专家讲解—岩石地球化学5-微量处理

1、第一节、主量元素数据处理与解释第一节、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、微量元素数据处理与解释第三节、同位素数据处理与解释第三节、同位素数据处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第二节、微量元素数据处理与解释第二节、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二、稀土元素处理和解释三、微量元素处理和解释三、微量元素处理和解释（包括稀土在内的微量元素特征）（包括稀土在内的微量元素特征）第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释三、

2、微量元素处理和解释三、微量元素处理和解释1. 微量元素处理方法微量元素处理方法（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解（2）元素或者运算后元素投点图）元素或者运算后元素投点图2. 微量元素的用途微量元素的用途第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解A 属于属于REE标准化图解的扩展和普及化，最早用于标准化图解的扩展和普及化，最早用于玄武岩，现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积玄武岩，现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积岩）类型。岩）类型。B 标准化数值标准化数值原始地幔、球粒陨石，或者原始地幔、球粒陨石，或者MORBC 作图的

3、意图作图的意图比较样品与标准化数据之间的偏比较样品与标准化数据之间的偏离程度离程度1. 微量元素处理方法微量元素处理方法（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解中文表达方式中文表达方式原始地幔原始地幔(球粒陨石球粒陨石)标准化多元素图解标准化多元素图解, 微量元素含量蜘蛛图微量元素含量蜘蛛图英语表达方式英语表达方式Normalized multi-element diagrams /incompatible element diagrams / spider diagramsPrimitive mantle-normalized incompatible trace element varia

4、tion diagrams Trace element concentrations normalized to chondrite of Spider diagram of I 原始地幔原始地幔 （primitive/primordial mantle）目前常用的元素排列顺序和数值根据目前常用的元素排列顺序和数值根据Sun & MacDonough, 1989II 球粒陨石球粒陨石Sun & MacDonough, 1989III MORB, Pearce, 1983IV 沉积岩沉积岩NASC，Gromet et al, 1984平均地壳成分根据平均地壳成分根据Taylor & McLenn

5、an, 1981 Rudnick & Gao, 2004多元素标准化数据多元素标准化数据元素元素PSmZrHfEuTiGdTbDyHoYErTmYb原始地幔原始地幔950.44411.20.3090.16813000.5960.1080.7370.1644.550.480.0740.493目前常用作标准化的原始地幔顺序和成分目前常用作标准化的原始地幔顺序和成分（primitive/primordial mantle）Sun, S., McDonough, W.F., 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: impl

6、ications for mantle composition and processes. In: Saunders, A.D., Norry, M.J. (Eds.), Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society London. Special Publications, vol. 42, pp. 313345.国内设立了国内设立了孙贤鉥地球化学青年科学家奖孙贤鉥地球化学青年科学家奖第一届，徐义刚；第二届，王强；第三届，杨进辉，第四届，赵子福第一届，徐义刚；第二届，王强；第三届，杨进辉，第四届，赵子福 国际著名地球化学家孙贤鉥先生国际

7、著名地球化学家孙贤鉥先生1943年年10月月27 日出生于福建省福州市，抗日战争胜利后，随父母移居台湾日出生于福建省福州市，抗日战争胜利后，随父母移居台湾省台北市。省台北市。1962年被免试保送台湾大学地质系学习。年被免试保送台湾大学地质系学习。 1968年，孙贤鉥先生赴美国求学，师从著名地球化学家年，孙贤鉥先生赴美国求学，师从著名地球化学家Paul Gast，先后在纽约的哥伦比亚大学和休斯顿美，先后在纽约的哥伦比亚大学和休斯顿美国宇航局约翰逊空间中心从事铅同位素地球化学研究，国宇航局约翰逊空间中心从事铅同位素地球化学研究，1973年获得博士学位。期间，他在铅同位素地球化学等研年获得博士学位。

8、期间，他在铅同位素地球化学等研究领域取得了诸多开创性成果。相关论文陆续发表在究领域取得了诸多开创性成果。相关论文陆续发表在Nature、Science等国际知名学术刊物上并得到了广泛的引等国际知名学术刊物上并得到了广泛的引用，其中有关年轻玄武岩铅同位素的文章用，其中有关年轻玄武岩铅同位素的文章(Sun，1980)SCI引证次数已经超过引证次数已经超过700次，成为这一研究领域一个里程次，成为这一研究领域一个里程碑式的经典论文。碑式的经典论文。 1973年年-1975年，孙贤鉥先生在纽约大学石溪分校做博士后，随年，孙贤鉥先生在纽约大学石溪分校做博士后，随Gilbert Hanson从事碱性玄武岩

9、的研究，在从事碱性玄武岩的研究，在许多重要的刊物上发表了多篇高水平的论文。许多重要的刊物上发表了多篇高水平的论文。 1975年，孙贤鉥先生前往澳大利亚的阿德雷德大学工作，期间对太古宙科马提岩、高镁玄武岩、大洋玄武年，孙贤鉥先生前往澳大利亚的阿德雷德大学工作，期间对太古宙科马提岩、高镁玄武岩、大洋玄武岩和蛇绿岩等岩石进行了开创性的地球化学研究，再次显示了他卓越的科研才能，相继发表了多篇至今仍被广泛岩和蛇绿岩等岩石进行了开创性的地球化学研究，再次显示了他卓越的科研才能，相继发表了多篇至今仍被广泛引用的论文。其中有关洋中脊玄武岩地球化学的文章引用的论文。其中有关洋中脊玄武岩地球化学的文章(Sun，N

10、esbitt and Sharaskin，1979)SCI引证次数已经超过引证次数已经超过500次。次。 1977年，孙贤鉥先生在悉尼澳大利亚联邦科学和工业研究组织矿物研究实验室工作，从事氧、硫等稳定同年，孙贤鉥先生在悉尼澳大利亚联邦科学和工业研究组织矿物研究实验室工作，从事氧、硫等稳定同位素的研究。位素的研究。 1981他成为澳大利亚矿产资源局主任研究员，他成为澳大利亚矿产资源局主任研究员，1999年退休。在此期间，他发表了一系列有关地球的化学组年退休。在此期间，他发表了一系列有关地球的化学组成、演化以及元素地球化学性质的文章，成为当代地球科学界广泛引用的经典之作。其中最为著名的是成、演化以

11、及元素地球化学性质的文章，成为当代地球科学界广泛引用的经典之作。其中最为著名的是1989年他年他和他的学生和他的学生McDonough在在Geological Society Special Publication上发表的关于地幔化学和同位素体系的文章上发表的关于地幔化学和同位素体系的文章 ：Chemical and isotopic systematics of oceanic basaltsmplications for mantle composition and processes，迄今已被迄今已被SCI论文引证超过论文引证超过2800次；另一篇论文：次；另一篇论文：The compo

12、sition of the Earth (McDonough and Sun，1995)，也，也已经被已经被SCI论文引证近论文引证近800次。次。令人称道的是在实验技术比较落后的令人称道的是在实验技术比较落后的20世纪世纪80年代，他就以严谨细致的工作准确地排定了元素相容性顺序，为地年代，他就以严谨细致的工作准确地排定了元素相容性顺序，为地球化学的发展作出了杰出的贡献。作为海外华人，孙贤鉥先生十分关心祖国科学和文化事业的发展。球化学的发展作出了杰出的贡献。作为海外华人，孙贤鉥先生十分关心祖国科学和文化事业的发展。 Sun & MacDonough, 1989Sun & MacDonough,

13、 1989标准化顺标准化顺序和数值序和数值其中有些不用，其中有些不用，例如例如TlTl，ScSc，WW，SnSn，F F等等Sun & MacDonough, 1989Chung等，等，2004，Earth Sci. Rev.Williams et al, 2001，GeologyXu et al，2001，GeologyChung et al，2003，Geology可以简化使可以简化使用的顺序用的顺序（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解作图方法：作图方法：A. 同同REE相似，分别除以标准化数值，再作图相似，分别除以标准化数值，再作图B. 注意其中的主量元素，特殊算法注意其中的主量元素

14、，特殊算法K=K2O*10000*0.83013/250Ti=TiO2*10000*0.5995/1300P=P2O5*10000*0.43646/95这里这里K2O、 TiO2、 P2O5单位均为重量百分数单位均为重量百分数（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解作图方法：作图方法：演示：演示：（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解图解的基本解释图解的基本解释大离子亲石元素大离子亲石元素HFSEHREEHofmann, 2004地壳的成分地壳的成分幔源玄武幔源玄武岩的成分岩的成分110100BaThULaPrPbSmHfGdTbHoErYbRbNbTaCeSrNdZrEuTiDyYTmLu

15、Primitive Mantle NormalizedIABC. CrustOIBE-MORBN-MORB10100LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuChondrite (C1) NormalizedIABC. CrustOIBE-MORBN-MORBNiu Y, 2006各类岩石的各类岩石的REEREE和微和微量元素特征量元素特征注意各类岩注意各类岩石的典型元石的典型元素特征变化素特征变化Hofmann, 2004PbNbTiUltra-K rocks in Lhasa block正常岛弧火山岩由源自俯冲板片脱水产生的正常岛弧火山岩由源自俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔

16、发生部分熔融而形成，这种流体交代地幔楔发生部分熔融而形成，这种富水的流体亏损高场强元素（富水的流体亏损高场强元素（HFSE），），如如Nb(Ta)、Ti、P等元素，这些元素的流体等元素，这些元素的流体/岩岩石分配系数很小（石分配系数很小（1)，因此，在流体交代，因此，在流体交代地幔楔形成的正常岛弧火山岩中出现显著的地幔楔形成的正常岛弧火山岩中出现显著的Nb（Ta）、）、Ti负异常（在微量元素原始地负异常（在微量元素原始地幔标准化蛛网图上相对于相邻元素幔标准化蛛网图上相对于相邻元素 K 、La和和Eu、Gd）。）。 为什么岛弧火山岩出现为什么岛弧火山岩出现Nb、Ta的负异常？的负异常？Key d

17、istinctive features areAddition of subduction-mobile elements (K, Rb, Sr, Th etc. from the subducting plateIncreased melting caused by fluid addition to the mantle岛弧火山岩成因岛弧火山岩成因Chung等，等，2004，Earth Sci. Rev.岩浆岩出现岩浆岩出现Nb、Ta、Ti的负异常的引申含义的负异常的引申含义具有大陆地壳具有大陆地壳物质的参与物质的参与参与的物质由参与的物质由交代流体带来交代流体带来流体是富集流体是富集K,

18、 Rb, Sr, Th，亏损亏损 Nb、Ta、Ti（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解其他多元素标准化图解其他多元素标准化图解:A. 铂族元素铂族元素（Platinum metal Group Elements）B. 过渡金属元素（过渡金属元素（Transition metal)1. 微量元素处理方法微量元素处理方法三、微量元素处理和解释三、微量元素处理和解释1. 微量元素处理方法微量元素处理方法（1）多元素标准化图解）多元素标准化图解（2）元素或者元素比值投点图）元素或者元素比值投点图第三章、岩石地球化学数据的处理与解释第三章、岩石地球化学数据的处理与解释包括：包括：二元或者三角图二元或

19、者三角图元素对元素元素对元素元素比值对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素比值对元素比值元素运算后元素运算后（2 2）元素或者元素运算后投点图）元素或者元素运算后投点图Ti ppm0060018000V ppmMORBOIBIAT包括：包括：二元或者三角图二元或者三角图元素对元素元素对元素元素比值对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素比值对元素比值元素运算后元素运算后（2 2）元素或者元素运算后投点图）元素或者元素运算后投点图包括：包括：二元或者二元或者三角图三角图元素对元素元素对元素元素比值对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素比值对元素比值元素运算后元素运算后（2 2）元素或者

20、元素运算后投点图）元素或者元素运算后投点图（1）进行岩石分类）进行岩石分类（2）研究岩石成因）研究岩石成因 （模拟计算反演源岩和过程）（模拟计算反演源岩和过程）（3）鉴别岩石形成的构造环境）鉴别岩石形成的构造环境2. 微量元素图解研究用途微量元素图解研究用途重要元素对岩石成因的指示意义重要元素对岩石成因的指示意义（After Green 1980After Green 1980）元素元素特征解释特征解释Ni, Co, Cr 高度相容元素，Ni和Co赋存在Ol中，Cr在Sp和Cpx中，这些元素的高度富集（例如Ni250-300 ppm, Cr=500-高度相容元素，Ni和Co赋存在Ol中，Cr在

21、Sp和Cpx中，这些元素的高度富集（例如Ni250-300 ppm, Cr=500-600 ppm）暗示着岩石母岩为地幔橄榄岩，如果岩石系列显示Ni的逐渐降低 （Co也可以显示同样规律） 则预示着 600 ppm）暗示着岩石母岩为地幔橄榄岩，如果岩石系列显示Ni的逐渐降低 （Co也可以显示同样规律） 则预示着 Ol的分离结晶作用。Cr的逐渐降低代表尖晶石或者Cpx的分离结晶作用。Ol的分离结晶作用。Cr的逐渐降低代表尖晶石或者Cpx的分离结晶作用。V, Ti 它们在部分熔融和分离结晶过程中显示相似的特征。都倾向于进入Fe-Ti氧化物（钛铁矿和钛磁铁矿)， 是钛铁矿和 它们在部分熔融和分离结晶过

22、程中显示相似的特征。都倾向于进入Fe-Ti氧化物（钛铁矿和钛磁铁矿)， 是钛铁矿和 钛磁铁矿结晶分异的示踪剂。如果V和Ti显示差异性质， 则Ti可以类质同象进入一些副矿 物相，例如榍石和金红石。钛磁铁矿结晶分异的示踪剂。如果V和Ti显示差异性质， 则Ti可以类质同象进入一些副矿 物相，例如榍石和金红石。Zr, Hf 极不相容元素，基本不进入主要的地幔矿物相，有时可以与Ti类质同象进入副矿物相，例如榍石和金红石。极不相容元素，基本不进入主要的地幔矿物相，有时可以与Ti类质同象进入副矿物相，例如榍石和金红石。Ba, Rb 不相容元素，在钾长石。云母或者角闪石中可以替换K。Rb在角闪石中类质同象替换

23、能力弱于在钾长石和云母中，因不相容元素，在钾长石。云母或者角闪石中可以替换K。Rb在角闪石中类质同象替换能力弱于在钾长石和云母中，因此K/Ba比值可以用来鉴别这些矿物相。此K/Ba比值可以用来鉴别这些矿物相。Sr 在Pl中容易类质同象替换Ca（但是在Py中不取代Ca），在钾长石中替换K，在浅部低压条件下当Pl作为早期结晶相在Pl中容易类质同象替换Ca（但是在Py中不取代Ca），在钾长石中替换K，在浅部低压条件下当Pl作为早期结晶相的时候，显示相容元素特征，因此Sr或者Ca/Sr比值是鉴别Pl参与的有力指示剂。但是Sr在高压的地幔条件下，当Pl不的时候，显示相容元素特征，因此Sr或者Ca/Sr比

24、值是鉴别Pl参与的有力指示剂。但是Sr在高压的地幔条件下，当Pl不稳定的时候，显示不相容元素特征。稳定的时候，显示不相容元素特征。REE 石榴石(Opx和角闪石稍弱)容纳重稀土元素，因此会导致轻稀土的分异。榍石和Pl倾向于吸纳轻稀土元素。Cpx仅导石榴石(Opx和角闪石稍弱)容纳重稀土元素，因此会导致轻稀土的分异。榍石和Pl倾向于吸纳轻稀土元素。Cpx仅导致REE轻度分异。Eu强烈倾向进入Pl中，因此Eu异常可以鉴别是否有Pl的参与。致REE轻度分异。Eu强烈倾向进入Pl中，因此Eu异常可以鉴别是否有Pl的参与。Y 常类似于HREE，显示不相容元素特征。强烈倾向进入石榴石和角闪石中，辉石次之。榍石和磷灰石也富集Y，因此如常类似于HREE，显示不相容元素特征。强烈倾向进入石榴石和角闪石中，辉石次之。榍石和磷灰石也富集Y，因此如果岩石中存在这些副矿物，将明显影响Y的分异。果岩石中存在这些副矿物，将明显影响Y的分异。Zr/Ti acts as a proxy for SiZr/TiSiO2Nb/Y acts as a proxy fo