岩浆的温度和压力是揭示行星形成演化、岩浆动力学过程及相关矿产资源形成的关键参数。目前，基于矿物相平衡的温压计是获取这些参数的主要手段之一。然而，现有的温压计精度有限，特别是压力计的标准误差常超过200MPa。由于缺乏对误差物理来源的定量解析，导致其在自然样品应用中，尤其是岩浆系统成岩成矿过程（压力范围一般在1000MPa以内）的研究中的可靠性往往难以评估。

针对上述科学问题，地球科学与资源学院博士生王旭东在导师侯通教授和指导下，联合国内外团队，以单斜辉石-熔体体系为研究对象，从热力学的角度定量解析了温压计的误差来源，计算了矿物温压计的理论精度极限，取得了以下主要成果和认识：

1、揭示了岩浆温压计的不确定性来源。不确定性传播和Sobol分析表明，温度计的不确定性主要来源于成分数据的误差，而压力计的不确定性则主要源于热力学模型参数。这意味着想要显著提升温压计的精度，不但需要高质量的实验数据集，还需要更精确的标准热力学参数作为模型校准的支点。

2、界定了现阶段温压计的理论精度极限。计算表明，受限于当前实验岩石学样品分析数据的精度，即便假设拥有完美的热力学模型，温压计仍存在无法逾越的精度极限。在目前数据的分析误差水平下，单斜辉石-熔体温压计精度极限为120–240MPa和22–41°C，并且不同体系表现各异。对于单斜辉石单矿物温压计，不确定性在此基础上还会增加50MPa和15°C（图1、图2）。这一发现从热力学底层解释了为何现有的温压计在压力预测上均难以突破100MPa的精度瓶颈（图3）。

3、阐明了温压计算结果的相互耦合依赖关系。温压计的估算值并非独立变量，而是存在强烈的相互依赖性。温压计本质上是寻找平衡曲线在空间的交点，因此，一个参数（如压力）的计算误差必然会导致另一个参数（温度）的估算偏差，反之亦然。换言之，对于同一个温压计，如果温度估算不准，压力结果也不可靠。特别是对于单斜辉石，这种耦合效应尤为显著（图4）。

4、提出了下一代温压计的开发核心原则。建立新的、高精度的岩浆温压计已经成为开展与岩浆系统成岩成矿过程研究的前提条件和内在要求。未来的温压计应建立在严谨的热力学模型基础之上，提供参数的完整协方差矩阵用作严格的误差传递和不确定性评估，并采用高质量、高精度、经过严格平衡检验的实验数据库进行参数校准。

图1. 斜长石和单斜辉石生成反应的化学亲和势随温度-压力的变化

图2. 化学亲和势随液相中氧化物及固相中不同组分的变化情况

图3. 单斜辉石温压计的理论精度极限与熔体Al₂O₃/CaO的关系

图4. P–T计算结果随相边界和端元平衡曲线的变化情况

上述成果主要受国家自然科学基金项目（编号：42372058）资助，发表于在Nature旗下期刊《通讯：地球与环境》（Communications Earth & Environment）：Wang X.（王旭东）, Hou T.*（侯通）, Wieser P., Zhang Z.（张招崇） Thermodynamic insights into the reliability of mineral-based thermobarometers. 2025, Communications Earth & Environment, 6(1): 913.

全文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02831-y