1、现代地球化学现代地球化学微量元素地球化学微量元素地球化学岩浆岩中主要造岩矿物和副矿物的分子式岩浆岩中主要造岩矿物和副矿物的分子式Q/Qtz石 英 QuartzSiO2Kf 钾长石 OrthoclaseKAlSi3O8Ab钠长石 AlbiteNaAlSi3O8An钙长石 AnorthiteCaAl2Si2O8Ne霞 石 Nepheline NaAlSiO4Bi黑云母 BiotiteK(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2Hb/Amp角闪石 Hornblende(Ca,Na)23(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5(Al,Si)4O112(OH)2Cpx透辉石 DioriteCaMgSi2
2、O6Opx紫苏辉石Orthopyroxene(Mg,Fe)2Si2O6Ol橄榄石 Olivine(Mg,Fe)2SiO4Mt磁铁矿 MagnetiteFe3O4Ilm钛铁矿 IlmaniteFeTiO3Ap磷灰石 ApatiteCa5PO43(F,Cl,OH)Sph/Ti榍 石 TitaniteCaTiSiO4(O,OH,Cl,F)Sp尖晶石 SpinelMgAl2O4Grt石榴石 Garnet(Fe,Mg,Ca)3Al2SiO43Zr锆 石 Zircon ZrSiO41.1 1.1 微量元素的定义微量元素的定义1.2 1.2 微量元素在地质体中的赋存型式微量元素在地质体中的赋存型式1.3 1
3、.3 微量元素分类微量元素分类1.4 1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律 a.a.Goldschmidt三定律三定律 b.化学势、逸度、活度化学势、逸度、活度 c.c.固熔体、稀溶液与亨利定律固熔体、稀溶液与亨利定律 d.Nernstd.Nernst分配定律与分配系数（分配定律与分配系数（k ki i=ci is/ci il）e.e.分配系数的含义分配系数的含义 f.f.影响分配系数的主要因素影响分配系数的主要因素 g.g.分配系数的测定分配系数的测定v Gast（1968）不作为体系中任何相的组分存在的元素）不作为体系中任何相的组分存
4、在的元素v 伯恩斯（晶体场理论的矿物学应用）只要某元素在体系中的伯恩斯（晶体场理论的矿物学应用）只要某元素在体系中的含量低到可以用稀溶液定律来描述其行为，即可称微量元素含量低到可以用稀溶液定律来描述其行为，即可称微量元素v 微量元素的概念是相对的微量元素的概念是相对的 K：花岗岩中常量元素，超基性岩中微量元素：花岗岩中常量元素，超基性岩中微量元素 Ni：地壳岩石中微量元素，陨石中常量元素：地壳岩石中微量元素，陨石中常量元素 Li，B：伟晶岩中常量元素：伟晶岩中常量元素v 对于地壳，对于地壳，O，Si，Al，Fe，Mg，Ca，Na，K，Ti常量元素，常量元素，其他是微量元素其他是微量元素 （1）
5、Si，酸度，基性中性酸性，岩石分类，酸度，基性中性酸性，岩石分类 （2）K,Na，碱度，岩浆系列，碱度，岩浆系列:拉斑、钙碱、高钾钙碱、橄榄安粗拉斑、钙碱、高钾钙碱、橄榄安粗/钾玄钾玄 （3）Mg,Fe,Mn，镁铁，镁铁/超镁铁超镁铁 （4）Al，花岗岩类铝饱和度，花岗岩类铝饱和度 （5）Ca独立矿物独立矿物 U、Hf ZrSiO4类质同像替代类质同像替代!Sr、Eu Ca Pb、Ba K晶格缺陷晶格缺陷吸附（如胶体）吸附（如胶体）v 基本的化学分类基本的化学分类v Goldschmidt分类分类v 一般的地球化学分类一般的地球化学分类v 常用分类常用分类v 对元素分类的说明对元素分类的说明主
6、要考虑元素在岩浆过程中的特点主要考虑元素在岩浆过程中的特点各种分类之间不一定有对应关系各种分类之间不一定有对应关系v 基本的化学分类基本的化学分类v Goldschmidt分类分类亲石亲石 亲铁亲铁 亲铜亲铜 亲气亲气地球的组分分异，由元素的地球的组分分异，由元素的性质决定。性质决定。元素在周期表中的位置：元素在周期表中的位置：亲铁元素亲铁元素:地核地核亲石元素亲石元素:地幔与地壳地幔与地壳亲气元素亲气元素:大气圈和水圈大气圈和水圈v 一般的地球化学分类一般的地球化学分类v 常用分类常用分类主元素（主元素（major elements）过渡过渡(族族)元素元素（transition eleme
7、nts）稀土元素稀土元素(REE)铂族元素铂族元素(PGE)惰性气体元素惰性气体元素(Noble gas)高场强元素高场强元素(HFS)离子半径小，电价高 Zr、Hf、Nb、Ta、Ti大离子亲石元素大离子亲石元素(LIL)离子半径大，电价低 K、Rb、Sr、Ba、Pb不相容元素不相容元素(uncompatible)：K或D1，倾向于富集在熔体相相容元素相容元素(compatible)：K或D 1，倾向于富集在结晶相 Ni、Cr、Co1 2 3 4 5 6离子电价离子半径离子半径10-10m1.00.21.80.61.4两个离子，如果他们具有相同的两个离子，如果他们具有相同的价价和和，则易于交，
8、则易于交换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体正因为如此，许多微量元素，会以类质同像替代的方式，和与各自正因为如此，许多微量元素，会以类质同像替代的方式，和与各自电价电价和和离子半径离子半径相近的常量元素（主元素）一起进入固体相。例如：相近的常量元素（主元素）一起进入固体相。例如：Sr、Eu CaRb、Pb、Ba KNi Mg两个离子，如果他们具有相同的两个离子，如果他们具有相同的价，价，和相似的和相似的，则较小的离子倾向于进入固体相则较小的离子倾向于进入固体相Mg2+比Fe2+的离子半径小，因此，在橄榄石与熔体的平衡体系中，橄榄石中Mg的
9、含量高于熔体Nb,TaZr,Hf两个离子，如果他们具有相似的两个离子，如果他们具有相似的价价不同，不同，那么，那么，电价电价高的离子倾向于进入固体相高的离子倾向于进入固体相如，相对于如，相对于Fe2+、Mg2+，Cr3+、Ti4+总是倾向于进入固体相总是倾向于进入固体相固熔体固熔体：一般采用研究溶液体系发展出来的理论模型来处理固体：一般采用研究溶液体系发展出来的理论模型来处理固体aa亨利定律亨利定律aa 元素j在相有a 元素j在相有a 达到两相平衡 则有：aa得到：aaaaaKD(P，T)v能斯特能斯特(Nernst)(Nernst)分配定律分配定律分配系数分配系数i用C而不用X来代表组分i在
10、固相s和液相l中的浓度。因为对于热力学的目的，mol比值方便；而对于地球化学，重量比值更简便DDii Di=ii 分配系数可以浅略理解成在晶体/溶体的体系中，元素进入晶体的能力不相容元素：不相容元素：K或D1，倾向于富集在熔体相相容元素：相容元素：K或D 1，倾向于富集在结晶相v 不相容元素可以分为不相容元素可以分为2组组高场强高场强元素元素(HFSE)，有：有：REE,Th,U,Ce,Pb4+,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta等等大离子亲石大离子亲石元素元素(LILE)，有：有：K,Rb,Cs,Ba,Pb2+,Sr,Eu2+等。等。LILE活动性更强，特别是有流体参与的系统活动性更强，特别是有流
11、体参与的系统微量元素的相容或不相容，取决于所涉及的体系，取决于微量元素的相容或不相容，取决于所涉及的体系，取决于矿物与熔体的类型。矿物与熔体的类型。离子半径递减，相应的单斜辉石/玄武质岩浆之间的分配系数递增KREE单斜辉石/玄武质岩浆i各类岩浆中，角闪石REE的分配系数LnDSm榍石LnDSm榍石LnDHo辉石斜长石/玄武质岩浆间的KEuKEu斜长石/玄武质岩浆第二部分第二部分岩浆过程的微量元素定量模型岩浆过程的微量元素定量模型2.1 部分熔融过程部分熔融过程2.2 结晶过程：分离结晶过程，结晶过程：分离结晶过程，Rayligh分馏定律分馏定律2.3 分离部分熔融模型分离部分熔融模型2.4 混
12、合模型混合模型2.5 其他模型：其他模型：同化混染和分离结晶作用联合模型同化混染和分离结晶作用联合模型(AFC)2.6 岩浆过程的鉴别（部分熔融、分离结晶）岩浆过程的鉴别（部分熔融、分离结晶）2.1a 对部分熔融过程的理解对部分熔融过程的理解o 部分熔融过程很重要。地球的圈层分异，地壳的生长和演变，在物质上，主要是通过岩浆作用来实现的。岩浆发生的唯一方式，是先存岩石的部分熔融。o 如果熔体一直在熔融区滞留，产生的全部熔体就会作为一个整体，与残留相保持某种程度的平衡，从而接近；o 如果熔体一产生就很快离开熔融区，而移至别处汇聚，那么，在熔融区，与残留相平衡共存的熔体始终只是刚刚产生那一小部分。这
13、样的过程，称为。现在的上地幔接近分离部分熔融的残留相。o 如果随着部分熔融的发展，产生熔体的量，每达到一定程度，就离开熔融区，而移至别处汇聚。这样的过程，称为(batch partial melting)。这样的过程，接近地质实际。2.1b 平衡部分熔融过程的定量模型平衡部分熔融过程的定量模型o 假设，产生的全部熔体与残留相保持平衡源岩源岩残留相残留相岩浆岩浆F1-Fo 考虑源岩中微量元素i的量和岩浆+残留相中的量相等，可得下列方程：变换方程：除方程两边，得：Di因此得到：Di将方程两边上下对换，得到：Di DiDi DiPi Di是微量元素i在源岩与熔体间的分配系数 Pi是微量元素i在残留相
14、与熔体间的分配系数 Di DiDi DiDi2.1c 平衡部分熔融过程微量元素的变化规律平衡部分熔融过程微量元素的变化规律 DiDiDi0.010.111010000.20.40.60.810.010.111010000.20.40.60.81 Di0.01FF 0.10.525D=1020.10.5D=0.015D=10v 不相容元素在溶体中富集，不相容元素在溶体中富集，分配系数越小，富集程度越高；分配系数越小，富集程度越高；部分熔融程度越低，富集程度越高部分熔融程度越低，富集程度越高v 不相容元素在残留体中亏损不相容元素在残留体中亏损分配系数越小，亏损程度越高；分配系数越小，亏损程度越高；
15、v 相容元素在溶体中的含量低于源岩相容元素在溶体中的含量低于源岩分配系数越大，亏损程度越高分配系数越大，亏损程度越高2.2a 对结晶过程的理解对结晶过程的理解o 结晶作用是岩浆演化的基本过程；o 结晶过程倾向于导致岩浆全部结晶，即100变成结晶相；o 矿物结晶过程中，矿物表面与残余岩浆之间可以一直保持平衡；但是，矿物内部与残余岩浆脱离接触，难以继续保持平衡。因此，平衡结晶过程很少实现。实际的结晶过程是一种保持表面平衡的过程，接近。o 在岩浆结晶过程中存在矿物结晶次序的差别，一些矿物先结晶，一些矿物后结晶，如鲍文反应序列所示。由于重力等作用，先结晶的矿物可能发生堆积，与残余岩浆分离。这也会造成。
16、o 岩浆分离结晶的程度，取决于岩浆的类型和粘度、结晶的速度等条件。o 岩浆喷出地表之前，结晶作用已经在进行，可形成斑晶（A）o 斑晶矿物的环带指示了表面平衡过程(B)o 斜长石先结晶，辉石晚结晶(C)角闪石斑晶角闪石斑晶斜长石斑晶斜长石斑晶ABCo 岩浆比重、矿物比重的差别，以及重力、岩浆动力等因素造成分离结晶作用辉石岩方辉橄榄岩纯橄榄岩2.2b 分离结晶过程的定量模型分离结晶过程的定量模型o 设结晶的矿物与残余岩浆保持表面平衡，因此，结晶过程符合Rayligh分馏定律。分馏定律。残余岩浆残余岩浆原始岩浆原始岩浆F瞬时结晶相瞬时结晶相1-F平均结晶相平均结晶相o 微量元素i在残余岩浆、瞬时结晶
17、相，平均结晶相中的浓度分别记为：、。根据Rayligh分馏定律，得到下列方程：0.010.111010000.20.40.60.812.2c 分离结晶过程微量元素的变化规律分离结晶过程微量元素的变化规律0.010.111010000.20.40.60.810.010.111010000.20.40.60.81FFF0.010.10.5D=10520.010.10.510520.010.10.51052 分离结晶作用的早期分离结晶作用的早期残余岩浆残余岩浆瞬时结晶相瞬时结晶相 平均结晶相平均结晶相D D1 1迅速降低迅速降低迅速降低迅速降低，缓慢降低缓慢降低D D1 1略升略升极低极低极低极低
18、分离结晶作用的晚期分离结晶作用的晚期D D1 1几无几无几无几无缓降至缓降至1 1D D1 1缓升至缓升至1 1分离结晶过程中微量元素变化的主要特征分离结晶过程中微量元素变化的主要特征o 当D1 1，这样的元素称为H。上式变为：超岩浆元素H在残余岩浆中的浓度主要与结晶程度有关，可以作为结晶分异程度的指示：o 如果D 1 1，上式变为：即元素i在岩浆中和结晶相中的浓度都没有大的变化。o 当D 0.2-0.5，元素在岩浆结晶的大部分阶段（除了岩浆结晶的最晚期）的变化都非常平稳，也可以用来指示岩浆演化的进程。o 熔体一产生就很快离开熔融区，而移至别处汇聚。在熔融区，与残留相平衡共存的熔体始终只是新近
19、产生小部分。这样的过程，称为。现在的上地幔接近分离部分熔融的残留相。o 对于这一过程，微量元素i在新生成溶体中的浓度与部分熔融程度F的关系，采用微分方程的方法，得到下列方程：o 当，上式简化为：0.010.111010000.20.40.60.81o 对这一方程所揭示的过程作简单的分析：D=0.10.0510520.010.250.50.75Fo 对于不相容元素i，如果D1，例如在0.01以下，即使部分熔融程度较低，例如F0.1，元素i在新生溶体中的含量也急剧下降。o 地幔在地质历史上经历了普遍的部分熔融，因此，现在的地幔应该主要是亏损地幔，D1的不相容元素含量极低。o 如果地幔的哪个部位强不
20、相容元素含量高，则该区地幔一定经历了另外的过程，如流体交代、地壳混染，等。o 在岩石圈（壳幔）体系中，岩浆的发生和演化过程，都有可能存在不同来源物质的混合。最常见的，就是幔源岩浆与地壳物质的混合。二元混合二元混合三元混合三元混合混合作用混合作用Sr-Nd同位素同位素混合作用同位素和微量元素混合作用同位素和微量元素混合作用通用的数学表达混合作用通用的数学表达同化混染和分离结晶作用联合模型同化混染和分离结晶作用联合模型(AFC)复杂，实用模型！复杂，实用模型！针对火山岩，鉴别其岩浆演化是部分熔融主导，还是分离结针对火山岩，鉴别其岩浆演化是部分熔融主导，还是分离结晶为主导，这是非常重要的研究。晶为主
21、导，这是非常重要的研究。注意：注意：岩浆喷出后，结晶分异非常有限，故多考虑岩浆喷出后，结晶分异非常有限，故多考虑的变化的变化(1)将微量元素分为将微量元素分为3类，其行为存在明显差别：类，其行为存在明显差别：相容元素相容元素，D 1 1。NiNi、CrCr、PGEPGE、HREEHREE（某些情况下，如存在石榴石）（某些情况下，如存在石榴石）分离结晶过程中，浓度变化大部分熔融过程中，浓度变化小超岩浆元素超岩浆元素(亲湿岩浆元素亲湿岩浆元素)，高不相容，高不相容，D1 1。ZrZr、HfHf、TaTa、ThTh、LREELREE分离结晶过程中，浓度变化小部分熔融过程中，浓度变化大岩浆元素岩浆元素
22、，中等到弱不相容，中等到弱不相容，D 0.20.50.20.5。HREE是典是典型型两类过程中，浓度变化都比较平缓(2)相容元素相容元素 与超岩浆元素与超岩浆元素 的关系的关系(3)超岩浆元素对结晶超岩浆元素对结晶作用过程的指示作用作用过程的指示作用考虑结晶作用，对于某个微量元素i，有：如果有某个超岩浆元素存在，考虑到：有：取对数：如果 基本不变，这就是一个直线方程：Lncil=A+B LncHl其中：A=B=LncHlLncil 1 11,B1考察方程：Lncil=A+B LncHl A=B=如果 1 1，斜率为负值如果 1 1，斜率为正值如果 1 1，斜率接近1 1LncHl 1 1，有：
23、故：变换得到：常数如果选择H=La,M=Sm 则有右图显示的关系(4)分离结晶和部分熔融过程中，岩浆分离结晶和部分熔融过程中，岩浆元素元素和超岩浆和超岩浆元素元素的关系的关系超岩浆元素D1，与0.20.5相比可以不计；岩浆元素，D0.20.5，与1 相比，可以不计。，有：DH DMDM DM DM 可以变为：和 DM两式合并可得：两边同乘以 ，得到：DM这一方程实际上是一个斜率B 的直线方程：DM如果选择H=La,M=Sm 则有右图显示的关系3.1 3.1 稀土元素的基本地球化学性质稀土元素的基本地球化学性质3.2 3.2 稀土元素在岩石和矿物中的分布稀土元素在岩石和矿物中的分布3.3 3.3
24、 稀土元素的地球化学应用稀土元素的地球化学应用v REE化学性质相似，地质过程中，表现出整体运移特征化学性质相似，地质过程中，表现出整体运移特征地幔 基性地壳 中酸性地壳，REE总量渐次增加v REE之间性质存在有规律的微小差别，地质过程中，富之间性质存在有规律的微小差别，地质过程中，富集和亏损的程度呈有规律的变化，可以用来精细刻划地集和亏损的程度呈有规律的变化，可以用来精细刻划地质过程质过程v 稀土元素：稀土元素：La系系+Yv 稀土元素在元素周期表中占一个格，化学性质基本相似。但是，稀土元素在元素周期表中占一个格，化学性质基本相似。但是，随着原子序数的增加，电子充填次外层随着原子序数的增加
25、，电子充填次外层(4f)，其余各层不变。，其余各层不变。v La系收缩：系收缩：这样的结构造成电子层之间的引力连续的增加，造这样的结构造成电子层之间的引力连续的增加，造成原子成原子/离子半径渐次减小：离子半径渐次减小：RE3+=1.14 0.85v REE的结构决定，离子一般呈的结构决定，离子一般呈+3价，但是，价，但是，Ce4+、Eu2+除外。除外。v 稀土元素在稀土元素在Gd之后，由于之后，由于2f电子自旋方向的改变，造成地球电子自旋方向的改变，造成地球化学性质的差别。这是造成化学性质的差别。这是造成REE分异的重要原因。分异的重要原因。REE分为两组：分为两组：LREE：LaEu HRE
26、E：Gd Lu1.地球上，地球上，REE的丰度并不低，也不稀，比许多贵金属高；的丰度并不低，也不稀，比许多贵金属高；2.一般说来，一般说来，REE倾向于富集于含倾向于富集于含Ca的矿物中的矿物中3.超基性岩超基性岩基性岩基性岩中性岩中性岩中酸性岩中酸性岩酸性岩酸性岩碱性岩碱性岩 在岩石的上述变化序列中，稀土元素总量升高；超基性岩相在岩石的上述变化序列中，稀土元素总量升高；超基性岩相对富集对富集HREE，而碱性岩相对富集，而碱性岩相对富集LREE4.REE可形成的独立矿物主要有：可形成的独立矿物主要有：独居石独居石 (Ce,La,Nd,Th)PO4 磷钇矿磷钇矿 YPO45.LREE一般富集在配
27、位数高的矿物中，如一般富集在配位数高的矿物中，如PL、Cpx、Kf HREE一般富集在配位数低的矿物中，如一般富集在配位数低的矿物中，如Grt、Zr、Ol、Opx6.LREE一般富集在含一般富集在含Ca、K、Th、Sr的矿物中的矿物中 HREE一般富集在含一般富集在含Fe、Mn、Sc、Zr、U的矿物中的矿物中7.LREE一般富集在吸附能力强的沉积物中，如粘土、有机物一般富集在吸附能力强的沉积物中，如粘土、有机物 HREE一般富集在络合能力强的高温热液体系中，如伟晶岩一般富集在络合能力强的高温热液体系中，如伟晶岩LaCe PrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuLaCe PrNdSmEu
28、GdTbDyHoErTmYbLuLaCe PrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuLaCe PrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu岩石岩石/球粒陨石球粒陨石岩石岩石/球粒陨石球粒陨石岩石岩石/球粒陨石球粒陨石岩石岩石/球粒陨石球粒陨石富集型富集型亏损型亏损型平坦型平坦型EuEu亏损型亏损型EuEu富集型富集型锰结核锰结核海水海水岩石岩石/球粒陨石球粒陨石岩石岩石/球粒陨石球粒陨石岩石岩石/球粒陨石球粒陨石典型地壳的稀土元素配分型式典型地壳的稀土元素配分型式同同一岩浆系列的一岩浆系列的REEREE配分型配分型式相似式相似，高度不同，起因于Ol,Plag,Pyx结晶分离作用岛弧岩
29、浆系列起源于不均一不均一的地幔源区的地幔源区HREE 平坦，源区无石榴石源区无石榴石典型岛弧火山岩的典型岛弧火山岩的稀土元素配分型式稀土元素配分型式活动大陆边缘岩浆岩活动大陆边缘岩浆岩的稀土元素配分型式的稀土元素配分型式大陆碱性岩浆岩的大陆碱性岩浆岩的稀土元素配分型式稀土元素配分型式v 源岩含源岩含80%橄榄石、橄榄石、10%斜长石、斜长石、10%单斜辉石单斜辉石溶体溶体残留体残留体源岩源岩Fv 石榴石二辉橄石榴石二辉橄榄岩部分熔融榄岩部分熔融微量元素地球化学研究的主要思路和微量元素地球化学研究的主要思路和方法综述方法综述4.1 4.1 微量元素的活动性和变质作用对微量元素组成的影响微量元素的
30、活动性和变质作用对微量元素组成的影响 4.2 4.2 元素协变图元素协变图4.3 4.3 元素比值及其变化元素比值及其变化4.4 4.4 亏损与富集亏损与富集4.5 4.5 元素变化矢量图元素变化矢量图4.6 4.6 标准化图，稀土元素的配分和多离子配分图标准化图，稀土元素的配分和多离子配分图4.7 4.7 构造判别图构造判别图4.8 4.8 地质过程的模拟计算地质过程的模拟计算4.9 4.9 剖面图剖面图4.1 4.1 微量元素的活动性和变质作用对微量元素组成的影响微量元素的活动性和变质作用对微量元素组成的影响 4.1 4.1 微量元素的活泼性和变质作用对微量元素组成的影响微量元素的活泼性和
31、变质作用对微量元素组成的影响 变质作用对活泼元素影响大变质作用对活泼元素影响大4.1 4.1 微量元素的活泼性和变质作用对微量元素组成的影响微量元素的活泼性和变质作用对微量元素组成的影响 但有时候对不活泼的微量元素影响很小但有时候对不活泼的微量元素影响很小4.1 4.1 微量元素的活泼性和变质作用对微量元素组成的影响微量元素的活泼性和变质作用对微量元素组成的影响 l 以下四种情况以下四种情况,可以断定，岩石的原始微量元素组成，受到可以断定，岩石的原始微量元素组成，受到变质作用不同程度的影响：变质作用不同程度的影响：在在ZrZr和不活泼元素二元相关图上，相关系数和不活泼元素二元相关图上，相关系数
32、(R R)0.75 0.75 在微量元素蜘蛛网图上，存在明显的在微量元素蜘蛛网图上，存在明显的 CeCe异常；或者样品的异常；或者样品的 Ce/CeCe/Ce 比值不在合适的范围比值不在合适的范围,即即0.9 Ce/Ce0.9 Ce/Ce 1.1 2%)(2%)样品烧失量异常高，例如：样品烧失量异常高，例如：Loi 6 wt%Loi 6 wt%如果存在上述情况，应用微量元素数据，要非常小心！如果存在上述情况，应用微量元素数据，要非常小心！Polat&A.W.Hofmanna Precambrian Research 126(2019)1972184.2 4.2 元素协变图元素协变图121722
33、Al2O30510MgO0510FeO*0246Na2O051015CaO4550556065707501234K2OSiO245505560657075SiO240506070800100200300NiSiO20100200300Zrppmwt.%4.34.3元素比值及其变化元素比值及其变化v K/Rb 经常用来指示岩浆体系中角闪石的作用 K和Rb行为相似，所以K/Rb一般变化很小 但是，如果角闪石存在，情况就改变了 在角闪石和溶体的平衡体系中，K的分配系数约为1，Rb的分配系数约为0.3Table 9-1.Partition Coefficients(CS/CL)for Some Com
34、monly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic RocksOlivineOpxCpxGarnetPlagAmphMagnetiteRb0.0100.0220.0310.0420.0710.29 Sr0.0140.0400.0600.0121.8300.46 Ba0.0100.0130.0260.0230.230.42 Ni14570.9550.016.829Cr0.7010341.3450.012.007.4La0.0070.030.0560.0010.1480.5442Ce0.0060.020.0920.0070.0820.8432Nd
35、0.0060.030.2300.0260.0551.3402Sm0.0070.050.4450.1020.0391.8041Eu0.0070.050.4740.243 0.1/1.5*1.5571Dy0.0130.150.5821.9400.0232.0241Er0.0260.230.5834.7000.0201.7401.5Yb0.0490.340.5426.1670.0231.6421.4Lu0.0450.420.5066.9500.0191.563Data from Rollinson(1993).*Eu3+/Eu2+Italics are estimatedRare Earth Ele
36、ments在岩浆结晶演化过程中，如果有角闪石结晶，则残余岩浆中K/Rb比值减小Sr/Ba比值比值v Sr倾向于进入倾向于进入斜长石斜长石，此外难以进入其他主要造岩矿物，此外难以进入其他主要造岩矿物v Ba倾向于进入倾向于进入钾长石钾长石，此外难以进入其他主要造岩矿物，此外难以进入其他主要造岩矿物Table 9-1.Partition Coefficients(CS/CL)for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic RocksOlivineOpxCpxGarnetPlagAmphMagnetiteRb0.0100
37、.0220.0310.0420.0710.29 Sr0.0140.0400.0600.0121.8300.46 Ba0.0100.0130.0260.0230.230.42 Ni14570.9550.016.829Cr0.7010341.3450.012.007.4La0.0070.030.0560.0010.1480.5442Ce0.0060.020.0920.0070.0820.8432Nd0.0060.030.2300.0260.0551.3402Sm0.0070.050.4450.1020.0391.8041Eu0.0070.050.4740.243 0.1/1.5*1.5571Dy0
38、.0130.150.5821.9400.0232.0241Er0.0260.230.5834.7000.0201.7401.5Yb0.0490.340.5426.1670.0231.6421.4Lu0.0450.420.5066.9500.0191.563Data from Rollinson(1993).*Eu3+/Eu2+Italics are estimatedRare Earth Elements如果如果Pl结晶：结晶：堆晶相中堆晶相中Sr/Ba高高残浆中残浆中 Sr/Ba低低如果如果Kf结晶：结晶：堆晶相中堆晶相中Sr/Ba低低残浆中残浆中 Sr/Ba高高Ni/Cr比值比值 Ni强烈
39、倾向于进入橄榄石强烈倾向于进入橄榄石 单斜辉石单斜辉石 斜方辉石斜方辉石 Cr强烈倾向于进入单斜辉石强烈倾向于进入单斜辉石 斜方辉石斜方辉石 橄榄石橄榄石 Ni/Cr可以用来区分部分熔融和结晶分异过程中橄可以用来区分部分熔融和结晶分异过程中橄榄石和辉石的相对影响榄石和辉石的相对影响Table 9-1.Partition Coefficients(CS/CL)for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic RocksOlivineOpxCpxGarnetPlagAmphMagnetiteRb0.0100.0220.0
40、310.0420.0710.29 Sr0.0140.0400.0600.0121.8300.46 Ba0.0100.0130.0260.0230.230.42 Ni14570.9550.016.829Cr0.7010341.3450.012.007.4La0.0070.030.0560.0010.1480.5442Ce0.0060.020.0920.0070.0820.8432Nd0.0060.030.2300.0260.0551.3402Sm0.0070.050.4450.1020.0391.8041Eu0.0070.050.4740.243 0.1/1.5*1.5571Dy0.0130.1
41、50.5821.9400.0232.0241Er0.0260.230.5834.7000.0201.7401.5Yb0.0490.340.5426.1670.0231.6421.4Lu0.0450.420.5066.9500.0191.563Data from Rollinson(1993).*Eu3+/Eu2+Italics are estimatedRare Earth ElementsNb/Ta比值比值 主要用来探讨壳幔分异演化和循环的过程主要用来探讨壳幔分异演化和循环的过程 球粒陨石球粒陨石 Nb/Ta=17.5 大陆地壳大陆地壳 Nb/Ta=12.3 Nb/Ta 比值不平衡比值不平衡
42、 亏损地幔亏损地幔 Nb/Ta=15.5而而 含金红石的榴辉岩可能是含金红石的榴辉岩可能是Nb、Ta的一个重要储库，的一个重要储库，其其Nb/Ta=1937通常来说，通常来说，Nb和和Ta同属于高场强元素（同属于高场强元素（HFSE），它们具有非常相似的地），它们具有非常相似的地球化学特征，球化学特征，Nb、Ta常常不容易发生分馏，但一些矿物还是会引起常常不容易发生分馏，但一些矿物还是会引起Nb、Ta的分馏的分馏vNb和和Ta的含量主要受含的含量主要受含Ti的矿物相影响，比如：的矿物相影响，比如：钛铁矿、金红石、榍石、金云母和角闪石等等。钛铁矿、金红石、榍石、金云母和角闪石等等。l榍石：榍石：
43、结晶相存在，会引起派生岩浆结晶相存在，会引起派生岩浆Nb/TaNb/Ta比值比值升高升高；l金红石：金红石：结晶相存在，就会引起派生岩浆结晶相存在，就会引起派生岩浆Nb/TaNb/Ta比值比值升高升高；但是，；但是，受残留物有金红石的流体影响的岩石，受残留物有金红石的流体影响的岩石，Nb/TaNb/Ta比值比值降低降低；l角闪石：角闪石：源区有角闪石存在，会源区有角闪石存在，会降低降低派生岩浆的派生岩浆的Nb/TaNb/Ta比值比值；l单斜辉石：单斜辉石：地幔发生部分熔融时，在单斜辉石中地幔发生部分熔融时，在单斜辉石中NbNb比比TaTa更加不更加不相容，熔体相容，熔体Nb/TaNb/Ta比值
44、会比值会升高升高。不同矿物对不同矿物对Nb/TaNb/Ta比值的影响比值的影响实验得出的不同矿物的Nb和Ta分配系数Table 9-1.Partition Coefficients for some commonly used trace elements in basaltic and andesitic rocksBulk D calculationOlivineOpxCpxGarnetPlagAmphRb0.0060.020.040.0010.10.3Sr0.010.010.140.0011.80.57Ba0.0060.120.070.0020.230.31Ni1452.60.40.01
45、3Cr2.1108.40.17101.6La0.0070.020.080.050.140.27Ce0.0090.020.340.050.140.34Nd0.0090.050.60.070.080.19Sm0.0090.050.90.060.080.91Eu0.0080.050.90.9 0.1/1.5*1.01Tb0.010.0515.60.031.4Er0.0130.311180.080.48Yb0.0140.340.2300.070.97Lu0.0160.110.82350.080.89data from Henderson(1982)*Eu3+/Eu2+Italics are estim
46、atedRare Earth Elements4.4 4.4 亏损与富集亏损与富集石榴石强烈富集HREE，斜长石富集Euv在部分熔融过程中，如果源区的残留相中有石榴石，则部分熔融形成的溶体具有陡倾的REE配分型式，亏损HREE。v如果源区的残留相中有斜长石，则部分熔融形成的溶体亏损Eu，显示Eu负异常。0.002.004.006.008.0010.00565860626466687072sample/chondrite La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu67%Ol 17%Opx 17%Cpx0.002.004.006.008.0010.00565860626466687072
47、sample/chondrite La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu57%Ol 14%Opx 14%Cpx 14%Grt石榴石和斜长石的影响石榴石和斜长石的影响0.002.004.006.008.0010.00sample/chondrite60%Ol 15%Opx 15%Cpx 10%Plag La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu4.5 4.5 元素变化矢量图元素变化矢量图Ni11010010001101001000CrOlCpxOpxMtHb1101001000101001000VCrOlCpxOpxMtHb辉长闪长岩类闪长玢岩类二长斑岩类石英二长斑岩类早
48、期橄榄石结晶为主，早期橄榄石结晶为主，中晚期角闪石结晶为主中晚期角闪石结晶为主.1110110100YbSmCpxPlKfGrtHb.1110.1110YbEuGrtCpxHbPlKf辉长闪长岩类闪长玢岩类二长斑岩类石英二长斑岩类中晚期角闪石结晶为主中晚期角闪石结晶为主4.6 4.6 标准化图，稀土元素的配分和多离子配分图标准化图，稀土元素的配分和多离子配分图Increasing IncompatibilityIncreasing IncompatibilityLIL(more mobile)HFS(less mobile)Ocean Island BasaltSrKRb Ba Th TaNb
49、 Ce PZrHf Sm TiYYb0.1110100岩石岩石/MORBMORB-normalized spider diagrams for selected island arc basalts.Using the normalization and ordering scheme of Pearce(1983)with LIL on the left and HFS on the right and compatibility increasing outward from Ba-Th.Data from BVTP.Composite OIB from Fig 14-3 in yello
50、w.Winter(2019)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.Data from Sun and McDonough(1989)In A.D.Saunders and M.J.Norry(eds.),Magmatism in the Ocean Basins.Geol.Soc.London Spec.Publ.,42.pp.313-345.洋岛玄武岩和岛弧玄武岩洋岛玄武岩和岛弧玄武岩MORB标准化的不相容元素配分型式标准化的不相容元素配分型式OIB具有特征的隆起IAB:HFS-LIL 解耦LIL
