微量元素地质温压计应用

微量元素地质温压计主要由矿物类质同象温压计和矿物对元素分配温压计构成。一旦矿物中某种微量元素的类质同象替代数量取决于温度和压力时，就可以作为温度计和压力计使用。今天，小编带大家梳理一下经常作为地质温压计的矿物，以及温度和压力的计算公式，当然还有这些公式的出处文献等。

闪锌矿温压计

在闪锌矿中，二价铁离子以类质同象的形式替换Zn离子。实验证明，在温度＞351℃的条件下，当闪锌矿与磁黄铁矿或者黄铁矿+磁黄铁矿平衡共生时，可用以下公式（Scott and Barnes，1971）：

X（FeS）=72.26695-15900.5/T+0.01448×lgfs₂-0.38918×（10⁸/T²）-（7205.5/T）×lgfs₂-0.34486×（lgfs₂）²

如果已知X（FeS）和fs₂，就可以计算出形成温度，其中的可以通过电子探针获得，fs₂则需要通过其他方式获取，如下述方程（Toulmin and Barton，1964）：

lgfs₂=【70.03-85.83x（FeS）】×（1000T-1）+39.30×【1-0.9981X（FeS）

】^1/2 -11.91

结合上述两个方程式，即可计算出与磁铁矿平衡时的闪锌矿形成温度。

锆石Ti温度计

在约600-1450℃范围内，锆石中Ti的质量分数的变化可达3个数量级，据此Watson et al（2006）, 提出以下公式：

T（℃）=（5080±30）/【（6.01±0.03）-lgX_Ti^锆石】-273

其中X_Ti^锆石的单位是10的-6次方。锆石Ti温度计适用的范围同样取决于不同分析方法对Ti质量分数的分析精度。用电子探针获得的Ti约20ppm以上，对应的锆石温度为800℃，而用离子探针或者LA-ICP-MS分析时，Ti的质量分数可以控制在1ppm以下，此时的温度范围可以低至450℃。

金红石Zr温度计

金红石中Zr的质量分数取决于温度，但对压力不敏感。通过对有锆石和石英存在的高温高压硅酸盐熔体中结晶的人工合成金红石以及形成的条件（Watson et al., 2006），提出以下公式：

T（℃）=（4470±120）/【（7.36±0.10）-lgX_Zr^金红石】-273

其中X_Zr^金红石的单位是10的-6次方，与上述锆石Ti温度计需要用离子探针或者LA-ICP-MS分析获得高精度质量分数不同，多数情况下，利用电子探针分析Zr质量分数即可满足金红石Zr温度的计算过程。但是，需要获得450℃以下结晶的金红石信息，仍然需要高精度分析方法。

榍石Zr温度计

榍石中的基本结构成分Ti和Zr可以在一定程度上相互置换，置换程度主要取决于温度和压力。通过对人工合成和天然榍石的分析，研究人员提出了榍石中Zr的质量分数和温度，压力之间的关系公式（Hayden et al., 2008）：

T（℃）=（7708±960P）/（10.52-loga_TiO2-lga_SiO2-lgX_Zr^榍石-273

其中X_Zr^榍石的单位是10的-6次方，P的单位是Gpa，该温度计在600-1000℃范围内的误差是±20℃，在这一温度范围内，榍石中的Zr质量分数变化大于2个数量级，压力每增加1Gpa，Zr质量分数下降5倍。如果在P小于1Gpa时的结晶温度大于700℃，或P小于0.5Gpa时的结晶温度大于600℃，可利用电子探针分析。假如遇到了低温和高压的榍石，那就要动用离子探针或者LA-ICP-MS分析了。

上述我们列举了几种矿物的温度计，另外还有许多矿物-元素体系可以用于温压计。如辉石-橄榄石Ni，Cr，Sc温度计（Stosch，1981），石榴子石-橄榄石Ni温度计（Canil，1994），角闪石-斜长石温度计（Holland and Blundy， 1994），黑云母Al压力计（Uchida et al., 2007).

文中涉及的参考文献

Uchida E , Endo S , Makino M . Relationship Between Solidification Depth of Granitic Rocks and Formation of Hydrothermal Ore Deposits[J]. Resource Geology, 2007.

EB Watson, DA Wark, Thomas J B . Crystallization thermometers for zircon and rutile[J]. Contributions to Mineralogy & Petrology, 2006, 151(4):413.

Scott S D , Barnes H L . Sphalerite geothermometry and geobarometry[J]. Economic Geology, 1971, 66(4):653-669.

Hayden L A , Watson E B , Wark D A . A thermobarometer for sphene (titanite)[J]. Contributions to Mineralogy & Petrology, 2008, 155(4):529-540.

Canil D . An experimental calibration of the 'Nickel in Garnet' geothermometer with applications[J]. Contributions to Mineralogy & Petrology, 1994, 117(4):410-420.