成因矿物学地质温压计new课件.ppt

1、 概述概述矿物温压计：利用矿物矿物温压计：利用矿物各种标型各种标型来判断来判断地质体形成的具体地质体形成的具体温度和压力温度和压力。即。即由由矿矿物学特征物学特征测量矿物测量矿物平衡温度和压力平衡温度和压力的数数学模型学模型。矿物地质温压计是利用矿物地质温压计是利用矿物的特征矿物的特征来来估估测矿物平衡温度和压力测矿物平衡温度和压力的方法。它的的方法。它的理理论基础论基础是是矿物的标型学说矿物的标型学说和和热力学平衡热力学平衡理论理论。属于。属于半定量半定量性质为主的估测方法。性质为主的估测方法。矿物地质温压计是以矿物特征为基础的；其所依据矿物地质温压计是以矿物特征为基础的；其所依据的特征不同

2、，就有不同类型的矿物温压计，一般可的特征不同，就有不同类型的矿物温压计，一般可利用的矿物特征有：化学成分、离子的占位数量、利用的矿物特征有：化学成分、离子的占位数量、晶格位错、气液包裹体、熔点、同质多象转变点、晶格位错、气液包裹体、熔点、同质多象转变点、固熔体熔离点、晶体形态、热电性、点导率、热效固熔体熔离点、晶体形态、热电性、点导率、热效应、颜色等，与之相应，就有不同类型的矿物温压应、颜色等，与之相应，就有不同类型的矿物温压计。计。类型：类型：一、成分温压计一、成分温压计（一）类质同象温压计（一）类质同象温压计（二）元素分配温压计（离子交换地质温压计）（二）元素分配温压计（离子交换地质温压计

3、）微量元素分配温压计微量元素分配温压计 常量元素分配温压计常量元素分配温压计（三）稳定同位素温压计（三）稳定同位素温压计二、结构温压计二、结构温压计 （一）同质多象转变温压计（一）同质多象转变温压计 （二）元素占位温压计（二）元素占位温压计三、形态温压计：晶体表面能计算温压计三、形态温压计：晶体表面能计算温压计四、物理性质温压计四、物理性质温压计 导电率的测定、热电系数测定、差热分导电率的测定、热电系数测定、差热分 析直接测定、矿物分解温度测定、固熔析直接测定、矿物分解温度测定、固熔体体 离熔温度测定。离熔温度测定。五、气液包体温压计五、气液包体温压计六、其他：共结温度测定、矿物重结晶温度六、

4、其他：共结温度测定、矿物重结晶温度 测定、标型矿物组合指示温度测定。测定、标型矿物组合指示温度测定。理论基础：理论基础：熵变熵变 R 能量变化能量变化 焓变焓变 体积变化体积变化 自由能变化自由能变化 RT 化学位化学位 i i RT lni)ln(iiEHVGi)ln(ii0iS元素在共生矿物中的分配遵循元素在共生矿物中的分配遵循Nernst分配分配定律：定律：令分配系数分配系数 KD 则 lnlnKD -/RT -(-)/RTi i iiG000 -T 则 lnKD -+-+G000H0SRTH0TS 三三、符号符号 1.：固溶体矿物固溶体矿物 中化学组分化学组分i之摩尔分数摩尔分数。1i

5、 mol.mol.)(ii类质同像组分类质同像组分i 2.i mol.%100 ：矿物矿物中组分组分i之摩尔百分数摩尔百分数。i 3.：占位系数占位系数：固溶体矿物固溶体矿物 的 单位分子单位分子中，某种组分组分i在某套 等效结构位置等效结构位置k上，所占据占据的 数量比率数量比率。ki)(1数目数目位的位的分子数分子数 或或离子数离子数位上的位上的 中中 中中 )(kikf.u.f.u.ki)(4.：组分组分i在共生固溶体矿物共生固溶体矿物 和 中 的分配系数分配系数。DiKDiK )1 ()1 (iiii )1 ()1 (iiii DiK 1DiK 5.：固溶体矿物固溶体矿物中离子占位离子

6、占位的平衡系数平衡系数：同一同一固溶体矿物固溶体矿物中不同不同的等效等效 结构位置结构位置上的的组分组分i的分配系数分配系数。KDiKDi11)k(i)k(i)k(i)k(i2211 6.：同一组分组分i 在共生固溶体矿物共生固溶体矿物 和 中的分离系数分离系数。iKiiiK 7.R ：R 1.9872 calmol-1K-1 8.3143 Jmol-1K-1 8.：反应反应的焓效应焓效应 ：反应反应的熵效应熵效应 ：反应反应的固相容积效应固相容积效应0H0SV ：温度温度T时反应反应的自由能自由能 改变量改变量 ：压力压力105Pa和温度温度T 时 反应反应的自由能改变量自由能改变量 ：固溶

7、体矿物固溶体矿物 中，化学组分化学组分i的过剩自由能过剩自由能T G0T G)(ei G ：固溶体矿物固溶体矿物 中，化学组分化学组分i的活度活度 mol.%：摩尔百分数摩尔百分数 wt%或 wB%：质量百分数质量百分数i a T ：绝对温度绝对温度（K）t ：摄氏摄氏温度温度（）P ：压力压力（105 Pa）使用类质同象温压计要注意的问题：使用类质同象温压计要注意的问题：（1）选择）选择矿物成分简单矿物成分简单或或类质同象代换简类质同象代换简单单的矿物。的矿物。（2）当利用某元素在某矿物中代换数量作）当利用某元素在某矿物中代换数量作温压计时，必须温压计时，必须介质中该元素浓度达介质中该元素浓

8、度达“饱饱和和”，可根据共生矿物判断。如闪锌矿与磁可根据共生矿物判断。如闪锌矿与磁黄铁矿共生，说明闪锌矿中的黄铁矿共生，说明闪锌矿中的Fe 浓度已达到浓度已达到饱和。饱和。（3）矿物本身和共生矿物最好）矿物本身和共生矿物最好达平衡达平衡，如，如晶体内出现晶体内出现环带构造环带构造，矿物间出现，矿物间出现交代关系交代关系则是不平衡的表现。则是不平衡的表现。（4）注意要有温压校正。）注意要有温压校正。（5）元素特别是微量元素代换作温压计）元素特别是微量元素代换作温压计时，要注意地球化学背景值。时，要注意地球化学背景值。缺点：受介质中元素浓度的影响较大，缺点：受介质中元素浓度的影响较大，造成判断温度

9、的误差。造成判断温度的误差。1、闪锌矿、闪锌矿自然界中闪锌矿中自然界中闪锌矿中Fe2+代替代替Zn2+最高可达最高可达26（重量百分比），相当于（重量百分比），相当于45（分子数比）。（分子数比）。2FeS+2S=2FeS2 FeS+S=Fe1-xS进入闪锌矿中进入闪锌矿中FeS的量的量是闪锌矿是闪锌矿形成温度形成温度的的函函数数。但必须介质中但必须介质中FeS浓度较高，浓度较高，闪锌矿与磁黄铁闪锌矿与磁黄铁矿矿或与或与黄铁矿磁黄铁矿平衡共生黄铁矿磁黄铁矿平衡共生时，这种时，这种函数关系才存在。函数关系才存在。在在290500范围内，闪锌矿中范围内，闪锌矿中FeS的含量为的含量为一常数，在此范

10、围内不能做温度计，只能在一常数，在此范围内不能做温度计，只能在200290、500580范围内才可应用。范围内才可应用。在一个大气压下，硫的逸度（在一个大气压下，硫的逸度（）形成温度及形成温度及闪锌矿闪锌矿中中FeS量之间为一量之间为一函数关系：函数关系：FeS(分子数百分比分子数百分比)(1)222282)(lg34486.0lg)/5.7205()/10(38918.0lg01448.0/5.1590026995.72fSfSTTfST2fs硫逸度公式为：（硫逸度公式为：（2）联立方程（联立方程（1）和（）和（2）,就可以求出闪就可以求出闪锌矿和磁黄铁矿的平衡温度与锌矿和磁黄铁矿的平衡温度

11、与 是磁黄铁矿中是磁黄铁矿中FeS的克分子率的克分子率 温度单位为温度单位为K91.119981.0130.39)1/1000)(83.8503.70(lg2FeSFeSXTXfs2fsFeSX确定确定闪锌矿中闪锌矿中FeS%：（1）X射线衍射：测定闪锌矿的晶胞参数射线衍射：测定闪锌矿的晶胞参数a0，利用图查出，利用图查出FeS%。（2）根据电子探针或化学分析结果计算：）根据电子探针或化学分析结果计算：Fe(wt%)/55.847(Fe原子量原子量)/(Fe(wt%)/55.847+Zn(wt%)/65.39)例如：与黄铁矿、磁黄铁矿共生的闪锌矿例如：与黄铁矿、磁黄铁矿共生的闪锌矿的成分是的成

12、分是Zn 59.66(Wt%)，Fe 7.32，S 33.02。则则FeS%(7.32/55.847)（(7.32/55.847)（59.66/65.39）是磁黄铁矿中是磁黄铁矿中FeS的克分子率的克分子率，求法是将化学分析的重量百分比换求法是将化学分析的重量百分比换算成算成Fe、S原子比，将原子比，将Fe和和S按按1：1的比例结合成的比例结合成FeS，多余的，多余的S原子换原子换算成算成 分子数。则分子数。则FeSX2S)/(2SFeSFeSXFeS2fs如果已知如果已知 及闪锌矿及闪锌矿FeS%，则，则在下图中可在下图中可查出温度。查出温度。闪锌矿地质压力计闪锌矿地质压力计：闪锌矿中闪锌矿

13、中FeS的摩尔分数的摩尔分数不仅和不仅和温度温度有有关，而且和关，而且和压力也压力也有明显的相关性，有明显的相关性，FeS的摩尔分数越小，则压力越大。的摩尔分数越小，则压力越大。据据M.N.Hutchison&S.D.Scott,1981式中压力单位是式中压力单位是MPa。100)%)lg(1.323.42(sphFeSmolP闪锌矿中的闪锌矿中的In Cd Tl Ga Ge的含量的含量也与温度有定量关系：也与温度有定量关系：温度范围温度范围400450300350200250In(ppm)100010050温度温度范围范围300400250350100200Ge(ppm)750170Ga(p

14、pm)2540502、石英中、石英中Ti地质温度计地质温度计（David A.Wark，E.Bruce Watson，2006）石英中的石英中的Si可以被可以被Ti以类质同象的形式所以类质同象的形式所代替，代替，Ti的含量是温的含量是温度的函数。度的函数。有金红石出现时：有金红石出现时：地壳岩石中地壳岩石中TiO2一般一般0.5该温度计适用温度该温度计适用温度400，可用于，可用于火成岩和变质岩火成岩和变质岩。3、一些副矿物微量元素温度计、一些副矿物微量元素温度计近年来，由于能够显示矿物内部复杂化学分区的成近年来，由于能够显示矿物内部复杂化学分区的成像技术和高分辨率微区原位测试技术的发展和应用

15、，像技术和高分辨率微区原位测试技术的发展和应用，基于基于矿物中微量元素含量矿物中微量元素含量及其及其与温度的相关性与温度的相关性,新发新发展了几个适用领域更宽的地质温度计。展了几个适用领域更宽的地质温度计。锆石、金红石、榍石锆石、金红石、榍石等副矿物稳定的温压范围宽，等副矿物稳定的温压范围宽，在许多类型的岩石中在许多类型的岩石中广泛存在广泛存在，可以用于放射性同，可以用于放射性同位素定年，且微量元素位素定年，且微量元素Zr Ti 在它们中的扩散慢，在它们中的扩散慢，因此这些副矿物是做因此这些副矿物是做地质温度计地质温度计的较佳对象。的较佳对象。由于锆石中的由于锆石中的Ti含量往往较低，必须使用

16、含量往往较低，必须使用离子探针离子探针(SIMS)或激光剥蚀等离子体质谱或激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)才能准确测定，而金红石中一才能准确测定，而金红石中一般含有较高的般含有较高的Zr，通常使用，通常使用电子探针电子探针就能就能准确测定，因而得到了更多的应用。准确测定，因而得到了更多的应用。（1）锆石锆石Ti温度计温度计(E.B.Watson,D.A.Wark,J.B.Thomas,2005,2006)1）原理：锆石中的）原理：锆石中的Zr可以被可以被Ti呈类质同象替代呈类质同象替代2）实验结果表明：锆石中）实验结果表明：锆石中Ti的含量是的含量是形成温度和形成温度和TiO2活度的函

17、数。活度的函数。式中式中Ti含量的单位为含量的单位为ppm，可用，可用ICP-MS测定测定注意：由于基性岩中注意：由于基性岩中Ti的含量高于长英质岩石，因的含量高于长英质岩石，因此据上述此据上述Ti温度计计算结果，基性岩的温度常低于温度计计算结果，基性岩的温度常低于长英质岩石。长英质岩石。除了温度和除了温度和Ti的活度，的活度，SiO2的活度、压力可能会的活度、压力可能会影响锆石中影响锆石中Ti的含量。的含量。Waston(2007)的实验表明，的实验表明，锆石锆石Ti温度计对压力不敏感。温度计对压力不敏感。log(Tizircon)=6.03-5080/T(P=1GPa)(Waston,20

18、07)锆石中锆石中Ti地质温度计地质温度计可广泛应用于可广泛应用于岩岩浆岩和变质岩浆岩和变质岩岩石结晶温度的计算。岩石结晶温度的计算。金红石中金红石中Zr的含量是的含量是温度的函数。温度的函数。式中式中Zr的单位为的单位为ppm金红石金红石Zr温度计对压温度计对压力有点敏感。力有点敏感。log(Zrrut)=7.36-4470/T(P=1GPa;Waston,2007)(2)金红石中金红石中Zr温度计温度计(Waston,2006)(3)榍石中的榍石中的Zr地质温度计地质温度计log(Zrsph)=11.30-9615/T（在（在P1GPa条件条件下）下）T单位为单位为K，结晶温度低于结晶温度

19、低于725C 的榍石和结晶温度低的榍石和结晶温度低于于 850C 的锆石，其成分需要用的锆石，其成分需要用LA-ICP/MS or SIMS 来测定；电子探针（来测定；电子探针（EMPA）可用于测结晶温度低至约可用于测结晶温度低至约500的金红石。的金红石。上述三个温度计中，由于上述三个温度计中，由于Ti在锆石中的扩在锆石中的扩散最慢，因此散最慢，因此锆石锆石Ti温度计的封闭温度最温度计的封闭温度最高高；金红石中金红石中Zr扩散最快，其对于的扩散最快，其对于的封闭封闭温度最低温度最低；榍石中；榍石中Zr 的扩散介于二者之间，的扩散介于二者之间，因此其温度计的封闭温度也介于二者之间。因此其温度计

20、的封闭温度也介于二者之间。由于金红石中的由于金红石中的Zr扩散相对较快，使得在扩散相对较快，使得在一些退变质环境中，一些退变质环境中，Zr部分扩散与低于部分扩散与低于600的温度再平衡的可能性增加。的温度再平衡的可能性增加。一、原理：一、原理：共生共生的的固溶体矿物固溶体矿物，常具有某一种或某几常具有某一种或某几种种相同相同的的元素元素。在在共生共生的的矿物矿物中中，存在存在元元素分配素分配的问题的问题。同样，在同样，在同一矿物同一矿物晶体中，晶体中，非等效结构非等效结构位位置之间可以有一种或几种相同的离子（原置之间可以有一种或几种相同的离子（原子），子），不同结构位置不同结构位置之间也存在之

21、间也存在离子（原离子（原子）交换子）交换的问题，即的问题，即元素分配的问题元素分配的问题。元素分配是受热力学定律所支配的。元素分配是受热力学定律所支配的。BRTHKD)/(ln 为该元素在相为该元素在相1和相和相2中溶解热之差，中溶解热之差，可以根据实验求出；可以根据实验求出；R为气体常数，为气体常数，B为积为积分常数，也能求出，分常数，也能求出，T为温度。为温度。H原理：在一定的温度和压力下，元素原理：在一定的温度和压力下，元素在共存在共存相（或在同一晶体不同结构位置）相（或在同一晶体不同结构位置）之间的之间的分分配系数是一常数配系数是一常数。分配系数随温度的变化关。分配系数随温度的变化关系

22、式为：系式为：微量元素在矿物中的浓度低，与液态的微量元素在矿物中的浓度低，与液态的稀释溶液相似，因而趋向于理想溶液。稀释溶液相似，因而趋向于理想溶液。微量元素在共存矿物相之间的分配遵循微量元素在共存矿物相之间的分配遵循NernstNernst分配定律。分配定律。若将天然矿物天然矿物视为视为理想溶体理想溶体 或近于理想溶体近于理想溶体，则：1）某种某种元素元素在共生矿物共生矿物之间之间或 在不同不同等效结构位置等效结构位置之间之间的分配数量分配数量 之比之比，是受T&P的支配支配的。2）分配分配的数量比数量比是温压温压的函数函数。矿物矿物离子交换离子交换GTB的基本原理基本原理：根据根据 矿物矿

23、物的成分成分特点特点或 矿物矿物中元素元素的占位占位特点特点，可以推测推测 矿物平衡时矿物平衡时的温度温度&压力压力。常量元素常量元素在在共存矿物共存矿物中的分配原理，与中的分配原理，与微量元素相同。微量元素相同。但是由于常量元素浓度较大，不是理想但是由于常量元素浓度较大，不是理想溶液，因此平衡常数与温压的关系须通溶液，因此平衡常数与温压的关系须通过大量的实验工作和野外工作来确定，过大量的实验工作和野外工作来确定，K KD D值应根据复合分配系数来计算值应根据复合分配系数来计算。二、元素分配温压计应用条件和注意二、元素分配温压计应用条件和注意问题：问题：应用条件：应用条件：1共生共生的的固溶体

24、矿物固溶体矿物和和单种矿物单种矿物 必须达到必须达到平衡平衡;2.2.必须要有必须要有可靠可靠的矿物的矿物化学成分化学成分 资料资料；必须区分；必须区分Fe2+和和Fe3+;3有时需有时需晶体结构数据晶体结构数据;4必须掌握必须掌握矿物学矿物学和和晶体化学晶体化学知识知识要注意的问题：要注意的问题：（1 1）使用的矿物对必须）使用的矿物对必须平衡共生平衡共生；因为分配系；因为分配系数是在一定的温度、压力及组分浓度条件下数是在一定的温度、压力及组分浓度条件下的平衡状态求得。的平衡状态求得。（2 2）元素的赋存状态必须是）元素的赋存状态必须是类质同象混入物类质同象混入物，因为这样才能在矿物中均匀分

25、布和受热力学因为这样才能在矿物中均匀分布和受热力学条件的控制，条件的控制，不能是机械混入物或表面吸附不能是机械混入物或表面吸附；（3 3）在利用电子探针来确定微量元素含量时，）在利用电子探针来确定微量元素含量时，要选择要选择相互毗邻相互毗邻的矿物，因为相互毗邻的矿的矿物，因为相互毗邻的矿物达到平衡的机会更多；物达到平衡的机会更多；（4 4）在岩石中，往往多世代的矿物相互叠加，）在岩石中，往往多世代的矿物相互叠加，因此所选的矿物应属于因此所选的矿物应属于同一世代同一世代。注意：所得温度为矿物注意：所得温度为矿物达到平衡时的温度达到平衡时的温度，而而不是结晶时的温度不是结晶时的温度。注意：注意：天

26、然的固熔体矿物及其组合不可能完全符合天然的固熔体矿物及其组合不可能完全符合理想溶液热力学模型，而是不同程度地偏离理想溶液热力学模型，而是不同程度地偏离理想模型，再加上矿物的实验研究还不过充理想模型，再加上矿物的实验研究还不过充分，因此现有的离子交换温压计估测得到的分，因此现有的离子交换温压计估测得到的温度和压力，只能是温度和压力，只能是半定量半定量的。的。尽管如此，在研究矿物成因、岩石和矿石成尽管如此，在研究矿物成因、岩石和矿石成因以及分析自然作用的演变规律时，运用这因以及分析自然作用的演变规律时，运用这些温压计数据进行相对的分析，仍有重要的些温压计数据进行相对的分析，仍有重要的意义。意义。二

27、二、种类种类 1 1、共生矿物共生矿物的元素分配元素分配GTB2、一种矿物一种矿物中不同不同结构位置结构位置 之间之间的元素分配元素分配GTB三、符号：三、符号：1.：固溶体矿物固溶体矿物 中化学组分化学组分i之摩尔分数摩尔分数。1i mol.mol.)(ii类质同像组分类质同像组分i 熵变熵变 R 焓变焓变 自由能变化自由能变化 RT 化学位化学位 i i RT lni)ln(iiHGi)ln(ii0iSNernst分配分配定律定律 研究研究某一组分组分同时存在同时存在于 平衡平衡的两相两相中的分配定律分配定律 令 KD 则 lnlnKD -/RT -(-)/RTi i iiG000 -T

28、则 lnKD -+-+G000H0SRTH0TS1 1、橄榄石、橄榄石(Ol)(Ol)和辉石和辉石(Py)Ni(Py)Ni分配温度计分配温度计19651965年年3 3月月5 5日夏威夷火山爆发的熔体中析出日夏威夷火山爆发的熔体中析出部分橄榄石和辉石，它们与残余熔体处于平部分橄榄石和辉石，它们与残余熔体处于平衡状态。这为研究衡状态。这为研究NiNi在橄榄石、辉石、熔体在橄榄石、辉石、熔体三种相中的分配，以及确定分配系数与温度三种相中的分配，以及确定分配系数与温度间的关系，提供了天然的良好条件。间的关系，提供了天然的良好条件。测定每次采样温度的同时，用电子探针测定测定每次采样温度的同时，用电子探

29、针测定橄榄石、辉石和玻璃质中的橄榄石、辉石和玻璃质中的NiNi含量。含量。测定结果见下表：测定结果见下表：不同温度下不同温度下Ni 在橄榄石和辉石中的分配在橄榄石和辉石中的分配NiNi在橄榄石和辉石中分配系数随温度降低而降低。在橄榄石和辉石中分配系数随温度降低而降低。回归方程为：回归方程为：适用温度为适用温度为1050105011601160样品样品OlOl中的中的NiNiCPXCPX中的中的NiNiK KD D(Ol/CPX)(Ol/CPX)样品温度样品温度11555ppm255ppm6.101160213102455.35112039552403.98107549352353.981070

30、58402203.82105065.7)/8485(ln0KTKD2、闪锌矿闪锌矿Sph方铅矿方铅矿Gal GT 共生共生的Sph和Gal之间之间的 Cd的分配系数分配系数是T的函数函数。（1）Bethke，P.M.&Barton，P.B.（1971）闪锌矿闪锌矿Sph方铅矿方铅矿Gal 地质温度计地质温度计 T(K)2080(lg +1.47)KGalSphDCd（2）格列蒂格列蒂等(1979)闪锌矿Sph方铅矿方铅矿Gal Cd分配分配GT：T(K)1663(lg +0.702)其中 (Cd wB%)Sph(Cd wB%)GalKGalSphDCdKGalSphDCdSphGal Cd分配

31、分配GT3、黄铜矿黄铜矿Cpy黄铁矿黄铁矿Py GT 别兹缅别兹缅等（1978）CpyPy之Co分配分配 的实验实验GT：T(K)103(1.292 lg +2.382)其中 (Co wB%)Cpy(Co wB%)Py 1.53KPyCpyDCoKPyCpyDCoCpyPy Co分配GT图解形式4、黄铁矿磁黄铁矿地质温压计、黄铁矿磁黄铁矿地质温压计由实验得出由实验得出黄铁矿磁黄铁矿的黄铁矿磁黄铁矿的NiNi和和CoCo分配温度分配温度计（计（.等，等，19751975）：）：7488.0%)/(%)(273)lg5381.0907.1/(107116.0%)/(%)(273)lg356.031

32、5.1/(1033PyPyhDCDCPyPyhDNiDNiCowtCowtKKtNiwtNiwtKKtoo注意注意:当矿物中当矿物中Co和和Ni的质量百分数分别小于的质量百分数分别小于1.5时，时，Co和和Ni的分配是近于理想熔体模型的。因此，的分配是近于理想熔体模型的。因此，上述温度计的适用条件是，上述温度计的适用条件是，黄铁矿和磁黄铁黄铁矿和磁黄铁矿除了必须共存之外，它们的矿除了必须共存之外，它们的Co和和Ni含量要含量要小于小于1.5%。5、FeTi氧化物氧化物Ti分配温度计分配温度计GT 1）Buddington，A.F.等（1964）磁铁矿磁铁矿钛铁矿钛铁矿 Ti分配分配GT：应用条

33、件应用条件：钛铁晶石钛铁晶石Usp磁铁矿磁铁矿Mt S.S.和钛铁矿Ilm 赤铁矿赤铁矿Hem S.S.两个两个固溶体矿物固溶体矿物必须必须平衡共存平衡共存。钛铁晶石钛铁晶石磁铁矿磁铁矿固熔体实际上是固熔体实际上是赤铁矿钛赤铁矿钛铁矿铁矿固熔体平衡时形成的。固熔体平衡时形成的。测试样品最好是测试样品最好是钛铁矿钛铁矿磁铁矿磁铁矿的连生体。的连生体。即磁铁矿中钛铁矿条片或颗粒，分别用电子探即磁铁矿中钛铁矿条片或颗粒，分别用电子探针分析二者的成分。针分析二者的成分。据据磁铁矿磁铁矿计算出计算出磁铁矿磁铁矿MtMt和钛铁晶石和钛铁晶石UspUsp的百分的百分含量，据含量，据钛铁矿钛铁矿的成分计算出的

34、成分计算出钛铁矿钛铁矿IlmIlm和赤和赤铁矿铁矿HemHem的百分含量。的百分含量。计算计算Mt-Usp中中Usp mol%，以及与之共存的，以及与之共存的 Hem-Ilm中的中的Hem mol%时，电子探针数据需要经时，电子探针数据需要经过一定的计算，以经验其结果是否可靠。过一定的计算，以经验其结果是否可靠。有四种计算有四种计算Mt-Usp中中Usp mol%及及Hem-Ilm中的中的Hem mol%的方法：的方法：（1）Buddington(1964)法法（2）Carmichael(1967)法法（3）Anderson(1968)法法（4）Stormer(1983)法法 计算过程较复杂，

35、具体见：任启江著，计算过程较复杂，具体见：任启江著，火成岩及火成岩及其有关矿床中钛铁氧化物研究其有关矿床中钛铁氧化物研究，1991年科学出版年科学出版社出版。社出版。注：注：目前一般采用电子探针进行钛铁氧化物固熔体成分目前一般采用电子探针进行钛铁氧化物固熔体成分的测试，得到的数据是各种氧化物的质量百分比，的测试，得到的数据是各种氧化物的质量百分比，如：如：数据得到后，首先要检验探针分析的可靠性：由于数据得到后，首先要检验探针分析的可靠性：由于探针无法区分探针无法区分FeO与与Fe2O3，分析结果是否可靠，难，分析结果是否可靠，难以确定，需要通过计算来检查是否满足误差范围。以确定，需要通过计算来

36、检查是否满足误差范围。计算结果有些复杂，此处不详细介绍，具体可参照计算结果有些复杂，此处不详细介绍，具体可参照任启江著任启江著火成岩及其有关矿床中钛铁氧化物研究火成岩及其有关矿床中钛铁氧化物研究1991年科学出版社出版年科学出版社出版氧化物SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaOWt%0.0244.80.1050.71.231.230.0398.1 e.g.：磁铁矿磁铁矿Mt钛铁晶石钛铁晶石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 固溶体固溶体成分成分为：Mt t89.5Usp10.

37、5OTiFe :UspOFeFe :Mt4224232 e.g.：赤铁矿赤铁矿Hem钛铁矿钛铁矿Ilm S.S.f.u._ Me=2.000()=5.997 固溶体固溶体成分成分为：Hem6.30Ilm93.70OFe :HemOTiFe :Ilm33232 Ti Fe 氧化物氧化物GTMtMt磁铁矿磁铁矿UspUsp钛铁晶石钛铁晶石HemHem赤铁矿赤铁矿IlmIlm钛铁矿钛铁矿根据计算的根据计算的Mt Mt Usp Ilm HemUsp Ilm Hem的的百分含量，根据百分含量，根据两个固熔体的成两个固熔体的成分曲线的交点，分曲线的交点，即可确定平衡温即可确定平衡温度和氧逸度对数度和氧逸度

38、对数值。值。6、方解石、方解石Cc白云石白云石Dol GTB与白云石共生的方解石中与白云石共生的方解石中Mg的含量的含量是温度的函数。是温度的函数。1）Goldsmith，J.R.等（1969）CcDol GT T 3685.7(1.6145-ln )CcMg 其中 应用条件应用条件：t 400 CcMg CaMnFeMg Mg Cc Dol 高温高温 GT 2）塔兰采夫塔兰采夫，A.C.（19751981）400的实验研究实验研究；CcDol GT>B（400&400）A.C.塔兰采夫塔兰采夫（1976）修正修正 Fe2+、Mn、Sr对Ca Mg分配分配的影响影响，CcDol GTB。A

39、.C.塔兰采夫塔兰采夫（1981）修正修正 Fe2+、Mn 对 Ca Mg交换交换的影响影响，修正修正了Cc Dol GTB，可计算计算出 共生共生 Cc Dol 的平衡平衡 T&P，但 应用条件应用条件为：Cc 的含含Fe量量 Dol 的含含Fe量量 注意注意：A.C.塔兰采夫塔兰采夫 （1981）依据依据 实验资料实验资料，不同产状不同产状的大量大量天然标本天然标本 ，首先拟定拟定CcDol GB，其只适合只适合于 分配模型分配模型的标本标本，对热液作用热液作用、岩浆期后交代作用岩浆期后交代作用 的应用很好应用很好。CcFeDolFe 但 不适用不适用于自然界自然界 存在存在 分配模型分配

40、模型的地区地区，尤其是强烈强烈的构造挤压构造挤压的 大型断裂带大型断裂带的标本标本。CcFeDolFeCcDol 低温低温 GT1（0.1 0.15）108 Pa2（0.71.2）108 Pat()Mg KMgk表表示方解示方解石中石中MgCO3的摩尔的摩尔分数。分数。（1）其中其中 分别是方解石中分别是方解石中MgCO3 FeCO3 MnCO3的摩尔分数的摩尔分数 （2）其中的其中的KFe=XFeCO3D/XFeCO3C；XFeCO3D为白云石中为白云石中FeCO3的摩尔分数的摩尔分数13.530.1lgP4.21lgT)Mg/(1lgMgkk)50(X8X)550(X)5(X11.5X(1

41、XMg2CMnCO3CMnCO33CFeCO32CFeCO3CFeCO3CMgCO3KCMgCO3XCFeCO3XCMnCO3X2.550.7lgP0.6lgTlgKFe方解石方解石Cc白云石白云石Dol GTBMgK为方解石（为方解石（C）的）的MgCO3的摩尔分数；的摩尔分数；KFe=XCFeCO3/XDFeCO3 不足不足：（1）只适合于适合于中中、低压低压条件；GB （2）使用条件使用条件：，即方解石的含铁量低于白云石。当当 ，P 不可信不可信CcFeDolFeCcFeDolFe 3）Rice，J.M.(1977)CcDol GT在实际的应用中较合适，往往与地质在实际的应用中较合适，往

42、往与地质条件有较好的对应性。条件有较好的对应性。lg -1690T 0.795 CcMg Xue，JZ等等（1989）CcDol GB 地质推导地质推导：方法方法：Perchuk,L.L.(1981)BiGar GTB 利用利用 Plyusnina,L.P.(1982)HbPl GTB 进行 P 的标定标定，推导推导CcDol的经验经验GB。P(MPa)508.12 257.69 lgDolFeCcFe r 0.98761 精度精度：25MPa 使用条件使用条件：Cc与Dol共生共生 特点特点：适用于适用于：CcFeCcFeDolFeDolFe 特点特点：（1）适合适合于高高、中中、低压低压条

43、件条件；（2）适合于适合于 DolFeCcFeDolFeCcFe但是，计算结果的误差较大。但是，计算结果的误差较大。7、锆石饱和温度计（锆石熔体平衡）、锆石饱和温度计（锆石熔体平衡）Watson et al.(1983)&Harrison(1983)通过高温研究通过高温研究了锆石的饱和行为，在此基础上提出了了锆石的饱和行为，在此基础上提出了锆石溶解度锆石溶解度模型：模型：是化学计量锆石中是化学计量锆石中Zr与熔体中的与熔体中的Zr的的浓度比，浓度比，T是温度（是温度（K);该式定义了在地壳深熔过程该式定义了在地壳深熔过程中，锆石的饱和行为是岩浆化学成分和温度的函数，中，锆石的饱和行为是岩浆化学

44、成分和温度的函数，实验的温度范围是实验的温度范围是7501020，该模型当熔体含水，该模型当熔体含水量量2%，全岩岩石化学参数，全岩岩石化学参数M在在0.92.1范围内仍然范围内仍然有效。有效。令令Si+Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1(Si等均为离子分等均为离子分数数)，则全岩岩石化学参数，则全岩岩石化学参数 M=(Na+K+2Ca)/(AlSi)12900/T1)0.85(M3.80lnDtzircon/melZrtzircon/melZrD将上式移项整理并算成将上式移项整理并算成后为：后为：若假设不作锆石矿物的若假设不作锆石矿物的Zr Hf校正，纯锆石中校正，纯锆石中含含Zr49

45、765710-6，用岩石中的，用岩石中的Zr含量近似含量近似代表熔体代表熔体 Zr 含量，由上式可计算出锆石的饱含量，由上式可计算出锆石的饱和温度。和温度。锆石的饱和温度可以代表锆石结晶温度的上限。锆石的饱和温度可以代表锆石结晶温度的上限。由于锆石是较早从岩浆中结晶的矿物之一，因由于锆石是较早从岩浆中结晶的矿物之一，因此锆石的饱和温度接近液相线的温度。此锆石的饱和温度接近液相线的温度。2732.950.85MD12900/ln)(ttzircon/melZrZrRyerson和和Watson（1987）提出了）提出了M的修正参数的修正参数FM，用于限定岩浆中金红石的溶解度，该参数同时考虑用于限

46、定岩浆中金红石的溶解度，该参数同时考虑了了Mg和和Fe 总含量（但未考虑总含量（但未考虑Fe3+/Fe2+）的作用。）的作用。FM=(Na+K+(2*Ca+Fe+Mg)/(Al*Si)在许多情况下，参数在许多情况下，参数M都能较好地用于确定都能较好地用于确定锆石的饱和温度。锆石的饱和温度。实验资料证明（实验资料证明（Baker等，等，2002），参数，参数FM比比M与与Zr 含量的相关性更强，因而含量的相关性更强，因而FM比比M能更好地描述成分对控制锆石饱和的影响。能更好地描述成分对控制锆石饱和的影响。Miller等（等（2003）修正为）修正为TZr=129 000/2.95+0.85 M+

47、ln(496 000/Zr熔体熔体)锆石饱和温度计的岩石学意义锆石饱和温度计的岩石学意义:锆石的饱和温度计常常用于计算自然样品锆石的饱和温度计常常用于计算自然样品锆石饱和温度及理解和解释花岗质岩石中锆石饱和温度及理解和解释花岗质岩石中锆石的继承性（或锆石结晶的温度）锆石的继承性（或锆石结晶的温度）。在锆石不饱和的熔体中，锆石捕虏晶将溶在锆石不饱和的熔体中，锆石捕虏晶将溶解。解。在锆石饱和的熔体中，源岩的锆石并未完在锆石饱和的熔体中，源岩的锆石并未完全熔掉而极可能残留在熔体中，成为后期全熔掉而极可能残留在熔体中，成为后期锆石生长的成核点。锆石生长的成核点。在在S-型花岗岩中型花岗岩中,通通常含有

48、继承锆石常含有继承锆石,而而在在I-型花岗岩中则型花岗岩中则缺乏继承锆石缺乏继承锆石,原因原因可以由岩浆起源的可以由岩浆起源的条件差异来解释条件差异来解释:S-型花岗岩浆的形成温度一般型花岗岩浆的形成温度一般700,而而I-型花岗岩浆温度为型花岗岩浆温度为800900.计算表明计算表明,对于对于M=1.4的过铝质花岗岩浆，的过铝质花岗岩浆，在在850时，锆石的溶解度达时，锆石的溶解度达340g/g，在，在700时，其溶解度仅为时，其溶解度仅为50g/g。I型花岗岩的型花岗岩的M值较大，因而值较大，因而Zr的溶解度高的溶解度高,加之在加之在I型花岗岩的镁铁质源岩中，型花岗岩的镁铁质源岩中，Zr的

49、含的含量较低，故在量较低，故在I-型花岗岩中一般都缺少继承型花岗岩中一般都缺少继承锆石。锆石。在非碱性岩的常见造岩矿物中，只有角闪石中锆的含量相在非碱性岩的常见造岩矿物中，只有角闪石中锆的含量相对较高，因此在花岗岩浆冷却过程中，其中的锆最终将几对较高，因此在花岗岩浆冷却过程中，其中的锆最终将几乎全部结合在锆石中。乎全部结合在锆石中。对于对于I型花岗岩浆，由于在其部分熔融过程中型花岗岩浆，由于在其部分熔融过程中,源岩中的继源岩中的继承锆石在熔体相中的锆达到饱和点之前全部溶解，故其中承锆石在熔体相中的锆达到饱和点之前全部溶解，故其中所释放出来的放射性成因铅在整个岩浆体系中将会达到完所释放出来的放射

50、性成因铅在整个岩浆体系中将会达到完全均一化，从而完全失去有关源岩的年代学信息。全均一化，从而完全失去有关源岩的年代学信息。而对于而对于S-型花岗岩浆，由于在部分熔融过程中，源岩中的型花岗岩浆，由于在部分熔融过程中，源岩中的继承性锆石只有少部分被溶解，而大部分得以保留，故阻继承性锆石只有少部分被溶解，而大部分得以保留，故阻止了放射性铅的重新分配。因此，止了放射性铅的重新分配。因此，S-型花岗岩中继承锆石型花岗岩中继承锆石U-Pb法的年代学研究，常常可以获得有关源岩的年代学法的年代学研究，常常可以获得有关源岩的年代学信息。信息。8、磷灰石熔体平衡磷灰石熔体平衡磷灰石是火成岩中常见的副矿物，同时又是