1、地球化学读书报告 微量元素在岩石成因方面的应用简述 院系: 在地球化学中， 微量元素是一个相对概念， 通常将自然体系中含量低于 0.1% 的元 素称为微量元素。一般认为：微量元素以低浓度（活度）为主要特征，其行 为服从稀 溶液定律（亨利定律）和分配定律；自己往往不能形成独立矿物，而被 容纳在由其他 组分所组成的矿物固溶体、熔体或流体相中，在大多数情况下，微 量元素以类质同象形式进入固溶体。由于在不同条件下，微量元素的演化规律基 本一致，所以可以指示物质的来源和地质体的成因。而且，微量元素在岩石成因 研究中的作用越来越得到研究者的重视，下面，本人将从所阅读的一些期刊中选 一些例子从不同的角度论述
2、微量元素在岩石成因的应用。 一、万洋山一诸广山花岗岩复式岩体判断花岗岩成因 万洋山一诸广山花岗岩复式岩基位于湘、赣、粤三省交界，出露面积达五千 余平方公里，其中加里东期花岗岩主要分布在复式岩基中一北段，南段有少数小 岩体出露,岩性以黑云母二长花岗岩和黑云母花岗岩为主，包括万洋山、汤湖、寨 前等 岩体，形成时代为 430 434Ma;其次为花岗闪长岩，有桂东、扶溪等岩体，形 成时 代为 426Ma 左右。此外，在一些岩体中还有少量钾长花岗岩、花岗细晶岩岩 株出露 1。 研究者通过利用微量元素含量的对数相关图（图1）,同时考虑部分熔融、 结晶分异过程中固相和液相的微量元素变化途径，对不同的岩浆演化
3、过程进行了 比较 成功的鉴别：假设浓度为 C1、C2 的微量元素 1、2 的总分配系数为 D 仁 5 D2=0.1,则 在元素含量的对数坐标图上分离结晶（A,A）和分离熔融作用（C,C ） 均为直线关 系（即普通坐标中的指数曲线关系），但两者的斜率极不相同。在分离 结晶过程中结 晶固相与残留液相中的不相容元素浓度CZ 略有增加，但变化范围 小；而相容元素浓度 c:则急剧降低，且变化范围大，使分离结晶演化线具有负的 陡直 斜率，固相成分线（A）平行位于液相成分线（A）的左侧。曲线 m 为分离结晶 固相 与残余液相的混合线。分离熔融与分离结晶过程正好相反，演化线具有负的 平缓斜率， 固相成分线（c
4、 ）平行位于液相成分线（C）的上方。平衡结晶与聚集熔 融作用的演 化线与上述两个相应的过程类似，但在对数坐标图上呈曲线形状。 Ci （图 2），得到了以下认识：研究区花岗细晶岩的 Rb 含量最高、sr 和 cr 含量最 低。因此,lgRb、IgSr、IgCr 相关关系表明本区加里东期花岗岩类的形成过程应 以分离 结晶作用为主，包体与花岗闪长岩为岩浆的早期结晶固相；二长花岗岩和 黑云母（钾长）花岗岩结晶较晚，并混有不同比例的残余熔体；而花岗细晶岩为岩 浆 分离结晶最晚期残余熔体固结的产物。 从而得出最终的结论一稀土组成定量模 拟计算 结果表明本区加里东期花岗岩类的母岩浆是基底岩石经80%部分熔融
5、形 成的。母岩浆通过 40%勺分离结晶形成花岗闪长岩；残余岩浆继续演化，经过约 50%勺分离结晶形成二长花岗岩；最后的残余熔体再分异、固结形成黑云母花岗 岩、 钾长花岗岩和花岗细晶岩。 二、岛弧拉斑玄武岩（ITH ）和洋脊拉斑玄武岩（TH ）微量元素比值不同 在武平的物 质成分对岛弧拉斑玄武岩成因的指示意义的论文中，作者通过岛 弧拉斑玄武岩（ITH）与洋脊拉斑玄武岩（TH） 的物质成分对比，推测出岛弧拉斑玄 武 岩可能的成因。 岛弧拉斑玄武岩 (ITH)元素比值 K/ 要元素要元素 类类 La A hK /BnK /RbRh Wt SrSr 洋脊洋脊 拉斑玄就岩拉斑玄就岩1. 81051160
6、0 007 a 702 (1 7(4 岛弧岛弧 拉斑玄武岩拉斑玄武岩3 366660a 022 Q 7035- Q 7060 在另一方面，通过稀土元素配分图 圏 i 曲暂过程理刖的微 It 元素对救相竝用 （据 Cocherie5lfff） L 袖抽畧 Jf*A-A席捣壻品柞用 t -混奇 载；s分 冑（S 融作曲；c-c-利 JB , 平简惜屆托用； i* fc 最臬雉敲帘弔 ，-* M b L-_ |I_-i_ l.i c* pr Si-J SEHGd Tb Uy Er Tn it L 图 2 加里东期花岗岩类的稀土元素分布图 Ci 并作了如下的分析：从 ITH 和 TH 元素比值特征可看
7、出，K/Ba,K/Rb，的 值在 ITH 中明显低于 TH，这是因为 K, Rb, Ba 是亲石元素，且 K 比 Rb, Ba 优先 进入 矿物，所以 Rb, Ba 在熔体中的含量就会增加，造成了 K/Ba, K/Rb 较低，同 时也说明了表 2 中 Rh, Ba 含量高的原因。由于 TH 和 ITH 大体上都是地慢直接 喷发的 产物，因此两者在 Rb/Sr 值上也反映了原岩的值。指出较高的 Rb/Sr 可产 出较高的 87Sr/86Sr岩浆，且在慢壳分离的过程中，Rb 是不断向地壳富集的，由87Rb 衰变的87Sr 也是向地壳富集，所以较高的值反映了生成深度较浅，表中 ITH 的 87Sr/
8、86Sr 值较高，因此,ITH 的岩浆产生较浅，这与相应的主量元素得出结论相 同。 他通过这一系列的微量元素的研究得出，从微量元素含量特征显示，ITH 的 原始岩浆在其上升过程中可能发生橄榄石、尖晶石的分异结晶，且原始岩浆的熔 融与洋壳的脱离出的水有关。岛弧拉斑玄武岩(ITH)元素比值特征进一步证实，原 始岩浆产出较浅部位。岛弧拉斑玄武岩(ITH)稀土元素特征进一步说明，ITH 的源 区 是幔源的2。 三、判断玄武岩成因一江山-广丰地区早白垩世晚期玄武岩 江山-广丰地区所在的信江红色盆地与金衢红色盆地同属于NEE 向赣杭断陷 盆地带的组成部分。赣杭构造带自早白垩世晚期开始强烈拉张，红色盆地形成
9、。 红层 下部夹有层状玄武岩，全岩 K-Ar 年龄为 98105Ma,属早白垩世晚期。岩 石地球化学 特征表明研究区有两类玄武岩： 江山陈塘坞一带的拉斑玄武岩，礼贤、 广丰一带的碱 性橄榄玄武岩。Nd、Sr 同位素组成分析显示，拉斑玄武岩类 (87Sr/86Sr)值为 0.70540.7070, E Nd( t)值为 1.690.70,表明源区为基本未受 壳源 物质混染的原始地幔，在弧后陆缘环境下快速拉张而上升，呈熔岩被形式分 布于信江盆地东部；碱性橄榄玄武岩(87Sr/86S)值为 0.70760.7080,而 E Nd (t)的值偏低(-6.43-5.18)，表明来源于已受壳源物质混染的富
10、集地幔，在拉 张加剧、 裂陷加深的构造背景下喷发，相对集中分布于盆地中部，范围小于拉斑 玄武岩。二者 的差别主要是地幔源区受到不均匀混染所致。研究表明，早白垩世 晚期至晚白垩世期间，太平洋板块俯冲的角度由缓变陡以及向东南方向的后退作 用， 对弧后陆缘的快速拉张并形成赣杭带红色断陷盆地及其玄武岩起着关键性作 用3。 Zr (jig/g)Z* (Rg/g) 图 3 w(Zr/Y) w(Zr )和 w(Ti) w(Zr)图解 左图中 A 火山弧玄武岩;B. MORB; C.板内玄武岩；D. MORB 和火山弧玄岩；E.MORB 和板内玄武岩 研究者通过 w(Zr/Y) w(Zr )和 w(Ti) w
11、(Zr)图解来判断构造环境(图 3)， 从 上图中可以看出，w(Zr/Y) w(Zr)和 w(Ti) w(Zr)图解都可以在一定的范围 内反映 不同玄武岩的性质，不同玄武岩的投图在不同的区域内，两个图解综合运 用可以更为准确判别未知玄武岩的类型。将取得的江山、广丰一带红层中的玄武 岩的样品经过处理后在上述图中投影，在(Zr/Y) -Zr 图解上，基本上在板内玄武岩 区，在 Ti-Zr 图解上，基本落入板内玄武岩区。综合上述特征，江山、广丰一带红 层 中的玄武岩不是典型的板内碱性玄武岩，但又不是火山弧玄武岩。这和其它图 解所判断的结果一致。从而结合其他依据得出了如下结论： 岩石地球化学特征反 映
12、出 江山-广丰地区有两类玄武岩，江山陈塘坞一带为拉斑玄武岩，礼贤、广丰 一带为碱性 橄榄玄武岩；同位素组成特征表明前者来源于原始地幔，后者来源于 受到壳源物质混染的富集地幔。地幔源区的不均匀混染造成了这种差别，总体上 具有 来自富集地幔源的趋势。 四、结束语 以上都是微量元素在判断岩石的构造环境和成因上的应用，由于时间和个人认知所限， 所谈论的微量元素在岩石成因的应用肯定有所遗漏，但这毕竟是一个学习的过程，相信我会 在今后的学习中逐步有所提升，渐渐得到进步。最后感谢老师在课堂上为我们讲授这一方面 的知识，让我受益良多，进步匪浅。 参考文献： 1 李献华：万洋山一诸广山加里东期花岗岩的形成机制，地球化学，1993 2 武平，物质成分对岛弧拉斑玄武岩成因的指示意义，新疆有色金属，2005 3余新起， 舒良树等， 江山一广丰地区早白世晚期玄武岩的岩石地球化学 及其构造意义，2004
