Геотермометрия граната-биотита - это метод, используемый для оценки максимальной температуры, при которой образовались метаморфические породы. Геотермометрия составляет один из компонентов геотермобарометрии , который также включает оценку давления (геобарометрия). Существует много геотермометров, но гранат-биотит особенно полезен, поскольку биотит и гранат часто встречаются вместе в метаморфических породах среднего уровня. Гранатовый биотитовый термометр коррелирует температуру с распределением Fe и Mg в совпадающих гранатах и биотите. [1] Гранат-биотитовый термометр с 70-х годов неоднократно "калибровался" как экспериментальным, так и эмпирическим путем.методы, однако экспериментальное калибровочное исследование Ферри и Спира 1978 г. [2] подробно и часто цитируется. Для породы, содержащей и гранат, и биотит, константу равновесия (K D ) можно найти просто с помощью микрозондового анализа. Затем, сравнивая найденное значение K D с рассчитанным гранат-биотитовым геотермометром, можно определить пиковую температуру образования породы.
Экспериментальная петрология
Определение температуры и / или давления образования метаморфических пород началось как наука преимущественно качественная . Минералы пелитового индекса использовались для оценки степени метаморфизма горных пород и относительных условий метаморфизма на территории. [1]
Экспериментальная петрология позволила исследователям выйти за рамки качественного подхода и использовать количественные методы. Экспериментальная петрология состоит из моделирования природных геологических систем при различных температурах и давлении в лабораторных условиях. Одним из экспериментальных методов количественного анализа является геотермобарометрия . Геотермобарометрия позволяет рассчитывать равновесные температуры и давления на основе измеренных распределений элементов между сосуществующими фазами. [1] Геотермобарометрия включает в себя как геотермометрию (относительно температуры), так и геобарометрию (относительно давления).
Калибровка геотермометра обмена гранат-биотит
Расчет Ферри и Спира гранат-биотитового геотермометра (1978) [2] включал проведение экспериментальных реакций между биотитом и гранатом при постоянном давлении (0,207 ГПа ) и различных температурах от 500 ° C до 800 ° C. В центре внимания реакций был обмен Fe - Mg :
Ферри и Спир (1978) [2] использовали гранатовый твердый раствор альмандина и пиропа (All 90 Prp 10 ) с мольной долей железа X Fe = 0,9 для всех реакций. Различные составы биотита (от X Fe = 0,5 до X Fe = 1,0) были выбраны на основе известного диапазона равновесного распределения Mg и Fe, соответствующего составу граната. Чтобы компенсировать медленный характер уравновешивания граната в метаморфических условиях, было использовано соотношение граната к биотиту 98: 2. Использование избытка граната заставляло биотит выполнять большую часть работы, чтобы достичь равновесного значения (K D ), ускоряя процесс реакции. [1] Эксперименты проводились от 13 до 56 дней, чтобы обеспечить достаточно времени для достижения равновесия. [2]
Полученные данные экспериментов (конечный состав биотита и концентрация Fe / Mg) использовали для расчета константы равновесия (K D ) при каждой температуре реакции. Конкретные данные и цифры можно найти в Winter (2010) [1] и Ferry and Spear (1978). [2] Отношение между обратной величиной температуры (1 / K) и натуральным логарифмом K D строится как прямая линия. Кроме того, линейная регрессия данных соответствует той же линии тренда, что указывает на действительный геотермометр. [1]
Изоплеты, нанесенные на PT-диаграмму различных значений K D , почти вертикальны. Это указывает на то, что реакция гранат-биотит гораздо более чувствительна к температуре и относительно нечувствительна к давлению (еще одно свидетельство в пользу хорошего геотермометра) [3] [1]
Таким образом, Ферри и Спир (1978) [2] создали график, на котором показаны значения K D в зависимости от температуры для реакции обмена гранат-биотит. Значения K D граната и биотита в образцах горных пород можно легко определить с помощью микрозондового анализа. Таким образом, для породы, содержащей гранат и биотит, температуру образования можно определить, найдя значение K D и сравнив его с рассчитанной линией тренда. [1]
Ограничения
Давление. Калибровка Ферри и Спир (1978) [2] проводилась при постоянном давлении 0,207 ГПа, что делает изменение давления ограничением для точных расчетов. Однако Спир утверждает, что гранат-биотитовый геотермометр относительно нечувствителен к изменениям давления и может применяться к породам на любом уровне средней коры. [3] Эта нечувствительность к давлению демонстрируется построением изоплет K D для реакции обмена гранат-биотит в зависимости от давления (ось y) и температуры (ось x). График изоплет близок к вертикали, что указывает на относительную незначительность давления. [1]
Неидеальные минералы : Ферри и Спир (1978) [2] использовали идеализированные составы биотита и граната. Поскольку в природе нет ничего совершенного, Ca можно найти в гранате, а Al и Ti можно найти в биотите. Следовательно, хотя этот геотермометр полезен для горных пород, обнаруженных в фациях метаморфизма зеленых сланцев или амфиболитов , он не так полезен для пород других фаций с более высоким содержанием Ca-гранатов и смешанных биотитов. [1] Было выполнено несколько калибровок, учитывающих неидеальную природу минералов (см. Ниже).
Приложения
Геотермометрия играет важную роль в определении тектонической истории горных пород и геологических регионов во всем мире.
Другие калибровочные исследования
Гранат-биотитовый геотермометр калибровался в ходе многочисленных исследований с 70-х годов.
- Томпсон (1976)
- Гольдман и Олби (1977)
- Паром и копье (1978)
- Перчук и Лаврентьева (1981)
- Ходжес и Копье (1982)
- Пигейдж и Гринвуд (1982)
- Гангули и Саксена (1984)
- Индарес и Мартиньоль (1985)
- Чипера и Перкинс (1988)
- Берман (1990)
- Перчук (1991)
- Бхаттачарья и др. (1992)
- Patino Douce et al. (1993)
- Климан и Рейнхардт (1994)
- Куллеруд (1955)
- Олкок (1996)
- Holdaway et al. (1997)
- Gessmann et al. (1997)
- Удержание (2000, 2004)
- Канеко и Мияно (2003)
Смотрите также
- Геотермобарометрия
- Метаморфических пород
- Петрология
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i j k l m Винтер, JD, 2010, Принципы магматической и метаморфической петрологии, второе издание: Прентис Холл, Нью-Джерси.
- ^ a b c d e f g h Ферри, Дж. М. и Спир, Ф. С., 1978, Экспериментальная калибровка распределения Fe и Mg между биотитом и гранатом: Вклад в минералогию и петрологию, т. 66, с. 113-117, DOI : 10.1007 / BF00372150 .
- ^ a b Флоренс, Ф. П. и Спир, Ф. С., 1993, Влияние истории реакций и химической диффузии на расчет PT для ставролитовых сланцев из формации Литтлтон, северо-запад Нью-Гэмпшира. Американский минералог т.78, с. 345–35.