三元长石地质温度计及其在我国粤西花岗岩中的应用
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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
D ]P } {- 813147< ln [ x
KCa S
-
PF PF PF AF x O r ) ( x A b + x O r ) ]- ln [ x O r ( 2- x F + xA O r ) ]> + [W
AF Ab
F - xA Or ) (x
PF PF 2 PF PF PF PF PF D = 2 x O r ( x A b ) + 0 15 x A n x A b + x A n x A b x O r F AF 2 AF AF AF AF AF [2 x A O r ( x A b ) + 0 15 x A n x A b + x A n x A b x O r ] PF PF PF PF PF PF E= - 015 x A x Ab) - [ n x Ab+ x An x Ab ( x AnF AF AF AF AF AF - 015 x A x Ab ) ] An x Ab+ x An x Ab ( x AnPF PF PF PF PF PF F = - 015 x A x An x Ab ( x An- x Ab) - [ n x AbF AF AF AF AF AF - 015 x A x An x Ab ( x An - x Ab ) ] An x Ab-
W
i- j G (p , T ) i- j H
- W
N aCa G
) + x Or ( W
Ab
CaK G CaN a G 2 Or
- W - W
KCa G
+W )]
N aK G
- W
KN a G
)
= W ,W
i- j H (1, T )
- TW
i- j V
i- j S (1, T )
+ ( p - 1) W
+ 2x O r (W
KCa G
CaK G N aK G
- W +W
KCa G KN a G
) ]+ x A n -W
CaN a G KN a G
gu les 参数) , 描述 A b - O r, A n - A b 及 A n - O r 二
xA b [ 015 ( W
+W
+W
元体系的混合过剩自由能, 可表示为:
1
资料来源 文献 [ 4 ] 文献 [ 4 ] 文献 [ 5 ] 文献 [ 5 ] 文献 [ 1 ] 文献 [ 1 ]
CaN a ( 钙长石钠长石) N aCa ( 钠长石钙长石) KN a ( 钾长石钠长石) N aK ( 钠长石钾长石) CaK ( 钙长石钾长石) KCa ( 钾长石钙长石)
8473
CaK G
113 三元长石温度计公式 ( Green et a l, 1986)
表 1 相互作用热力学参数
Table 1 Therm odynam ic M argules param eters1
相互作用参数
W
H
J ・ (m o l・k ) 0 0
1
W
V
J ・105 Pa 0 0 0. 364 0. 364 2. 1121 0. 9699
A b- O r
、T
O r- A n
、T
A b- A n
三个温度值, 迭代法求解可获得 T
Ab
、T
Or
、T
An
三个温度值。
因此, 一个样品可计算出 6 个温度数据。 选择粤西地区有代表性的 18 个花岗岩体, 按混合岩建 造→深熔花岗岩建造→岩浆建造南岭系列花岗岩→岩浆建造长江系列花岗岩的顺序, 进行三元 长石法的温度计算, 所得到的相应各建造和系列花岗岩的上限温度为 755℃→766℃→865℃→
华 南 地 质 与 矿 产 2003 年
+ x A b x O r [ 015 ( W - W
KN a G
CaK G
+W
KCa G
+W -W
CaN a G CaK G
+W +W
N aCa G N aCa G
- W
N aK G
) + x A n (W
KCa G
a aK a 斜长石及碱性长石三个端员组分的活度 ( a ) , 可 ) + ( x A b - x O r ) (W N )] - W CaN - W KN G G G ( 以用三元准正规溶液模型 T erna ry sub regu la r so lu 2 其中: x O r、x A b、x A n 分别为长石中O r、 A b、 A n 的摩尔 [ 2, 3 ] ) t ion m odel 来表示 : 分数, a O r、a A b、a A n 分别为长石中 O r、 A b、 A n 组分的 2 KN a N aK ( R T ln aO r = R T ln aO r + x A b [ W G + 2x O r W G - W 理想活度 ( idea l act ivity ) , W G 为相互作用参数 (M a r2 KN a G 2 ) ]+ x A n [W CaK G KCa G
970℃; 下限温度为 664℃→665℃→775℃→814℃, 亦即上下限温度都逐渐升高, 其规律性与地
质和地球化学研究结果完全一致, 体现了三元长石地质温度计的可靠性和准确性。 关 键 词: 长石地质温度计; 花岗岩建造和系列; 花岗岩温度计算; 粤西 中图分类号: P578. 94; P588. 12 文献标识码: A
W
CaK G
N aK G
分别为每个 i- j 二元系的 过剩焓项, 过剩熵项及过剩体积项。 不同的相互作用 热力学参数如表 1。 三元长石的理想活度项 (P rice, 1985) [ 6 ] 为: 2 a A n = 0125 x A n ( 1+ x A n )
a A b = x A b ( 2x Abx Abx O r) ( x A b + x O r) x O r) ( x A b + x O r) a O r = x O r ( 2-
i- j S
及W
- W
KCa G
) + x Ab ( W
2 Or
KN a G KCa G
- W
N aK G CaK G
+ W
KCa G
CaN a G
- W
N aCa G
) + ( x O r - x A n ) (W
- W
)] )]
CaN a G
R T ln a A n = R T ln a A n + x [W + 2 x A n (W CaK 2 CaN a N aCa W G ) ] + x A b [ W G + 2 x A n (W G - W
A+ W
CaK S
B+ W
C+ W
N aK S
D ]}
PF 2 PF PF PF PF PF PF A = ( x A x An x Ab x O rn ) ( 1- 2 x O r ) + 0 15 x A n x A b F 2 AF AF AF AF AF AF [ ( xA A n ) ( 1- 2 x O r ) + 0 15 x A n x A b - x A n x A b x O r ] PF PF 2 PF PF PF PF PF B = 2 x O r ( x A n ) + 0 15 x A n x A b + x A n x A b x O r - [ 2 x AF AF 2 AF AF AF AF AF O r ( x A n ) + 0 15A n x A b + x A n x A b x O r ]
1 三元长石地质温度计
自然界中斜长石 (PF ) 及碱长石 (A F ) 都是 A bO r- A n ( 钠长石 - 钾长石 - 钙长石 ) 三元系固溶
体[ 1 ] , 目前已有的长石温度计, 都忽略了斜长石中 O r
度, 即岩浆岩或变质岩的形成温度。 对花岗岩来说, 矿 及碱长石中A n, 分别将其近似地看作A n- A b 及O r 物组合是一定的, 因此就决定了地质温度计只能从花 - A b 两个二元系固溶体。 三元长石温度计与目前通 岗岩的平衡矿物中合理地选择。 考虑到花岗岩中最普 用的二元系的二长石 ( 斜长石- 碱长石) 温度计不同, 遍出现的平衡共生矿物组合主要是斜长石、 钾长石、 它不是将长石当作二元系固溶体模型, 而是三元系固 在 G reen et a l ( 1986) [ 1 ] 提出的三元长石温 石英、 黑云母和白云母等, 所以通常估算花岗岩形成 溶体模型。 温度时, 多采用已有的地质温度计, 如二长石 ( 斜长石 压计基础上, 本文建立了两种计算三元长石的方法 - 碱长石) 、 白云母- 斜长石、 白云母- 黑云母等地质 ( 联立方程法和迭代法) , 并应用在花岗岩的温度研究 温度计, 但其计算结果经常要比花岗岩实际形成温度 中。 偏低。 因此, 本文提出一种经改进的更科学和更准确 111 三元长石的平衡反应 的三元长石温度计。
F PF F PF F PF F 平衡时 ΛA = ΛA , ΛA = ΛO , ΛA = ΛA 或aA = Ab b Or r An n Ab
a Ab , a Or = a Or , a An = a An
PF
AF
PF
AF
PF
2 : 化学势; a: 活度 Λ 112 三元长石活度的组成关系
28230 27320 18810 - 65407
10. 3 10. 3
- 114. 104
65305. 4
12. 5365
( 1) 钾长石组分温度计公式: T O r= {[ W
CaN a H KCa H
A+ W
CaK H
B+ W
KCa V
KN a H
C+ W
CaK V PF Or
i- j V
+ (x A n - x
)( W
N aCa G
其中: W
R T ln a A b = R T ln a A b + x [W + 2x A b (W N aK 2 N aCa CaN a N aCa W G ) ]+ x A n [ W G + 2 xA b (W G - W G ) ] aK a a aCa + x O r x A n [ 015 ( W N + W KN + W CaN +W N G G G G
N aK H
D+ W
KN a V PF Ab
PF 2 PF PF PF PF PF PF C = ( x A b ) ( 1- 2 x O r ) + 0 15 x A n x A b - x A n x A b x O r F 2 AF AF AF AF AF [ ( xA A b ) ( 1- 2 x O r ) + 0 15 x A n x A b - x A n x A b x AF Or
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
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+ W
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KCa S
-
PF PF PF AF x O r ) ( x A b + x O r ) ]- ln [ x O r ( 2- x F + xA O r ) ]> + [W
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PF PF 2 PF PF PF PF PF D = 2 x O r ( x A b ) + 0 15 x A n x A b + x A n x A b x O r F AF 2 AF AF AF AF AF [2 x A O r ( x A b ) + 0 15 x A n x A b + x A n x A b x O r ] PF PF PF PF PF PF E= - 015 x A x Ab) - [ n x Ab+ x An x Ab ( x AnF AF AF AF AF AF - 015 x A x Ab ) ] An x Ab+ x An x Ab ( x AnPF PF PF PF PF PF F = - 015 x A x An x Ab ( x An- x Ab) - [ n x AbF AF AF AF AF AF - 015 x A x An x Ab ( x An - x Ab ) ] An x Ab-
W
i- j G (p , T ) i- j H
- W
N aCa G
) + x Or ( W
Ab
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- W - W
KCa G
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N aK G
- W
KN a G
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i- j H (1, T )
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i- j V
i- j S (1, T )
+ ( p - 1) W
+ 2x O r (W
KCa G
CaK G N aK G
- W +W
KCa G KN a G
) ]+ x A n -W
CaN a G KN a G
gu les 参数) , 描述 A b - O r, A n - A b 及 A n - O r 二
xA b [ 015 ( W
+W
+W
元体系的混合过剩自由能, 可表示为:
1
资料来源 文献 [ 4 ] 文献 [ 4 ] 文献 [ 5 ] 文献 [ 5 ] 文献 [ 1 ] 文献 [ 1 ]
CaN a ( 钙长石钠长石) N aCa ( 钠长石钙长石) KN a ( 钾长石钠长石) N aK ( 钠长石钾长石) CaK ( 钙长石钾长石) KCa ( 钾长石钙长石)
8473
CaK G
113 三元长石温度计公式 ( Green et a l, 1986)
表 1 相互作用热力学参数
Table 1 Therm odynam ic M argules param eters1
相互作用参数
W
H
J ・ (m o l・k ) 0 0
1
W
V
J ・105 Pa 0 0 0. 364 0. 364 2. 1121 0. 9699
A b- O r
、T
O r- A n
、T
A b- A n
三个温度值, 迭代法求解可获得 T
Ab
、T
Or
、T
An
三个温度值。
因此, 一个样品可计算出 6 个温度数据。 选择粤西地区有代表性的 18 个花岗岩体, 按混合岩建 造→深熔花岗岩建造→岩浆建造南岭系列花岗岩→岩浆建造长江系列花岗岩的顺序, 进行三元 长石法的温度计算, 所得到的相应各建造和系列花岗岩的上限温度为 755℃→766℃→865℃→
华 南 地 质 与 矿 产 2003 年
+ x A b x O r [ 015 ( W - W
KN a G
CaK G
+W
KCa G
+W -W
CaN a G CaK G
+W +W
N aCa G N aCa G
- W
N aK G
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KCa G
a aK a 斜长石及碱性长石三个端员组分的活度 ( a ) , 可 ) + ( x A b - x O r ) (W N )] - W CaN - W KN G G G ( 以用三元准正规溶液模型 T erna ry sub regu la r so lu 2 其中: x O r、x A b、x A n 分别为长石中O r、 A b、 A n 的摩尔 [ 2, 3 ] ) t ion m odel 来表示 : 分数, a O r、a A b、a A n 分别为长石中 O r、 A b、 A n 组分的 2 KN a N aK ( R T ln aO r = R T ln aO r + x A b [ W G + 2x O r W G - W 理想活度 ( idea l act ivity ) , W G 为相互作用参数 (M a r2 KN a G 2 ) ]+ x A n [W CaK G KCa G
970℃; 下限温度为 664℃→665℃→775℃→814℃, 亦即上下限温度都逐渐升高, 其规律性与地
质和地球化学研究结果完全一致, 体现了三元长石地质温度计的可靠性和准确性。 关 键 词: 长石地质温度计; 花岗岩建造和系列; 花岗岩温度计算; 粤西 中图分类号: P578. 94; P588. 12 文献标识码: A
W
CaK G
N aK G
分别为每个 i- j 二元系的 过剩焓项, 过剩熵项及过剩体积项。 不同的相互作用 热力学参数如表 1。 三元长石的理想活度项 (P rice, 1985) [ 6 ] 为: 2 a A n = 0125 x A n ( 1+ x A n )
a A b = x A b ( 2x Abx Abx O r) ( x A b + x O r) x O r) ( x A b + x O r) a O r = x O r ( 2-
i- j S
及W
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KCa G
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2 Or
KN a G KCa G
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N aK G CaK G
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KCa G
CaN a G
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N aCa G
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CaN a G
R T ln a A n = R T ln a A n + x [W + 2 x A n (W CaK 2 CaN a N aCa W G ) ] + x A b [ W G + 2 x A n (W G - W
A+ W
CaK S
B+ W
C+ W
N aK S
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1 三元长石地质温度计
自然界中斜长石 (PF ) 及碱长石 (A F ) 都是 A bO r- A n ( 钠长石 - 钾长石 - 钙长石 ) 三元系固溶
体[ 1 ] , 目前已有的长石温度计, 都忽略了斜长石中 O r
度, 即岩浆岩或变质岩的形成温度。 对花岗岩来说, 矿 及碱长石中A n, 分别将其近似地看作A n- A b 及O r 物组合是一定的, 因此就决定了地质温度计只能从花 - A b 两个二元系固溶体。 三元长石温度计与目前通 岗岩的平衡矿物中合理地选择。 考虑到花岗岩中最普 用的二元系的二长石 ( 斜长石- 碱长石) 温度计不同, 遍出现的平衡共生矿物组合主要是斜长石、 钾长石、 它不是将长石当作二元系固溶体模型, 而是三元系固 在 G reen et a l ( 1986) [ 1 ] 提出的三元长石温 石英、 黑云母和白云母等, 所以通常估算花岗岩形成 溶体模型。 温度时, 多采用已有的地质温度计, 如二长石 ( 斜长石 压计基础上, 本文建立了两种计算三元长石的方法 - 碱长石) 、 白云母- 斜长石、 白云母- 黑云母等地质 ( 联立方程法和迭代法) , 并应用在花岗岩的温度研究 温度计, 但其计算结果经常要比花岗岩实际形成温度 中。 偏低。 因此, 本文提出一种经改进的更科学和更准确 111 三元长石的平衡反应 的三元长石温度计。
F PF F PF F PF F 平衡时 ΛA = ΛA , ΛA = ΛO , ΛA = ΛA 或aA = Ab b Or r An n Ab
a Ab , a Or = a Or , a An = a An
PF
AF
PF
AF
PF
2 : 化学势; a: 活度 Λ 112 三元长石活度的组成关系
28230 27320 18810 - 65407
10. 3 10. 3
- 114. 104
65305. 4
12. 5365
( 1) 钾长石组分温度计公式: T O r= {[ W
CaN a H KCa H
A+ W
CaK H
B+ W
KCa V
KN a H
C+ W
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i- j V
+ (x A n - x
)( W
N aCa G
其中: W
R T ln a A b = R T ln a A b + x [W + 2x A b (W N aK 2 N aCa CaN a N aCa W G ) ]+ x A n [ W G + 2 xA b (W G - W G ) ] aK a a aCa + x O r x A n [ 015 ( W N + W KN + W CaN +W N G G G G
N aK H
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