14-微量元素地球化学

V, Ti
Zr, Hf
Ba, Rb
Sr
REE
Y
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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
5.微量元素的处理
Mantle-normalized diagram for incompatible elements in loess. Shown are the average values of loess samples from Banks Peninsula, New Zealand, Kansas and lowa, USA, and Kaiserstuhl, Germany.
5.微量元素岩石分类
600
V, ppm
左图为Ti vs. V图解，用 于对拉斑玄武岩的性质 进行进一步分类。
IAT MORB OIT
IAT—Island arc tholeiite MORB—Mid-ocean ridge basalt OIT—Ocean-island tholeiites
0 0
Petrol., 95: 407-419.
5.微量元素的岩石成因
花岗岩类成因 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。
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
Convergent Plate Boundary (Andes in South America) Continental Margin Arc
Intraplate/Divergent Plate Boundary (East Africa, CFB of Deccan) Rift
板 块 构 造
5.微量元素构造环境判别
5.微量元素的处理
Post-Archean Australian shales normalize. The average values of four middle Proterozoic shales from the Mt. Isa Group, seven Silurian State Circle shales, three Paleozoic to Mesozoic shales from the Perth Basin, two Paleozoic shales from Canning Basin, and six Upper Proterozoic to Cambrian shales from the Amadeus Basin.




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Sun and McDonough (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。
五、微量元素地球化学-4
5.微量元素的处理方法
1、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
1.
2. 3. 4.
岛弧岩浆作用的直接产物；
岩浆上升过程受到了地壳物质的混染； 发生部分熔融的地幔源岩曾经历过岛弧构造环境； 再循环的地壳物质进入了深部地幔
5.微量元素实例分析
具有大陆地壳物质参与
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
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
变质岩原岩恢复
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
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
高度相容元素，N i 和C o 赋存在Ol 中，C r在Sp和C px中，这些元素的高度富集（例如N i ＝250-300 ppm, C r=500Ni, Co, Cr 600 ppm）暗示着岩石母岩为地幔橄榄岩，如果岩石系列显示N i 的逐渐降低 （C o 也可以显示同样规律） 则预示着 Ol 的分离结晶作用。C r的逐渐降低代表尖晶石或者C px的分离结晶作用。 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-T i 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T i 显示差异性质， 则T i 可以类质同象进入一些副矿 物相，例如榍石和金红石。 极不相容元素，基本不进入主要的地幔矿物相，有时可以与T i 类质同象进入副矿物相，例如榍石和金红石。 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。 在Pl 中容易类质同象替换C a（但是在Py中不取代C a），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C a/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。 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。C px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。 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
岛弧火山岩Nb、Ta的负异常与成因
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。
5.微量元素的处理
(1)多元素标准化数据
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
Sun & MacDonough, 1989
5.微量元素的处理
目前常用顺序
Chung等，2004，Earth Sci. Rev.
5.微量元素的处理
(3)应用时须注意的事项
Ti, ppm
18000
5.微量元素的岩石成因
A-Type Granites
S & I-Type Granites
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. and Chapell, B.W., 1987. A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contrib. Mineral.
5.微量元素实例分析
岩浆岩出现Nb、Ta、Ti的负异常的引申含义
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：
这里K2O、TiO2、P2O5单位均为重量百分数
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
Sample/Chondrite Chondrite normalized spider diagram of fresh and altered MORB and sediment, Data from Hess
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
5.微量元素的处理
(1)多元素标准化数据
原始地幔(primitive/primordial mantle) Sun & McDonough, 1989; McDonough & Sun，1995 球粒陨石 Sun & McDonough, 1989; McDonough & Sun，1995 MORB，OIB Pearce, 1983； Sun & McDonough, 1989 沉积岩 NASC(平均页岩)，Gromet et al, 1984， 平均砂岩， Hamilton，2000 地壳平均组成 Taylor & McLennan (1981, 1985)， Rudnick & Gao, 2004
5.微量元素构造环境判别
大地构造地球化学
Convergent Plate Boundary (Mariana, Tonga) Island Arc
Divergent Plate Boundary (EPR, MAR) Mid-Ocean Ridge
Intraplate (Hawaii, Reunion) Ocean Island
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
5.微量元素岩石分类
Winchester & Floyd (1977)提出 的火山岩微量元 素定名(识别)方案
文献来源： Winchester JA, Floyd PA, 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chem Geol, 20, 325–343.
5.微量元素的处理
(3)应用时须注意的事项 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×10000×0.83013/250 Ti=TiO2×10000×0.5995/1300 P=P2O5×10000×0.43646/95