地質(zhì)溫度計(jì)在造山帶研究中的應(yīng)用

1、地質(zhì)溫壓計(jì)在造山帶研究中的應(yīng)用地質(zhì)溫壓計(jì)在造山帶研究中的應(yīng)用一地質(zhì)溫地質(zhì)溫壓計(jì)的研究史壓計(jì)的研究史地質(zhì)溫壓計(jì)的發(fā)展歷史如同變質(zhì)巖石學(xué)歷史一樣長，在變質(zhì)巖石學(xué)的研究伊始就存在了，其目的是通過礦物的化學(xué)成分的研究，遵循一定的基本原理，對變質(zhì)巖石形成時(shí)的溫度和壓力條件進(jìn)行定量的計(jì)算。它的形成經(jīng)歷了由定性到定量的發(fā)展過程，按照時(shí)間順序大致可分為三個(gè)階段。1、基本思想的形成、基本思想的形成最初的地質(zhì)溫壓計(jì)研究僅僅是定性的，且是不完整的，并未受到足

2、夠的關(guān)注，而且從未明確地質(zhì)溫壓計(jì)的概念。在1893年，英國地質(zhì)學(xué)家GegeBarrow對蘇格蘭高地達(dá)爾拉德系的泥質(zhì)巖研究時(shí)，根據(jù)出現(xiàn)的特征性變質(zhì)礦物的出現(xiàn)順序，劃分出六個(gè)帶，依次為：①綠泥石帶②黑云母帶③石榴石帶④十字石帶⑤藍(lán)晶石帶⑥夕線石帶，這就是著名的巴羅變質(zhì)帶巴羅變質(zhì)帶。他認(rèn)為溫度是這些變質(zhì)帶形成的主要原因。隨后Tilley（1924）進(jìn)一步整理了GegeBarrow的工作，并提出變質(zhì)級的概念，強(qiáng)調(diào)溫度是主控因素。此時(shí)，已孕育了地

3、質(zhì)溫壓計(jì)的最原始的思想，只是他們未意識到溫度和壓力在變質(zhì)作用中是緊密相關(guān)的，密不可分的。芬蘭巖石學(xué)家PenttiEskola（18831964），在19081914年，對芬蘭ijarvi地區(qū)的接觸變質(zhì)巖研究后，并結(jié)合挪威巖石學(xué)家Ｖ.Ｍ.Goldscht（18881947）對挪威Oslo地區(qū)的接觸變質(zhì)巖研究進(jìn)行研究成果，提出了變質(zhì)相的概念（Eskola，1914，1915；此概念由Turner（1981）進(jìn)行了較為全面的總結(jié)，下圖），他將

4、兩個(gè)不同地區(qū)的研究成果進(jìn)行比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)地區(qū)的原巖具相同的總組分，但形成的變質(zhì)礦物組合不一。因此，他認(rèn)為這兩套組合是在不同的PT條件下形成的，屬于不同的變質(zhì)相。這時(shí)人們已經(jīng)認(rèn)識到溫度、壓力和組分之間的關(guān)系，意識到了變質(zhì)作用過程中這三者的重要性，特別是溫度和壓力是變質(zhì)作用的主控因素。至此，地質(zhì)溫壓計(jì)的基本思想形成了，但還無法進(jìn)行定量的研究。2、定量研究階段、定量研究階段Bowen（1940）首次提出了巖石成因格子的概念，為地質(zhì)溫壓計(jì)的

5、定量計(jì)算點(diǎn)燃了星星之火。他認(rèn)為在巖石成因格子中相關(guān)反應(yīng)的單變平衡曲線代表反應(yīng)形成時(shí)溫度和壓力，并首次標(biāo)出Goldscht（1912）和Eitel（1925）提出的兩條反應(yīng)線：氣體硅灰石石英方解石2323COCaSiOSiOCaCO???的數(shù)據(jù)需進(jìn)一步檢驗(yàn)和不斷更新，計(jì)算中帶有一定的人為性，特別是對礦物活度的選擇具有較大的隨意性?，F(xiàn)今，這兩種溫壓計(jì)相互并用、互為補(bǔ)充，每個(gè)研究者可依據(jù)自身實(shí)際研究情況，選擇相應(yīng)的地質(zhì)溫壓計(jì)，如此才能得出較為

6、理想的結(jié)果。相對而言，地質(zhì)溫壓計(jì)的數(shù)量是十分多的，基本上能滿足研究工作的需要。根據(jù)Spear（1995）的分類原則，傳統(tǒng)的地質(zhì)溫壓計(jì)又分為四類：①成分交換溫度計(jì)；②端員組分不混溶溫度計(jì)；③礦物相變壓力計(jì)；④其他溫壓計(jì)。而礦物內(nèi)部一致溫壓計(jì)則依據(jù)熱動力學(xué)數(shù)據(jù)庫的不同分為兩種：①Powell和Holl（1985）的內(nèi)部一致溫壓計(jì)；②Berman(19881991)內(nèi)部一致溫壓計(jì)。二地質(zhì)溫壓計(jì)的基本原理地質(zhì)溫壓計(jì)的基本原理無論是傳統(tǒng)的地質(zhì)溫壓

7、計(jì)還是礦物內(nèi)部一致溫壓計(jì)，它們的理論基礎(chǔ)均是熱力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)。有關(guān)熱力學(xué)和熱化學(xué)知識，許多文獻(xiàn)已十分詳盡闡述了，這里不做系統(tǒng)論述，只對一些基本定律和重要的公式進(jìn)行歸納。熱力學(xué)理論主要由三個(gè)定律組成，①第一定律，闡述變化過程中的能量守衡；②第二定律，闡述變化的方向和限度；③第三定律是低溫定律，闡述規(guī)定熵?；瘜W(xué)熱力學(xué)是指將熱力學(xué)的基本定律用于研究化學(xué)現(xiàn)象及和化學(xué)有關(guān)的物理現(xiàn)象，其主要任務(wù)是利用熱力學(xué)第一定律研究化學(xué)變化中的熱效應(yīng)，利用熱力

8、學(xué)第二定律并結(jié)合第三定律研究變化的方向和限度以及化學(xué)平衡和相平衡的有關(guān)問題。1、基本定律、基本定律（1）第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式：dU=dQdW(11)其中U=內(nèi)能；Q=熱；W=功。由于功=力距離=壓力體積變化，所以dW=PdAdx=PdV，這樣得到另一個(gè)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式：dU=dQPdV(12)（2）第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式：dS≥(13)TdQS稱之為熵，是狀態(tài)函數(shù)；Q是系統(tǒng)和環(huán)境之間的傳遞熱。據(jù)此定義熵為：dS≡()可逆的(14)TdQ將方