牙形石色變指數（CAI）是指在雙目實體顯微鏡下，根據牙形石的顏色色度標定的顏色色變指數，用來分析盆地熱歷史。在受熱情況下牙形石的顏色發生規律性變化，隨受熱溫度和時間的增加而相應的由原色(淺黃)變成褐色，以至黑色。在高溫條件下，牙形石褪色成乳白色及透明無色，並具有不可逆性。其不同的顏色與一定的溫度和有效持續時間是對應的。
基本介紹
- 中文名：牙形石色變指數法
- 外文名：Conodont discoloration index
- 學科：沉積學
- 開始研究時間：1977年
- 簡寫：CAI
- 機理：有機質受熱碳化作用
牙形石色變特徵,機理,牙形石色變指數與古地溫的關係,
牙形石色變特徵
通過牙形石的加熱實驗表明：在受熱情況下牙形石的顏色發生規律性變化，隨受熱溫度和時間的增加而相應的由原色(淺黃)變成褐色，以至黑色。在高溫條件下，牙形石褪色成乳白色及透明無色，並具有不可逆性。其不同的顏色與一定的溫度和有效持續時間是對應的。
機理
Epstein等(1977)根據野外牙形石顏色和加熱實驗的資料與 Munsell土壤色譜的對比，將牙形石顏色分為8級(右表)。在實際套用中還可在這個分級的基礎上進行更細的劃分。
在受熱情況下牙形石的顏色變化主要是因為牙形石的微細孔隙中含有有機質，有機質隨溫度作用而發生碳化作用，使其顏色隨受熱溫度和時間的增加而相應的由原色（淺黃）變成褐色，以至黑色；在高溫條件下，由於其中的固定碳揮發，牙形石褪色成乳白色及透明無色。因此，牙形石的色變過程實際是牙形石的微細孔隙中有機質的碳化過程。
牙形石色變指數與古地溫的關係
牙形石的顏色變化直接與埋深和持續的埋藏時間有關，並與溫度和受熱時間成函式關係，符合熱動力化學反應規律(Epstein等，1977)。Epstein等(1977)建立的牙形石色變指數(CAI)與古地溫阿雷尼烏斯坐標圖(圖 5-4)表明了牙形石色變指數(CAI)、古地溫和有效受熱時間的對應關係。
我國的牙形石色變指數研究大致從 1979年開始，主要對我國古生代 -中生代海相地層進行了研究，討論了牙形石色變指數(CAI)與古地溫的關係。並套用牙形石色變指數(CAI)與古地溫的關係對盆地的古地熱場進行恢復，指導油氣勘探(周希雲，1980，1985，1987;蔣武，1980;鐘端等，1982;杜國清，1983)。但大量研究表明，當色變指數(CAI)為高值時用阿雷尼烏斯坐標圖估算的最高古地溫可能接近實際的古地溫，當色變指數(CAI)為低值時用阿雷尼烏斯坐標圖估算的最高古地溫則明顯偏低(周中毅等，1992)。因此，用 CAI-古地溫阿雷尼烏斯坐標圖估算最高古地溫必須進行古地溫校正。周中毅等(1992)介紹了 3種校正方法：
第一，用實驗方法。Epstein等 (1977)的實 驗表 明，在 有水 密閉 的 高壓、550℃下加熱 3h，CAI為 1.5;在其他條件下加熱，CAI為 3。兩者相差 1.5級值。有人曾利用此差值來校正古地溫(包德憲、王元順，1984)，但校正的最高古地溫要比實際的偏高。
第二，用鏡質體反射率(Ro )估算的古地溫校正牙形石 CAI-古地溫。利用此法，只要找到 Ro 與 CAI的對應關係，就可以求得它們的古地溫比值(即校正係數 N系列)。周希雲(1985)和蔣武(1986)曾分別用此法求得過校正係數 N系列。由於 CAI與 Ro 及 R o 與地溫的對應關係各家看法不一致，因此用此法得到的校正係數 N系列有待於實驗檢驗。
第三，選擇持續埋藏至今的地區，用探井中的牙形石 CAI與實測地溫的直接對應關係求校正係數 N系列。我國冀中地區多數奧陶系(含牙形石)埋藏較深，上覆地層為石炭系至第四系，部分地區缺失石炭系和二疊系。現在奧陶系的埋深和地溫基本上就是 它所經 歷的最 大埋深和最 高地 溫。包 德憲、王 元 順(1984)和張放、連弟(1984，內部資料)分別對冀中地表及深井中和奧陶系牙形石 CAI與地溫關係作了總結。由於牙形石主要分布於海相地層中，而在這些地層中往往鏡質體非常稀少，因此，它是鏡質體反射率的一種補充。
牙形石的無機成分主要為磷酸鹽礦物，用甲酸或乙酸很容易從碳酸鹽岩中分離出來。分析儀器簡單，成本低，分析和鑑定易於掌握。牙形石的色變主要由牙形石中有機質在溫度作用下發生碳化作用的結果，因此，它適用於含油氣盆地的古地熱場研究。
