地質溫度計在造山帶研究中的應用

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

2、夠的關注，而且從未明確地質溫壓計的概念。在1893年，英國地質學家GegeBarrow對蘇格蘭高地達爾拉德系的泥質巖研究時，根據(jù)出現(xiàn)的特征性變質礦物的出現(xiàn)順序，劃分出六個帶，依次為：①綠泥石帶②黑云母帶③石榴石帶④十字石帶⑤藍晶石帶⑥夕線石帶，這就是著名的巴羅變質帶巴羅變質帶。他認為溫度是這些變質帶形成的主要原因。隨后Tilley（1924）進一步整理了GegeBarrow的工作，并提出變質級的概念，強調溫度是主控因素。此時，已孕育了地

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

4、兩個不同地區(qū)的研究成果進行比較時，發(fā)現(xiàn)這兩個地區(qū)的原巖具相同的總組分，但形成的變質礦物組合不一。因此，他認為這兩套組合是在不同的PT條件下形成的，屬于不同的變質相。這時人們已經(jīng)認識到溫度、壓力和組分之間的關系，意識到了變質作用過程中這三者的重要性，特別是溫度和壓力是變質作用的主控因素。至此，地質溫壓計的基本思想形成了，但還無法進行定量的研究。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，為地質溫壓計的

5、定量計算點燃了星星之火。他認為在巖石成因格子中相關反應的單變平衡曲線代表反應形成時溫度和壓力，并首次標出Goldscht（1912）和Eitel（1925）提出的兩條反應線：氣體硅灰石石英方解石2323COCaSiOSiOCaCO???的數(shù)據(jù)需進一步檢驗和不斷更新，計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。現(xiàn)今，這兩種溫壓計相互并用、互為補充，每個研究者可依據(jù)自身實際研究情況，選擇相應的地質溫壓計，如此才能得出較為

6、理想的結果。相對而言，地質溫壓計的數(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)的地質溫壓計又分為四類：①成分交換溫度計；②端員組分不混溶溫度計；③礦物相變壓力計；④其他溫壓計。而礦物內部一致溫壓計則依據(jù)熱動力學數(shù)據(jù)庫的不同分為兩種：①Powell和Holl（1985）的內部一致溫壓計；②Berman(19881991)內部一致溫壓計。二地質溫壓計的基本原理地質溫壓計的基本原理無論是傳統(tǒng)的地質溫壓

7、計還是礦物內部一致溫壓計，它們的理論基礎均是熱力學和化學熱力學。有關熱力學和熱化學知識，許多文獻已十分詳盡闡述了，這里不做系統(tǒng)論述，只對一些基本定律和重要的公式進行歸納。熱力學理論主要由三個定律組成，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熱力學是指將熱力學的基本定律用于研究化學現(xiàn)象及和化學有關的物理現(xiàn)象，其主要任務是利用熱力學第一定律研究化學變化中的熱效應，利用熱力

8、學第二定律并結合第三定律研究變化的方向和限度以及化學平衡和相平衡的有關問題。1、基本定律、基本定律（1）第一定律數(shù)學表達式：dU=dQdW(11)其中U=內能；Q=熱；W=功。由于功=力距離=壓力體積變化，所以dW=PdAdx=PdV，這樣得到另一個第一定律數(shù)學表達式：dU=dQPdV(12)（2）第二定律數(shù)學表達式：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