成因矿物学-地质温压计new

1、第五章矿物地热计，1概述，矿物地热计：使用各种类型的矿物来判断地质体形成的具体温度和压力。也就是说，从矿物学特征测量矿物平衡温度和压力的数学模型。矿物地热计是一种利用矿物特性估算矿物平衡温度和压力的方法。其理论基础是标准类型理论和矿物热力学平衡理论。这是一种半定量的估计方法。矿物地热计基于矿物特性；根据不同的特点，有不同类型的矿物温度计。一般来说，可用的矿物特征包括：化学成分、离子占据数、晶格位错、气液夹杂、熔点、均质多像转变点、固体熔融熔点、晶体形态、热释电、点电导率、热效应、颜色等。相应地，有不同类型的矿物温度计。类型：1。成分温度计(1)同位素温度计(2)元素分布温度计(离子交换地理温度

2、计)微量元素分布温度计(3)稳定同位素温度计，2。结构温度计(1)同质多像变换温度计(2)元素占有率温度计3。形态温度计：晶体表面能计算温度计4。物性温度计电导率的测定、热电系数、差热分析的直接测定、矿物分解温度的测定和熔体分离温度的测定。五、气液包裹体温计六、其他：聚结温度的测定、矿物重结晶温度的测定、标准矿物组合指示温度的测定。理论基础：熵变化=-r能量变化焓变化体积变化自由能变化=rt化学位置I=I rt ln。共生矿物中元素的分布遵循能斯特分布规律：如果分布系数KD=lnkd=-/rt=-(-)/rt，如果87=-t是lnkd=-，iii，符号1:固溶体矿物中化学组分I的摩尔分数。=

3、1，2.i mol。%=100:矿物中组分1的摩尔百分比。3。占据系数：在一组等效结构位置k中，单位分子固溶矿物中组分的数量之比，等于 1，4。组分在共生固溶体矿物和矿物中的分配系数。=，=，5。固溶体矿物中离子占据的平衡系数：同一固溶体矿物中不同等效结构位置的组分一的分配系数。=，6。共生固溶体矿物中相同组分I的分离系数。=，7 . r:r=1.9872 calm ol-1k-1=8.3143 jmol-1k-1，8。反应的焓效应：反应的熵效应：反应的固相体积效应：反应在温度t下的自由能变化：反应在压力105帕和温度t下的自由能变化：固溶体矿物中化学组分I的过量自由能。在固溶体矿物中，化学成

4、分的活性是摩尔。%: mol% wt%或wB%:质量%，t:绝对温度(K) t:摄氏度温度() P:压力(105帕)，双组分地热计，2.1级同晶热计条件：当矿物中元素的同晶取代量取决于温度和压力时，它可用作热计。用作温度计的矿物通常成分简单，元素在同等结构中相互替换。如闪锌矿中的锌铁置换。(1)选择矿物组成简单或同构替代简单的矿物。(2)当矿物中元素的置换量用于温压定时时，介质中元素的浓度必须达到“饱和”，这可以根据共生矿物来判断。如果闪锌矿与磁黄铁矿共存，闪锌矿中的铁浓度达到饱和。(3)矿物本身和共生矿物最平衡。如果晶体中有环状结构，矿物之间的交代就是一种不平衡。(4)注意温度和压力校正。(

5、5)在用温压计时代替元素特别是微量元素时，应注意地球化学背景值。缺点：受介质中元素浓度的影响很大，导致温度判断错误。(1)在闪锌矿中，Fe2可取代Zn2达26重量%，相当于45重量%。进入闪锌矿的FeS的量是闪锌矿形成温度的函数。然而，这种函数关系仅在介质中FeS浓度较高且闪锌矿与磁黄铁矿或黄铁矿磁黄铁矿平衡共存时存在。闪锌矿中的FeS含量在290-500范围内是一个常数，在此范围内不能用作温度计，只能在200-290，500-580范围内使用。在一个大气压下，硫的逸度()生成温度与铁闪锌矿中的铁含量呈函数关系：铁闪锌矿(分子数百分比)=(1)，硫的逸度公式为：(2)联立方程(1)和(2)，闪

6、锌矿和磁黄铁矿的平衡温度和磁黄铁矿中铁的摩尔比度-天可确定为k，闪锌矿中的铁含量可确定为：(1) X射线衍射：闪锌矿的晶胞参数a0可确定(2)基于EPMA或化学分析结果的计算：铁(重量%)/55.847(铁原子量)/(铁(重量%)/55.847锌(重量%)/65.39)例如，与黄铁矿和磁黄铁矿共存的闪锌矿的组成为锌59.66(重量%)、铁7.32和硫33.02。那么，FeS %=(7.32/55.847)(7.32/55.847)(59.66/65.39)是磁黄铁矿中FeS的摩尔比。解决方法是将化学分析的重量百分比转化为铁/硫原子比，将铁和硫按1: 1的比例结合成铁硫，将多余的硫原子转化为分子

7、数。然后，如果已知闪锌矿FeS%，温度可以在下图中找到。闪锌矿风速计：闪锌矿中FeS的摩尔分数不仅与温度有关，而且明显与压力有关。硫化亚铁的摩尔分数越小，压力越大。根据m n Hutchison Washington，2007，(2)金红石中的锆温度计(Washington，2006)，(3)锆地质温度计测井(Zrph)=11.30-9615/T(在p=1 GPA的条件下)，T单位为k，结晶温度低于-725c的榍石和结晶温度低于-850c的锆石，其组成需要通过LA-ICP/MS或SIMS测定；电子探针(EMPA)可用于测量结晶温度低至约500的金红石。在上述三种温度计中，锆石钛温度计的密封温度

8、最高，因为钛在锆石中扩散最慢。锆在金红石中扩散最快，对金红石的封闭温度最低。锆在榍石中的扩散介于两者之间，因此其温度计的密封温度也介于两者之间。由于锆在金红石中的扩散相对较快，在某些回生环境中，当温度低于600时，锆再平衡的部分扩散的可能性增加。2.2元素分布(离子交换)温度计，1。原理：共生固溶体矿物通常含有一种或多种相同的元素。在共生矿物中，存在元素分布的问题。类似地，在同一矿物晶体中，在不相等的结构位置之间可能存在一个或多个相同的离子(原子)，并且在不同的结构位置之间也存在离子(原子)交换的问题，即元素分布的问题。元素的分布受热力学定律支配。是该元素在相1和相2中的溶解热之间的差异，可以

9、通过实验找到。r是气体常数，b是积分常数，也可以得到，t是温度。原理：在一定的温度和压力下，共存相(或同一晶体中不同结构位置)的元素分布系数是一个常数。分布系数与温度的关系如下：微量元素在矿物中的浓度较低，类似于液体稀溶液，因而趋于理想溶液。共存矿物相之间微量元素的分布遵循能斯特分布规律。如果天然矿物被认为是理想溶液或接近理想溶液，那么：1)某些元素在共生矿物之间或在不同的等效结构位置之间的分布比例受T 2影响。需要可靠的矿物化学成分数据；必须区分Fe2和Fe33.有时需要晶体结构数据；4.必须掌握矿物学和晶体化学知识，并注意以下问题：(1)所使用的矿物对必须平衡和共生；因为分配系数是在一定的

10、温度、压力和组分浓度条件下的平衡状态下获得的。(2)元素的存在状态必须是类质同象的混合物，因为只有这样它们才能均匀地分布在矿物中并受热力学条件的控制，而不能是机械混合或表面吸附；(3)用电子探针测定微量元素含量时，应选择相邻矿物，因为相邻矿物更有可能达到平衡；(4)在岩石中，许多世代的矿物经常相互重叠，因此所选矿物应该属于同一世代。注：获得的温度是矿物达到平衡时的温度，而不是结晶时的温度。注：天然固体熔融矿物及其组合不能完全符合理想溶液热力学模型，但在不同程度上偏离理想模型。此外，对矿物的实验研究还不够充分，因此现有的离子交换温压计所估计的温度和压力只能是半定量的。然而，在研究矿物、岩石和矿石

11、的成因以及分析自然过程的演化规律时，利用这些温压数据进行相关分析仍然具有重要意义。2.类型1。共生矿物GTB 2号的元素分布。矿物GTB中不同构造位置之间的元素分布。3.符号：1。固溶体矿物中化学成分的摩尔分数。= 1，熵变化=-r焓变化自由能变化=rt化学位I=I rt ln，能斯特分布定律研究某一组分同时存在于两个平衡相中的分布规律，因此KD=那么lnkd=-/rt=-(-)/rt，而87=-t那么lnkd=-，1。橄榄石(Ol)和辉石(Py)镍分布温度计一些橄榄石和辉石是在1965年3月5日夏威夷火山爆发的熔化物中沉淀出来的。它们与残余熔体处于平衡状态。这为研究镍在橄榄石、辉石和熔体相中

12、的分布以及确定分布系数与温度的关系提供了天然的有利条件。用电子探针测量橄榄石、辉石和玻璃质中的镍含量，同时每次测量取样温度。测定结果如下表所示：4。不同共存矿物相和矿物熔融相之间元素分布的地热计。镍在橄榄石和辉石中的分布系数随着温度的降低而降低。回归方程为：适用温度为1050-1160，2。闪锌矿Sph-和方铅矿gal之间的镉分配系数GT是t. (1)Bethke，P.M. Barton，p . b .(1971)Sph-闪锌矿Sph-方铅矿Gal地质温度计t (k)=2080/lg1.47，(2) glietti等人(1979)闪锌矿Sph-方铅矿Gal镉分布gt: t (k)=1663/l

13、g0.702(其中=(CDW b %)Sph/(Cd)3.黄铜矿CPY-黄铁矿Py GT Bezmen等人(1978)关于CPY钴分布的实验-Pygt: t (k)=103/1.292 Lg2.382(其中=(COWB%) CPY/(COWB%) Py 1.53，CPY-Py钴分布图形GT，4。黄铁矿-磁黄铁矿地热计。通过实验，得到了黄铁矿-磁黄铁矿()的镍钴分布温度计。(等，1975):注意当矿物中钴和镍的质量百分比分别小于1.5时，钴和镍的分布接近理想熔体模型。因此，上述温度计的适用条件是除黄铁矿和磁黄铁矿必须共存外，其钴和镍含量应小于1.5%。(1964)镁铁钛矿-钛铁矿钛分布：应用条件

14、：钛铁矿Usp磁铁矿Mt . S .和钛铁矿ILM-赤铁矿hems .两种固溶体矿物必须平衡共存。钛铁矿-磁铁矿的固体熔体实际上是在赤铁矿-钛铁矿的固体熔体处于平衡时形成的。测试样品优选为钛铁矿-磁铁矿共生体。也就是说，用电子探针分析磁铁矿中的钛铁矿条或颗粒。根据磁铁矿计算磁铁矿Mt和钛铁矿SPAR Usp的百分含量，根据钛铁矿的组成计算钛铁矿Ilm和赤铁矿Hem的百分含量。当计算MT-USP中的Usp摩尔%和与Mt-Usp共存的Hem-Ilm中的Hem摩尔%时，需要计算电子探针数据以验证结果是否可靠。计算Mt-Usp中的Usp摩尔%和Hem-Ilm中的Hem摩尔%有四种方法：(1)Buddi

15、ngton(1964)方法(2)卡迈克尔(1967)方法(3)安德森(1968)方法(4)斯托默(1983)方法。详见任启江，火成岩及其有关矿床中钛铁氧化物研究，科学出版社1991年出版。注：目前，电子探针一般用于测试氧化钛铁固体熔体的成分。获得的数据是各种氧化物的质量百分比。例如，在获得数据之后，必须首先检查探针分析的可靠性：因为探针不能区分FeO和Fe2O3，所以难以确定分析结果是否可靠。有必要通过计算来检查是否满足误差范围。计算结果有些复杂，这里不再详细描述。详见科学出版社1991年出版的任启江著作火成岩及其有关矿床中钛铁氧化物研究。例如：磁铁矿mt-钛铁矿Usp S.S单位分子f . u . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ me=1.060 1.821 0.104=2.985 3/2.9850.891=0.895()=7.999 固溶体成分：Mt89.5Usp10.5。例如：hem-atite hem-钛铁矿薄膜s . s . f . u . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _me=2.000()=5.997固溶体成分：Hem6.30Ilm93.70，ti