14-微量元素地球化学

上次课回顾稀土元素（REE）、分类及分布特征REE组成数据的表示REE分配系数的以下规律REE模式的解释作业：表中数据为辉长岩、花岗岩7件样品REE组成(ppm)1、作样品的REE组成分配模式图，说明其表达的地球化学特征；2、计算各样品的Eu/Eu*，并对其地球化学意义进行说明；∑REE、LREE/HREE、(La/Lu)N、(La/Sm)N和(Gd/Lu)N、δEu五、微量元素地球化学-41、多元素标准化图解A属REE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）类型。B标准化数值——原始地幔、球粒陨石，MORB等。C作图意图——比较样品与标准化数据之间的偏离程度我们可以称之为：原始地幔(球粒陨石)标准化多元素图解，微量元素含量蜘蛛图5.微量元素的处理方法(1)多元素标准化数据原始地幔(primitive/primordialmantle)Sun&McDonough,1989;McDonough&Sun，1995球粒陨石Sun&McDonough,1989;McDonough&Sun，1995MORB，OIBPearce,1983；Sun&McDonough,1989沉积岩NASC(平均页岩)，Grometetal,1984，平均砂岩，Hamilton，2000地壳平均组成Taylor&McLennan(1981,1985)，Rudnick&Gao,20045.微量元素的处理Sun&MacDonough,1989标准化顺序和数值球粒陨石原始地幔其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F等(1)多元素标准化数据5.微量元素的处理Chung等，2004，EarthSci.Rev.目前常用顺序5.微量元素的处理注明所引用文献。数据标准化后已不是原来的含量值，难以直观判断数据是否被正确表达，故研究者必须注明所引用的标准化值文献来源；在标准化图件上，横坐标是按研究样品在地质作用过程中元素的不相容性程度下降的顺序进行排序。建议使用SunandMcDonough(1989)提出的顺序排列；在作图解时，可根据自己所拥有的元素数据进行作图，即使减少了部分元素，各元素的相对顺序应保持不变；在对变质岩作多元素蛛网图，研究者可根据判断，去除部分强活动性的元素。(3)应用时须注意的事项5.微量元素的处理部分元素涉及到主量元素，研究者应注意标准化值的元素含量形式，因为部分文献值采用的是氧化物形式，而另外的文献可能采用的是单元素形式，故须确认自己的数据与文献数据元素含量量纲是否统一，将主量元素的氧化物含量换算成单元素的ppm形式K=K2O×10000×0.83013/250Ti=TiO2×10000×0.5995/1300P=P2O5×10000×0.43646/95这里K2O、TiO2、P2O5单位均为重量百分数(3)应用时须注意的事项5.微量元素的处理(4)典型岩石的微量元素图解5.微量元素的处理ChondritenormalizedspiderdiagramoffreshandalteredMORBandsediment,DatafromHessSample/Chondrite5.微量元素的处理Mantle-normalizeddiagramforincompatibleelementsinloess.ShownaretheaveragevaluesofloesssamplesfromBanksPeninsula,NewZealand,Kansasandlowa,USA,andKaiserstuhl,Germany.5.微量元素的处理Post-ArcheanAustralianshalesnormalize.TheaveragevaluesoffourmiddleProterozoicshalesfromtheMt.IsaGroup,sevenSilurianStateCircleshales,threePaleozoictoMesozoicshalesfromthePerthBasin,twoPaleozoicshalesfromCanningBasin,andsixUpperProterozoictoCambrianshalesfromtheAmadeusBasin.5.微量元素的处理5.微量元素实例分析(5)应用：岛弧火山岩与Nb/Ta亏损5.微量元素实例分析5.微量元素的示踪意义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，这种富水的流体亏损高场强元素（HFSE,如Nb(Ta)、Ti、P等)，这些元素的流体/岩石分配系数很小（1)，在流体交代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。高场强元素Nb、Ta、Ti等主要富集在副矿物中。在大洋板块发生俯冲消减时，板片中的沉积物质和表层蚀变的玄武岩将随板片一同俯冲。大洋沉积物和蚀变玄武岩富含流体，当板片俯冲至一定深度时，将发生脱水作用，赋存于沉积物和蚀变玄武岩中的强活动性元素将随流体一起流出，而存在于副矿物中的Nb、Ta则保持相对稳定而不发生迁移。释放出来的流体将向上运移而进入上伏的地幔楔。上移的流体不仅与地幔岩石发生交代作用，且因含水而降低了地幔岩石的固相线，导致地幔岩石发生部分熔融作用而形成熔体，熔体中富集如LILE等强活动性元素（K,Rb,Sr,U,Th,REE），而高场强Nb、Ta则显示出相对亏损。岛弧火山岩Nb、Ta的负异常与成因板块俯冲导致地幔岩石部分熔融形成初生地壳是大陆地壳生长的重要方式之一，而事实上地壳的平均化学组成也存在明显的Nb、Ta异常。因此，Nb、Ta异常在一定程度上代表了地壳岩石的地球化学标志。岩浆中存在明显的Nb、Ta异常时，可能的成因：1.岛弧岩浆作用的直接产物；2.岩浆上升过程受到了地壳物质的混染；3.发生部分熔融的地幔源岩曾经历过岛弧构造环境；4.再循环的地壳物质进入了深部地幔岩浆岩出现Nb、Ta、Ti的负异常的引申含义5.微量元素实例分析具有大陆地壳物质参与5.微量元素实例分析5.微量元素的应用2、元素或者运算后元素投点图包括：二元或者三角图元素对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素运算后可以：（1）进行岩石分类（2）研究岩石成因（3）鉴别岩石形成的构造环境文献来源：WinchesterJA,FloydPA,1977.Geochemicaldiscriminationofdifferentmagmaseriesandtheirdifferentiationproductsusingimmobileelements.ChemGeol,20,325–343.Winchester&Floyd(1977)提出的火山岩微量元素定名(识别)方案5.微量元素岩石分类Ti,ppmV,ppm1800000600OITMORBIATIAT—IslandarctholeiiteMORB—Mid-oceanridgebasaltOIT—Ocean-islandtholeiites左图为Tivs.V图解，用于对拉斑玄武岩的性质进行进一步分类。5.微量元素岩石分类S&I-TypeGranitesA-TypeGranites根据花岗岩的Ga/Al和Zr组成特征，判别花岗岩的成因类型文献来源：Whalen,J.B.,Currie,K.L.andChapell,B.W.,1987.A-typegranites:geochemicalcharacteristics,discriminationandpetrogenesis.Contrib.Mineral.Petrol.,95:407-419.5.微量元素的岩石成因花岗岩类可划分为I、S、M、A型等成因类型，不同成因类型的花岗岩具有相应的REE配分模式。花岗岩类成因5.微量元素的岩石成因Pither，1983，花岗岩的类型与构造环境5.微量元素的岩石成因碳酸盐类岩石中方解石与磷灰石的Yb/Ca—Yb/La图解5.微量元素的岩石成因硅质岩成因5.微量元素的岩石成因太原组硅质岩的热液成因解释5.微量元素的岩石成因地壳不同变质原岩的REE与La/Yb比值判别图，可用于区分不同类型的玄武岩、花岗岩和碳酸盐岩变质岩原岩恢复5.微量元素的岩石成因重要元素对岩石成因的指示意义元素特征解释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Ni＝250-300ppm,Cr=500-600ppm）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。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。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。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，因此如果岩石中存在这些副矿物，将明显影响Y的分异。5.微量元素的岩石成因5.微量元素构造环境判别按照Wilson旋回，将构造环境分为：1、大陆裂谷2、大洋扩张中脊3、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）按板块碰撞作用分类：1、碰撞前；2、同碰撞；3、晚碰撞；4、碰撞后按大陆边缘性质分类：1、活动大陆边缘2、被动大陆边缘大地构造地球化学ConvergentPlateBoundary(Mariana,Tonga)IslandArcMid-OceanRidgeOceanIslandContinentalMarginArcIntraplate/DivergentPlateBoundary(EastAfrica,CFBofDeccan)RiftDivergentPlateBoundary(EPR,MAR)Intraplate(Hawaii,Reunion)ConvergentPlateBoundary(AndesinSouthAmerica)板块构造5.微量元素构造环境判别各构造环境玄武岩微量元素特征洋中脊玄武岩板内玄武岩火山弧玄武岩过渡型玄武岩5.微量元素构造环境判别5.微量元素构造环境判别WBP：板内玄武岩IAT：岛弧拉斑玄武岩CAB：钙碱性玄武岩MORB：洋中脊玄武岩OIT：洋岛拉斑玄武岩OIA：洋岛碱性玄武岩(a)afterPearceandCann(1973),EarthPlanet,Sci.Lett.,19,290-300.(b)afterPearce(1982)inThorpe(ed.),Andesites:Orogenicandesitesandrelatedrocks.Wiley.Chichester.pp.525-548,Coishetal.(1986),Amer.J.Sci.,286,1-28.(c)afterMullen(1983),EarthPlanet.Sci.Lett.,62,53-62.5.微量元素构造环境判别各类玄武岩构造环境La/Yb110Th/Ta11