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地質(zhì)溫度計(jì)礦物包裹體
地質(zhì)溫度計(jì)
根據(jù)礦物晶體中原生包裹體的均一化測(cè)定礦物的形成溫度。這種原生包裹體通常叫礦物溫度計(jì)。包裹體可以是固態(tài)的，礦物包裹體測(cè)溫法的一種，在室溫下從顯微鏡中看到的包裹體中的氣相和液相，是單相熱液隨主礦物冷縮所產(chǎn)生的氣泡。如果用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)包裹體加熱到某一溫度時(shí)，包裹體可恢復(fù)到形成時(shí)的均一相。由于均一溫度是在常壓下得到的，因此需加壓力校正值。這時(shí)的溫度就叫均一溫度，這種測(cè)溫的基本方法叫均一法。常用于測(cè)定透明礦物，它是包裹體測(cè)溫的基本方法。測(cè)定不透明礦物的方法叫爆破法，是根據(jù)氣液包裹體爆破產(chǎn)生的響聲來(lái)確定溫度的。從包裹體爆破曲線(xiàn)圖上可得出爆破溫度，爆破溫度經(jīng)過(guò)壓力校正之后可認(rèn)為是礦物形成溫度的上限。[2] 地質(zhì)溫度計(jì)同位素
同位素地質(zhì)溫度計(jì)
根據(jù)共生礦物對(duì)的同位素分餾（見(jiàn)穩(wěn)定同位素地球化學(xué)）測(cè)定地質(zhì)體中同位素平衡時(shí)的溫度。由同位素分餾作用已知，同位素交換反應(yīng)的分餾系數(shù)（α）隨溫度（T）而變化，它們之間的關(guān)系式為 1000lnα=(A/T)+B 該式為同位素地質(zhì)溫度計(jì)的計(jì)算公式，A和B是實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，與礦物種類(lèi)有關(guān)。常用的有石英－磁鐵礦、石英-白云母、石英-方解石等共生礦物對(duì)氧同位素地質(zhì)溫度計(jì)和閃鋅礦-方鉛礦、黃鐵礦-方鉛礦等硫同位素地質(zhì)溫度計(jì)。同位素地質(zhì)溫度計(jì)不需進(jìn)行壓力校正。地質(zhì)溫度計(jì)閃鋅礦
閃鋅礦中常含有一些微量元素，如銦(In)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、(Tl)等，這些微量元素含量的多少常與閃鋅礦的形成溫度有關(guān)（見(jiàn)表）。因此,閃鋅礦地質(zhì)溫度計(jì)又稱(chēng)礦物－微量元素地質(zhì)溫度計(jì)或類(lèi)質(zhì)同象地質(zhì)溫度計(jì)。閃鋅礦（ZnS）主要產(chǎn)于接觸交待矽卡巖和中低溫?zé)嵋旱V床中，若其形成溫度較高，則含鐵質(zhì)較多，它的顏色容易呈現(xiàn)黑色或褐黑色；如其形成溫度不高，則含鐵質(zhì)較少，因而呈現(xiàn)較淺的黃色、褐黃色。其中的鐵含量可作為地質(zhì)溫度計(jì)判斷礦床形成溫度。
地質(zhì)溫度計(jì)同質(zhì)多象
同質(zhì)多象
礦物的同質(zhì)多相轉(zhuǎn)變是在一定的溫度下實(shí)現(xiàn)的，因此，不同變體的出現(xiàn)，就能反映其形成溫度。例如文石（斜方）和方解石（三方）的化學(xué)分子式均為CaCO3，它們的轉(zhuǎn)變溫度為400℃。若文石出現(xiàn)，則反映低溫條件；方解石出現(xiàn)，反映中溫條件。 同質(zhì)多象的形成與外界條件密切相關(guān)，因此同質(zhì)多象的研究有助于確定晶體形成時(shí)的物理化學(xué)條件及所經(jīng)歷的變化。如SiO2等物質(zhì)的同質(zhì)多象，被廣泛用作所謂的地質(zhì)溫度計(jì)和地質(zhì)壓力計(jì)。根據(jù)具β－方石英的立方體副象的α－石英，可推知其形成時(shí)的溫度在1470℃以上；而斯石英在地表大陷坑中的出現(xiàn)，則可作為該地曾發(fā)生隕石超高壓沖擊隕落的有力證據(jù)。又如HgS的兩種變體辰砂和黑辰砂,分別形成于堿性和酸性介質(zhì)中，它們的存在可說(shuō)明成礦介質(zhì)的酸堿性。在工業(yè)上，用石墨制備人造金剛石；運(yùn)用淬火、退火等手段控制加工件的某些物性；通過(guò)先升溫至573℃以上,然后在嚴(yán)格控制的條件下降溫，借以消除水晶中對(duì)工業(yè)利用有害的道芬雙晶等，都是利用了同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變的特性。地質(zhì)溫度計(jì)泥質(zhì)礦物
在正常壓力下一些泥質(zhì)礦物的出現(xiàn)反映其形成的溫度（℃），如埃洛石(50)、高嶺石(500)、(725)、水白云母(900)、伊利石(950)等。若壓力增高，其相應(yīng)溫度略有降低。 石榴石－黑云母溫度計(jì)、石榴石－白云母溫度計(jì)、石榴石－藍(lán)晶石（夕線(xiàn)石、紅柱石）－斜長(zhǎng)石－石英(GASP)壓力計(jì)、石榴石－黑云母－斜長(zhǎng)石－石英(GBPQ)壓力計(jì)、石榴石－白云母－斜長(zhǎng)石－石英(GMPQ)壓力計(jì)、石榴石－黑云母－白云母－藍(lán)晶石（夕線(xiàn)石、紅柱石）－石英(GBMAQ)壓力計(jì)、石榴石－金紅石－鈦鐵礦－斜長(zhǎng)石－石英(GRIPS)壓力計(jì)的準(zhǔn)確度較高，可以為地質(zhì)工作者所采用。二云母溫度計(jì)、白云母－斜長(zhǎng)石溫度計(jì)準(zhǔn)確度還有待大幅度改進(jìn)。石榴石－金紅石－藍(lán)晶石（夕線(xiàn)石、紅柱石）－鈦鐵礦－石英(GRAIL)壓力計(jì)、石榴石－堇青石溫度計(jì)和石榴石－堇青石－藍(lán)晶石（夕線(xiàn)石、紅柱石）－石英(GCAQ)壓力計(jì)等溫壓計(jì)的準(zhǔn)確度及其可適用性，還有待于進(jìn)一步研究。[3]
地質(zhì)溫度計(jì)其他
地質(zhì)溫度計(jì)
能夠作為地質(zhì)溫度計(jì)的還有礦物熔點(diǎn)、礦物分解溫度、固溶體分解溫度、礦物中的放射性裂變徑跡、鏡質(zhì)組反射率、生物標(biāo)志化合物等。某些造巖礦物的形成溫度和相變溫度可以間接推測(cè)研究結(jié)晶時(shí)的溫度。例如：方石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英：1470℃正長(zhǎng)石分解為白榴石和二氧化硅：1170℃普通角閃石暗化：1050℃大氣壓下黑云母分解、暗化：1050～840℃鱗石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣拢ⅲ?70℃棕色角閃石轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色角閃石：750℃β－石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒ⅲ?75℃
地質(zhì)溫度計(jì)放射性裂變徑跡
放射性裂變徑跡是根據(jù)礦物中U、Th放射性同位素自發(fā)裂變碎片的徑跡而計(jì)時(shí)的一種方法。徑跡數(shù)目與礦物年齡成正比。礦物中能產(chǎn)生裂變徑跡的重核有238U、235U和232Th。它們的自發(fā)裂變半衰期分別是1.01×1016年、3.5×1017年和大于1021年。所以天然樣品中238U的裂徑跡約占99.97%以上，而235U和232Th的裂變徑跡在年齡測(cè)定中可忽略不計(jì)。
生物標(biāo)志化合物（biomarker）是指沉積有機(jī)質(zhì)、原油、油頁(yè)巖、煤中那些來(lái)源于活的生物體，在有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中具有一定穩(wěn)定性，沒(méi)有或較少發(fā)生變化，基本保存了原始生化組分的碳骨架，記載了原始生物母質(zhì)的特殊分子結(jié)構(gòu)信息的有機(jī)化合物。因此，它們具有特殊的“標(biāo)志作用”。
地質(zhì)溫度計(jì)同位素與古氣候
芝加哥大學(xué)
發(fā)現(xiàn)氧同位素與古氣候之間有關(guān)連，是一件有趣且偶然的事。1946年的冬天，美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)教授尤瑞（H.C.Urey），在瑞士蘇黎世的工科大學(xué)講演，談到有關(guān)同位素的事。尤瑞指出：雖然同位素在化學(xué)性質(zhì)上幾乎一樣，但在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)往往造成不一樣的結(jié)果。例如，放在桌上的一杯水會(huì)自然蒸發(fā)，其中氧同位素（16O17O18O）即以不同的速率向外逸散，質(zhì)量輕的氧-16就蒸發(fā)的比質(zhì)量重的氧-18多。時(shí)間一久，這杯水內(nèi)相對(duì)的就比當(dāng)初含有較多的氧-17及氧-18。尤瑞的結(jié)論是：地球上的海洋已經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的類(lèi)似蒸發(fā)作用，因此海洋相對(duì)地應(yīng)該要比陸上的淡水含有較多的氧-17及氧-18。突然發(fā)現(xiàn)手上握著一支地質(zhì)溫度計(jì)
在演講后的討論里，瑞士有名的結(jié)晶學(xué)者尼格立（P.Niggli)當(dāng)即推論說(shuō)：如果海水與淡水的氧同位素組成不同，則在這兩個(gè)水體里沈淀出的“含氧礦物”就會(huì)反應(yīng)出它們之間的差異。尼格立建議大家來(lái)分析石灰?guī)r、珊瑚以及水生動(dòng)物石灰質(zhì)骨骼中的氧同位素，就可以區(qū)別出它們的來(lái)源。尤瑞聽(tīng)了后記在心里，一回到芝加哥大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，就著手計(jì)算海水與淡水中碳酸鹽的氧同位素比值差異到底應(yīng)有多少。結(jié)果他驚喜地發(fā)現(xiàn)：碳酸鹽氧同位素的比值與其沉淀時(shí)的溫度有關(guān)。尤瑞后來(lái)回憶說(shuō)：“我突然發(fā)現(xiàn)手上握著一支地質(zhì)溫度計(jì)?！?/div>
斯克里普斯海洋研究所
當(dāng)然，在1947年時(shí)，這支地質(zhì)溫度計(jì)實(shí)際上還在尤瑞的腦子里，而不在他的手上，因?yàn)橛热鹈媾R二個(gè)難題。個(gè)是碳酸鹽氧同位素的溫度效應(yīng)太小，當(dāng)時(shí)質(zhì)譜儀無(wú)法測(cè)量。依尤瑞的計(jì)算，如果溫度差一度，碳酸鹽的氧同位素比值（18O16O）只有十萬(wàn)分之五的差異；而當(dāng)時(shí)質(zhì)譜儀只能量出溫度約10度的氧同位素比值。在海洋里，10度幾乎就是溫帶與兩極地區(qū)的溫差！因此，尤瑞必須將質(zhì)譜儀的靈敏度提高10倍。借著一組優(yōu)秀同事的協(xié)助，費(fèi)了二年多的時(shí)光，他們克服了這困難。接著，第二個(gè)難題是為了檢驗(yàn)與補(bǔ)充尤瑞的理論計(jì)算，他必須以實(shí)驗(yàn)方法，導(dǎo)出一個(gè)碳酸鹽氧同位素的溫度方程式。加州大學(xué)斯克里普斯海洋研究所提供了養(yǎng)殖海洋貝類(lèi)的恒溫水槽，尤瑞及他的同事愛(ài)普斯坦（S.Epstein）開(kāi)始分析在不同溫度下生長(zhǎng)貝類(lèi)的氧同位素組成?？墒乾F(xiàn)生貝類(lèi)的殼里不只是含有碳酸鈣，還有少量的有機(jī)質(zhì)。這些有機(jī)質(zhì)里的氧同位素會(huì)干擾碳酸鹽里氧同位素的信號(hào)，使分析出的結(jié)果無(wú)法反映出碳酸鹽氧同位素應(yīng)有的溫度效應(yīng)。在尤瑞及愛(ài)普斯坦的努力下，他們總算發(fā)展出一套可靠的標(biāo)本處理程序，把貝殼里不需要的有機(jī)質(zhì)除去，單單分析碳酸鹽里氧同位素的組成。他們分析的結(jié)果終于得到了所要的碳酸鹽氧同位素的溫度方程式，也證實(shí)了當(dāng)初尤瑞的理論計(jì)算，基本上是正確的
參考資料
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