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@https://www.wendangku.net/doc/5a5251783.html, 通信作者: 路远发(1959-), 男, 研究员, 地球化学专业。Email: Lyuanfa@https://www.wendangku.net/doc/5a5251783.html, 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; H?kli 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.

第3期

熊险峰等: 地质温度计的程序设计 541

2.2 软件结构

本软件采用面向对象的三层C/S 架构设计(图

1)。三层C/S 架构指逻辑上的三层, 用户界面层发出查询命令, 业务处理层进行业务规则、数据访问和合法性校验等工作, 再组织SQL 语句查询底层数据库, 业务处理层将数据库返回的查询结果返回给用户界面层, 完成用户界面层的查询命令。

本软件数据存储层使用Microsoft Access, 用户界面层由同位素温度计数据库管理和微量元素温度计数据库管理组成, 业务处理层全部使用ADO(Microsoft

ActiveX Data Objects 2.6 Library)配合SQL(Structured Query Language)实现, 整个系统实现了数据库的四项基本操作, 即浏览、增加、删除和更新。

3 软件窗体介绍

3.1 主窗体

GeoT 软件主窗体如图2所示, 窗体菜单栏有“同位素温度计”、“微量元素温度计”、“其他”等选项, 工具栏有“计算器”、“记事本”, 方便用户调用。

图1 GeoT 的数据库结构

Fig.1

Database structure of the GeoT software

图2 GeoT 软件主界面

Fig.2 Main interface of the GeoT software

3.2 同位素温度计_温度计算窗体

点击主窗体菜单栏“同位素温度计”即可进入同位素温度计_温度计算窗体, 如图3所示。

该窗体用来计算平衡温度或水的同位素组成: ①选择分馏方程后, 输入测试获得的两种矿物(或水)的同位素含量即可计算温度。在窗体中选择同位素类型、矿物A 、矿物B 后, 窗体显示出符合条件的同位素分馏方程, 对于未收录的分馏方程, 用户可在同位素温度计_数据库管理窗体(如图4)自行添加。②当同位素为氧同位素并且矿物对中有水时, 在两种计算类型中选择水的氧同位素选项, 输入矿物A 和温度即可计算水的氧同位素。 3.3 同位素温度计_数据库管理窗体

同位素温度计_数据库管理窗体, 如图4所示, 提供数据库的四项基本操作: 浏览、添加、删除、更新。

对于未收录的分馏方程可以自行添加, 参数有误的方程, 可以修改相关参数后更新数据库, 软件提供条件搜索功能筛选满足条件的记录。 3.4 微量元素温度计_温度计算窗体

由于分配系数K 包括简单分配系数、复合分配系数和一些比较特殊的形式, 而且计算公式没有一致的形式, 所以本窗体提供两种方式计算分配系数

(图5): (1) 分配系数为两数值的比值(如简单分配系数和复合分配系数), 直接输入两种矿物的分析值, 点击计算按钮即可算出温度。

A 、

B 、

C 的涵义见上文公式(8)。

图3 同位素温度计计算窗体

Fig.3 A window for isotope thermometer calculation

542 第37卷

图4 同位素温度计数据库管理

Fig.4 Database management of isotope thermometer

图5 微量元素温度计计算窗体

Fig.5 A window for trace element calculation

(2) 对于分配系数不是简单比值的情况, 直接输入K 后可进行温度计算。

微量元素温度计数据库管理窗体与同位素温度计数据库管理窗体功能大致一致, 不再赘述。 3.5 橄榄石温度计窗体

橄榄石温度计窗体如图6, 参数XFo 、XFa 、

XMg 、XFe 的意义见夏林圻(1981)。本窗体提供两种数据输入方式, 一是点击“数据”项下“导入”命令, 可从文件导入, 二是直接输入四个参数的值, 手动添加。岩石类型可选超镁铁质和镁铁质, 点击“计算”按钮后即可算出所有温度。

图6 橄榄石温度计窗体

Fig.6 A window for olivine thermometer

4 应用实例

4.1 同位素温度计计算实例

运行软件, 在主界面点击同位素温度计, 选择氧同位素, 矿物A 为白云石, 矿物B 为方解石, 选择参数, 窗体右下角提示当前参数: A=0.5, B=0, C=0, 如图7, 输入测试获得的这两种矿物氧同位素组成, 点击计算按钮, 得出平衡温度。按照此流程对胡作维等(2012)数据逐一计算, 并采用GeoKit 软件计算结果做对比, 计算结果如表1。

第3期熊险峰等: 地质温度计的程序设计 543

图7同位素温度计计算实例

Fig.7 An example of the isotope thermometer calculation

从表1可以看出本软件计算结果与GeoKit计算结果完全一致, 与胡作维等(2012)原文结果相比略有差别, 这些差别主要是由于软件采用的单精度数据参与计算时精度丢失导致, 结果可靠。

4.2橄榄石温度计的计算实例

运行软件, 在主界面选择“其他”菜单栏下“橄榄石温度计”(如图6), 参数XFo、XFa、XMg、XFe分别代表橄榄石晶体中镁橄榄石的克分子分数、橄榄石晶体中铁橄榄石的克分子分数、熔浆中镁原子分数、熔浆中铁原子分数。点击“数据”工具栏下“导入”选项, 导入夏林圻(1981)测试获得的橄榄石的数据, 点击“计算”命令按钮, 得出温度。本软件计算结果与原文温度列于表2中。

从表2可以看出, 本软件计算结果与原文结果基本一致, 有些结果相差1 K是由于计算过程中小数四舍五入导致, 本软件计算结果可靠。

表1同位素温度计计算结果数据对比

Table 1 Comparison of the results of different methods of isotope thermometer calculation

δ18O t(℃)

白云石方解石差值原文数据本软件计算结果 GeoKit计算结果

-3.34 ?7.91 4.57 56.7 58 58

-3.38 ?7.91 4.53 58.1 59 59

-3.16 ?7.91 4.75 50.4 51 51

-4.63 ?7.91 3.28 116.1 117 117

-4.96 ?7.91 2.95 137.2 139 139

-4.56 ?7.91 3.35 112 113 113

-3.67 ?7.91 4.24 69.3 70 70

-4.32 ?7.91 3.59 98.9 100 100

-4.67 ?7.91 3.24 118.4 120 120

-2.73 ?7.91 5.18 36.7 38 38

注: 数据引自胡作维等(2012)。

表2橄榄石温度计计算结果数据对比

Table 2 Comparison of the results of olivine thermometer calculation using different methods XFo XFa XMg XFe 原文(K) 本软件(K)

0.86 0.14 0.81 0.19 1904 1904

0.828 0.172 0.769 0.231 1901 1900

0.90 0.10 0.868 0.132 **** ****

0.936 0.064 0.891 0.109 1687 1686

0.927 0.073 0.906 0.094 1994 1994

0.916 0.084 0.874 0.126 1817 1816

0.93 0.07 0.917 0.083 2085 2085

0.912 0.088 0.90 0.10 2129 2129

0.916 0.084 0.902 0.098 2101 2100

0.91 0.09 0.89 0.11 2047 2047 注: 数据引自夏林圻(1981)。

544

第37卷

5 存在的不足与今后开发方向

由于笔者水平有限, 该软件还存在许多不足之处, 其功能有待于进一步改进、提高。

(1) 目前所有温度计方程只包括同位素温度计、微量元素温度计和橄榄石温度计, 对于其他各类温度计笔者未加以考虑, 这是本软件今后开发的一个重要方向。

(2) 对于不满足本文提到的数学模型的温度计方程未罗列在内, GeoT在以后的版本中将逐渐添加。

(3) 由于微量元素温度计的平衡常数公式多不规则, 因此对平衡常数的设计不够简洁, 并且数据量较少, 本软件的新版本开发将其列为重要内容。

(4) 缺少与Excel的交互能力, Excel作为数据处理的专业软件被广泛使用, 本软件今后将逐步完善与Excel交互能力。

6 结语

本文开发的GeoT软件具有以下特点:

(1) 利用VB6.0, 结合ADO数据访问对象和面向对象的编程技术所编写的GeoT软件, 具有界面友好、使用方便、运行稳定等特点。

(2) 数据库结构采用低耦合并且易于维护的三层C/S架构, 利于今后的功能扩展。

(3) 软件可方便的管理数据和温度计算, 计算精度可满足需求。

致谢: 本文承蒙中国地质大学(北京)地球科学与资源学院张德会教授、中国科学院地质与地球物理研究所范宏瑞研究员认真审核并提出宝贵意见, 在此表示衷心的感谢。

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The Programming for Geothermometer Calculation

XIONG Xianfeng, LU Yuanfa and PENG Xianglin

(School of Earth Environment and Water Resource, Yangtze University, Wuhan 430100, Hubei, China)

Abstract: Isotope thermometer and trace element thermometer are routine methods of temperature estimate in the field of geochemistry. Most of these thermometer equations scatter in various monographs, textbooks and article. It is quite difficult to sort out the proper geothermometer and calculate manually. The authors develop a software named GeoT using the VB6.0 and Access database. The software consists of isotope thermometer management module, isotope thermometer calculation module, trace elements thermometer management module, trace elements thermometer calculation module, and other thermometer modules. The GeoT is interface friendly and convenient to use. Keywords: geothermometer; VB6.0; tool software

第六章 矿物温度计与压力计

第六章矿物温度计与压力计 温压计分类、稳定同位素温度计、微量元素温压计、常量元素温度计、温度计的标度、误差分析、常用的矿物温压计、多相平衡矿物温压计组合、相对矿物温压计、温压计计算软件、矿物结构式的计算、温压计质量评价标准 6.1 概述 矿物温度计-压力计、放射性同位素地质年代学是地质学走向定量化发展的两大标志。经过大半个世纪的发展，如今已经成为成熟的地质学分支学科。 矿物温度计-压力计可以分类如下：按照温压计标度所用元素，可分为常量温压计、微量元素温度计、稳定同位素温度计三类；按照温压计标度所用方法，可以分为实验标度、经验标度、混合标度温压计三类；按照温压计适用对象，可以分为单矿物、矿物对、多矿物组合温压计三类（吴春明等，1999）。当然，上述三种分类相互有重叠，不过这样三种分类的组合已大致能概括矿物温压计的全貌。 Spear (1995)、Will (1998)把常量元素温压计划分为离子交换温度计(ion exchange thermometer)、纯转换反应温压计(net transfer thermobarometry)、溶线温度计(solvus thermometer)，以及暂无法划分入这些温压计范畴的“其它类型”温压计。有些温压计涉及H2O、CO2等流体，由于在使用时需要首先确定流体的活度，颇为不变，所以这里不考虑这类温压计。 自20世纪30年代以来，矿物温压计一直是方兴未艾的研究热点。总的来说，近年来矿物温压计在如下方面有大的进展：（1）用来标度温压计的化学组分趋于复杂、也更为接近实际岩石、矿物的化学组分。矿物活度模型也更为合理，例如近年来对石榴石活度模型的研究；（2）发现矿物成分同稳定同位素分馏系数之间存在规律(Mattews, 1994)； (3)出现了适用于估算岩浆结晶环境的压力计，例如单斜辉石压力计（Nimis, 1999）；（4）发现压力对矿物之间稳定同位素的分馏有影响(Polyakov and Kharlashina, 1997)；（5）出现了稀有元素温度计(Canil, 1999)和稀土元素温度计(Heinrich et al., 1997; Pyle, 2000)；（6）出现了显微构造温压计（Kruhl，1996）；（7）相对温压计理论更加完善（Worley B, Powell，2000）；（8）发现了适用于冲击变质作用的压力计（Fel’dman et al. 2000）；（9）一些常用的温压计得到了不断改进，例如黑云母-石榴石温度计已经改进到第29个版本，石榴石-单斜辉石温度计则经过了至少18次修正（Ravna, 2000），石榴石-白云母温度计也经过了4次修正(Wu et al., 2002)。每一次的改进，都使得温压计重现实验温度和压力的能力有所提高，对天然岩石的应用也得出更加符合客观实际的结果。 同温度计相比，压力计的研究相对薄弱，尤其是变泥质岩系压力计，精确度尚有待于提高。例如，对于常用的石榴石-铝硅酸盐-斜长石-石英(GASP)压力计的各种版本，仅仅±50oC的温度估算误差，带来的压力计算误差就高达±0.8—1.5Kbar。应该指出，学者们在标度GASP压力计时，采用的是纯钙长石的分解反应，与天然矿物固溶体相差甚远，所以该压力计存在着自身不能克服的缺点，表现为GASP压力计往往不能准确反映相应铝硅酸盐矿物的稳定域。采用天然钙长石的实验标度工作势在必行。 6.2 稳定同位素温度计 稳定同位素温度计(stable isotope thermometer)测定的是地质体中同位素平衡的建立和“冻结”时的温度。由于同位素交换反应是等体积分子臵换，并不引起晶体结构本身的变化，因而同位素地质温度计不受压力变化的影响，无需考虑压力校正（陈道公等，1994）。 例如，石英与磁铁矿之间稳定氧同位素(18O、16O)的交换可表示为： 2 Si18O 2 + Fe 3 16 O 4 = 2 Si16O 2 + Fe 3 18 O 4

二长石地质温度计在估算乌拉山金矿碱性长石形成温度中的应用_英文_

第23卷　第4期2004年12月 岩　石　矿　物　学　杂　志 ACTA　PETROLO GICA　ET　MIN ERALO GICA Vol.23,No.4 Dec.,2004 文章编号:1000-6524(2004)04032710 二长石地质温度计在估算乌拉山金矿碱性长石 形成温度中的应用 胡　萍1 (1.中国地质大学,湖北武汉　430074;2. 摘　要: 种类的脉状地质体。含金矿脉中主要矿物共生组合为碱性长石 金属硫化物。矿床的显著特征为碱性长石交代作用强烈 文采用电子显微探针分析了共生碱性长石和斜长石的化学成分,并采用三元二长石温度模型估计了碱性长石的平衡温度。结果表明,第一成矿阶段的碱性长石石英含金矿脉中碱性长石的形成温度为353℃,第二成矿阶段石英含金矿脉中碱性长石的形成温度为281℃,矿脉碱性长石形成压力约为5kbar。这些结果与同类矿石中平衡共生的碳酸盐矿物和云母类矿物的地质温度计估计的形成温度以及共生石英中流体包裹体的均一温度非常一致。因此,乌拉山金矿床形成和富集的温度可估测为260～380℃,压力约为5kbar。此外,应用二长石温度计计算了本地区区域变质片麻岩和花岗岩中碱性长石的平衡温度,所得温度比采用共生铁铝榴石和黑云母温度计估计的温度要低约250℃。这表明共生的铁铝榴石和黑云母的平衡温度可能代表其寄主变质岩变质期温度及寄主花岗岩原生温度,而区域变质岩和花岗岩中的碱性长石在经历了随后多次热液作用后,可能重新平衡再生,这也与前人对乌拉山金矿的矿床地质和同位素研究的结果一致。 关键词:碱性长石;形成温度;二长石温度计;乌拉山金矿床;内蒙古 中图分类号:P578.968;P618.51 文献标识码:A Formation temperatures of alkali feldspars from the Wulashan gold deposit: an estimate by t wo-feldspar thermometry Ping HU1,2,Linghu ZHAO1and Qiujuan B IAN1 (1.China University of G eosciences,Wuhan430074,China;2.Northeastern Illinois University,Chicago,IL60625,USA) Abstract:The Wulashan gold deposit,Inner Mongolia,China,which is characterized by intensive alkali feldspar metasomatism,is hosted by the late Archean gneiss,amphibolite,migmatite,and marble of the Wu2 lashan Group and surrounded by several intrusions.The general mineral assemblage of mineralized lodes is alkali feldspar+quartz+plagioclase+carbonate(calcite and Fe-dolomite etc).Alkali feldspar is also present as a major component within country rocks.On the basis of the microprobe analyses for coexisting alkali feldspar and plagioclase,the equilibrium temperatures of the alkali feldspars are calculated using several ternary two-feldspar geothermometers.The obtained temperatures at5kbar are353℃for alkali feldspars from gold-bearing veins I (K-feldspar-quartz veins),and281℃for alkali feldspars from gold-bearing veinsⅡ(quartz veins),in good a2 greement with the estimated temperatures for coexisting carbonates,mica minerals and gold,and with the ho2 mogeneous temperatures of fluid inclusions in quartz and alkali feldspars.Therefore,the gold mineralization in 收稿日期:20040421;修订日期:20040625 基金项目:教育部科学技术研究基金资助项目(9549115) 作者简介:胡　萍(1970),女,汉族,博士研究生,研究方向为矿物学。

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@https://www.wendangku.net/doc/5a5251783.html, 通信作者: 路远发(1959-), 男, 研究员, 地球化学专业。Email: Lyuanfa@https://www.wendangku.net/doc/5a5251783.html, 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; H?kli 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;

微量元素在地质中的应用

微量元素在地质中的应用 一、基本概念 微量元素(minor elements)依不同学者给出了不同的定义。盖斯特(Gast, 1968)定义微量元素“不作作系内任何相主要组份存的非化学计量的分散元素”。 按此定义，微量元素是相对的，在一个体系中为微量元素，而在另一个体系中可能为常量元素。比如，K、Na在超基性岩中可做微量元素。在长石类岩石中不能做微量元素。Zr 在锆英石中不是微量元素，但在长石中都是微量元素。Fe一般情况下不是微量元素，但闪锌矿中Fe都是微量元素。所以根据含量来划分微量元素是不准确的。所以有人从热力学角度来定义微量元素：在研究的对象中元素的其含量低到可可近似地用稀溶液定律来描述其行为，则该元素可称为微量元素。 一般的，将地壳中除O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti 等9种元素（它们的总重量丰度占99％左右）以外的其它元素统称为微量元素，它们在岩石或矿物中的含量一般在1％或0.1％以下，含量单位常以10-6或10-9表示。 二、微量元素地球化学指示剂 1.大离子亲石元素的指示意义 1.1 指示岩浆演化过程 大离子半径亲石元素主要指的是Ba、Rb、Sr、Ca和K。由于Sr的性质与此同时Ca相似，当它的为+2价阳离子时，其离子半径分别为1.17?和1.0?。在岩浆演化过程中，Sr长石—熔体间的分配系数大，也就是说Sr2+易进入含Ca2+矿物中，因此在中酸性岩浆演化过程中，Sr一般也随Ca的减少而贫化。但是，Sr2+的半径比Ca2+略大，按类质同象规律，Ca2+、Sr2+优先进入晶格中，所以Sr2+贫化较慢，随着岩浆分异作用的进行，Sr/Ca值逐渐增加。这就决定了残余岩浆最后结晶的斜长石。具有最高的Sr/Ca值和最低的Ca含量。因此，利用Sr/Ca比值可判断岩浆的演化分异程度。 综合Rb、Sr地球化学行为一般认为Rb/Sr比值是岩浆演化过最明显的指示剂，岩浆分异程度愈好，Rb/Sr比值愈大。 1.2 指示构造部位 大离子半径亲石元素除了指示岩浆的演化分异以外，还可用来区分同大地构造部的岩石类型(表1-1)。

地球化学作业——微量元素的地质应用

地球化学 第一次课后作业 班级： 021131班 姓名：刚果河边草泥马 指导老师：张利

微量元素的地质应用 微量元素是研究自然物质和自然体系中微量元素的分布规律、存在形式、活动特点、控制因素及其地球化学意义的地球化学分支学科，是地球化学学科的一个重要分支，它的研究内容为不同地球化学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律。 而微量元素具有很多其他主量元素无法表现的特点，如含量更低，含量变化更大，比主量元素更灵敏，数量以及分类更多，来源更复杂等特点，所以微量元素可以提供大量主量元素所表达不出的地质信息。基于以上的特点，微量元素作为一种主要的工具，运用于地质中的方方面面，将实际资料和模型计算相结合，能够近似定量地解决元素在共存相中的分配问题，并反映相关的地质意义。而且随着科技的发展，不止在地质领域，在物证鉴定、古文化传播研究等方面都有了广泛的应用。 以下是为本人阅读的相关文献，总结了微量元素的相关地质应用。 一、微量元素可以推断岩浆演化和成岩过程 这种应用通常要根据大离子亲石元素来判断，依据其含量的变化来判断岩浆的演化过程和成岩的过程，如Sr/Ca的比值可反映其岩浆的演化分异程度。 以《广西三叉冲钨矿有关岩体岩石成因：锆石U-Pb年代学、元素地球化学及Nd同位素制约》这篇文献为例。在文章中，作者要分析中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩的区别。首先取样分析其相关大离子亲石元素的含量变化，中粒黑云母花岗岩具有较高的大离子亲石元素含量(Rb = 120—260 μg/g, Ba =5 44—823 μg/g, Sr = 399—677 μg/g)。对比之下，细粒二云母花岗岩具有相对较高的 Sr 含量(444—661 μg/g, 表 2)和相对较低的 Rb (62—189 μg/ g)、Ba(101—806 μg/g)含量。 在稀土元素分布模式图(图 7)中, 中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩都为轻重稀土分异明显右倾式。没有或具有弱的Eu 异常(δEu = 0.7—1.1)。对比之下，相对于中粒黑云母花岗岩(La N/Yb N = 8.1—28.2), 细粒二云母花岗岩(La N/Yb N = 9.6—29.1)具有更强的轻重稀土分异程度。在 Rb-V 和 Rb-SiO2 图(图 8)中, 中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩表现出不同的演化趋势。 以上便是用微量元素来分析两种岩浆岩的区别，之后再进一步分析其成因。

中国地质大学(北京)地球化学复习题第二章

类质同象：某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质中的其它质点（原子、离子、络离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变（保持稳定）的现象。 类质同像混入物：由类质同象形式混入晶体中的物质称为类质同象混入物。 固溶体：含有类质同象混入物的混合晶体称为固溶体。 完全类质同像：晶体化学性质相近的元素之间可以充分置换，形成任意比例的固溶体，称为完全类质同象 有限类质同像：晶体化学性质相差较大的离子间的置换受晶格构造的限制，只能形成有限类质同象 完全类质同象：两种物质形成连续的混合晶体系列。在一定范围内使矿物发生化学成分，光学性质以及其它物理性质(折光率、比重、硬度等)的连续变化。如橄榄石和斜长石的的完全类质同象系列。 不完全类质同象：两种物质仅形成混溶程度有限的混合晶体。一般高温下无限混溶，低温下发生固溶体分离。如钾长石和钠长石高温时形成混合晶体，温度降低时钾长石和钠长石发生分离形成条纹长石 内潜同晶:类质同象置换时如果两种元素数量相当，且每种元素能形成自己的晶格时为“正常类质同象”。当两种元素数量差异很大时，一种元素以分散量进入另一元素晶格，后者为主导(寄主)元素，前者为伴生(附属)元素，主导和伴生元素地球化学参数相近，伴生元素隐藏在主导元素晶格中，称为内潜同晶 晶体场理论:是一种静电理论，它把配合物中心离子和配位体看成是点电荷(偶极子)，形成配合物时带正电荷的中心离子与带负电荷的配位体以静电相吸引，配位体间则相互排斥。该理论考虑带负电荷的配位体对中心离子最外层电子包括d轨道和/或f轨道的影响，用以解释过渡元素物理化学性质。 晶体场:带负电荷配位体对中心离子产生的静电场。 五重简并:在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道能级相同，电子云呈球形对称，电子在五个d轨道上分布概率相同，称为五重简并。当中心离子处于晶体场中时，5个d轨道有明显方向性，在晶体场作用下发生分裂，使d轨道简并度降低。 晶体场分裂:当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场非球形对称特征，使d轨道能级产生差异，称为晶体场分裂。 晶体场分裂能:5个能量相等的d轨道，在八面体场作用下，分裂为两组： 一组是能量较高的dx2-dy2，dz2轨道，称为e g轨道(或dγ轨道)； 一组是能量较低的dxy,dxz和dyz轨道, 称为t2g轨道(或dε轨道)； 这些轨道符号表示对称类型，e为二重简并，t为三重简并，g代表中心对称。t2g轨道和e g 轨道的能量差称为晶体场分裂能，用△表示(图2.25)。 成对能:迫使原来平行的分占两个轨道的电子挤到同一轨道所需的能量叫成对能。用P表示。 自旋状态 高自旋状态:弱电场中，晶体场分裂能△值较小(<电子成对能)，在每一低能级轨道充填一个电子后，新增加电子优先占据高能级轨道，使电子自旋方向尽可能保持一致。 低自旋状态:强电场中，晶体场分裂能△值较大(>电子成对能)，在每一低能级轨道充填一个电子后，新增电子优先选择占据低能级轨道，使成对电子数增加。成对电子自旋方向相反晶体场稳定能: 八面体择位能:任意给定的过渡元素离子，在八面体场中的晶体场稳定能一般总是大于在四面体场中的晶体场稳定能。二者的差值称为该离子的八面体择位能(OSPE)。这是离子对

地质英语词汇

专业英语f test f 检验 fabric 构造 fabric analysis of rock 岩石组构解析 fabric domain 组构域 fabric element 组构要素 face 面;工祖 face centered lattice 面心点阵 facet eye 复眼 faceted pebble 棱石 faceted spur 截切山嘴 facetted peneplation 交切准平原 facial sutures 面线 facies 相 facies analysis 相分析 facies angle 相角 facies change 相的变化 facies fossil 指相化石 facies index 指相化石 facies map 相图 facies series 相系 factor analysis 因子分析 fahlband 矿带 fahlore 铜矿 fahlunite 褐堇青石 failure 破坏 fairfieldite 磷钙锰石 falcate 镰状的 falciform 镰状的 fall line 瀑布线 falling ball viscosimeter 落球粘度计 falling off of drill string 跑钻 false bedding 假层理 false cleavage 假劈理 false roof 伪顶 faluns 砂质泥灰岩 famatinite 脆硫锑铜矿 famennian stage 法门阶 family 科 family of curves 曲线族 fan 扇状地 fan cleavage 扇状劈理 fan delta 扇形三角洲

矿物地质温度压力计

矿物地质温度压力计(Geothermobarometry of minerals) 一、造岩矿物缩写符号(Symbols for rock-forming minerals)

二、矿物地质温压计的种类 矿物地质温压计是以矿物特征为基础，根据矿物的不同性质，可将矿物地质温压计分为不同种类，常见者有： 矿物稳定同位素地质温压计：从理论上讲，平衡矿物之间的稳定同位素分馏值是温度的函数；每一对平衡矿物的稳定同位素都能计算出来。例如，石英–钠长石矿物对的同位素分馏温度计为：1000lnαQtz-Ab=0.5?106T-2。 矿物包裹体温压计：利用矿物中的流体、气体包裹体的均一温度、冰点等确定寄主矿物形成的温度以及校正压力。 矿物离子交换温压计：利用矿物中或矿物之间离子交换性质建立起来的温压计。目前地质研究中普遍使用该类温压计。 三、矿物离子交换温压计的理论基础 简单地讲，离子交换地质温压计就是元素分配地质温压计，是利用元素分配远离建立起

来的温压计。自然界中的许多矿物，不论是地壳或地幔的矿物，还是陨石、月球或宇宙尘的矿物，其中绝大部分都是由两种或两种以上组分所构成的固溶体矿物。共生的固溶体矿物，如果是处于平衡状态的话，又常常具有某一种或几种相同的元素(离子或原子)；另一方面，同一的元素也可以存在于同一矿物的不同结构位置中。因此，共生矿物间或同一矿物的非等效结构之间、不同结构位置之间都可能存在离子或原子的交换问题，即元素的分配问题。元素的分配问题受热力学定律(Nernst定律) 所支配。假如把天然矿物看成理想溶体或近于理想溶体的话，那么某种元素在共生矿物之间或不同等效结构位置之间的分配数量之比，是受温度和压力的支配。因此，根据矿物的成分特点或矿物中元素的占位特点，反过来就可以推测矿物平衡时的温度和压力。这就是矿物温压计的基本原理。 根据不同矿物共生组合，可写出矿物之间的多种化学计量关系，其中特别重要的有GASP(石榴子石–Al2SiO5–石英–斜长石)、GARB(石榴子石–黑云母)、GMPB(石榴子石–白云母–斜长石–黑云母)反应等。 当岩石在外界条件变化的驱使下，自我调节作用达到平衡时，在热力学上就建立了平衡态方程： ?u=∑νj·u j 由于反应达到平衡时?u=0，因此： 0=∑νj·u j 将u j=u?j+RTlna j及u?j=?H?-T?S?代入上式，得： 0=?H?-T?S?+RTlnK eq 或者： 0=?G?+RTlnK eq 其中平衡常数K eq=∏(a j) νj，对于生成物νj<0，对于反应物νj>0。 这个式子是在标准状态下的Gibbs自由能平衡表达式。?G是状态函数，其积分与路径无关。因此，对于任意状态（P，T）时，?G可以分解为两步，即等压变化过程和等温变化过程，?G等于这部分能变之和。 对于等压过程，有： ?H(T,P0)= ?H(T0,P0)+??C p dT ?S(T,P0)= ?S(T0,P0)+ ?(?C p/T)dT 对于等温过程，能量变化为： ?u(T,P)= ?u(T,P0)+ ??VdP 因此，平衡态方程为： 0=?H(T0,P0)+ ??C p dT-T[?S(T0,P0)+ ?(?C p/T)dT]+ ??VdP+ RTlnK eq 这个式子是一个在变质反应达到平衡状态时关于温度(T)和压力(P)的方程式，是热力学温压计的通用表达式。其中（T0,P0）是某个参考点的状态。该式子比较复杂，难以求解T和P。通常是进行某些近似或假设后求解，如对于固态其体积可近似为与P、T无关，即：??VdP≈?V(P-P0)。 如上所述，记录于岩石中的只是峰期或准峰期的状态信息，用这种热力学方法计算的温度和压力也只是峰期或准峰期的温度和压力。Newton & Perkins(1982)和Bohlen(1987)等认为，区域麻粒岩地体的峰期条件一般都集中于一个狭小的范围之内，即700~850?C和6.5~9.0kbar。Frost & Chacko(1989)提出了麻粒岩的“不确定性原理”，他们认为，麻粒岩相变质作用的温压条件明显高于绝大多数温压计的封闭温度，因此热力学不能无法求得麻粒岩相得最高变质条件。尽管类似得观点也被其他人（如Ellis, Green, Hensen等）提出，但是实践表明，利用热力学温压计所求得的温压条件一般都接近矿物组合所允许的范围。因此这种方法还是可行的。 在一设定溶体模型中，已知?H、?S和?V，又可测得矿物成分，则用矿物成分又可得到平衡常数，那么上述方程定义P–T空间中唯一的曲线。不同平衡反应对于温度、压力的相对敏感程度不同，利用这一性质可使它们分别用作温度计和压力计。

变质作用的地质温度计和压力计

第三节变质作用的地质温度计和压力计 现代变质岩石学研究，已经不满足于定性地判定某一变质岩属于什么变质相。还要尽量去求得变质作用的具体温度和压力条件，这就要求有简便易行的地质温度计和压力计。下面介绍几种适用于不同成分的变质岩地质温度计和压力计： 地质温度计和压力计的基本思路是：1）找出一个适当的平衡相组合，使之能给出相组分间的2个反应式；2）解出该2反应式的平衡温压条件，该2平衡的反应线在PT图上必有一交点，这是该2反应在一个岩石中达到平衡时的P-T条件，即该组合平衡的PT值。一般要求这２反应式均应独立于已消失的流体之外，所以一切涉及流体的反应，不能用于地质温压计．但这并不是说含水矿物不能用于温压计，只是参加反应的含水矿物其（ＯＨ）必须保存于固相中．最常用于温压计的一是交换反应，另一是净转换反应．一般地说,交换反应总是Vr比较小的,所以多作为温度计用;而净转换反应则是压力计的首选对象. 在ＰＴ图上，斜率陡的反应线，它受温度控制，所以是好的温度计；而斜率平缓的反应，则主要受控于压力，是好的压力计．反应曲线的斜率受控于Clausius-Clapeyron方程（图9－１）所以一个熵变大而体积变化小的反应是一个好温度计，而一个熵变小而体积变化大的反应则是好的压力计． 常用的变质作用地质温压计介绍如下： 1 石榴石-黑云母Fe-Mg交换温度计 石榴石-黑云母温度计是最常用温度计之一，它适用于原岩成分很宽的各类岩石，且适用于很宽的变质级范围.选择含有黑云母和石榴石的样品,镜下鉴定证明其结构上是处于平衡状态,最好是两者直接接触的. 磨制电子探针片进行两种矿物相邻颗粒的成分测定,根据鉴定结果中FeO, MgO的含量计算其摩尔分数,求出两矿物中Fe/ Mg比和它的分配系数Kd,分配系数是某一物质(i) 溶解于两种互不混溶的液层之间的浓度比: Kd = X i B / X I A 然后,即可按一定的温度计方程, 求出设定压力下的温度.关于该温度计至少已有18个版本，这里选择性介绍如下。 Ferry和Spear(1978)发表了铁云母-金云母和铁铝-镁铝榴石之间Fe-Mg变换的实验数据，其所用体系的Fe/(Fe+Mg)比范围可达0.9。温度计方程式： T (℃)={[2089+9.56P(kbar)]/(0.782-lnKd)}-273 式中Kd=(Fe/Mg)Bt/(Fe/Mg)grt。显然,其它参与固溶体的一些组分对该温度计有一定的影响，所以Spear提出该温度计使用时注意石榴石应是低Ca和Mn的，（Ca+Mn）/(Ca+Mn+Mg+Fe) ≤0.2，黑云母应贫Al vi和Ti，其中（A1vi+Ti）/(A1vi+Ti+Fe+Mg)≤0.5 Perchuk和Lavrent’eva(1983)亦对黑云母-石榴石间的Fe-Mg分配作了实验，他们采用的是天然矿物作为起始材料，其Fe/(Fe+Mg)范围是0.3--0.7。Thoenen(1989)针对其中热力学方程存在问题作了修正，修正后的温度计如下： T (℃)={[3890+9.56P(kbar)]/(2.868--lnKd)}-273 该式计算结果与Ferry和Spear对比，在500℃范围高了约30℃，700℃范围则又低了约60℃，不过经过8种方法的校验，可以认为Perchuk-lavrent’eva的温度计，更能得到准确的结果。 一般地说，黑云母-石榴石温度计较适用于高温绿片岩相和角闪岩相，在某些地区应用结果表明变质温度增高100--150℃，计算结果会有规律地偏高，对于高温角闪岩相和麻粒岩相的岩石，退变质会引起Fe-Mg的再分配，以致所得温度偏低很多，这是值得注意的。 Tracy(1976)的研究结果发现富含黑云母的岩石，退变质反应对于基质黑云母影响甚少,

变质岩考题

变质岩部分 一、名词解释（每题4分） 1、变质作用 2、正变质岩 3、负变质岩 4、特征变质矿物 5、贯通矿物 6、重结晶作用 7、变质结晶作用 8、交代作用 9、裂隙溶液 10、间隙溶液 11、变质分异作用 12、变质带 13、递增变质带 14、变余结构 15、变晶结构 16、区域变质作用 17、接触变质作用 18、气液变质作用 19、动力变质作用 20、冲击变质作用

21、叠加变质作用 22、混合岩化作用 23、负荷压力 24、应力 25、等化学系列 26、等物理系列 27、变晶系 28、基体 29、脉体 30、变质相 31、变质相系 32、变质矿物共牛组合 33、交代假象结构 34、筛状变晶结构 35、碎斑结构 36、糜棱结构 37、板状构造 38、千枚状构造 39、片状构造 40、片麻状构造 二、填空题；（每个空格1分） 1、引起岩石发生变质的主要外部因素有， 和，其中是最重要的因素。 2、变质作用方式主要有，。

3、在没有交代作用的前提下，变质岩的化学成分主要受的影响。 4、变质岩的矿物成分主要受和两方面因素控制。 5、交代作用是使发生改变的一种作用。 6、根据有无交代作用的发生，可将接触变质作用分为 ——变质作用和——变质作用。 7、变质岩的矿物成分根据成因可分为和，根据稳定范围的宽窄可分为 和。 8、混合岩主要是由和两部分组成的。 9、根据等化学系列的概念可将变质岩分为， ， ' ’， ，，五个系列。 10、混合岩的基体是指，脉体是指。 11、基性岩石的递增变质带由低级到高级依次划分为 — 五个带。 12、泥质岩石的递增变质带由低级到高级依次划分为，， ，，六个带。 13、矽卡岩是在和接触带附近经变质作用形成的岩石。 14、变质岩命名的一般格式为。 15、交代作用过程中，组分是主要通过和两种方式迁移的。 18、、和是变质岩中最常见的三个同质异相体矿物。