Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 7.9. Распределение N1 между оливином и стеклом, пироксеном и стеклом, оливином и пироксеном как функция температуры (К-1) [157].
184 Часть II
Из предположения об идеальности следует, согласно Буду и Банно [447],
«срх _/уМ1 уМ2\
" Ме2Ч1-2Ой \Л Ме • л М(*/ср.х)
(7.70)
" Мй2^'20й— \ЛМч'"ЛМя/орх-
Отношение активностей (т. е. константа равновесия Л') может быть определено с помощью уравнения (7.70) в предположении, что большие катионы (например, Са2+, Ыа+, Мп21) занимают позицию М2, маленькие (например, А13'1", Сг3|~, Т14+, Ре3"1") — позицию М1, а Ре2+ и Л^2+ статистически распределены между оставшимися после этого свободными позициями обоих типов. Тогда активность М?251206 в каждой пироксеновой фазе будет следующей:
0 -(_М?±_
"мг25!аОв ~ I Са2+ + Л^2+ ~|- Ре2+ + Мпа+ -4- №+ ) Л
у(_*№±_\ М1 (7 7))
^FeЗ+ + Fe2+-|-Alз+ + Ti4+ + a•s+ + Mg2+y 1 1х' \'-,1>
Этот способ был применен к анализу распределения Мд^гОб между сосуществующими ортопироксеновой и клинопироксено-вой фазами, кристаллизовавшимися при известных температурах, в нескольких опубликованных экспериментальных работах. В результате было получено следующее выражение для температуры:
_ 1 о 202
1п К — 7,65А'Ре(,рх + 3,88 (Хре°рх)2 — 4,6' (7.72)
где ХР °рх = (__^
1,е \ ге2++м§2+; орх •
Этот геотермометр содержит неявное предположение, что влияние давления пренебрежимо мало. Успешное применение его ко многим типам пород с сосуществующими ортопироксе-ном и клинопироксеном показывает, что, по-видимому, эти допущения в такой системе приемлемы [312]. Недавно проведенный Уэллсом [424] анализ экспериментальных данных подтвердил, что при использовании идеальной двухпозиционной модели смешения для реакции (7.68) большинство экспериментов дает линейную зависимость 1п К от Т~\ так что равновесие нечувствительно к давлению в диапазоне от 1 кбар (108 Ра) до 40 кбар (4-109 Ра). Согласовав соответствующие экспериментальные данные, Уэллс получил модифицированное-соотношение
т = -7341_
¦ 1п К— 2,44ЯРе°Рх-|- 3,355 * К'.-'.э)
7. Термодинамический контроль распределения элементов 185
Другой геотермометр, основанный на тех же принципах, что и двупироксеновый, использует равновесное распределение аль-битового компонента (ЫаА151з08) меледу сосуществующими плагиоклазом и щелочным полевым шпатом [16]. В начальной формулировке двухполевошпатового геотермометра распределение альбитового компонента (сокращенно аЬ) рассматривалось в соответствии с законом распределения Нернста, и для реакции (7.74) использовалось уравнение (7.75):
<№А181308)плаг = (МаА151308)щел.п.ш., (7.74)
у щел.п.ш.
= ЯТ 1п ав Ш1аг ¦ (7.75)
Однако раствор альбита в щелочном полевом шпате заметно отклоняется от закона Генри в области составов, интересных для геологии, и уравнение (7.75), строго говоря, неприменимо. Более того, Барт [16] игнорировал влияние давления.
В последующей более точной формулировке Стормер [376] рассмотрел активность аЬ в этих двух фазах. Поведение аЬ в плагиоклазовом твердом растворе почти идеально, а для щелочного полевого шпата может быть подобрана модель субре-гулярного раствора. Было также учтено влияние давления. Еще позже М. Пауэлл и Р. Пауэлл [313]! модифицировали уравнение геотермометра с учетом возможного присутствия Са в щелочном полевом шпате. Двухполевошпатовый геотермометр наиболее часто используется на практике из-за того, что эти минералы обычно сосуществуют в магматических породах.
Геотермометры и геобарометры были созданы также для сульфидных и окисных минеральных ассоциаций. Зависимость состава пирротина (приближенная формула РеЭ) от температуры и фугитивности серы в момент его образования была использована для создания экспериментально откалиброванного геотермометра (пирротин-пиритовый геотермометр) [399]. Он используется главным образом при изучении сульфидных рудных месторождений. Влияние давления на состав пирротина мало в отличие от состава сфалерита в равновесии с другими сульфидами. Содержание РеЭ в сфалерите достаточно чувствительно к давлению, и его можно использовать как геобарометр (сфале-ритовый геобарометр) в диапазоне температур 265—600 °С, когда этот минерал равновесен с пиритом и гексагональным пирротином. Скотт и Барнс [353] и Скотт [352] рассчитали кривые для этих условий, показывающие соотношение между составом сфалерита и температурой при различных давлениях. Крутизна кривых, изображенных на рис. 7.10, демонстрирует величину температурной изменчивости. Сфалеритовый геобарометр применялся в различных геологических ситуациях, включая месторождения в регионально метаморфизованных толщах [352]. Тем не менее одна из главных проблем — это обнаружи
186 Часть II
700
600
5О0
?.00
300
гг
І—-1
о 2,5 кБар В 5 кбар А 7,5к5ар
Мольный % ГеЭ в сфалерите
10
РИС. 7.10. Соотношение между составом сфалерита, температурой и давлением. Кривые — изобары при 0; 2,5; 5; 7,5; 10 кбар. Сфалерит и пирротин — фазы, сосуществующие слева от каждой изобары; фазы, сосуществующие справа,— сфалерит и пирит [352]. И — обратимое соотношение.
