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1、第9卷第2期199 3年5月岩石学报ATCAP T EROLGOICAIN ISCAVol.9,No.2May,1993适用于慢源包体的地质温度计徐义刚(中国科学院地球化学研究所贵阳5 500 02)提要利用天然体系相平衡数据对于1 7种较为常用的地质温度计进行了检测评价.结果表明:(1 )B er ta rn dn adMe rc ier(1985)提出的二辉石温度计是目前为止最适合用于慢源包体 的温度估计,其推导方法也有普遍意义。本文利用这一温度计,根据 中国东部.德国we se t i e f l,法国Ma ss i fC en ta rl以及蒙古Ta ra t等地的橄榄岩包体 的矿物化
2、学数据,推导了Ca单斜辉石经验温度计:T(,C )=157 5+2 88.64又Ini一Ca/(i一Na)epl( 2)国内广泛 使用的Me rc ie r单辉石温度计常常会造成士1 0。的估算误差,而W o cd一B a n n。法,Wells法的使用只限于特定的区间。本文还推荐了几种单辉石温度计,这些相对独立的温度计的综合使用,在研究单一元素的化学平衡及反应动力学 间题时具有重要意义.关键词慢源包体地质温度计1粼百下彗L J口幼二1慢源包体的温度估计对于研究上地慢的物理状态、流变学特 征(Av e,Lal l man t198。;何永年等1 986)以及上地慢物质结构 乃至深部作用(刘若新
3、等2 9 90;WittandSeek1987)都具有+分重要的意义。自从Daw is和Boyd(1 9 6 6)首次证明在简单eao一MgO一5102(简称eMs,后同)化学体系中单斜辉石 和斜方辉石的混溶间隔(Mc i ib iy tgap)是温度的函数之后,许多以此为依据的地质温度计相继 问世,特别是近十多年来,随着高温高压实验手段的不断改善,一大批较高质量的实验数据的积累,更使地质温 压计这一领域的发展如雨 后春笋。面对如此众多的温压计,如何选择 其中比较可靠的,来获得具有地质意 义的平衡温压数据,也就愈来愈显得至关重要。目前国内许多学者仍在沿用一 些七十年代的温度计,如Mec rie
4、r(1976 )的单辉石温压计等,而其中有些温压计,由于当时缺乏可靠的实验数据,或者所依据的热力学模型本身的不完善,或者把简单实验体系(如CMS、CMAS ) 的结果直接运用于复杂的天然体系,因而往往会造成严重的偏差,甚至导致错误的推论。鉴 于 以上原因,笔者利用 天然体系的平衡实验数据本文1,92年感月2 1日收到,1 9 92年20月20日改回.作者简介;徐义刚男2 8岁博士研究生地球化学专业CMS体系是指Cao一MgO一5102体系。文中后面提到的CMA S,CFMS和CMA S Cr体系分别指:Cao一Mgo一A1203-压O:体系;eao一FeO一Mgo一5102体系和eao一MgO
5、一A 12os一510:一er:o,体系.岩石学报9193年(Alleka1967;Breyetal19 90;MoriandGre en1978)对17个常用温度计进行T检测评价,藉此向大家推荐几种比较可靠的温度计。国外已有过类似的工作(F inn er ty ran dBy od1984;ca r-w se l l“n dG ib b1 987 ) ,本文在他们工作的基楚上,采用了最新的实验数据,并且检测一些这些作者未检测的温度计。2方法建立于相平衡基楚上的温 压计,其精度、可靠性常常取决于多方面的因素.首先,由实验本身产生的误差(如温压条件记录误差,未达平衡态所造成的误差,矿物成分的分析
6、误差等等);其次,实验数据往往来自于较简单的体系(如CMS或CMAS ),这些体系虽然包含了占天然体系9 0%以上的主要元素,但仍然存在不能考虑其他少量元素影响的问题;再次,由于实验条件的限制,实验温压条件往往相对较窄,而 自然界的温压却要宽广得多,这就为实验条件范围外的温压估计带来 了困难;最后就是热力学模型本身的不成熟,矿物中原子晶格占位情况还没有得到充分的认识。正由于 此,要对一个温压计作出准确的评价不是件容易的事,因为上述因素,几乎都是无法用定量的方法来确定的。但是,从整体上来评价却有其可能性,因为一个能够应用于天然样品的温压计必须满足的条件是能够很好地重演高温高压下天然多元体实验所揭
7、示的相平衡关系及矿物化学成分的演化规律。F inn er tyn adB oyd(1 984)把含金刚石的橄榄岩包体(BD2125,Dawsonand S mith1 9 7 5)和含石墨的样品(PNH1569,Nixonand Boyd1973)的计算温 压 投影到尸一T二 元 图上,根据其投影点与金 刚石一石 墨的相变界线( Ke nn edyandKen nedy19 7 6)的相互位置,来判别所用 温压计的合理性。CarswellandG ibb(1 98 7)对该方法提出了疑问,这不仅是因为可用 以检验的含金刚石(或石墨)的样品数量很少,而且实验和热力学研究资料表明金刚石一石 墨相变
8、界线的确定存在着较大的误差( 士10 0和士0.2 5G Pa),而这样的误差范围可能会给出意想不到的结果。为此,我们采用了另外一个途径(B er ta rndn adMereier1986;Catswelland Gib b1987),即运用要进行检测的温压计,计算已知温压条件的天然复杂体系的实验数据,比较计算温压和实验温压的关系,然后作出评价。所谓的天然体系是指把天然橄榄岩包体中各矿物按一定比例的混合物作为相平衡实验体系。这种体系的选择,较好地模拟了上地慢成分,并且弥补了对一些简单纯化学体系(如CMS和CMAS )没有考虑 其他元素(Cr,Na,Fe)影响的缺点。为了有效地实现上述目的,我
9、们用FOR T R A N一7 7语言编制了 1 7个温度计的计算程序(PT T EST),并在Ma eintosh一知上通过。3检测数据的选择理想的检测数据必须满足以下条件:() l已知温压条件及各平衡相矿物成分,而且矿物相成分必须尽可能接近天然体系;(2 )确保矿物相平衡状态的达到,这与实验仪器(应避免失铁效应)和实验时间有关。真正能够满足以上条件的数据是有限的,首先是因为大多数相平衡数据来自于简单体系,而进行天然体系的研究难度要大得多;再有就是许多文献中并没有列出所有平衡矿物相的成分。由于这些限制,我们只选择了A kella(1976),MoriandGreen(1978)以及第9卷第2
10、期徐义刚:适用于慢源包体的地质温度计Brey。tal.(9 910)的实验数据。这三 组实验数据的一般特征见表l。Breyetal.(9190)没有给出他们天 然体系的全部元素的分析数据,所以Br ey的数据只限于T1 2一T17 (表2 )的检测,同时也限制了我们对压力的检测评价。表1检测数据 的一般特征Tab le1Theeharaeter istie softhedatafortesting作者实验体系实验容器实验条件实验持续时间A lleka(1 9 7 6)天然石榴石橄榄岩中矿物的混合物:镁橄榄石:B als unGup,Nor thCalio frnia 顽火辉石:WebsterN
11、orth,California透辉石:PNH1600E4石榴石:P N H1503C石墨3.1成P(G Pa)4.01 100成T ( ,C)镇1 3001 6 小时Mori(2 )研究反应动力学的间题。由于Br eyetal.(1990)没有 列 出石榴石的分析数据,而A kella和 Mori一Gr een的实验只是在3.oG Pa,4.OGPa,4.4GPa很窄的压力区间内,初步的计算使我们认为仅仅依据这些数据还不足以对地质压力计作出合理的检测评价,我们期待着更宽压 力范围的夭然体系相平衡数据的发表。致谢撰写本文过 程中,曾得益于J.C.MERCE IR教授的指点,P.Be rtrn a
12、d提供了M o rian dGe re n的实验数据。林传勇和史兰斌老师 阅读了全文,并提出了许多修改建议,在此一并致以谢意。参考文献何永年,林传勇,史兰斌.1 9 8 6.我国东北与华北上地怪某些物理状态特征对比:来自馒源包体的信息。中国地展,2(2):1 62 3刘若新,马宝林.19 90.华北地区地怪最上部岩石一物性分层。见于刘若新主编,中国上地恢特征与动力学论文集,北京:地展出版社,l7支厦臣,傅蓉珊.19 , 。.我国东部上地怪物质组成和温压特征.见刘若新主编,中国上地搜特征与动力学论文集。北京:地展出版社,1 32141A kellaJ.1 97 6.Ga rn etp yro二n
13、 eequilibriainthesystemC asi03一Mgsi03一A120:andinanatur almine r al mixture.A m.Min-ea rl,6 1:5895 98Av eLallema ntHG,Mereie rJC,CarterNLandRos sJV.1 980.Rhe ologyoftheup pe rmantle:infe re neesfromperidotitexen oliths.Te eto n ophysies,70.851 5B ertr andPandMe比ierJee.1 956.Tbemutalsolubilityofeo exi
14、stingor t卜。一andelinop yo rxen:towardanabsolutegeo the- rmomete rforthen at一,r alsystem?hrthPlan et.S ci.Lett.,77:10 9122Be noitV.1 987.Etatdeoui生ibe rde。曰idotite sdumante ausuperieu r:ao olie ationauolate auduColorado.T hes ede公etoa rt第g卷第2期徐义刚:适用于馒源包体的地质温度计917deParis一7衣1.P.G.P.202BreyGPandKolherT.9
15、190.Geothermobarometryinfour一phaesIherzol ites,.Newthermobao rmeters,andpr aetieala s-se ssn rentofe xisringthe rmoba rometer s.J.Petrology.,3 1,135313 78Bo rwnGM,Pris entRHandCoisy.2980.T hepetrolog yofspin el一pe ridotitexen olithsfromMassifCe ntr al,Fr an ee.Am.J.S ci.,Vol;280一A,Part一2.4 7 14 98Ca
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