地球花学第五章

1、 第五章 微量元素地球化学地球化学课程地球化学课程 微量元素 （trace element)岩石中含量1, 相容元素 Di 1, 优先进入矿物相，或残留相例如：Ni, Co, V, Cr不相容元素：D1，优先进入熔体相，D3.0 , 称为高场强元素称为高场强元素如果如果Z/r 1, 相容元素 Di1 正异常正异常Eu1负异常负异常Eu1无异常无异常Eu =Eu/Eu*标准化后的重要参数标准化后的重要参数EuEu异常产生原因异常产生原因不同矿物具有不同的不同矿物具有不同的REEREE分配系数，分配系数，斜长石对斜长石对EuEu的分配系数远远大于其它的分配系数远远大于其它REEREE，在各类岩浆岩

2、中，在各类岩浆岩中EuEu异常的产生异常的产生常与斜长石的结晶有关，如在岩浆分常与斜长石的结晶有关，如在岩浆分离结晶过程中，斜长石的大量晶出将离结晶过程中，斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形成明显负异常。导致残余熔体中形成明显负异常。四、稀土元素的分配系数 稀土元素在一些矿物中的分配系数是采用火山岩中斑晶/基质法测定的结果。 岩石中稀土元素主要赋存在副矿物中。1010.10.01Ce Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu分配系数石榴石斜方辉石单斜辉石橄榄石玄武岩和安山岩玄武岩和安山岩中矿物中矿物/熔体间熔体间REE的分配系数的分配系数（据（据Shnetzler和和P

3、hilpotts,1970）有的导致有的导致REEREE分异分异有的不导致有的不导致REEREE分异分异 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Er Tm Yb Lu010.10.010.10.010.005分 配 系数Dab斜长石斜长石/熔体对之间熔体对之间REE分配分配系数变化范围和平均值（粗线系数变化范围和平均值（粗线）(a)酸性岩浆岩；酸性岩浆岩；(b)玄武岩和安山质岩石玄武岩和安山质岩石（据（据Henderson,1982） 英安岩和流纹岩中矿英安岩和流纹岩中矿物物/熔体间熔体间REE的分的分配系数配系数（据（据Hanson,1978） 400100501010.1矿

4、物、基质锆石石榴石磷灰石普通角闪石单斜辉石紫苏辉石黑云母Ce Nd Sm Eu Gd Dy Ey Yb五、稀土元素的地球化学应用1、岩石成因花岗岩类：I、S、M、A型La Ce Pr NdSm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu110100Sample/Chondrite0510152025YbN050100150(La/Yb) NCCP graniteGS graniteEclogite25% garnet amphibolite10% garnet amphiboliteAmphiboliteMORBAdakite or High Al TTDLower-Al TTD01

5、020304050Y (ppm)050100150200Sr/YCCP graniteGS graniteAdakiteArc magmatic rocks埃达克质埃达克质(Adakite)岩石判别岩石判别玄武岩类LaCePrNd Sm Eu Gd Tb DyHoEr Tm YbLu110100样品/球粒陨石MORBIAB 2、变质岩原岩恢复现有研究表明，在角闪岩相和麻粒岩相的变质条件下，变质岩的稀土元素含量可能发生一些变化，但其稀土元素的组成模式不会发生变化，因此，利用稀土元素的组成模式可恢复变质岩的原岩。另外，根据稀土元素设计的图解来恢复变质岩的原岩。 3. 研究地壳演化研究地壳演化 W.

6、B.Nance和 S.R.Taylor 等人系统研究了澳大利亚从太古代元古代三迭纪的沉积岩(页岩)的稀土组成及演化特征， 并与世界其它地区作了对比，根据稀土组成模式的特点探讨了地壳成分及其演化： 在地壳演化过程中，在地壳演化过程中，25亿为太古界和元古界的界限，稀土元素亿为太古界和元古界的界限，稀土元素组成特征有一个明显的突变：组成特征有一个明显的突变：稀土总量增加，轻稀土富集，铕稀土总量增加，轻稀土富集，铕亏损明显。亏损明显。 4 4 微量元素处理和解释1. 微量元素处理方法（1）多元素标准化图解（2）元素或者运算后元素投点图（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

7、解的扩展和普及化，最早用于玄武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（岩浆岩和沉积岩）类岩，现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积岩）类型。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 作图的意图作图的意图比较样品与标准化数据之间的偏离程比较样品与标准化数据之间的偏离程度度D 称呼：称呼：中文表达方式中文表达方式元素原始地幔元素原始地幔(球粒陨石球粒陨石)标准化图解标准化图解, 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Primitive mantle-normalized trace element variat

8、ion diagram 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 & McLennan (1981)多元素标准化数据多元素标准化数据元素元素RbBaThUNbTaKLaCePbPrSrNd原始地幔原

9、始地幔0.6356.9890.0850.0210.7130.0412500.6871.7750.1850.27621.11.354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 mantleprimitive/primordial mantle）多元素蜘蛛图的原始文献多元素蜘蛛图的原始文献和标准化数据和标准化数据(Spider

10、diagram)(Spider diagram)Sun S-S & W F MacDonough 孙贤鉥孙贤鉥澳大利亚地调局高级研究员澳大利亚地调局高级研究员 哥伦比亚大学哥伦比亚大学 孙贤鉥博士孙贤鉥博士Sun & MacDonough, 1989Sun & MacDonough, 1989其中有些不用其中有些不用，例如，例如TlTl，ScSc，W W，SnSn，F F等等Sun & MacDonough, 1989多元素标准化图解作图方法：多元素标准化图解作图方法：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

11、量元素，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多元素标准化图解的基本解释多元素标准化图解的基本解释CsRbBaThUKNbLaCePbPrSrNdSmZrHfEuTiYHoYb0.1110100Rock/Primitive mantleN-MORB(Hoffman, 1988)M1053HXD98-7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发生部分熔融而形成，这

12、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 distinctive

13、features areKey distinctive features areAddition of subduction-mobile elements (K, Addition of subduction-mobile elements (K, Rb, Sr, Th etc. from the subducting plateRb, Sr, Th etc. from the subducting plateIncreased melting caused by fluid addition Increased melting caused by fluid addition to the

14、 mantleto 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Pb正异常正异常, Nb、Ta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包括：二元或者三角图包括：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Ti ppm0060018000V ppmMORBOIBIAT（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

15、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微量元素图解研究用途微量元素图解研究用途Zr/Ti acts as a proxy for Si Nb/Y acts as a proxy for total alkalis.进行岩石分类进行岩石分类碧玄岩碧玄岩副长石岩副长石岩进行岩石分类进行岩石分类鉴别不同源岩地球化学端元和过程鉴别不同源岩地球化学端元和过程Ernst & Buchan,2003, RECOGNIZINGMANTLE PLUMES IN THEGEOLOGICAL RECORD玄武岩类构造玄武岩类构造环境鉴别环境鉴别5 关于微量元素对岩

16、石形成构造环境的指示 随着六十年代板块构造学说的兴起，恢复岩石形成时的构造环境已越来越引起地学工作者的注意。现有研究表明，不同构造环境中形成的岩石具有明显不同的微量元素特征，因此，通过岩石微量元素可以恢复岩石形成时的构造成环境。按照按照Wilson旋回，旋回， 将构造环境分为：将构造环境分为：1、大陆裂谷、大陆裂谷2、大洋扩张中脊、大洋扩张中脊3、板块消减带（岛弧和弧后盆地）、板块消减带（岛弧和弧后盆地）4、板块内部（大陆板块内部和大洋板块内部洋岛）、板块内部（大陆板块内部和大洋板块内部洋岛）按板块碰撞作用分类：按板块碰撞作用分类：1、碰撞前；、碰撞前； 2、同碰撞；、同碰撞；3、晚碰撞；、晚

17、碰撞；4、碰撞后、碰撞后按大陆边缘性质分类：按大陆边缘性质分类：1、活动大陆边缘、活动大陆边缘2、被动大陆边缘、被动大陆边缘一、火山岩类构造环境判别CsRbBaThUKNbLaCePbPrSrNdSmZrHfEuTiYHoYb0.1110100Rock/Primitive mantleN-MORB(Hoffman, 1988)M1053HXD98-7Ti ppm0060018000V ppmMORBOIBIAT二、侵入岩类构造环境判别三、沉积岩类构造环境判别四、构造环境判别中应注意的问题1、多解性2、适用条件3、注意多岩类的配套分析5 微量元素的其他应用一、生态与环境地球化学研究二、刑侦方面的

18、应用三、找矿勘察微量元素应用的研究实例一、松潘地区A-型花岗岩的地球化学QuaternaryUpper TriassicFaultIndosinia n GranitoidMiddle-Upper Tria ssicSamplin g locality AbaMarkan101o ,102o103o100o32,o0,3 3o20,32o40,3 3o2 0,32o40,32 0o,01000 k mStudy ar eaJS = Jinshajian s utureA-MS=A nimaqu e-Mianlue suture,JSA- MSTARIMTIBETBei ji ngQLSKLY

19、CNCDBSCQL101o ,102o103o100o34 0o,34o0,HongyuanQQQQQT2-3CT2-3T3T2-3T3T2-3T3T2-3T3T2-3T3T2 -3T3T2- 3T3T2-3T1T3T2-3T1T3T2-3T3T2-3T3T2-3T3T2-3T3T2-3QT3T2-3T1CLower TriassicCarboniferousJiuzhiN oergaiNianbaoyecheAdakitic granitoid NB granite Mineral composition: quartz (32-40%), plagioclase (2-5%), alkal

20、i-feldspar (50-55%), arfvedsonite (1-2%), biotite (0-1%), and accessory minerals (1%), including zircon, apatite, allanite and monazite etc. GeochemistryThe NB granite is enriched in Si (SiO2: 74.00 78.16%) , K (K2O=4.87-6.28% ), Na, Rb, REE, HFSE (Nb, Ta, Zr, Hf), with elevated Ga/Al ratios (2.96-4

21、.30), but is depleted in Al, Mg, Ca, Ba and Sr. The REE compositions show moderately fractionated patterns with (La/Yb)N=2.67-7.54 and Eu*/Eu=0.09-0.34. A-type granite discrimination diagram (after Whalen et al., 1987) 1101000Ga/Al56789101101000Ga/Al1101001101000Ga/Al1101001101000Ga/Al101001000I-,S

22、- & M-typegraniteI-,S- & M-typ egraniteI-,S- & M-typeg raniteI-,S- & M-typegrani teA-type graniteA-type graniteA-type gr aniteA-type gr aniteK O+Na O (%)22Nb (ppm)Zr (ppm)FeO*/MgOA1 and A2 subgroup discrimination of A-type granite (after Eby, 1992). 110500.111020Rb/NbY/NbAB二、东喜马拉雅构造结演化第五章复习题第五章复习题1、微量元素概念、微量元素概念2、能斯特分配定律与分配系数、能斯特分配定律与分配