地质温度计的程序设计 - Geokit之家

收稿日期: 2012-12-06; 改回日期: 2013-01-16

项目资助: 国家大学生创新性实验项目及国家自然科学基金项目(批准号: 40673001)资助。 第一作者简介: 熊险峰(1987-), 男, 硕士研究生, 地球化学专业。Email: xianfeng1987@ 通信作者: 路远发(1959-), 男, 研究员, 地球化学专业。Email: Lyuanfa@ 卷(Volume)37, 期(Number)3, 总(SUM)138 页(Pages)539~545, 2013, 8(August, 2013)

大 地 构 造 与 成 矿 学

Geotectonica et Metallogenia

地质温度计的程序设计

熊险峰, 路远发, 彭相林

(长江大学 地球环境与水资源学院, 湖北 武汉 430100)

摘 要: 同位素温度计和微量元素温度计是地球化学领域用来计算地质温度的常用方法。这些温度计方程大多分散在各种专著、教材及论文中, 手工查找和管理这些温度计极为不便, 而且温度计的计算较为复杂, 手工计算的难度较大且效率低。为解决这一问题, 本文利用VB6.0和Access 数据库开发了GeoT 软件。GeoT 由同位素温度计管理模块、同位素温度计温度计算模块、微量元素温度计管理模块、微量元素温度计温度计算模块和其他温度计模块组成, 界面友好, 使用方便。 关键词: 地质温度计；VB6.0；工具软件

中图分类号: P594 文献标志码: A 文章编号: 1001-1552(2013)03-0539-007

0 引 言

与成岩成矿作用相关的物理化学条件中最主要的参数是温度、压力和氧逸度等(赵振华, 1997), 尤其是温度对成岩成矿作用的影响, 对认识成岩成矿的地球化学过程具有十分重要的意义。目前, 研究地质过程的温度有两个基本方法, 一是通过流体包裹体直接测定成岩-成矿的温度, 另一种途径是利用各种地质温度计进行计算。目前, 地质温度计主要包括微量元素温度计、同位素温度计及岩石(矿物)化学温度计。前人已经建立了大量的具有实用价值的温度计(特别是同位素温度计), 但这些“温度计”分散在各种专著(赵振华, 1997)、教材(郑永飞和陈江峰, 2000)及论文中(丁悌平等, 1992a, b; 张理刚等, 1990a, b, 1991, 1998; 张理刚, 1977; 周根陶和郑永飞, 2000; Beswick, 1973; Bird et al., 1993, 1994; Carothers et al., 1998; Chiba et al., 1981; Clayton et al., 1972; Cole and Ripley, 1999; Drake and Weill, 1975; Fritz and Smith, 1970; Häkli and Wright, 1967;

Hart and Davis, 1978; Kim and O’Neil, 1997; Kusakabe and Robinson, 1977; Matthews and Katz, 1977; O’Neil and Taylor, 1967, 1969; O’Neil et al., 1969; O’Neil, 1986; Stormer and Carmichael, 1971; Stosch, 1981), 给查找及使用这些温度计带来不便, 并且温度计的计算多较为复杂, 手工计算的难度较大。由于同位素温度计和微量元素温度计各自具有固定的数学形式, 这给使用数据库来管理这些温度计带来极大的便利。然而, 到目前为止, 除广泛应用的GeoKit(路远发, 2004)软件具有同位素温度计计算功能外, 还没有一款具有系统管理各种温度计方程的软件。为此, 本文利用VB6.0和Access 数据库开发出可用于各种温度计管理和温度计算的软件GeoT 。本软件通过安装程序制作成安装包, 安装后可脱离VB 环境运行, 使用方便。

1 温度计的数学模型

同位素温度计和微量元素温度计的理论推导, 前人已做过相关工作(赵振华, 1997; 郑永飞, 1987;

540 第37卷

郑永飞和陈江峰, 2000), 以下仅对数学模型做简要介绍。

1.1 同位素温度计数学模型

对任意的化学反应

0B B

B υ=∑

由Gibbs-Helmholtz 方程

2⎡Δ⎤⎛⎞∂⎜⎟⎢⎥

Δ⎝

⎠⎢⎥=−∂⎢⎥⎢⎥⎣⎦P

G H T T T (1) 到达平衡时

ln G RT K Δ=− (2)

将(2)代入(1)得:

2

ln ∂Δ⎛⎞=⎜⎟

∂⎝⎠P K H T RT (3) 由G R Kirchhoff 定律:

()∂Δ⎡⎤=Δ⎢⎥∂⎣⎦P P

H C T 积分得1Δ=Δ+∫P H C dT C , 1C 为积分常数。

2−Δ=Δ+Δ+ΔP C a bT CT (4)

对于同位素交换反应

0**0

n m n m mM X nN X mM X nN X +=+

取2−Δ=ΔP C CT (5) 联合(5), (4), (3)得

132

ln ∂−Δ⎛⎞

=+⎜⎟

∂⎝⎠P C K C T RT RT 积分后得

1

22ln 2C C

K C RT

RT −Δ=

+

+, 2C 为积分常数 (6)

在同位素分馏研究中, 定义分馏系数α为一化合物中两种同位素原子丰度之比除以另一化合物中相应的同位素原子丰度之比, 即

(

)

(

)

*

0M M

*

0X /X

R R

X /X

α==

如果化合物M 和N 中这两种同位素任意分布在所有可能位置上, 则

1/n K α=, n 为可交换的原子数目。 (7)

将(7)代入(6)并整理得

63

3

2

101010ln A B C T

T α××=

++ (8)

3312

101010,,2C C C A B C nR

nR n −Δ==−=

式(8)为本软件采用的数学模型。

1.2 微量元素温度计数学模型

微量元素的行为符合“能斯特分配定律”, 在稀溶液中, 溶质i(微量组分)在两相α和β之间达到平衡时, 有关系式:

i i αβμμ= (9) ,i i i ln RT a αθααμμ=+ (10) ,i i i ln RT a βθββμμ=+ (11)

将(10), (11)代入(9)并整理得

,,i i i i exp ()a K RT a θβθα

α

μμ⎛⎞

−==⎜

⎟⎜⎟⎝

⎠

T,P (12) 将(3)式积分得:

ln H

K B RT

Δ=−

+ 在一定温度、压力和给定溶剂、溶质范围内,

H Δ可视为常数。

由于微量组分i 的浓度很低, 可看作活度与浓度在数值上相等, 故在计算时只需微量元素在两相中的浓度数据即可算出温度。

本软件采用数学模型ln A

K B T

=

+或者log K = A B T +。 2 软件设计

2.1 编程工具简介

GeoT 是在Microsoft Visual Basic 6.0(以下简称VB6.0)平台下开发完成。Visual Basic 将Windows 界面编程的复杂性封装起来, 它提供了开发

Microsoft Windows(R)应用程序最迅速、最简捷的方法①。由于Visual Basic 在Microsoft Office, 如Excel 的 Applications Edition(洛迈克斯, 2002; Korol,

2002)、

Microsoft Access 和 Windows 的许多其他应用程序(如AutoCAD, CorelDraw)中的广泛应用以及其简洁的语法受到广大程序员的喜爱。VB6.0作为Visual Studio 家族中的一员, 以其开发速度快、使用简单而被广泛使用, 尤其在数据库开发方面, VB6.0

具有快速、简单和功能完备的独到优势(郭瑞军等,

2005)。

① Microsoft Corporation. 1998. Visual Basic 6.0中文版程序员指南. 微软(中国)有限公司译. 北京希望电脑公司出品: 1-40.