Геотермобарометрия
Геотермобарометрия - это методология оценки давления и температурной истории пород ( метаморфическая , магматическая или осадочная ). Геотермобарометрия - это комбинация геобарометрии , где оценивается давление (и сохраняется) минеральной сборкой, и оценивается геотермометрия, где оценивается (и сохраняется (и сохраняется) минеральной сборкой.

Методология
[ редактировать ]Геотермобарометрия зависит от понимания температуры и давления образования минералов в породах. [ 1 ] Существует несколько методов измерения температуры или давления образования минералов или повторного уравновешивания, например, на химическое равновесие между минералами [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] или путем измерения химического состава [ 4 ] [ 5 ] и/или кристально химическое состояние порядка [ 6 ] отдельных минералов или путем измерения остаточных напряжений на твердых включениях [ 7 ] или плотность в жидких включениях. [ 8 ]
«Классическая» (термодинамическая) термобарометрия [ 9 ] полагается на достижение термодинамического равновесия между минеральными парами/скоплениями, которые различают их составы в зависимости от температуры и давления. Распределение компонентных элементов между минеральными сборками затем анализируется с использованием различных аналитических методов, как, например, электронный микропроб (EM), сканирующий электронный микроскоп (SEM), масс -спектрометрия (MS). Существует множество дополнительных факторов, которые следует учитывать, такие как кислородная летучие средства и активность воды (примерно так же, как концентрация), которые должны учитываться с использованием соответствующего методологического и аналитического подхода (например, спектроскопия Mössbauer , микробамановая спектроскопия , инфракрасная спектроскопия и т. Д. ) Геобарометры, как правило, являются чистыми реакциями , которые чувствительны к давлению, но имеют небольшие изменения с температурой, такие как гранат - плагиоклаз - мусковит - биотитовая реакция, которая включает в себя значительное снижение объема при высоком давлении: [ 1 ]
Поскольку минеральные комплексы в равновесии зависят от давлений и температур, путем измерения состава сосуществующих минералов, а также использования подходящих моделей активности, условия PT, испытываемые в породе, могут быть определены. [ 1 ]
После одной константы равновесия на диаграмме PT будет построена линия. обнаружения [ Цитация необходима ] Поскольку различные константы равновесия минеральных сообщений будут происходить в виде линий с различными уклонами на диаграмме PT, поэтому, обнаружив пересечение по меньшей мере двух линий на диаграмме PT, можно получить условие PT образца. [ 1 ]
Несмотря на полезность геотермобарометрии, следует уделять особое внимание, представляют ли минеральные комплексы равновесие, любое появление ретроградного равновесия в породе и уместность калибровки результатов. [ 1 ]
Эластичная термобарометрия - это метод определения равновесного давления и температуры, достигнутого минералом -хозяином, и ее включения в историю породы от избыточных давлений, демонстрируемых минеральными включениями, захваченными внутри минералов хозяина. После эксгумации и охлаждения контрастная компрессионность и тепловая расширение вызывают дифференциальные штаммы (несоответствия объема) между кристаллом хозяина и его включениями. Эти штаммы могут быть определены количественно in situ с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния или рентгеновской дифракции . Зная уравнения состояния и упругие свойства минералов, эластичные термобарометрические инверты измеряли штаммы для расчета условий давления температуры, при которых напряженное состояние было равномерным в хозяине и включено. [ 7 ] Они обычно интерпретируются для представления условий захвата включения или последнего упругого уравновешивания пары.
Данные о геотермометрах и геобарометрах получены как из лабораторных исследований по синтетическим (искусственным) минеральным собраниям, так и из природных систем, для которых доступны другие ограничения.
Например, одним из наиболее известных и наиболее широко применимых геотермометров является гранат-биотитовый взаимосвязь, где относительные пропорции Fe и Mg в гранате и биотитовом изменении с повышением температуры, таким образом, измерение составов этих минералов, чтобы дать Fe-Mg. Распределение между ними позволяет рассчитывать температуру кристаллизации с учетом некоторых предположений.
Предположения в термодинамической термобарометрии
[ редактировать ]В природных системах химические реакции встречаются в открытых системах с неизвестными геологическими и химическими историями, а применение геотермобарометров опирается на несколько предположений, которые должны удерживать для того, чтобы лабораторные данные и естественные составы были действительными.
- Что присутствует полная минералогическая сборка, необходимая для термобарометра. Если не все минералы реакции присутствуют или не уравновешивают друг с другом одновременно, то любые давления и температуры, рассчитанные для идеальной реакции, будут отклоняться от тех, которые фактически испытывают породу.
- Это химическое равновесие было достигнуто до удовлетворительной степени. Это может быть невозможно окончательно продемонстрировать, если минералы термобарометровой сборки не все наблюдаются в контакте друг с другом.
- Что любые минералы в двухминеральном барометре или термометре выросли в равновесии, что предполагается, когда минералы находятся в контакте.
- Что минеральная сборка не была изменена ретроградным метаморфизмом, который в большинстве случаев можно оценить с использованием оптического микроскопа.
- Что определенные минералогические собрания присутствуют. Без них точность чтения может быть изменена из идеала, и может быть больше ошибок, присущей измерению.
- Что минералы, присутствующие в тонком сечении, находятся в том же состоянии твердого раствора, что и в модели. Многие минералы, такие как полевые шпаты и авгит, имеют диапазон вариаций твердого раствора. Каждый вариант может повлиять на модель и способ метаморфизирования с течением времени.
Предположения в эластичной термобарометрии
[ редактировать ]В природных системах упругое поведение минералов может быть легко возмущено высокой температурной повторной уравновешиванием, пластической или хрупкой деформацией, что приводит к необратимому изменению за пределами режима упругости, что предотвратит реконструкцию «упругой истории» пары.
- Основное предположение, лежащее в основе упругой геобарометрии, заключается в том, что хозяин и включение имеют опыт первоначального давления и что деформация системы включения хозяина является упругой, следовательно, обратимой и, следовательно, может быть инвертирована для получения давления захвата включения. [ 10 ]
- Предполагается, что форма включения является сферической, но расчеты для не сферических форм доступны [ 11 ]
- Для нескольких паров включения в хост упругие свойства для хозяина и включение предполагается, что является изотропным. Для некоторых пар. [ 12 ] [ 13 ]
- Простые методы расчета предполагают линейную эластичность
Методы
[ редактировать ]Некоторые методы включают в себя:
Геотермометры
[ редактировать ]- Содержание насыщения Ti в биотитовой слюне. [ 14 ]
- Обмен Fe-MG между гранатом-биотитом и гранатом - амфиболом .
- Систематика MG-FE в голубите и авгитах [ 15 ]
- Содержание ZR в рутиле , эффективное для более высоких температур, чем термометр Ti-In-Biotite. Требуется, чтобы кварц, рутин и циркон были уравновешены. [ 16 ]
- Ti-in-Zircon Термометр кристаллизации
Обратите внимание, что обменные термометры Fe-MG являются эмпирическими (лабораторные испытания и калиброваны), а также рассчитываются на основе теоретического термодинамического понимания компонентов и участвующих фаз. Термометр Ti-In-Biotite является исключительно эмпирическим и недостаточно понятным термодинамически.
Геобарометры
[ редактировать ]- Задыхаться; аббревиатура для сборки Garnet- (Al 2 Sio 5 ) -Silica ( Quartz ) -плагиоклаз
- GPMB; аббревиатура для сборки гранат-плагиоклаз- мусковит -биотит
- Гранат-плагиоклаз-Хорнбленде-Кварц. [ 17 ] [ 18 ]
- Hornblende [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
Различные минеральные комплексы полагаются больше на давление, чем температуру; Например, реакции, которые включают в себя большое изменение объема. При высоком давлении специфические минералы предполагают более низкие объемы (следовательно, увеличиваются плотность, поскольку масса не меняется) - именно эти минералы являются хорошими показателями палео -дальности.
Программное обеспечение
[ редактировать ]Программное обеспечение для «классической» термобарометрии включает в себя:
- Программное обеспечение Thermo-Calc было основано в 1997 году, но все началось задолго до этого, на самом деле еще в середине 1970-х годов. Место было Департаментом физической металлургии в Королевском технологическом институте (KTH) в Стокгольме, Швеция, где Мэтс Хилллерт был профессором. Три из его аспирантов в это время были Бо Сандман, Бо Янсо и Джон Огрен. Thermo-Calc-это программное обеспечение, используемое учеными и инженерами из материалов для генерации данных о свойствах материала, получения информации о материалах, понимании конкретного наблюдения и ответа на прямые вопросы, связанные с конкретным материалом и/или его обработкой. Используемый в сочетании с подходящими базами данных, термо-кальцирация может использоваться для широкого спектра применений.
- Термокалк [ 22 ] [ 23 ] Разработанный Тимом Холландом и Роджером Пауэллом вычисляет модельное равновесие с участием HPX-EOS и/или отдельных конечных членов из набора данных Holland & Powell.
- PERPLE_X , [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] Первоначально разработанный Джеймсом Ад Коннолли - это коллекция программ FORTRAN для расчета и отображения петрологических фазовых равновесия
- Xmaptools [ 29 ] Ориогинально разработанный Пьером Ланари является программным обеспечением для расширенного анализа для количественного химического анализа твердых веществ в 1D, 2D и 3D. Он предоставляет численные инструменты и пакеты, реализованные в управляемой и универсальной среде, которая позволяет вам исследовать и визуализировать данные по -своему. Например, Xmaptools включает в себя широкий спектр параметров обработки данных, включая процедуры для классификации, сегментации, калибровки и визуализации с помощью отдельных и многоканальных карт или с помощью двоичных, тройных и паучьей диаграмм. Теперь он включает в себя антидот бинго.
- BINGONTIDOTE -это петрологическое программное обеспечение, первоначально разработанное Пьером Ланари и Эриком Дуэстерхофтом, которое предлагает альтернативную стратегию моделирования, основанную на итерационных термодинамических моделях, интегрированных с количественным составом состава. Последнее распространяется как дополнение Xmaptools и поставляется с переработанным графическим интерфейсом пользователя и улучшенными функциями.
Программное обеспечение для эластичной термобарометрии включает в себя:
- Привлекать к лицу [ 30 ] Первоначально разработанный Mattia L. Mazzucchelli, Ross J. Angel и Matteo Alvaro - это веб -приложение для эластичной геобарометрии. Он предназначен для облегчения упругой термобарометрии. Вы можете графически проанализировать остаточные штаммы ваших включений и оценить их условия захвата, все в одном месте. Это также позволяет легко экспортировать, повторно использовать, делиться и сравнивать ваши данные.
- Напряженный [ 31 ] Первоначально разработанный Росс Дж. Ангел, Мара Мурри, Бориана Михайлова и Маттео Альваро, является компьютерной программой для Windows для расчета штаммов из изменений в режиме раманов (или других фононов) и наоборот.
- Eosfit [ 32 ] является программным набором для расчетов, включающих как тепловое расширение, так и уравнения состояния, которые в настоящее время включают пять основных компонентов для выполнения расчетов EOS как с (EOSFit7Gui) [ 33 ] и без (eosfit7c) [ 32 ] Графический пользовательский интерфейс и выполните расчеты включения в хост (EOSFIT7-PINC [ 34 ] ) с нелинейной эластичностью. EOSFIT использует CFML_EOS проверенный набор модулей FORTRAN, которые можно «использовать» (в смысле Фортрана), чтобы легко записывать программы, которые могут читать, манипулировать и соответствовать данным EOS, и выполнять соответствующие расчеты для EOS.
КЛИОНАПОРИРОВАННАЯ ТЕРМОБАРОМЕТРИЯ
[ редактировать ]Минеральный содержащую клинопироксен используется для температуры и давления расчетов магмы , которая производила магматическую породу, этот минерал.
Смотрите также
[ редактировать ]- Петрогенетическая сетка -диаграмма датчиков датчиков минеральной стабильности
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Пауэлл, Р.; Голландия, TJB (февраль 2008 г.). «О термобарометрии» . Журнал метаморфической геологии . 26 (2): 155–179. Bibcode : 2008jmetg..26..155p . doi : 10.1111/j.1525-1314.2007.00756.x . ISSN 0263-4929 .
- ^ Гонсалвес, Филипп; Маркер, Дидье; Олиот, Эмилиен; Durand, Cyril (2013), «Термодинамическое моделирование и термобарометрия метасоматизированных пород» , Метасоматизм и химическая трансформация породы , Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, с. 53–91, DOI : 10.1007/978-3-642-283944 , DOI: 10.1007/978-3-642-283944, DOI: 10.1007/978-3-642-283944, DOI: 10.1007/978-3-642-283944 -9_3 , ISBN 978-3-642-28393-2 Получено 2023-07-31
- ^ Вуд, BJ; Голландия, TJB; Ньютон, RC; Kleppa, OJ (сентябрь 1980). «ТЕТОРМОХИМИЯ ЖАДИТА - ПИРОГИНА ДОПИДЕР » Geochimica et cosmochimica acta 44 (9): 1363–1 Bibcode : 1980gecoa..44.1363W Doi : 10.1016/0016-7037 (80) 90095-2
- ^ Голландия, Генрих Д.; Turekian, Karl K. (2004). Трактат по геохимии (1 -е изд.). Амстердам Бостон: Elsevier/Pergamon. ISBN 978-0-08-043751-4 .
- ^ Трактат по геохимии . 2003-12-04. ISBN 978-0-08-043751-4 .
- ^ Ghose, S.; Ganguly, J. (1982), Saxena, Surendra K. (ed.), «Порядок распоряжения MG-FE у ферромагнесийских силикатов» , Достижения в области физической геохимии , вып. 2, Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York, pp. 3–99, doi : 10.1007/978-1-4612-5683-0_1 , ISBN 978-1-4612-5685-4 Получено 2023-07-31
- ^ Jump up to: а беременный Кон, Мэтью Дж.; Mazzucchelli, Mattia L.; Альваро, Маттео (2023-05-30). «Упругая термобарометрия» . Ежегодный обзор земли и планетарных наук . 51 (1): 331–366. Bibcode : 2023Areps..51..331K . doi : 10.1146/annurev-arth-031621-112720 . ISSN 0084-6597 . S2CID 256443282 .
- ^ Левесс, Жиль; Cervantes of La Cruz, Карина Элизабет; Аранда-Гомес, Хосе Хорхе; Доставка, Мария Гуадалупе; Джименес-Сандовал, Серджио; Родригес-Мелгарехо, Франциско; Альба-Алдав, Летисия Арасели (январь 2016 г.). «Барометрия Fluid включения CO2 в мантийных ксенолитах из Центральной Мексики: подробная запись восхождения магмы» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 310 : 72–88. Doi : 10.1016/j.jvolgeores.2015.11.012 .
- ^ Пауэлл, Роджер; Голландия, Тим (1994). «Оптимальная геотермометрия и геобарометрия» . Американский минералогист . 79 : 120–133.
- ^ Мулас, Евангелос; Костопулос, Дмитриос; Подладчиков, Юр; Chatzitheodoridis, Elias; Schenker, Filippo L.; Zingerman, Konstantin M.; Помонис, Панагиотис; Таджманва, Люси (2020-12-15). «Расчет давления с помощью упругих геобарометрии: сравнение различных эластичных растворов с применением к гнейс-калькуляции из метаморфической провинции Родопа» . Литос . 378–379: 105803. Bibcode : 2020LITHO.37805803M . doi : 10.1016/j.lithos.2020.105803 . ISSN 0024-4937 . S2CID 224846463 .
- ^ Mazzucchelli, ML; Бернли, П.; Ангел, RJ; Morganti, S.; Domeneghetti, MC; Nestola, F.; Альваро М. (2018). «Упругая геотермобарометрия: исправления геометрии системы включения в хозяин» . Геология . 46 (3): 231–234. Bibcode : 2018geo .... 46..231M . doi : 10.1130/g39807.1 . Получено 2023-08-01 .
- ^ Mazzucchelli, ML; Reali, A.; Morganti, S.; Ангел, RJ; Альваро М. (2019-12-15). «Упругая геобарометрия для анизотропных включений у кубических хозяев» . Литос . 350–351: 105218. BIBCODE : 2019Litho.35005218M . doi : 10.1016/j.lithos.2019.105218 . ISSN 0024-4937 .
- ^ Мурри, Мара; Mazzucchelli, Mattia L.; Кампоменоси, Никола; Корсаков, Андрей В.; Prencipe, Mauro; Михайлова, Бориана Д.; Варселури, Марко; Ангел, Росс Дж.; Alvaro, Matteo (2018-11-01). «Рамановская эластичная геобарометрия для анизотропного минерала», включая » . Американский минералогист . 103 (11): 1869–1872. Doi : 10.2138/AM-2018-6625CBBY . HDL : 11567/919890 . ISSN 1945-3027 .
- ^ http://www.geol.lsu.edu/henry/research/biotite/tiinbiotitegeotermometer.htm Архивированный 2018-04-04 в машине Wayback Ti-in Biotite Geothermometer, Henry et al. 2005
- ^ Lindsley & Andersen 1983 - термометр с двумя пироксенами; Журнал геофизических исследований, вып. 88
- ^ http://www.rpi.edu/~watsoe/research/watson_etal_cmp06.pdf Термометры кристаллизации для циркона и рутила, Watson et al. 2006; Вклад в минералогию и петрологию v. 151
- ^ Kohn, MJ и Spear, FS (1989): Am. Мин 74: 77-84. (Компонент паргазита)
- ^ Kohn, MJ и Spear, FS (1990): Am. Мин 75: 89-96. (Компонент тшермакита)
- ^ Hammerstrom, JM и Zen, E.-An. (1986): Am. Мин 71: 1297-1313.
- ^ Hollister, LS, Grissom, GC, Peters, EK, Stowell, HH и Sisson, VB (1987): Am. Минерал. 72: 231-239.
- ^ Джонсон и Рутерфорд (1989): Геология 17: 837-841.
- ^ Голландия, TJB; Пауэлл Р. (2004-10-08). «Внутренне согласованный термодинамический набор данных для фаз петрологического интереса: внутренне согласованный термодинамический набор данных» . Журнал метаморфической геологии . 16 (3): 309–343. doi : 10.1111/j.1525-1314.1998.00140.x .
- ^ Пауэлл, R; Голландия, Т.; Уорли, Б. (июнь 1998 г.). «Расчет фазовых диаграмм с участием твердых растворов через нелинейные уравнения, с примерами с использованием термокалька» . Журнал метаморфической геологии . 16 (4): 577–588. Bibcode : 1998jmetg..16..577p . doi : 10.1111/j.1525-1314.1998.00157.x . ISSN 0263-4929 . S2CID 129301254 .
- ^ Коннолли, Дж. А. Д. (1990-06-01). «Многомерные фазовые диаграммы; алгоритм, основанный на обобщенной термодинамике» . Американский журнал науки . 290 (6): 666–718. Bibcode : 1990Amjs..290..666c . doi : 10.2475/ajs.290.6.666 .
- ^ Коннолли, Джейд (июль 2005 г.). «Вычисление фазовых равновесия линейным программированием: инструмент для геодинамического моделирования и его применение в зоне субдукции декарбонирование» . Земля и планетарные научные письма . 236 (1–2): 524–541. Bibcode : 2005e & psl.236..524c . doi : 10.1016/j.epsl.2005.04.033 .
- ^ Коннолли, Джеймс А.Д.; Galvez, Matthieu E. (2018-11-01). «Электролитическое видообразование с помощью минимизации энергии Гиббса и последствий массопереноса зоны субдукции» . Земля и планетарные научные письма . 501 : 90–102. BIBCODE : 2018E & PSL.501 ... 90C . doi : 10.1016/j.epsl.2018.08.024 . ISSN 0012-821X . S2CID 134999977 .
- ^ Коннолли, Джейд; Петрини, К. (сентябрь 2002 г.). «Автоматизированная стратегия расчета разделов фазовых диаграмм и поиска свойств горных пород как в зависимости от физических условий» . Журнал метаморфической геологии . 20 (7): 697–708. Bibcode : 2002jmetg..20..697c . doi : 10.1046/j.1525-1314.2002.00398.x . ISSN 0263-4929 . S2CID 73603565 .
- ^ Коннолли, Джейд; Керрик, Д.М. (1987-01-01). «Алгоритм и компьютерная программа для расчета фазовых диаграмм композиции» . Калфад . 11 (1): 1–55. doi : 10.1016/0364-5916 (87) 90018-6 . ISSN 0364-5916 .
- ^ Ланари, Пьер; Видал, Оливье; Де Андраде, Винсент; Дубак, Бенуа; Левин, Эрик; Грош, Юджин Г.; Schwartz, Stéphane (2014-01-01). «Xmaptools: программа Matlab ©-основанная на обработке рентгеновских изображений электронного микропробоя и геотермобарометрии» . Компьютеры и геологические науки . 62 : 227–240. doi : 10.1016/j.cageo.2013.08.010 . ISSN 0098-3004 .
- ^ Маззаччелли, Маттия Лука; Ангел, Росс Джон; Альваро, Маттео (2021). «Atrapt: онлайн -платформа для эластичной геотермобарометрии» . Американский минералогист . 106 (5): 830–837. Bibcode : 2021ammin.106..830M . doi : 10.2138/AM-2021-7693CCBYNCND . Получено 2023-08-01 .
- ^ Ангел, Росс Дж.; Мурри, Мара; Михайлова, Бориана; Alvaro, Matteo (2019-02-01). «Стресс, напряжение и комбинационные переключения» . Журнал кристаллографии - кристаллические материалы . 234 (2): 129–140. Doi : 10.1515/Zkri-2018-2112 . ISSN 2196-7105 . S2CID 105926659 .
- ^ Jump up to: а беременный Ангел, Росс Дж.; Альваро, Маттео; Gonzalez Platas, Javier (2014-05-01). «EOSFIT7C и модули FORTRAN (библиотека) для уравнения расчета состояния» . Журнал кристаллографии - кристаллические материалы (на немецком языке). 229 (5): 405–419. Doi : 10.1515/Zkri-2013-1711 . ISSN 2196-7105 . S2CID 56434995 .
- ^ Gonzalez-Platas, J.; Alvaro, M.; Nestola, F.; Ангел Р. (2016-08-01). «EOSFIT7-GUI: новый графический пользовательский интерфейс для уравнения расчетов, анализа и обучения уравнения» . Журнал прикладной кристаллографии . 49 (4): 1377–1382. doi : 10.1107/s1600576716008050 . ISSN 1600-5767 .
- ^ Ангел, Росс Дж.; Mazzucchelli, Mattia L.; Альваро, Маттео; Nestola, Fabrizio (2017-09-01). «EOSFIT-PINC: простой графический интерфейс для упругих симобарометрии хозяина, включающего в жизнь, эластичную симуляцию» . Американский минералогист . 102 (9): 1957–1960. Bibcode : 2017men.102.1957a . Doi : 10.2138/AM-2017-6190 . ISSN 1945-3027 .
- Зима, Д. Джон. Термодинамика метаморфических реакций: геотермобарометрия, 543-556
- Генри, DJ, Guidotti, CV и Thomson, JA (2005). Поверхность Ti-насыщения для метапелитового биотита с низким и средним давлением: последствия для геотермометрии и механизмов Ti-Substitition. Американский минералогист, 90, 316-328.
- Guidotti, CV, Cheney, JT и Henry, DJ (1988). Композиционное изменение биотита в зависимости от метаморфических реакций и минеральной сборки в пелитовых сланцах западного штата Мэн: Американский журнал по мемориалу науки, т. 288A, 270- 292
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Thermo-Calc Software-это можно приобрести в Интернете с помощью ряда баз данных, однако на их веб-сайте также есть бесплатный учебный пакет https://thermocalc.com/academia/free-educational-package/
- Thermocalc (Holland & Powell) - в настоящее время бесплатно загружать онлайн для всех с широким ассортиментом баз данных. См. Руководство по загрузке по адресу: https://hpxeosandthermocalc.org/the-thermocalc-software/thermocalc-get-started/thermocalc-walload-guide/