赵志丹岩石地球化学八.docx

赵志丹岩石地球化学八 本文由wjhdpu贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第一节、 第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第二节、 第三节、 第三节、同位素数据处理与解释第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第二节、 第二节、微量元素数据处理与解释一、控制微量元素行为的地球化学规律 二、稀土元素处理和解释 三、微量元素处理和解释第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第二节、 第二节、微量元素数据处理与解释一、控制微量元素行为的地球化学规律 痕量元素， 微量元素 （痕量元素，trace elements) 岩石中含量<0.1%的， 的 岩石中含量 用ppm (g/g 106), g/g, 或者 ppb (ng/g 109)表示 ng/g, 表示国际单位使用的幂表示方法名称 atto femto pico nano micro milli centi deci 符号 a f p n m c d 数值 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 名称 deca hecto kilo mega giga tera peta exa 符号 da h k M G T P E 数值 10 102 103 106 109 1012 1015 1018第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第二节、 第二节、微量元素数据处理与解释一、控制微量元素行为的地球化学规律微观规律地球化学亲和性、类质同象法则、 微观规律地球化学亲和性、类质同象法则、晶体场理论 地球化学亲和性 （对过渡金属），归纳为：化学和晶体化学因素，包括 对过渡金属），归纳为：化学和晶体化学因素， ），归纳为 原子（离子）的半径、配位数、原子和离子极化、 原子（离子）的半径、配位数、原子和离子极化、最紧 密堆积等 宏观规律体系性质和热力学规律的影响， 宏观规律体系性质和热力学规律的影响，如体系的化学 体系性质和热力学规律的影响 组成、温度、压力、 组成、温度、压力、氧化还原电位等微量元素行为的宏观表现矿物是组成地球的基本 矿物是组成地球的基本 固体物质， 固体物质，元素赋存在矿物 之中， 之中，通过矿物的形成和变 化而具体体现。 化而具体体现。 两相平衡共存是控制微 两相平衡共存是控制微 量元素分布和分配的主要过 微量元素在固相 程，微量元素在固相固相 熔体熔体、熔体 、熔体熔体、熔体固相 之间分配是控制元素分布和 含量变化的主要过程， 含量变化的主要过程，也是 宏观表现。 宏观表现。例如： 例如：Ol熔体系统的元素分配金振民教授（1994） 金振民教授（1994）发现 了橄榄岩的初始熔融物(5 (5 了橄榄岩的初始熔融物(5 7%)在固相岩石中存在矿物 7%)在固相岩石中存在矿物 三联点位置( 三联点位置(这是静态熔融 特征) 特征)，同时大量熔体在差 异应力驱动下沿着橄榄石矿 物颗粒边界分布， 物颗粒边界分布，形成熔融 薄膜( nature封面照片 封面照片) 薄膜(见nature封面照片)。部分熔融产物 OlSp melt The figure above is a back-scattered electron image of water-rich fluid pockets (dark), silicate melt quenched to glass (dark gray) and olivine crystals (a mantle mineral, light gray). The bright spots are another mineral (spinel) that formed when the experiment was quenched from the run conditions of 15,000 atmospheres pressure and 1050 degrees Celsius temperature. The white scale bar represents a length of 20 microns. / igpp/texture.php归纳：控制主量元素和微量元素的规律 归纳： （1）地球化学过程的演化实质是元素 在共存各相（ 在共存各相（液固，固固）之间的 分配过程。 分配过程。 （2）自然过程趋向局域平衡，元素在 自然过程趋向局域平衡， 相互共存各相间的平衡分配取决于元素 及矿物的晶体化学性质及热力学条件。 及矿物的晶体化学性质及热力学条件。归纳：控制主量元素和微量元素的规律 归纳：（3）在自然过程中主量元素和微量元素在 各相间分配的行为是不同的。 各相间分配的行为是不同的。主量元素能形成自己的独立矿物， 主量元素能形成自己的独立矿物，其在各相中分配 受相律（f = K- +2）控制； K- +2）控制； 受相律（ 微量元素常不能形成独立相，它们在固熔体、 微量元素常不能形成独立相，它们在固熔体、溶体 和溶液中浓度很低， 和溶液中浓度很低，因此微量元素的分配不受相律 的限制，而服从稀溶液定律（亨利定律），即在分 的限制，而服从稀溶液定律（亨利定律），即在分 稀溶液定律 ）， 配达平衡时在各相间的化学势相等。 配达平衡时在各相间的化学势相等。 化学势相等当岩石发生部分熔融时， 当岩石发生部分熔融时，会出现熔体相和结晶相 矿物相），微量元素可以选择性进入这两相。 ），微量元素可以选择性进入这两相 （矿物相），微量元素可以选择性进入这两相。元素分配系数CA C固相 KD 或者 D CB C液相按照元素在岩浆作用中行为分类优先进入矿物相， 相容元素：D>>1, 优先进入矿物相，或残留相 例如： 例如：Ni, Co, V, Cr 不相容元素：D<<1，优先进入熔体相， ，优先进入熔体相， D<0.1为强不相容元素 为强不相容元素, 为强不相容 元素例如：大离子亲石元素 例如：大离子亲石元素K,Rb,Cs,Sr,Ba 高场强元素Nb,Ta,Zr,Hf 高场强元素不相容元素进一步划分：小原子半径、高电荷的高场强元素 （HFSE, high field strength elements） REE, Th, U, Ce, Pb4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta 低场强大离子亲石元素（ LIL, large ion lithophile） 它们极为活动，尤其是有流体存在，K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+什么是HFSE 什么是高场强元素(HFSE，High Field-Strength Elements) ， 高场强元素 元素的电荷(Z)与其半径 )比值称为场强，相当于电 元素的电荷 与其半径(r 比值称为场强 与其半径 比值称为场强， 离势， 离势，如果Z/r>3.0 (2.0), 称为高场强元素 如果 如果Z/r <3.0，称为低场强元素。 如果 ，称为低场强元素。元素的相容性取决于共存的矿物和熔体（玄武质和安山质岩石中常见元素矿物/熔体分配系数） 玄武质和安山质岩石中常见元素矿物/熔体分配系数）Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic RocksCs (固相 ) Cl ( 液相 )Ol、 例如Ol、Pl这是指单一元素 、单一矿物相Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Dy Er Yb LuOlivine 0.010 0.014 0.010 14 0.70 0.007 0.006 0.006 0.007 0.007 0.013 0.026 0.049 0.045Opx 0.022 0.040 0.013 5 10 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.15 0.23 0.34 0.42Cpx Garnet 0.031 0.042 0.060 0.012 0.026 0.023 7 0.955 34 1.345 0.056 0.001 0.092 0.007 0.230 0.026 0.445 0.102 0.474 0.243 0.582 1.940 0.583 4.700 0.542 6.167 0.506 6.950Plag Amph Magnetite 0.071 0.29 1.830 0.46 0.23 0.42 0.01 6.8 29 0.01 2.00 7.4 0.148 0.544 2 0.082 0.843 2 0.055 1.340 2 0.039 1.804 1 0.1/1.5* 1.557 1 0.023 2.024 1 0.020 1.740 1.5 0.023 1.642 1.4 0.019 1.563* Eu3+/Eu2+ Italics are estimatedData from Rollinson (1993).Rare Earth Elements岩石中元素的分配系数（Di） 岩石中元素的分配系数（Di）用于研究微量元素在矿物集合体（岩石） 用于研究微量元素在矿物集合体（岩石）及与之平衡 的熔体之间的分配关系， 的熔体之间的分配关系，常用岩石中所有矿物的分配 系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达 。 Di = WA Di WA = 岩石中矿物含量 Di = 元素 在矿物 中的分配系数 元素i在矿物 在矿物A中的分配系数Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Dy Er Yb Lu Olivine 0.010 0.014 0.010 14 0.70 0.007 0.006 0.006 0.007 0.007 0.013 0.026 0.049 0.045 Opx 0.022 0.040 0.013 5 10 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.15 0.23 0.34 0.42 Cpx Garnet 0.031 0.042 0.060 0.012 0.026 0.023 7 0.955 34 1.345 0.056 0.001 0.092 0.007 0.230 0.026 0.445 0.102 0.474 0.243 0.582 1.940 0.583 4.700 0.542 6.167 0.506 6.950 Plag A mph Magnetite 0.071 0.29 1.830 0.46 0.23 0.42 0.01 6.8 29 0.01 2.00 7.4 0.148 0.544 2 0.082 0.843 2 0.055 1.340 2 0.039 1.804 1 0.1/1.5* 1.557 1 0.023 2.024 1 0.020 1.740 1.5 0.023 1.642 1.4 0.019 1.563* Eu3+/Eu2+ Italics are estimated计算 举例Data from Rollinson (1993).石榴石地幔橄榄岩 = 60% Ol25% Opx10% Cpx5% Gar (wt%) 计算结果： 计算结果：DEr = (0.6 0.026) + (0.25 0.23) + (0.10 0.583) + (0.05 4.7) = 0.366Rare Earth Elements元素的分配系数测定方法A. 直接测定法 B. 实验测定法元素的分配系数测定方法直接测定法： A. 直接测定法：直接测定地质体中两平衡共存相的微量元素浓度， 相的微量元素浓度，再按能斯特分配定律计算出分配 系数。 例如 系数。 例如测定火山岩中斑晶矿物和基质， 测定火山岩中斑晶矿物和基质， 测定现代火山熔岩流中的矿物与淬火熔体（玻璃） 测定现代火山熔岩流中的矿物与淬火熔体（玻璃） 测定岩石中共存矿物的分配系数。 测定岩石中共存矿物的分配系数。目前应用最广泛的是斑晶-基质法 目前应用最广泛的是斑晶斑晶 火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相 火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相， 火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相， 基质或淬火熔体代表熔体相(岩浆) 基质或淬火熔体代表熔体相(岩浆)，两相中微量元素比 值即为该元素的分配系数。 值即为该元素的分配系数。直接测定法： A. 直接测定法： 斑晶斑晶-基质法火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相， 火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相，基质或淬 火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相 火熔体代表熔体相(岩浆) 火熔体代表熔体相(岩浆)，两相中微量元素比值即为该元素的 分配系数。 分配系数。元素的分配系数测定方法实验测定法： B. 实验测定法：用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质； 用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质； 用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质 直接采用天然物质 如拉斑玄武岩）作为初始物质， 直接采用天然物质（ 直接采用天然物质（如拉斑玄武岩）作为初始物质，实验 使一种矿物和熔体，或者两种矿物达到平衡， 使一种矿物和熔体，或者两种矿物达到平衡，并使微量元素在 两相中达到溶解平衡，然后测定在两相中元素浓度， 两相中达到溶解平衡，然后测定在两相中元素浓度，得出分配 系数。 系数。 实验测定分配系数的方法虽不断改善， 实验测定分配系数的方法虽 不断改善，但仍难于证明实验是否 达到平衡以及难于选纯矿物，加上为了精确测定微量元素， 达到平衡以及难于选纯矿物，加上为了精确测定微量元素，实 验过程中元素的浓度远远高于自然体系， 验过程中元素的浓度远远高于自然体系，这些都是应用实验结 果研究实际问题的难题。 果研究实际问题的难题。实验测定法： B. 实验测定法：使用玄武岩做为初试实验材料X.L. Xiong et al. / Chemical Geology 218 (2005) 339359实验测定法： B. 实验测定法：使用玄武岩做为初试实验材料实验产物X.L. Xiong et al. / Chemical Geology 218 (2005) 339359岩浆演化中元素分配模型发生部分熔融的2种情况 发生部分熔融的 种情况平衡部分熔融（或称为批式熔融 批式熔融） 1. 平衡部分熔融（或称为批式熔融） （equilibrium /batch partial melting) 微量元素在固相和熔体之间一直保持平衡 微量元素在固相和熔体之间一直保持平衡， 微量元素在固相和熔体之间一直保持平衡，直到聚集到 从熔体中迁移出去。 从熔体中迁移出去。 2. 分离熔融（fractional partial melting) 分离熔融（ 发生部分熔融过程中 形成的熔体连续地移出固相， 发生部分熔融过程中， 发生部分熔融过程中，形成的熔体连续地移出固相，实际应用中最常见的平衡部分熔融 实际应用中最常见的平衡部分熔融 批式熔融 (Batch melting)模型 模型CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F某元素在熔体中的含量（ppm） CL = 某元素在熔体中的含量（ppm） CO =某元素在未熔融前原始岩石中的含量（ppm） 某元素在未熔融前原始岩石中的含量（ppm） 熔融重量比例熔体/(熔体残余岩石) /(熔体 F = 熔融重量比例熔体/(熔体残余岩石) 总分配系数（各矿物相中该元素分配系数和） Di = 总分配系数（各矿物相中该元素分配系数和）CL = 1 CO Di(1 ? F)+ FDi = 1.0随着F变化， CL/C0不变Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.相容元素Di >> 1.0A. 部分熔融的熔体中发 生贫化，特别是低度部分 生贫化， 例如F<0.1) 熔融 (例如F<0.1) 贫化的速度随F B. 贫化的速度随F的增 大呈现出变缓的特征. 大呈现出变缓的特征.Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneo us and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1? F)+F相容元素不相容元素 Di <<1.0A. 极大量富集在初始产 生的极少量熔体中 B. 随着 增加，富集程 随着F增加 增加， 度减弱 C.其最大的富集浓度不 其 能超出D=0的曲线，当 的曲线， 能超出 的曲线 Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. i rock as fiunction D=0，CiL/C source equationa(9-5) for ， melted,o =1/F (9of D and the fraction usingequilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F不相容元素强不相容元素对于一个强不相容元素 CL 1 Di 0 CO = FCL = 1 CO Di(1 ? F)+ F强不相容元素应用意义：如果我们知道一个强烈不 相容元素在岩浆和源岩 中含量， 我们就可以估 算部分熔融程度F。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.当F1时 时CiL/Cio1岩石全熔， 岩石全熔，即熔体中所有 元素的浓度与母岩中该元 素的浓度趋于一致。 素的浓度趋于一致。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F部分熔融很小) 当F0 (部分熔融很小 部分熔融很小1/Di， CiL/Cio1/Di，即微量元素 在所形成的熔体中的富集或 贫化程度最大。随着F 贫化程度最大。随着F的增大 ，则熔体中微量元素的富集 和贫化程度逐渐减少。 和贫化程度逐渐减少。CL = 1 CO Di(1? F)+F应用意义：如果我们知道CL 和岩浆起源 于一个低度部分熔融过程， 有Di ,我们就可以估算此元素 在源区 (CO)中的含量。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a trace element in 9a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for equilibrium batch melting. From Winter (2001) (9An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.批式熔融计算实例: 批式熔融计算实例:计算Rb和 在玄武岩部分熔融过程中含量 计算 和Sr在玄武岩部分熔融过程中含量把矿物含量（Mode） 1. 把矿物含量（Mode） 换算为矿物重量比例 (Wol Wcpx etc.) 应用D 2. 应用Di = WA Di 计算Rb和Sr的总分配系数 计算Rb和Sr的总分配系数 Rb DRb = 0.045 DSr = 0.848Table 9-2. Conversion from mode to weight percent Mineral Mode ol cpx plag Sum 15 33 51 Density Wt prop Wt% 3.6 3.4 2.7 54 0.18 112.2 0.37137.7 0.45 303.9 1.003. 用公式计算 不同部分熔融程 1)的 度（F0-1)的 Rb和Sr含量比 Rb和Sr含量比 值CL/COCL = 1 CO Di(1? F)+FTable 9-3 . Batch Fractionation Model for Rb and Sr C L /C O = 1/(D(1-F)+F) D Rb F 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.045 9.35 6.49 4.98 4.03 2.92 2.29 1.89 1.60 1.39 1.23 1.10 D Sr 0.848 1.14 1.13 1.12 1.12 1.10 1.08 1.07 1.05 1.04 1.03 1.01 Rb/Sr 8.19 5.73 4.43 3.61 2.66 2.11 1.76 1.52 1.34 1.20 1.09From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.4.投图C 4. 投图CL/CO对F 投图 5.解释： 5. 解释： 解释 在玄武岩批式熔融 产生岩浆中， 产生岩浆中， Rb显示强烈的 Rb显示强烈的 不相容性。 不相容性。Figure 9-3. Change in the concentration 9of Rb and Sr in the melt derived by progressive batch melting of a basaltic rock consisting of plagioclase, augite, and olivine. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.元素分配研究的实际意义研究岩石成因和演化过程 1. 揭示源岩成分特征 2. 揭示岩浆作用过程，利用已 有的各种模型，揭示部分熔融 、岩浆混合、分离结晶、同化 混染等。石榴石橄榄岩批式熔融随着F变化模式 石榴石橄榄岩批式熔融随着 变化模式Figure 9-4. Rare Earth 9concentrations (normalized to chondrite) for melts produced at various values of F via melting of a hypothetical garnet lherzolite using the batch melting model (equation 9-5). From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.第三章、 第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第二节、 第二节、微量元素数据处理与解释 一、控制微量元素行为的地球化学规律二、稀土元素处理三、微量元素处理 四、数据解释稀土元素 REE (rare earth elements)57-71号：15个元素 号 个元素+Y=16个元素 个元素 个元素 La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, LuY 稀土元素的共性：(1)它们的原子结构相似； 它们的原子结构相似； 它们的原子结构相似 离子半径1.06? (2)离子半径相近 离子半径相近(REE3 离子半径 离子半径相近 0.84 ?，Y3为0.89 ?）； ， ）(3)它们在自然界密切共生。 它们在自然界密切共生。 它们在自然界密切共生稀土元素La系Y稀土元素分组方法, 最常用两种： 稀土元素分组方法, 最常用两种： 1.两分法： 1.两分法： 两分法La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu,轻稀土(LREE) 轻稀土 Ce族稀土 族稀土Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, LuY 重稀土（ 重稀土（HREE） ） Y族稀 土 族稀土分组以Gd划界的原因是：从Gd开始在 亚层上新增加电子的自 开始在4f亚层上新增加电子的自 分组以 划界的原因是： 划界的原因是 开始在 旋方向改变了。 归入重稀土组主要由于是Y 旋方向改变了。而Y归入重稀土组主要由于是 3离子半径与重 归入重稀土组主要由于是 的离子半径为0.89 ?），化学性质与重稀土 稀土相近（ ），化学性质与重稀土 稀土相近（如Ho3的离子半径为 ）， 相似，它们在自然界密切共生。 相似，它们在自然界密切共生。2.三分法La,Ce,Pr,Nd轻稀土(LREE) 轻稀土Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho中稀土Er, Tm, Yb, LuY 重稀土11 Log (Abundance in CI Chondritic Meteorite) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0H He C Ne MgSi Fe N S Ar Ca Ni Na Ti AlP K F Cl V B Sc O太阳系元素成分LiSnBaPt Pb Th U100Be102030405060708090Atomic Number (Z)Oddo-Harkins效应（太阳系和地球都有此规律） Oddo-Harkins效应（太阳系和地球都有此规律） 效应原子序数为偶数的元素的丰度大大高于相邻原子序数为奇 数的元素。具有偶数质子数（ 或偶数中子数（ 数的元素。具有偶数质子数（A）或偶数中子数（N）的 核素丰度总是高于具有奇数A 的核素。 核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素。这一规律称为 奥多一哈根斯法则，亦即奇偶规律 奇偶规律。 奥多一哈根斯法则，亦即奇偶规律。11 Log (Abundance in CI Chondritic Meteorite) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0H He C Ne MgSi Fe N S Ar Ca Ni Na Ti AlP K F Cl V B Sc O太阳系元素成分LiSnBaPt Pb Th U100Be102030405060708090Atomic Number (Z)Oddo-Harkins效应产生原因 Oddo-Harkins效应产生原因 受原子核结构控制，当质子与中子数比例适当， 1. 受原子核结构控制，当质子与中子数比例适当， Mg， 原子核稳定，元素分布就广。 原子核稳定，元素分布就广。例如16O，24Mg， 28Si等，最稳定，元素丰度高。 Si等 最稳定，元素丰度高。 随着原子序数增大，中子数增加比质子数快， 2. 随着原子序数增大，中子数增加比质子数快，原 子核趋于不稳定，元素在自然界丰度低。 子核趋于不稳定，元素在自然界丰度低。需要标准化NASC/球粒陨石REE数据表示： REE数据表示： 数据表示100丰度 度(ppm)增田科里尔（ 1. 增田科里尔（ Coryell） Masuda - Coryell） 图解, 图解,以球粒陨石作为 标准化数据. 标准化数据.10 100 NASC 球粒陨石1012. 某一参照物质作为标 0.1 准化数据, 准化数据,例如用原始 地幔、MORB等 地幔、MORB等，能 0.01 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 够清楚地显示不同矿 北美页岩组合样” 缩写为NASC） 中 REE的 （ a）“北美页岩组合样 ” （ 缩写为 ） 北美页岩组合样 ） 的 物间REE REE的分异程度球粒陨石标准化丰度。 ） 哈斯金等（ ） 物间REE的分异程度球粒陨石标准化丰度 。 （ b）哈斯金等 （ 1968）给出 中的REE真实丰度。（据Henderson,1984） 真实丰度。 的NASC中的 中的 真实丰度 ） 。稀土组成图具体作法将样品含量(ppm)分别 1. 将样品含量(ppm)分别 除以球粒陨石( 除以球粒陨石(或者其 他数据， MORB， 他数据，如MORB，得 到标准化后数据 14元素按照原子序数排 2. 14元素按照原子序数排 列作为横坐标（ 列作为横坐标（注意没 有Pm和Y） Pm和 3. 纵坐标以对数表示西藏钾质超钾质岩石稀土元素组成球粒 陨石标准化图，标准化数据根据 Boynton（1984） （ ）为什么用球粒陨石? 为什么用球粒陨石陨石陨石是落到地球上来的行星物体的碎块. 陨石是落到地球上来的行星物体的碎块. 可能起源于彗星. 可能起源于彗星.更可能来自火星和木星 间的小行星带. 间的小行星带.陨石可由显微质点大小到 具有几千公斤的巨块. 具有几千公斤的巨块.每年落到地球表面 大约有500个陨石,总质量可达3 大约有500个陨石,总质量可达3106至 3107t.每年见到其殒落,又能找到的陨石 t.每年见到其殒落, 仅5到6个.太阳系太 阳 系太阳系由太阳,行星 行星物体 太阳系由太阳 行星,行星物体 宇宙 行星 行星物体(宇宙 彗星,小行星 和卫星组成.太阳集 尘,彗星 小行星 和卫星组成 太阳集 彗星 小行星)和卫星组成 中了太阳系99.8%的质量 的质量. 中了太阳系 的质量 行星划分为两种类型: 行星划分为两种类型 接近太阳的较小内行星-水星 金星, 水星,金星 接近太阳的较小内行星 水星 金星 地球,火星 称为类地行星; 火星,称为类地行星 地球 火星 称为类地行星 远离太阳大的外行星-木星 土星,天 木星,土星 远离太阳大的外行星 木星 土星 天 王星,海王星和 冥王星， 海王星和（ 王星 海王星和（冥王星，已开除 ）. 火星和木星之间存在着数以兆计的 小行星, 小行星 有些小行星的轨道横切过 行星轨道.在殒落到地球上来的陨 行星轨道 在殒落到地球上来的陨 石中,已经发现有两颗的轨道曾位 石中 已经发现有两颗的轨道曾位 于小行星带内. 于小行星带内8 大 行 星 相 对 大 小 对 比图1.5 自然界的流星雨美国亚利桑那Barringer(or Meteor)陨石坑,直径约1.2km 由一个直径约40m的撞击物撞击而成. 撞击物残余称为Canyon Diablo铁 陨石(国际S同位素标准).陨石具有多种多样的类型,从几乎全部由金属组成 的类型,到几乎全部由硅酸盐组成的类型.对陨石进 行分类是困难的,并且存在许多争论.通常根据其中 的金属含量,首先将陨石划分为四种主要类型：石陨石 球粒陨石 无球粒陨石 石铁陨石 铁陨石 约含10%金属 约含10%金属 约含1 约含 金属 约含50 约含 金属 金属含量大于90 金属含量大于 主要类型陨石的特征为什么用球粒陨石? 为什么用球粒陨石 球粒陨石的非挥发性成分可以代表原始太阳星 云的平均化学成分=地球整体成分 云的平均化学成分 地球整体成分球粒陨石太阳大气（Si=1 原子）Cl 型碳质球粒陨石（Si=1 原子）墨西哥Allende CI型球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比,组成十分一致 型球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比, 墨西哥 型球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比为什么用球粒陨 石标准化? 石标准化?NASC/球粒陨石10010 100 NASC 球粒陨石消除奇偶效应， 1. 消除奇偶效应， 曲线平滑, 曲线平滑, 利于对比, 2. 利于对比,可以直 观鉴别岩石样品相 对于球粒陨石的分 异程度. 异程度. 3. 有利于直观展示 北美页岩组合样” 缩写为NASC） （ a）“北美页岩组合样 ） 北美页岩组合样 的 岩石的类型和成因. 球粒陨石标准化丰度。 b）哈斯金等（ ）中REE的 岩石的类型和成因. 球粒陨石标准化丰度。”（缩写为 （1968）给出 （ ） 哈斯金等 ）10 丰度 度(ppm) 1 0.1 0.01 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu中的REE真实丰度。（据Henderson,1984） 真实丰度。 的NASC中的 中的 真实丰度 ）其他标准化数据沉积岩用北美页岩成分NASC NASC作为标准化数据 1. 沉积岩用北美页岩成分NASC作为标准化数据 2. MORB，Mid-Ocean Ridge Basalt MORB，Mid原始地幔, 3. 原始地幔, primitive mantle 4. 研究体系的某种组分，只要有利于对比成分特征 研究体系的某种组分， 引申：不仅是REE REE， 5. 引申：不仅是REE，其他数据也可以标准化Rudnick & Gao, 2005Rudnick & Gao, 2005Rudnick & Gao, 2005常用的球粒陨石和原始地幔标准化数值标准名称 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Hr Tm Yb Lu 文献 球粒陨石平均 0.31 0.808 0.122 0.6 0.195 0.0735 0.259 0.0474 0.322 0.0718 0.21 0.0324 0.209 0.0332 Boynton, 1984 原始地幔 0.7080 1.8330 0.2780 1.3660 0.4440 0.1680 0.5950 0.1080 0.7370 0.1630 0.4790 0.0740 0.0480 0.0737 McDonough et al.,1991Boynton W.V. 1984. Geochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. In: Henderson P.(ed), Rare earth element geochemistry. Elsevier, pp.63-114 McDonough W.F., Sun S., Ringwood A.F., et al. 1991. K, Rb, and Cs in the earth and mo on and the evolution of the earths mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta, , Ross Taylor Symposium volume.演示如何获得REE图 图 演示如何获得标准化后的重要参数La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu原子序数增大, 原子序数增大 相容性增强REE标准化后的重要参数 标准化后的重要参数1. 稀土元素总含量 稀土元素总含量REE各稀土元素含量的总和，常以 各稀土元素含量的总和，常以ppm 或者10 或者 6为单位 REE=La+.+Lu+Y (16个元素 或者 个元素) 个元素 REE=La+.+Lu (15个元素 个元素) 个元素 REE能明显反映出各类岩石的特征， 能明显反映出各类岩石的特征， 能明显反映出各类岩石的特征 例如： 例如： A. 一般在超基性岩、基性岩中 一般在超基性岩、基性岩中REE较低， 较低， 较低 在酸性岩和碱性岩中REE较高； 较高； 在酸性岩和碱性岩中 较高 B. 沉积岩中砂岩和页岩的 沉积岩中砂岩和页岩的REE较高，碳酸 较高， 较高 盐岩的REE较低。 较低。 盐岩的 较低 因此REE对于判断岩石的源岩特征和区分 因此 对于判断岩石的源岩特征和区分 岩石类型有意义。 岩石类型有意义。标准化后的重要参数2. 轻、重稀土元素的比值比值=LREE/HREE 比值= 或 =Ce/Y 这一参数能较好地反映REE的分 这一参数能较好地反映REE的分 REE 异程度和指示部分熔融残留体或 岩浆早期结晶矿物的特征。 岩浆早期结晶矿物的特征。 Ce碱性较Y强 Ce碱性较Y强，随岩浆作用 碱性较Y 的演化，Ce/Y比值逐渐增大 的演化，Ce/Y比值逐渐增大 Ce在岩浆作用晚期富集 在岩浆作用晚期富集。 ，即Ce在岩浆作用晚期富集。岩 石 类 型 0 粗 面 岩 霞 石 岩 碱性橄榄玄武央岩 大陆拉斑玄武岩 大洋拉斑玄武岩 橄 榄 岩 球 粒 陨 石 2 4 Ce/Y 6 8 10 12原始岩浆成分演化过程 中REE的分馏特征 REE的分馏特征3. 稀土元素之间的比值标准化后的重要参数（1） (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N ）(下标 表示为标准化后的比值 下标N表示为标准化后的比值 下标 表示为标准化后的比值) 能反映REE 球粒陨石标准化图解中曲线总体斜率 能反映 REE球粒陨石标准化图解中曲线总体斜率 ， 表征 REE 球粒陨石标准化图解中曲线总体斜率， LREE和HREE的分异程度 的分异程度。 LREE和HREE的分异程度。（2） (La/Sm)N、(Gd/Lu)N ）表示分馏程度， 例如( 比值越大反映LREE越富集。 LREE越富集 表示分馏程度， 例如(La/Sm)N比值越大反映LREE越富集。 孙贤术等据此将洋中脊玄武岩划分为三种类型：