研究岩浆岩的金钥匙：角闪石-斜长石矿物温压计

孟子岳　朱飞霖　张凯亮

( 成都理工大学地球科学学院地球化学系，四川　成都　610059)



研究岩浆岩的金钥匙：角闪石-斜长石矿物温压计

孟子岳朱飞霖张凯亮

( 成都理工大学地球科学学院地球化学系，四川成都610059)

摘要：角闪石-斜长石温压计具有数据易得、结果可靠和应用广泛的优点，该文系统总结了角闪石-斜长石温压计的计算原理及适用条件，以及该温压计在计算岩浆体系成岩成矿的温度、压力，进而估算岩浆侵位深度及上升速率方面的应用，揭示了其在岩浆演化过程中的重要意义。

关键词：角闪石-斜长石温度计；角闪石全铝压力计；适用条件；应用实例

角闪石和斜长石是许多岩浆岩中常见的造岩矿物，由此两种矿物组成的角闪石-斜长石温压计较其它矿物温压计具有数据易得、结果可靠等优点，并且该温压计在较大的温度(400～1 150 ℃)、压力(0.1～2.3 GPa)范围内都比较稳定[1]。因此，该温压计被广泛地应用于岩浆岩研究中。

1角闪石-斜长石温度计

PLYSNINA(1982)指出，在角闪石-斜长石组合中，斜长石中的钙长石含量随温度变化，而与压力无关。他由此提出了一个角闪石-斜长石中钙的分配等温相关图解，利用钙分别在角闪石和斜长石中的摩尔分数进行投图得到所需的温度。

根据角闪石固溶体模型和实验研究，BLUNDY等提出了由角闪石和斜长石矿物对组成的地质温度计，其反应方程式(方程式1)如下[2]：

NaCa2Mg5(AlSi3)O22(OH)2+4SiO2=Ca2Mg5Si8O22(OH)2+NaAlSi3O8

edenite(浅闪石)、quartz(石英)、tremolite(透闪石)、albite(钠长石)，当反应达到平衡时：

式中Δμ是化学势的变化，ΔG 是吉布斯自由能变，ΔS 是熵变，ΔV 是体积的变化，Ked-tr是活度积，γ是活度系数。通过适当的化简、近似和数学回归模拟得到如下的温度表达式T1(适用于含石英的组合)：

式中：□代表结晶位空缺；A、T1和M2分别表示角闪石中的结晶位；对于Yab，当Xab>0.5时，Yab=0；否则，Yab=12.0·(1-Xab)2-3.0 kJ。

另外，依据浅闪石-钠透闪石(edenite-richterite)的反应方程式(方程式2)如下：

NaCa2Mg5(A1Si3)Si4022(OH)2+NaA1Si308=Na(CaNa)Mg5Si8O22(OH)2+CaA12Si2O8

edenite(浅闪石)、albite(钠长石)、richterite(钠透闪石)、anorthite(钙长石)，当反应达到平衡时：

通过适当的化简、近似和数学回归模拟得到如下的温度表达式T2(适用于含石英和无石英岩浆岩)：

式中：Yab-an代表 RTlnγan-RTlnγab；对于Yab-an，当Xab>0.5时，Yab-an=3.0 kJ；否则，Yab-an=12.0(2Xab-1)+3.0 kJ。

2角闪石全铝压力计

HAMMARSTROM、ZEN和HOLLISTER等根据火成岩接触变质作用的资料，提出了利用角闪石中全铝(Altot)的含量计算压力，各种方法的计算公式如下[3-5]：

P(±0.30 GPa)=-0.392+0.503 Altot(HAMMARSTROM, et al, 1986)

P(±0.10 GPa)=-0.476+0.564 Altot(HOLLISTER, et al, 1987)

P(±0.05 GPa)=-0.346+0.423 Altot(JOHNSON, et al, 1989)

P(±0.06 GPa)=-0.301+0.476 Altot(SCHMIDT, 1992)

其中JOHNSON等和SCHMIDT的计算方法都是在前两者的基础上重新标定的角闪石全铝压力计[4-5]。JOHNSON和RUTHERFORD是根据饱和CO2-H2O流体相条件下的相平衡实验资料，在矿物相稳定温度740~780 ℃，压力0.2~0.8 GPa条件下获得的[4]。

2.1　角闪石全铝压力计适用条件

该压力计主要依据角闪石中Al的含量来计算压力，而压力、温度和氧逸度是控制角闪石中Al含量的重要因素。一般来说，随着压力的增加，角闪石中Al的含量也增加；温度越高，由于浅闪石的替代Al的含量也增加；氧逸度越低，角闪石中Al的含量也越高。

ANDERSON等[6]认为使用角闪石全铝压力计时，应选用0.4

根据龚松林和STEIN等的总结，使用角闪石全铝压力计时，还需满足以下条件[7-8]：

① 石英、斜长石、钾长石、角闪石、黑云母、榍石和磁铁矿/钛铁矿须和熔融物同时共存。

② 压力计只能应用于2~13 kbar压力范围内结晶的岩石。

③ 熔体中Si的活度必须≥1。

④ 与角闪石共存的斜长石牌号应排在An25和An35之间。

⑤ 角闪石应该在花岗岩类的固相线附近结晶。

⑥ 角闪石应与钾长石共存。

⑦ 考虑最后三个条件的影响，成分测定点必须位于与石英和(或)钾长石相互接触的角闪石边缘。

3角闪石-斜长石温压计的应用实例

国内近几年应用角闪石-斜长石温压计计算岩浆岩体系温度与压力成功的实例很多，如：黎敦朋等分别对闽西南构造带和闽东构造带出露于地表不同时期的花岗岩应用角闪石-斜长石温压计计算得出花岗岩的结晶温度和压力，估算出其结晶深度，进而计算得到早侏罗世花岗岩在中晚侏罗世(175.6～145.5 Ma)的隆升剥露速率约300 m/Ma，晚侏罗世花岗岩在早白垩世(145.5~99.6 Ma)的隆升剥露速率约为65～87 m/Ma，早白垩世花岗岩在晚白垩世以来(99.6～0 Ma)的隆升剥露速率约为30~40 m/Ma，确定了研究区花岗岩自中侏罗世以来地壳隆升剥露速率具有逐渐减小的规律[9]；陆丽娜等使用该温压计对胶西北郭家岭花岗闪长岩进行计算，得出郭家岭花岗闪长岩结晶的温度为694～733 ℃ ，压力为1.3～4.2 kbar且与使用流体包裹体测试所得的温压范围一致[10]；雷敏等对铜陵地区中酸性侵入岩的高钾钙碱性系列侵入岩和橄榄安粗岩系列侵入岩分别使用角闪石-斜长石温压计、辉石温压计计算得出：高钾钙碱性系列侵入岩形成的压力高于橄榄安粗岩系列侵入岩，前者的石英二长闪长岩形成的压力平均为0.193 GPa(0.112～0.342 GPa)；后者的辉石二长闪长岩形成的压力平均为0.167 GPa(0.01～0.26 GPa)。但是，橄榄安粗岩系列侵入岩形成的温度高于高钾钙碱性系列侵入岩，前者辉石二长闪长岩形成的温度平均为1 096 ℃(1 084～1 106 ℃)；后者的石英二长闪长岩的形成温度为844 ℃(722～914 ℃)[11]。

4结论

角闪石-斜长石矿物温度计可用于很多岩石，特别适用于研究钙碱性侵入岩成岩成矿的温度。据ANDERSON总结认为，角闪石-斜长石温度计中的表达式2得出的结果更加准确可靠。并且该温度计的压力数据多来源于角闪石全铝压力计，而角闪石全铝压力计又受温度、压力和氧逸度控制,故结合ANDERSON、STEIN和龚松林等的总结，使用该压力计时需满足以下条件[6-8]：

① 选用0.4

② 石英、斜长石、钾长石、角闪石、黑云母、榍石和磁铁矿/钛铁矿须和熔融物共存。

③ 压力计只能应用于2～13 kbar压力范围内结晶的岩石。

④ 熔体中Si的活度必须≥1。

⑤ 与角闪石共存的斜长石牌号应在An25和An35之间。

⑥ 角闪石应在花岗岩类的固相线附近结晶。

⑦ 角闪石应与钾长石共存。

⑧ 考虑⑤、⑥和⑦条件的影响，成分测定点必须位于与石英和(或)钾长石相互接触的角闪石边缘。

参考文献：

[1]BLUNDY J D, HOLLAND T J B. Calcic amphibole equilibria and a new amphibole-plagioclase geothermometer[J].Contribution to Mineralogy and Petrology，1990，104:208-224.

[2]HOLLAND T, BLUNDY J. Non-ideal interactions in calcic amphiboles and their bearing on amphibole-plagioclase thermometry[J].Contribution to Mineralogy and Petrology，1994，116(4):433-447.

[3]HAMMARSTRAN J M. Aluminum in hornblende:An empiricaligneous geobarometer[J].American Mineralogist，1986，71:1297-1313.

[4]JOHNSON M C, Rutherford M J.Experimental calibration of the aluminum-in-hornblende geobarometer with application to Long Valley Caldera(California)volcanic rocks[J].Geology，1989，17:837-841.

[5]SCHMIDT M W. Amphibole composition in tonalite as a function of pressure:an experimental calibration of the Al-in-hornblende barometer[J].Contribution to Mineralogy and Petrology，1992，110:304-310.

[6]ANDERSON J L，SMITH D R. The effects of temperature and fo．On the A1-in-homblende barometer[J].American Mineralogist，1995，80：549-559．

[7]龚松林. 角闪石全铝压力计对黄陵岩体古隆升速率的研究[J]．东华理工学院学报，2004，27(1)：52-58．

[8]STEIN C, DIETL C. Hornblende thermobarometry of granitoids from the central odenwald(germany)and their implications for the geotectonic development of the odenwald[J].Mineral and Petrology，2001，72:185-207.

[9]黎敦朋，肖爱芳，刘文元. 福建省侏罗纪-白垩纪花岗岩角闪石-斜长石矿物温压计的地质意义[J]．东华理工大学学报:自然科学版，2014，37(4)：351-359．

[10]陆丽娜，范宏瑞，胡芳芳，等. 胶西北郭家岭花岗闪长岩侵位深度:来自角闪石温压计和流体包裹体的证据[J]．岩石学报，2011，27(5)：1521-1532．

[11]雷敏，吴才来，高前明，等. 铜陵地区中酸性侵入岩及其包体的成因和矿物温压计的应用[J]．岩石矿物学杂志，2010，29(3)：271-288．

The Key to Research the Magmatic Rocks：Hornblende-plagioclase Geothermobarometer

MENG Ziyue, ZHU Feilin, ZHANG Kailiang

(Department of Geochemistry，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China)

Abstract：Hornblende-plagioclase geothermobarometer has the advantages of the data acquired easily, reliable results and wide application. This paper summarizes the calculation principle of hornblende-plagioclase thermobarometry and applicable conditions. Besides it elaborates the use of thermobarometry in calculating the temperature and pressure of the magma system, then, estimating the depth and the rising rate of magma intrusion. It also reveals the important significance of hornblende-plagioclase geothermobarometer in the research of magma evolution.

Key words:hornblende plagioclase thermometer；hornblende geobarometer；applicable conditions；application examples

通讯作者：朱飞霖，讲师(博士)，从事勘查地球化学教学和科研工作。E-mail：182352724@qq.com

作者简介：孟子岳，本科，研究方向：矿床地球化学。

基金项目：中国地质调查局项目(12120113095700)

收稿日期：2015-08-25

中图分类号：TQ 056.11

文献标识码：A

文章编号：1006-446X(2016)01-0038-04