三元长石地质温度计及其在我国粤西花岗岩中的应用

- 65407 65305. 4
W S J · (m o l·k ) - 1 0 0
10. 3 10. 3 - 114. 104 12. 5365
W V J ·105Pa- 1 0 0 0. 364 0. 364 2. 1121 0. 9699
资料来源
文献[ 4 ] 文献[ 4 ] 文献[ 5 ] 文献[ 5 ] 文献[ 1 ] 文献[ 1 ]
PF An
x
PF Ab
(
x
- PF
An
x
PF Ab
)
-
[
-
015
x
AF An
x
A A
F b
+
x
A A
F n
x
A A
F b
(
x
- A F
An
x
) A F
Ab
]
F = -
015
x
PF An
x
PF Ab
-
x
PF An
x
PF Ab
(
x
PF An
-
x
PF Ab
)
-
[
-
015
x
A A
F n
x
A A
F b
-
x
A A
x
PF Ab
x
PF Or
[
(
x
A A
F n
)
2
(
1-
2
x
A O
F r
)
+
015
x
A A
F n
x
A A
F b
-
] x
A A
F n
x
A A
F b
x
A O
F r
B =
2
x
PF Or
(
x
PF An
)
2
+
015
x
PF An
x
PF Ab
+
- x
PF An
x
PF Ab
x
PF Or
[2 x
1 A
O
F r
(
x
A A
)
(x
+ PF
Ab
x
PF Or
)
]-
ln
[
x
A O
F r
(2-
x
- A F
Ab
x
) A F
Or
(x
+ A F
Ab
x
A O
F r
)
]>
+
[W
A KCa
S
+
W
B CaK
S
+
W
KN S
aC
+
W
D N aK
S
]}
A =
(
x
PF An
)
2
(
1-
2
x
PF Or
)
+
015
x
PF An
x
PF Ab
-
- x
PF An
元体系的混合过剩自由能, 可表示为:
= - W W i- j G (p , T )
i- j H (1, T)
TW
+ i- j
S (1, T)
(p-
1) W
iV
j
其中:
W
iH
j,W
iS
j 及W
iV
j 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:
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,
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 al (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 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 A b、T O r、T A n三个温度值。
n
[
W
N aCa G
+
2xA b (W
- CaN a
G
W
) N aCa
G
]
+
xOr
x A n [ 015 ( W
N aK G
+
W
KN a G
+
W
CaN G
a
+
W
- N aCa
G
W
- CaK
G
W
) KCa
G
+
xAb (
W
- KN a
G
W
N aK G
+
W
CaN a G
-
W
) N aCa
G
+
(x O r-
(1) 钾长石组分温度计公式:
T Or=
{[W
A KCa
H
+
W
B CaK
H
+
W
KN H
aC
+
W
N H
aKD
+
W
CaN H
a
E
+
W
F N aCa
H
]+
[W
A KCa
V
+
W
B CaK
V
+
W
C KN a
V
+
W
D N aK
V
]P}
{-
813147<
ln
[
x
PF Or
(2-
x
PF Ab
-
x
PF Or
, ΛAA
F n
= ΛAPFn 或
a
A A
F b
=
a
PF Ab
, a
AF Or
=
a
PF Or
, a
A A
F n
=
a
PF An
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
x
AF Ab
x
] A F
Or
D =
2
x
PF Or
(
x
) PF
Ab
2+
015
x
PF An
x
PF Ab
+
x
PF An
x
PF Ab
x
PF Or
-
[2
x
AF Or
(
x
) A F
Ab
2+
015
x
AF An
x
AF Ab
+
] x
A A
F n
x
A A
F b
x
A O
F r
E= -
015
xBaidu Nhomakorabea
PF An
x
PF Ab
+
x
813147 <
ln [
x
PF Ab
(2-
x
PF Ab
度压力计一般可表示为二元线性方程式: T 1= A 1+ B 1
-
x
) PF
Or
(
x
PF Ab
+
x
) PF
Or
]-
ln [
x
A A
F b
(2-
x
A A
F b
-
x
p 1 通式( T 1: 温度; p 1 : 压力; A 1, B 1 为温度计公式的
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)
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- 1 8473 28230 27320 18810
aA n = 0125 x A n (1+ x A n ) 2
aA b= x Ab (2- x A b- x O r) ( x Ab+ x O r)
aO r= x O r (2- x Ab- x O r) ( x A b+ x O r) 113 三元长石温度计公式 (Green et a l, 1986)
F n
x
AF Ab
(
x
- A F
An
x
A A
F b
)
]
(2) 钠长石组分温度计公式:
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 4 期 王联魁等: 三元长石地质温度计及其在我国粤西花岗岩中的应用
3
T Ab =
{[W
G KCa
H
+
W
H CaK
H
+
W
KN H
a
I
+
W
J N aK
H
+
W
114 三元长石温度计的计算方法
CaN H
a
K
+
W
L N aCa
H
]+
[W
G KCa
V
+
W
H CaK
V
+
W
I KN a
V
根据上面 T O r、T A b、T A n温度计公式, 三元长石温
+
W
J N aK
V
]P
}
{-
) A F
Or
(
x
+ A F
Ab
x
A O
F r
)
]>
+
[W
KCa S
G+
W
H CaK
S
+
F n
)
2+
0
5AA
F n
x
A A
F b
+
] x
A A
F n
x
A A
F b
x
A O
F r
C =
(
x
) PF
Ab
2
(1-
2
x
) PF
Or
+
015
x
PF An
x
PF Ab
-
- x
PF An
x
PF Ab
x
PF Or
[
(
x
) A F
Ab
2
(1-
2
x
A O
F r
)
+
015
x
A A
F n
x
AF Ab
-
x
AF An
2
华 南 地 质 与 矿 产 2003 年
Λ: 化学势; a: 活度
112 三元长石活度的组成关系
斜长石及碱性长石三个端员组分的活度 ( a ) , 可
以用三元准正规溶液模型(T erna ry sub regu la r so lu2
t io n m o de l) 来表示[2, 3 ]:
+
W
CaN a G
+
W
N aCa G
-
W
- KN a
G
W
N aK G
)
+
x A n (W
KCa G
-W
CaK G
+
W
N aCa G
-
W
) CaN a
G
+
(x Ab-
x Or)
(W
N aK G
-
W
KN a G
)
]
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 分数, aO r、aA b、aA n分别为长石中O r、A b、A n 组分的 理想活度 ( idea l act ivity) , W G 为相互作用参数 (M a r2 gu les 参数) , 描述 A b - O r, A n - A b 及 A n - O r 二
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℃→
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
长石地质温度计是众多地质温度计的一种, 而地 1 三元长石地质温度计
质温度计主要是根据变质岩、岩浆岩中共生矿物的化
究.
N aA lSi3O 8= N aA lSi3O 8、KA lSi3O 8= KA lSi3O 8、 A F PF A F PF CaA l2Si2O 8= CaA l2Si2O 8 A F PF
平衡时 ΛAA
F b
= ΛAPFb , ΛAO
F r
= ΛOPFr
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
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。在 G reen et a l (1986) [1]提出的三元长石温
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
-
W
N aCa G
)
+
x O r (W
- CaK
G
W
KCa G
+
W
- N aK
G
W
) KN a
G
+ (x A n-
x
Ab)
(W
CaN a G
-
W
N aCa G
)
]
R T lna A b=
R T lna A b+
x
2 O
r
[W
N aK G
+
2x A b (W
KN a G
-
W
N aK G
) ]+
x
2 A
R T lnaO r=
R T lnaO r+
xA2 b [ W
KN a G
+
2xO
r
(W
N aK G
-
W
) KN a
G
]+
x
2 A
n
[
W
+ KCa
G
2x O r (W
CaK G
-
W
) KCa
G
]+ xAn
xA b [ 015 ( W
CaK G
+W
KCa G
+W
N aK G
+W
KN a G
-
W
CaN a G
- 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。
三元长石在花岗岩中的平衡交换反应有三个:
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
华南地质与矿产 2003 年 Geo logy and M ineral 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
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
自然界中斜长石 (PF ) 及碱长石 (A F ) 都是A b-
基础, 根据岩浆岩和变质岩中平衡共生矿物间元素的 O r- A n ( 钠长石- 钾长石- 钙长石) 三元系固溶
分配, 经热力学计算, 从而可得到共生矿物组合的温 体[1], 目前已有的长石温度计, 都忽略了斜长石中 O r
x An)
(W
- KCa
G
W
) CaK
G
]
R T lnaA n=
R T lnaA n+
x
2 O
r
[W
+ CaK
G
2x A n (W
- KCa
G
W
CaK G
)
]
+
x
2 A
b
[
W
CaN a G
+
2x A n (W
N aCa G
-
W
CaN a G
)
]
+
xA b
xO r [ 015
(W
CaK G
+
W
KCa G