矿物相变
同质多像是矿物学中一个重要的现象 矿物相变是温度－压力变化的结果 矿物相变可以用来指示形成条件
Ai2SiO5同质多像之间的相转变反应
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。
因此，根据矿物的成分特点或矿物中元素的 占位特点，反过来就可以推测矿物平衡时的温度
和压力。这就是矿物温压计的基本原理。
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
成岩成矿矿物学
第三讲 矿物地质温度压力计
(Mineral Geothermobarometry)
什么是地质温压计？
• 用来计算或确定地质过程发生时 的温度和压力条件的方法
提纲
一、地质温度压力计的作用 二、矿物地质温度压力计的建立 三、典型矿物地质温度压力计
一、地质温度压力计的作用
Pressure (kbars)
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。
ห้องสมุดไป่ตู้
常见的平衡反应有两大类： (1) 交换反应
(2) 纯转换反应
交换反应
在地质过程中，只导致两个物相之间或同一物相的 不同结构位置之间的离子交换反应，而不会产生矿 物种的变化，也不会导致矿物实际比例的变化。 交换反应通常有一个较小的V值和适度的S和H 值，因而dP/dT特别大(即平衡常数等值线的斜率较 陡)，这些反应可用作地质温度计。
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
柯石英：P>2.8GPa at T=700 oC 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=10-13GPa
Coes Qz
柯石英：P>2.8GPa at T=700 Gt
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
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
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
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）
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 。
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 。
如：斜长石由钠长石NaAlSi3O8和钙长石CaAl2Si2O8两种固 溶体组成
变质作用的P-T轨迹
30
20
10 500 600 700 800 900 1000 Temperature(oC)
变质过程的温
度－压力条件 的变化构成P － T轨迹
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
CO2 H2O - NaCl
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
共生矿物间或同一矿物的非等效结构之间、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。
矿物离子交换地质温压计有两种类型
(1) 一种矿物中不同结构位置之间的元素分配温压 计，它的关键参数是离子的占位率和离子交换反 应的平衡常数。
(2) 共生矿物的元素分配温压计。它利用的关键性参
数是矿物组分的摩尔分数Xi、Xi和分配系数Ki-
石榴子石–黑云母温压计
Fe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + KFe3AlSi3O10(OH)2
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=10-13GPa
钙钛矿型FeTiO3 Olivine
矿物温度压力计
利用矿物学方法精确计算地质过程 所经历的温度和压力的方法
二、地质温度压力计的建立
确定P-T的矿物学方法
➢ 矿物反应与矿物相变 ➢ 矿物组合 ➢ 矿物温度－压力计
矿物反应
石英 方解石 硅灰石
CaCO3＋SiO2 ＝ CaSiO3＋CO2
方解石 石英 硅灰石
矿物相变
同质多像是矿物学中一个重要的现象 矿物相变是温度－压力变化的结果 矿物相变可以用来指示形成条件
Ai2SiO5同质多像之间的相转变反应
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。
因此，根据矿物的成分特点或矿物中元素的 占位特点，反过来就可以推测矿物平衡时的温度
和压力。这就是矿物温压计的基本原理。
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
成岩成矿矿物学
第三讲 矿物地质温度压力计
(Mineral Geothermobarometry)
什么是地质温压计？
• 用来计算或确定地质过程发生时 的温度和压力条件的方法
提纲
一、地质温度压力计的作用 二、矿物地质温度压力计的建立 三、典型矿物地质温度压力计
一、地质温度压力计的作用
Pressure (kbars)
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。
ห้องสมุดไป่ตู้
常见的平衡反应有两大类： (1) 交换反应
(2) 纯转换反应
交换反应
在地质过程中，只导致两个物相之间或同一物相的 不同结构位置之间的离子交换反应，而不会产生矿 物种的变化，也不会导致矿物实际比例的变化。 交换反应通常有一个较小的V值和适度的S和H 值，因而dP/dT特别大(即平衡常数等值线的斜率较 陡)，这些反应可用作地质温度计。
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
柯石英：P>2.8GPa at T=700 oC 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=10-13GPa
Coes Qz
柯石英：P>2.8GPa at T=700 Gt