Геотермометрия гранат-биотита - Garnet-biotite geothermometry

Гранат-биотитовая геотермометрия - это метод, используемый для оценки максимальной температуры, при которой метаморфический сформировались скалы. Геотермометрия составляет один из компонентов геотермобарометрия , который также включает оценку давления (геобарометрия). Существует много геотермометров, но гранат-биотит особенно полезен из-за частого появления биотит и гранат вместе в метаморфических породах средней степени. Гранатовый биотитовый термометр коррелирует температуру с распределением Fe и Mg в совпадающих гранате и биотите.[1] Гранатно-биотитовый термометр с 70-х годов неоднократно «калибровался» обоими экспериментальный и эмпирический методы, однако экспериментальное калибровочное исследование Ферри и Спира 1978 г.[2] сообщается подробно и часто цитируется. Учитывая породу, содержащую и гранат, и биотит, константа равновесия (KD) можно найти, просто используя микрозонд анализ. Затем, сравнивая найденные KD значение расчетного гранат-биотитового геотермометра позволяет определить пиковую температуру образования породы.

Экспериментальная петрология

Определение температуры и / или давления образования метаморфических пород началось как качественный наука. Пелитический индекс минералов были использованы для оценки степени метаморфизма горных пород и относительных условий метаморфизма на территории.[1]

Экспериментальная петрология позволила исследователям выйти за рамки качественного подхода и использовать количественный методы. Экспериментальная петрология состоит из моделирования природных геологических систем при различных температурах и давлении в лабораторных условиях. Один количественный метод, полученный в результате экспериментов: 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 варьирующихся температур от 500 ° C до 800 ° C. В центре внимания реакции были Fe -Mg обмен:

Fe3Al2Si3О12 + КМг3AlSi3О10(ОЙ)2 = Mg3Al2Si3О12 + KFe3AlSi3О10(ОЙ)2 [1]

Паром и копье (1978)[2] использовали твердый раствор граната альмандин и пироп (Все90Prp10) с мольной долей железа XFe = 0,9 для всех реакций. Различный состав биотита (от XFe = 0,5 до XFe = 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 (KD), 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) были использованы для расчета константа равновесия (KD) при каждой температуре реакции. Конкретные данные и цифры можно найти в Winter (2010).[1] и Ферри и Копье (1978)[2]. Связь между обратной величиной температуры (1 / K) и натуральным логарифмом KD участки в виде прямой линии. Кроме того, линейная регрессия данных соответствует той же линии тренда, что указывает на действительный геотермометр.[1]

Экспериментальный расчет константы равновесия: KD = (ИКСMg/ИКСFe)Grt/(ИКСMg/ИКСFe)Bt [1] Линейная регрессия данных: lnKD = -2109 / Т + 0,782 [1]

Изоплет нанесенный на диаграмму P-T различных KD значения почти вертикальные. 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 Копье (1978)[2] создал граф, на котором KD значения в зависимости от температуры для реакции обмена гранат-биотит. KD значения граната и биотита в образцах горных пород можно легко определить с помощью микрозонд анализ. Итак, для породы, содержащей гранат и биотит, температуру образования можно определить, найдя KD значение и сравнивая его с рассчитанной линией тренда.[1]

Ограничения

Давление: Калибровка Ферри и Копье (1978)[2] был выполнен при постоянном давлении 0,207 ГПа, что делает изменение давления ограничением для точного расчета. 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 графиком KD изоплеты 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 копье (1978)[2] использованы идеализированные биотитовые и гранатовые композиции. Поскольку в природе нет ничего совершенного, Ca можно найти в гранате, и Al и Ti можно найти в биотите. Следовательно, хотя этот геотермометр полезен для горных пород, обнаруженных в зелень или же амфиболит метаморфической фации, 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 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)
  • Свинья и Гринвуд (1982)
  • Гангули и Саксена (1984)
  • Индарес и Мартиньоль (1985)
  • Чипера и Перкинс (1988)
  • Берман (1990)
  • Перчук (1991)
  • Bhattacharya et al. (1992)
  • Патино Дус и др. (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

</ref>[2] </ref>[3] </ref>[1]

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Винтер, Дж. Д., 2010, Принципы магматической и метаморфической петрологии, второе издание: Прентис Холл, Нью-Джерси.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я 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: https://doi.org/10.1007/BF00372150.
  3. ^ а б c Флоренция, Ф. и Спир, Ф.С., 1993, Влияние истории реакции и химической диффузии на расчет P-T для ставролитовых сланцев из формации Литтлтон, северо-запад Нью-Гэмпшира. Американский минералог т.78, с. 345-35.