趙志丹巖石地球化學(xué)八

1、趙志丹巖石地球化學(xué)八 本文由wjhdpu貢獻(xiàn)ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。第三章、 第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋第一節(jié)、 第一節(jié)、主量元素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋 第二節(jié)、微量元素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋 第二節(jié)、 第三節(jié)、 第三節(jié)、同位素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋第三章、 第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋一、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律 二、稀土元素處理和解釋 三、微量元素處理和解釋第三章、 第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋一、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律 痕量元素， 微

2、量元素 （痕量元素，trace elements) 巖石中含量<0.1%的， 的 巖石中含量 用ppm (g/g 106), g/g, 或者 ppb (ng/g 109)表示 ng/g, 表示國際單位使用的冪表示方法名稱 atto femto pico nano micro milli centi deci 符號(hào) a f p n m c d 數(shù)值 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 名稱 deca hecto kilo mega giga tera peta exa 符號(hào) da h k M G T P E 數(shù)值 10 102 10

3、3 106 109 1012 1015 1018第三章、 第三章、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋一、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律微觀規(guī)律地球化學(xué)親和性、類質(zhì)同象法則、 微觀規(guī)律地球化學(xué)親和性、類質(zhì)同象法則、晶體場理論 地球化學(xué)親和性 （對(duì)過渡金屬），歸納為：化學(xué)和晶體化學(xué)因素，包括 對(duì)過渡金屬），歸納為：化學(xué)和晶體化學(xué)因素， ），歸納為 原子（離子）的半徑、配位數(shù)、原子和離子極化、 原子（離子）的半徑、配位數(shù)、原子和離子極化、最緊 密堆積等 宏觀規(guī)律體系性質(zhì)和熱力學(xué)規(guī)律的影響， 宏觀規(guī)律體系性質(zhì)和熱力學(xué)規(guī)律的影響，如體系的化學(xué) 體系性質(zhì)和熱力學(xué)規(guī)律的影響

4、 組成、溫度、壓力、 組成、溫度、壓力、氧化還原電位等微量元素行為的宏觀表現(xiàn)礦物是組成地球的基本 礦物是組成地球的基本 固體物質(zhì)， 固體物質(zhì)，元素賦存在礦物 之中， 之中，通過礦物的形成和變 化而具體體現(xiàn)。 化而具體體現(xiàn)。 兩相平衡共存是控制微 兩相平衡共存是控制微 量元素分布和分配的主要過 微量元素在固相 程，微量元素在固相固相 熔體熔體、熔體 、熔體熔體、熔體固相 之間分配是控制元素分布和 含量變化的主要過程， 含量變化的主要過程，也是 宏觀表現(xiàn)。 宏觀表現(xiàn)。例如： 例如：Ol熔體系統(tǒng)的元素分配金振民教授（1994） 金振民教授（1994）發(fā)現(xiàn) 了橄欖巖的初始熔融物(5 (5 了橄欖巖的初

5、始熔融物(5 7%)在固相巖石中存在礦物 7%)在固相巖石中存在礦物 三聯(lián)點(diǎn)位置( 三聯(lián)點(diǎn)位置(這是靜態(tài)熔融 特征) 特征)，同時(shí)大量熔體在差 異應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下沿著橄欖石礦 物顆粒邊界分布， 物顆粒邊界分布，形成熔融 薄膜( nature封面照片 封面照片) 薄膜(見nature封面照片)。部分熔融產(chǎn)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 oli

6、vine 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. earthscience.ll

7、/ igpp/texture.php歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律 歸納： （1）地球化學(xué)過程的演化實(shí)質(zhì)是元素 在共存各相（ 在共存各相（液固，固固）之間的 分配過程。 分配過程。 （2）自然過程趨向局域平衡，元素在 自然過程趨向局域平衡， 相互共存各相間的平衡分配取決于元素 及礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)條件。 及礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)條件。歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律 歸納：（3）在自然過程中主量元素和微量元素在 各相間分配的行為是不同的。 各相間分配的行為是不同的。主量元素能形成自己的獨(dú)立礦物， 主量元素能形成自己的獨(dú)立礦物，其在各相中分配 受相律（f = K-

8、+2）控制； K- +2）控制； 受相律（ 微量元素常不能形成獨(dú)立相，它們?cè)诠倘垠w、 微量元素常不能形成獨(dú)立相，它們?cè)诠倘垠w、溶體 和溶液中濃度很低， 和溶液中濃度很低，因此微量元素的分配不受相律 的限制，而服從稀溶液定律（亨利定律），即在分 的限制，而服從稀溶液定律（亨利定律），即在分 稀溶液定律 ）， 配達(dá)平衡時(shí)在各相間的化學(xué)勢相等。 配達(dá)平衡時(shí)在各相間的化學(xué)勢相等。 化學(xué)勢相等當(dāng)巖石發(fā)生部分熔融時(shí)， 當(dāng)巖石發(fā)生部分熔融時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熔體相和結(jié)晶相 礦物相），微量元素可以選擇性進(jìn)入這兩相。 ），微量元素可以選擇性進(jìn)入這兩相 （礦物相），微量元素可以選擇性進(jìn)入這兩相。元素分配系數(shù)CA C固相 K

9、D 或者 D CB C液相按照元素在巖漿作用中行為分類優(yōu)先進(jìn)入礦物相， 相容元素：D>>1, 優(yōu)先進(jìn)入礦物相，或殘留相 例如： 例如：Ni, Co, V, Cr 不相容元素：D<<1，優(yōu)先進(jìn)入熔體相， ，優(yōu)先進(jìn)入熔體相， D<0.1為強(qiáng)不相容元素 為強(qiáng)不相容元素, 為強(qiáng)不相容 元素例如：大離子親石元素 例如：大離子親石元素K,Rb,Cs,Sr,Ba 高場強(qiáng)元素Nb,Ta,Zr,Hf 高場強(qiáng)元素不相容元素進(jìn)一步劃分：小原子半徑、高電荷的高場強(qiáng)元素 （HFSE, high field strength elements） REE

10、, Th, U, Ce, Pb4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta 低場強(qiáng)大離子親石元素（ LIL, large ion lithophile） 它們極為活動(dòng)，尤其是有流體存在，K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+什么是HFSE 什么是高場強(qiáng)元素(HFSE，High Field-Strength Elements) ， 高場強(qiáng)元素 元素的電荷(Z)與其半徑 )比值稱為場強(qiáng)，相當(dāng)于電 元素的電荷 與其半徑(r 比值稱為場強(qiáng) 與其半徑 比值稱為場強(qiáng)， 離勢， 離勢，如果Z/r>3.0 (2.0), 稱為高場強(qiáng)元素 如果 如果Z/r <3.0

11、，稱為低場強(qiáng)元素。 如果 ，稱為低場強(qiáng)元素。元素的相容性取決于共存的礦物和熔體（玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖石中常見元素礦物/熔體分配系數(shù)） 玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖石中常見元素礦物/熔體分配系數(shù)）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這是指單一元素 、單一礦物相Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Dy Er Yb LuOlivine 0.010 0.

12、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 6.16

13、7 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

14、巖石中元素的分配系數(shù)（Di） 巖石中元素的分配系數(shù)（Di）用于研究微量元素在礦物集合體（巖石） 用于研究微量元素在礦物集合體（巖石）及與之平衡 的熔體之間的分配關(guān)系， 的熔體之間的分配關(guān)系，常用巖石中所有礦物的分配 系數(shù)與巖石中各礦物含量乘積之和表達(dá) 。 Di = WA Di WA = 巖石中礦物含量 Di = 元素 在礦物 中的分配系數(shù) 元素i在礦物 在礦物A中的分配系數(shù)Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks

15、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 0.02

16、6 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+ Itali

17、cs are estimated計(jì)算 舉例Data from Rollinson (1993).石榴石地幔橄欖巖 = 60% Ol25% Opx10% Cpx5% Gar (wt%) 計(jì)算結(jié)果： 計(jì)算結(jié)果：DEr = (0.6 · 0.026) + (0.25 · 0.23) + (0.10 · 0.583) + (0.05 · 4.7) = 0.366Rare Earth Elements元素的分配系數(shù)測定方法A. 直接測定法 B. 實(shí)驗(yàn)測定法元素的分配系數(shù)測定方法直接測定法： A. 直接測定法：直接測定地質(zhì)體中兩平衡共存相的微量元素濃度， 相的微量元

18、素濃度，再按能斯特分配定律計(jì)算出分配 系數(shù)。 例如 系數(shù)。 例如測定火山巖中斑晶礦物和基質(zhì)， 測定火山巖中斑晶礦物和基質(zhì)， 測定現(xiàn)代火山熔巖流中的礦物與淬火熔體（玻璃） 測定現(xiàn)代火山熔巖流中的礦物與淬火熔體（玻璃） 測定巖石中共存礦物的分配系數(shù)。 測定巖石中共存礦物的分配系數(shù)。目前應(yīng)用最廣泛的是斑晶-基質(zhì)法 目前應(yīng)用最廣泛的是斑晶斑晶 火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相 火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相， 火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相， 基質(zhì)或淬火熔體代表熔體相(巖漿) 基質(zhì)或淬火熔體代表熔體相(巖漿)，兩相中微量元素比 值即為該元素的分配系數(shù)。 值即為該元素的分配系

19、數(shù)。直接測定法： A. 直接測定法： 斑晶斑晶-基質(zhì)法火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相， 火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相，基質(zhì)或淬 火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相 火熔體代表熔體相(巖漿) 火熔體代表熔體相(巖漿)，兩相中微量元素比值即為該元素的 分配系數(shù)。 分配系數(shù)。元素的分配系數(shù)測定方法實(shí)驗(yàn)測定法： B. 實(shí)驗(yàn)測定法：用化學(xué)試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質(zhì)； 用化學(xué)試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質(zhì)； 用化學(xué)試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質(zhì) 直接采用天然物質(zhì) 如拉斑玄武巖）作為初始物質(zhì)， 直接采用天然物質(zhì)（ 直接采用天然物質(zhì)（如拉斑玄武巖）作為初始物質(zhì)

20、，實(shí)驗(yàn) 使一種礦物和熔體，或者兩種礦物達(dá)到平衡， 使一種礦物和熔體，或者兩種礦物達(dá)到平衡，并使微量元素在 兩相中達(dá)到溶解平衡，然后測定在兩相中元素濃度， 兩相中達(dá)到溶解平衡，然后測定在兩相中元素濃度，得出分配 系數(shù)。 系數(shù)。 實(shí)驗(yàn)測定分配系數(shù)的方法雖不斷改善， 實(shí)驗(yàn)測定分配系數(shù)的方法雖 不斷改善，但仍難于證明實(shí)驗(yàn)是否 達(dá)到平衡以及難于選純礦物，加上為了精確測定微量元素， 達(dá)到平衡以及難于選純礦物，加上為了精確測定微量元素，實(shí) 驗(yàn)過程中元素的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然體系， 驗(yàn)過程中元素的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然體系，這些都是應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié) 果研究實(shí)際問題的難題。 果研究實(shí)際問題的難題。實(shí)驗(yàn)測定法： B. 實(shí)驗(yàn)測定法

21、：使用玄武巖做為初試實(shí)驗(yàn)材料X.L. Xiong et al. / Chemical Geology 218 (2005) 339359實(shí)驗(yàn)測定法： B. 實(shí)驗(yàn)測定法：使用玄武巖做為初試實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物X.L. Xiong et al. / Chemical Geology 218 (2005) 339359巖漿演化中元素分配模型發(fā)生部分熔融的2種情況 發(fā)生部分熔融的 種情況平衡部分熔融（或稱為批式熔融 批式熔融） 1. 平衡部分熔融（或稱為批式熔融） （equilibrium /batch partial melting) 微量元素在固相和熔體之間一直保持平衡 微量元素在固相和熔體之間一直保

22、持平衡， 微量元素在固相和熔體之間一直保持平衡，直到聚集到 從熔體中遷移出去。 從熔體中遷移出去。 2. 分離熔融（fractional partial melting) 分離熔融（ 發(fā)生部分熔融過程中 形成的熔體連續(xù)地移出固相， 發(fā)生部分熔融過程中， 發(fā)生部分熔融過程中，形成的熔體連續(xù)地移出固相，實(shí)際應(yīng)用中最常見的平衡部分熔融 實(shí)際應(yīng)用中最常見的平衡部分熔融 批式熔融 (Batch melting)模型 模型CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F某元素在熔體中的含量（ppm） CL = 某元素在熔體中的含量（ppm） CO =某元素在未熔融前原始巖石中的含量（ppm） 某元素在未熔融前

23、原始巖石中的含量（ppm） 熔融重量比例熔體/(熔體殘余巖石) /(熔體 F = 熔融重量比例熔體/(熔體殘余巖石) 總分配系數(shù)（各礦物相中該元素分配系數(shù)和） Di = 總分配系數(shù)（各礦物相中該元素分配系數(shù)和）CL = 1 CO Di(1 ? F)+ FDi = 1.0隨著F變化， CL/C0不變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

24、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. 部分熔融的熔體中發(fā) 生貧化，特別是低度部分 生貧化， 例如F<0.1) 熔融 (例如F<0.1) 貧化的速度隨F B. 貧化的速度隨F的增 大呈現(xiàn)出變緩的特征. 大呈現(xiàn)出變緩的特征.Figure 9-2. Variation in the r

25、elative 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 <&a

26、mp;lt;1.0A. 極大量富集在初始產(chǎn) 生的極少量熔體中 B. 隨著 增加，富集程 隨著F增加 增加， 度減弱 C.其最大的富集濃度不 其 能超出D=0的曲線，當(dāng) 的曲線， 能超出 的曲線 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 ba

27、tch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F不相容元素強(qiáng)不相容元素對(duì)于一個(gè)強(qiáng)不相容元素 CL 1 Di 0 CO = FCL = 1 CO Di(1 ? F)+ F強(qiáng)不相容元素應(yīng)用意義：如果我們知道一個(gè)強(qiáng)烈不 相容元素在巖漿和源巖 中含量， 我們就可以估 算部分熔融程度F。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace

28、 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.當(dāng)F1時(shí) 時(shí)CiL/Cio1巖石全熔， 巖石全熔，即熔體中所有 元素的濃度與母巖中該元 素的濃度趨于一致。 素的濃度趨于一致。Figure 9-2. Va

29、riation 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

30、) 當(dāng)F0 (部分熔融很小 部分熔融很小1/Di， CiL/Cio1/Di，即微量元素 在所形成的熔體中的富集或 貧化程度最大。隨著F 貧化程度最大。隨著F的增大 ，則熔體中微量元素的富集 和貧化程度逐漸減少。 和貧化程度逐漸減少。CL = 1 CO Di(1? F)+F應(yīng)用意義：如果我們知道CL 和巖漿起源 于一個(gè)低度部分熔融過程， 有Di ,我們就可以估算此元素 在源區(qū) (CO)中的含量。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a trace element in 9a liquid vs. source rock as

31、 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.批式熔融計(jì)算實(shí)例: 批式熔融計(jì)算實(shí)例:計(jì)算Rb和 在玄武巖部分熔融過程中含量 計(jì)算 和Sr在玄武巖部分熔融過程中含量把礦物含量（Mode） 1. 把礦物含量（Mode） 換算為礦物重量比例 (Wol Wcpx etc.) 應(yīng)用D 2

32、. 應(yīng)用Di = WA Di 計(jì)算Rb和Sr的總分配系數(shù) 計(jì)算Rb和Sr的總分配系數(shù) 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. 用公式計(jì)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)

33、+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

34、.52 1.34 1.20 1.09From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.4.投圖C 4. 投圖CL/CO對(duì)F 投圖 5.解釋： 5. 解釋： 解釋 在玄武巖批式熔融 產(chǎn)生巖漿中， 產(chǎn)生巖漿中， Rb顯示強(qiáng)烈的 Rb顯示強(qiáng)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

35、 basaltic rock consisting of plagioclase, augite, and olivine. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.元素分配研究的實(shí)際意義研究巖石成因和演化過程 1. 揭示源巖成分特征 2. 揭示巖漿作用過程，利用已 有的各種模型，揭示部分熔融 、巖漿混合、分離結(jié)晶、同化 混染等。石榴石橄欖巖批式熔融隨著F變化模式 石榴石橄欖巖批式熔融隨著 變化模式Figure 9-4. Rare Earth 9concentr

36、ations (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、巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素?cái)?shù)據(jù)處理與解釋

37、一、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律二、稀土元素處理三、微量元素處理 四、數(shù)據(jù)解釋稀土元素 REE (rare earth elements)57-71號(hào)：15個(gè)元素 號(hào) 個(gè)元素+Y=16個(gè)元素 個(gè)元素 個(gè)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)它們的原子結(jié)構(gòu)相似； 它們的原子結(jié)構(gòu)相似； 它們的原子結(jié)構(gòu)相似 離子半徑1.06? (2)離子半徑相近 離子半徑相近(REE3 離子半徑 離子半徑相近 0.84 ?，Y3為0.89 ?）； ， ）(3)它們?cè)谧匀唤缑芮泄采?它們?cè)谧匀唤缑芮泄采?它們?cè)?/p>

38、自然界密切共生稀土元素La系Y稀土元素分組方法, 最常用兩種： 稀土元素分組方法, 最常用兩種： 1.兩分法： 1.兩分法： 兩分法La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu,輕稀土(LREE) 輕稀土 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 族稀土分組以Gd劃界的原因是：從Gd開始在 亞層上新增加電子的自 開始在4f亞層上新增加電子的自 分組以 劃界的原因是： 劃界的原因是 開始在 旋方向改變了。 歸入重稀土組主要由于是Y 旋方向改變了。而Y歸入重稀土組主要由于是 3離子半徑與重 歸入重稀土組主要由于是

39、 的離子半徑為0.89 ?），化學(xué)性質(zhì)與重稀土 稀土相近（ ），化學(xué)性質(zhì)與重稀土 稀土相近（如Ho3的離子半徑為 ）， 相似，它們?cè)谧匀唤缑芮泄采?相似，它們?cè)谧匀唤缑芮泄采?.三分法La,Ce,Pr,Nd輕稀土(LREE) 輕稀土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太陽系元

40、素成分LiSnBaPt Pb Th U100Be102030405060708090Atomic Number (Z)Oddo-Harkins效應(yīng)（太陽系和地球都有此規(guī)律） Oddo-Harkins效應(yīng)（太陽系和地球都有此規(guī)律） 效應(yīng)原子序數(shù)為偶數(shù)的元素的豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇 數(shù)的元素。具有偶數(shù)質(zhì)子數(shù)（ 或偶數(shù)中子數(shù)（ 數(shù)的元素。具有偶數(shù)質(zhì)子數(shù)（A）或偶數(shù)中子數(shù)（N）的 核素豐度總是高于具有奇數(shù)A 的核素。 核素豐度總是高于具有奇數(shù)A或N的核素。這一規(guī)律稱為 奧多一哈根斯法則，亦即奇偶規(guī)律 奇偶規(guī)律。 奧多一哈根斯法則，亦即奇偶規(guī)律。11 Log (Abundance in CI Ch

41、ondritic 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太陽系元素成分LiSnBaPt Pb Th U100Be102030405060708090Atomic Number (Z)Oddo-Harkins效應(yīng)產(chǎn)生原因 Oddo-Harkins效應(yīng)產(chǎn)生原因 受原子核結(jié)構(gòu)控制，當(dāng)質(zhì)子與中子數(shù)比例適當(dāng)， 1. 受原子核結(jié)構(gòu)控制，當(dāng)質(zhì)子與中子數(shù)比例適當(dāng)， Mg， 原子核穩(wěn)定，元素分布就廣。 原子核穩(wěn)定，元素分布就廣。例如16O，24Mg，

42、28Si等，最穩(wěn)定，元素豐度高。 Si等 最穩(wěn)定，元素豐度高。 隨著原子序數(shù)增大，中子數(shù)增加比質(zhì)子數(shù)快， 2. 隨著原子序數(shù)增大，中子數(shù)增加比質(zhì)子數(shù)快，原 子核趨于不穩(wěn)定，元素在自然界豐度低。 子核趨于不穩(wěn)定，元素在自然界豐度低。需要標(biāo)準(zhǔn)化NASC/球粒隕石REE數(shù)據(jù)表示： REE數(shù)據(jù)表示： 數(shù)據(jù)表示100豐度 度(ppm)增田科里爾（ 1. 增田科里爾（ Coryell） Masuda - Coryell） 圖解, 圖解,以球粒隕石作為 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù). 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù).10 100 NASC 球粒隕石1012. 某一參照物質(zhì)作為標(biāo) 0.1 準(zhǔn)化數(shù)據(jù), 準(zhǔn)化數(shù)據(jù),例如用原始 地幔、MORB等 地幔、

43、MORB等，能 0.01 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 夠清楚地顯示不同礦 北美頁巖組合樣” 縮寫為NASC） 中 REE的 （ a）“北美頁巖組合樣 ” （ 縮寫為 ） 北美頁巖組合樣 ） 的 物間REE REE的分異程度球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化豐度。 ） 哈斯金等（ ） 物間REE的分異程度球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化豐度 。 （ b）哈斯金等 （ 1968）給出 中的REE真實(shí)豐度。（據(jù)Henderson,1984） 真實(shí)豐度。 的NASC中的 中的 真實(shí)豐度 ） 。稀土組成圖具體作法將樣品含量(ppm)分別 1. 將樣品含量(ppm)分別 除以球粒隕

44、石( 除以球粒隕石(或者其 他數(shù)據(jù)， MORB， 他數(shù)據(jù)，如MORB，得 到標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù) 14元素按照原子序數(shù)排 2. 14元素按照原子序數(shù)排 列作為橫坐標(biāo)（ 列作為橫坐標(biāo)（注意沒 有Pm和Y） Pm和 3. 縱坐標(biāo)以對(duì)數(shù)表示西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石稀土元素組成球粒 隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)根據(jù) Boynton（1984） （ ）為什么用球粒隕石? 為什么用球粒隕石隕石隕石是落到地球上來的行星物體的碎塊. 隕石是落到地球上來的行星物體的碎塊. 可能起源于彗星. 可能起源于彗星.更可能來自火星和木星 間的小行星帶. 間的小行星帶.隕石可由顯微質(zhì)點(diǎn)大小到 具有幾千公斤的巨塊. 具有幾千公斤的巨塊.每年落

45、到地球表面 大約有500個(gè)隕石,總質(zhì)量可達(dá)3 大約有500個(gè)隕石,總質(zhì)量可達(dá)3×106至 3×107t.每年見到其殞落,又能找到的隕石 t.每年見到其殞落, 僅5到6個(gè).太陽系太 陽 系太陽系由太陽,行星 行星物體 太陽系由太陽 行星,行星物體 宇宙 行星 行星物體(宇宙 彗星,小行星 和衛(wèi)星組成.太陽集 塵,彗星 小行星 和衛(wèi)星組成 太陽集 彗星 小行星)和衛(wèi)星組成 中了太陽系99.8%的質(zhì)量 的質(zhì)量. 中了太陽系 的質(zhì)量 行星劃分為兩種類型: 行星劃分為兩種類型 接近太陽的較小內(nèi)行星-水星 金星, 水星,金星 接近太陽的較小內(nèi)行星 水星 金星 地球,火星 稱為類地行星;

46、 火星,稱為類地行星 地球 火星 稱為類地行星 遠(yuǎn)離太陽大的外行星-木星 土星,天 木星,土星 遠(yuǎn)離太陽大的外行星 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，已開除 ）. 火星和木星之間存在著數(shù)以兆計(jì)的 小行星, 小行星 有些小行星的軌道橫切過 行星軌道.在殞落到地球上來的隕 行星軌道 在殞落到地球上來的隕 石中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有兩顆的軌道曾位 石中 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有兩顆的軌道曾位 于小行星帶內(nèi). 于小行星帶內(nèi)8 大 行 星 相 對(duì) 大 小 對(duì) 比圖1.5 自然界的流星雨美國亞利桑那Barringer(or Meteor)隕石坑,直徑約1.2km 由一個(gè)直徑約40m的撞

47、擊物撞擊而成. 撞擊物殘余稱為Canyon Diablo鐵 隕石(國際S同位素標(biāo)準(zhǔn)).隕石具有多種多樣的類型,從幾乎全部由金屬組成 的類型,到幾乎全部由硅酸鹽組成的類型.對(duì)隕石進(jìn) 行分類是困難的,并且存在許多爭論.通常根據(jù)其中 的金屬含量,首先將隕石劃分為四種主要類型：石隕石 球粒隕石 無球粒隕石 石鐵隕石 鐵隕石 約含10%金屬 約含10%金屬 約含1 約含 金屬 約含50 約含 金屬 金屬含量大于90 金屬含量大于 主要類型隕石的特征為什么用球粒隕石? 為什么用球粒隕石 球粒隕石的非揮發(fā)性成分可以代表原始太陽星 云的平均化學(xué)成分=地球整體成分 云的平均化學(xué)成分 地球整體成分球粒隕石太陽大氣

48、（Si=1 原子）Cl 型碳質(zhì)球粒隕石（Si=1 原子）墨西哥Allende CI型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對(duì)比,組成十分一致 型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對(duì)比, 墨西哥 型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對(duì)比為什么用球粒隕 石標(biāo)準(zhǔn)化? 石標(biāo)準(zhǔn)化?NASC/球粒隕石10010 100 NASC 球粒隕石消除奇偶效應(yīng)， 1. 消除奇偶效應(yīng)， 曲線平滑, 曲線平滑, 利于對(duì)比, 2. 利于對(duì)比,可以直 觀鑒別巖石樣品相 對(duì)于球粒隕石的分 異程度. 異程度. 3. 有利于直觀展示 北美頁巖組合樣” 縮寫為NASC） （ a）“北美頁巖組合樣 ） 北美頁巖組合樣 的 巖石的類型和成因. 球粒隕

49、石標(biāo)準(zhǔn)化豐度。 b）哈斯金等（ ）中REE的 巖石的類型和成因. 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化豐度。”（縮寫為 （1968）給出 （ ） 哈斯金等 ）10 豐度 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真實(shí)豐度。（據(jù)Henderson,1984） 真實(shí)豐度。 的NASC中的 中的 真實(shí)豐度 ）其他標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)沉積巖用北美頁巖成分NASC NASC作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù) 1. 沉積巖用北美頁巖成分NASC作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù) 2. MORB，Mid-Ocean Ridge Basalt MORB，Mid原始地幔, 3. 原始地幔,

50、primitive mantle 4. 研究體系的某種組分，只要有利于對(duì)比成分特征 研究體系的某種組分， 引申：不僅是REE REE， 5. 引申：不僅是REE，其他數(shù)據(jù)也可以標(biāo)準(zhǔn)化Rudnick & Gao, 2005Rudnick & Gao, 2005Rudnick & Gao, 2005常用的球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)名稱 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Hr Tm Yb Lu 文獻(xiàn) 球粒隕石平均 0.31 0.808 0.122 0.6 0.195 0.0735 0.259 0.0474 0.322 0

51、.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 geochemistr

52、y. 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.演示如何獲得REE圖 圖 演示如何獲得標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu原子

53、序數(shù)增大, 原子序數(shù)增大 相容性增強(qiáng)REE標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)1. 稀土元素總含量 稀土元素總含量REE各稀土元素含量的總和，常以 各稀土元素含量的總和，常以ppm 或者10 或者 6為單位 REE=La+.+Lu+Y (16個(gè)元素 或者 個(gè)元素) 個(gè)元素 REE=La+.+Lu (15個(gè)元素 個(gè)元素) 個(gè)元素 REE能明顯反映出各類巖石的特征， 能明顯反映出各類巖石的特征， 能明顯反映出各類巖石的特征 例如： 例如： A. 一般在超基性巖、基性巖中 一般在超基性巖、基性巖中REE較低， 較低， 較低 在酸性巖和堿性巖中REE較高； 較高； 在酸性巖和堿性巖中 較高 B. 沉

54、積巖中砂巖和頁巖的 沉積巖中砂巖和頁巖的REE較高，碳酸 較高， 較高 鹽巖的REE較低。 較低。 鹽巖的 較低 因此REE對(duì)于判斷巖石的源巖特征和區(qū)分 因此 對(duì)于判斷巖石的源巖特征和區(qū)分 巖石類型有意義。 巖石類型有意義。標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)2. 輕、重稀土元素的比值比值=LREE/HREE 比值= 或 =Ce/Y 這一參數(shù)能較好地反映REE的分 這一參數(shù)能較好地反映REE的分 REE 異程度和指示部分熔融殘留體或 巖漿早期結(jié)晶礦物的特征。 巖漿早期結(jié)晶礦物的特征。 Ce堿性較Y強(qiáng) Ce堿性較Y強(qiáng)，隨巖漿作用 堿性較Y 的演化，Ce/Y比值逐漸增大 的演化，Ce/Y比值逐漸增大 Ce在巖漿作用

55、晚期富集 在巖漿作用晚期富集。 ，即Ce在巖漿作用晚期富集。巖 石 類 型 0 粗 面 巖 霞 石 巖 堿性橄欖玄武央巖 大陸拉斑玄武巖 大洋拉斑玄武巖 橄 欖 巖 球 粒 隕 石 2 4 Ce/Y 6 8 10 12原始巖漿成分演化過程 中REE的分餾特征 REE的分餾特征3. 稀土元素之間的比值標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)（1） (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N ）(下標(biāo) 表示為標(biāo)準(zhǔn)化后的比值 下標(biāo)N表示為標(biāo)準(zhǔn)化后的比值 下標(biāo) 表示為標(biāo)準(zhǔn)化后的比值) 能反映REE 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中曲線總體斜率 能反映 REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中曲線總體斜率 ， 表征 REE 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中曲線總體斜率， LREE和HREE的分異程度 的分異程度。 LREE和HREE的分異程度。（2） (La/Sm)N、(Gd/Lu)N ）表示分餾程度， 例如( 比值越大反映LREE越富集。 LREE越富集 表示分餾程度， 例如(La/Sm)N比值越大反映LREE越富集。 孫賢術(shù)等據(jù)此將洋中脊玄武巖劃分為三種