4-微量元素地球化学-2

合集下载

地球化学讲义微量元素地球化学(中国地质大学)

地球化学讲义微量元素地球化学(中国地质大学)
可见,微量元素在某相中的化学位越低,它的含量就会越高,就 像是水往低处流一样的道理
5.微量元素在岩石与熔体之间的分配系数:常用岩石中所有矿物 的分配系数与岩石中各矿物含量的乘 积之和一表达。
n
Di KDi Wj ji
即 n:含量微量元素i的矿物数 Wj:第j种矿物的质量百分数 KDi: 第j种矿物对微量元素的简单分配系数
方法是:测定待研究地质体中共生矿物对中某微量元 素的含量,算出该元素在矿物对的分 配系数,利用以上 关系式即可计算出矿物结晶温度。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2019年7月30日更新
地 球 化 学
第14页/共39页
样品号 1
温度(℃) 1160
橄榄石Ni 1555
单斜辉石Ni 255
2
实验测定法:用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质, 实验使一种矿物与 之达到微量元素的分配平衡,然后测定元素在两 相中的浓度,计算得 到分配系数。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2019年7月30日更新
第9页/共39页
地 球 化 学
7.分配系数的影响因素: 体系组分的影响—岩浆岩化学成分的变化在很大程度上取决于 硅酸盐熔体的结构,不同硅酸盐熔体共存时微量元素分配情况明 显不同;
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2019年7月30日更新
地 球 化 学
第5页/共39页
二、微量元素在共存相中的分配
在一定的环境(物理化学条件)中,一切自然作用体系均趋向于平衡。 当达到平衡时,
常量元素
微量元素
体系中 的浓度
很高
极低
独立 矿物
能形成独立矿物
不能形成独立矿物,但在平衡共存的矿物之间(或液相- 固相之间)进行分配

4微量元素地球化学2

4微量元素地球化学2

河南理工大学-机械与动力学院
1100
5.微量元素的示踪意义
Post-Archean Australian
shales normalize. The
average values of four
middle Proterozoic
shales from the Mt. Isa
Group, seven Silurian
2288
5.微量元素的示踪意义
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
??
河南理工大学-机械与动力学院
3344
5.微量元素的示踪意义
应用高场强元素和Th对玄武岩的形成构造环境进行判别
河南理工大学-机械与动力学院
3355
5.微量元素的示踪意义
Hugh R. Rollinson.1993. Using Geochemical Data:
河南理工E大va学l-u机a械tio与n动, 力Pr学e院sentation, Interpretation.
河南理工大学-机械与动力学院
2255
5.微量元素的示踪意义
2.2进行岩石分类
Zr/Ti acts as a proxy for Si
碧玄岩 副长石岩
Nb/Y acts as a
proxy for
河南理工大学-机械与动力学院
total alkalis.
2266
5.微量元素的示踪意义

微量元素地球化学

微量元素地球化学
有很低成分比例的溶质的溶液称为稀溶液。微量元素在岩石矿物中的分布
正是这种状态。如玄武岩中的镍橄榄石,其中的(Mg,Fe)2SiO4为溶剂,而
Ni2SiO4就是溶质。对于Ni2SiO4而言,这种橄榄石就是一种稀溶液。在稀溶
液中,溶质和溶质间的作用是微不足道的,而溶质和溶剂的相互作用制约
着溶质和溶剂的性质,亨利定律和拉乌尔定律就是用来描述这种性质的。

拉乌尔定律:

拉乌尔定律是稀溶液所遵循的另一规律,它是基于在溶剂中加入非挥
发性溶质后溶剂活度降低而得出的。其表述为“稀溶液中溶剂的活度等于
纯溶剂的活度乘以溶液中溶剂的摩尔分数”,即为
其中,aoj为纯溶剂的活度,Xj为溶剂的摩尔数, aj为溶液中溶剂的活度。


溶剂在全部浓度范围内都符合
拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
ratio),优先进入晶体。 如在碱性长石中Ba2+ (1.44 Å) 或Sr2+ (1.21 Å) 替代K+
(1.46 Å)时,需要有一个Al3+ 替代 Si4+来维持电价平衡。
主要的微量元素代替




橄榄石中Ni替代Fe2+和Mg2+ 。
尖晶石和磁铁矿中Cr和V 替代Fe3+ 。
斜长石中 Sr 替代 Ca 。
Nb,Ta,Zr,Hf等),稀土元素(La,Ce,Nd等),过渡族元素(Fe
,Co,Ni,Cu,Zn等)。
c.按地球化学作用过程分类:当固相(结晶相)和液相(熔体相,流体
相)共存时,若微量元素易进入固相,称为相容元素(Compatible
element)。反之,若微量元素易进入液相,称为不相容元素(

微量元素地球化学原理(第二版)(赵振华)PPT模板

微量元素地球化学原理(第二版)(赵振华)PPT模板
第二节稀溶液与亨利定律
01
一、亨利定 律
02
二、亨利定 律的适用范

第二章微量元素 地球化学基本概 念及有关理论问 题
第三节能斯特定律和分配系 数
二、分配系 数的测定
一、分配系 数
三、影响分 配系数的因 素
第二章微量元素地球化 学基本概念及有关理论 问题
第四节岩浆形成和演化过程的微 量元素地球化学模型
一、部分熔融 模型
三、结晶作用 模型
五、围岩混染 和分离结晶联 合作用(afc) 的模型
01
03
05
02
二、分离熔融 模型
04 四、混合模型
06
六、能量限制 分离结晶混染 (ec afc)模 型
第二章微量元素 地球化学基本概 念及有关理论问 题
第四节岩浆形成和演化过程 的微量元素地球化学模型
七、与时间相关 的分离结晶混染
ow)
08
第五章地球形成演化过程中的微量 元素
第五章地球形成演化过程中的微量元素
第一节太阳系星云、 陨石与地球成分
第二节月球的形成与 演化
第三节玻璃陨石的成 因
第四节地壳与大气圈 地球化学与演化
第五节地幔化学组成 及地球化学演化的微
统计分析法
04
四、元素丰度 与矿产储量和
资源潜力
07
第四章微量元素与构造背景判别
第四章微量元素与构 造背景判别
第一节微量元素识别板块 构造背景的地球化学依据
第二节不同类型岩石的构 造背景判别
第三节一些特殊类型构造 背景的识别
第四节微量元素用于构造 背景判别的限制
第四章微量元素 与构造背景判别
第一节微量元素识别板块构造 背景的地球化学依据

微量元素地球化学

微量元素地球化学

0.582 1.940 0.023 2.024 1
0.583 4.700 0.020 1.740 1.5
0.542 6.167 0.023 1.642 1.4
0.506 6.950 0.019 1.563
* Eu3+/Eu2+ Italics are estimated
石榴石地幔橄榄岩 = 60% Ol+25% Opx+10% Cpx+5% Gar (wt%)
Er
0.026 0.23
Yb
0.049 0.34
Lu
0.045 0.42
Data from Rollinson (1993).
Cpx Garnet Plag Amph Magnetite
0.031 0.042 0.071 0.29
0.060 0.012 1.830 0.46
0.026 0.023
0.23 0.42
元素分配系数
KD 或者 D=
—C固—相— C液相
按照元素在岩浆作用中行为分类
相容元素:——D>>1, 优先进入矿物相,或残留相 例如:Ni, Co, V, Cr
不相容元素:——D<<1,优先进入熔体相, D<0.1为强不相容元素,
例如:大离子亲石元素——K,Rb,Cs,Sr,Ba 高场强元素——Nb,Ta,Zr,Hf
其中:μⅠ、μⅡ分别是该元素在Ⅰ、Ⅱ相中的化学位, μⅠ、μⅡ分别是该元素在Ⅰ、Ⅱ相中标准状态
下的化学位, R是气体常数,T是绝对温度,
αⅠ、αⅡ是该元素分别在Ⅰ、Ⅱ相中的活度,
根据热力学原理,当各相处于平衡时,任一组分在 各相中的化学位应该相等:
μⅠ=μⅡ
µⅠ 0 + R T ln (Ⅰ )=µⅡ 0 + R T ln ( Ⅱ )

微量元素的概念与性质

微量元素的概念与性质

1.0 1.0
μ0 i
μ0 i
拉乌尔定律
(理想的) 拉乌尔定律
ai
(理想的)
ai
非理想
R T ln k Ji
R T ln k Ji
非理想
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
0
0
0 xi
1.0
理想溶液和遵0守亨利定律的x组i 分与活度关系图 1 . 0
(
ln K T
D

D
H RT
B
在温度变化范围不大,△H视为常数时,分配 系数与温度的倒数呈线性关系。
(二)影响分配系数的因素
3. 压力对分配系数的影响
(lnK) P T
Vo RT
压力对分配系数的影响相较小。
编辑ppt
16
(三)微量元素在岩浆作用中的指纹效应
在岩浆体系中,不同性质的微量元素优先选择在 某种矿物或熔体中富集。 如斜长石对Sr和Eu,云母对Rb和Ba, 钾长石对 Ba、橄榄石对Ni、单斜辉石对Cr、石榴石对Yb 金红石对Nb、Ta等均具有极大的分配系数. 当上述矿物从岩浆中分离时就会产生对应元素在 熔体中的贫化,反之则会在熔体中不断富集。岩 浆部分熔融过程与结晶过程的元素富集贫化效应 相反。
第四章 微量元素地球化学
1. 能斯特分配定律和分配系数 2. 岩浆作用地球化学 3. 稀土元素地球化学 4. 微量元素示踪原理
第一节 能斯特分配定律和 分配系数
一、微量元素的概念和性质 1、微量元素的定义
元素在地质体中的含量低到可以近似 用稀溶液定律描述其行为的元素称微 量元素。 它们在岩石中的含量一般小于0.1%, 多在10-6或10-9范围内.

微量元素地球化学

微量元素地球化学
离子半径的影响
La系收缩造成稀土元素(REE)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
体系组分的影响
体系组分对分配系 数的影响主要反映 在熔体(岩浆)的组 分变化上
随着岩浆组成从基 性向中酸性演化, 稀土元素在角闪石 和岩浆之间的分配 系数渐次升高,变 化幅度极大。
锆 石 Zircon
ZrSiO4
第一部分
微量元素地球化学的一些基本理论问题
1.1 微量元素的定义 1.2 微量元素在地质体中的赋存型式 1.3 微量元素分类 1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律
a. Goldschmidt三定律 b. 化学势、逸度、活度 c. 固熔体、稀溶液与亨利定律 d. Nernst分配定律与分配系数(ki= cis/cil) e. 分配系数的含义 f. 影响分配系数的主要因素 g. 分配系数的测定
基本的化学分类
Goldschmidt分类
亲石
亲铁
亲铜
亲气
地球的组分分异,由元素的 性质决定。 元素在周期表中的位置: 亲铁元素: 地核 亲石元素: 地幔与地壳 亲气元素: 大气圈和水圈
一般的地球化学分类
常用分类

主元素(major elements) 过渡(族)元素(transition elements)
如果源岩的矿物组分不是等比例地进入熔体,严格说 来,部分熔融的微量元素方程应该是:
cil cio
=
1 Di+(1-Pi)F
这里, 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在残留相与熔体间的分配系数
2.1c 平衡部分熔融过程微量元素的变化规律

地球化学思维导图5.第四章 微量元素地球化学

地球化学思维导图5.第四章 微量元素地球化学

‎3.
第四章 微量元素地球化学
‎5.
、 、 、 、 、 、 、 、Tb、
、 、 、 、 、 。 同位素半
衰期太短,已经不存在。限制研究的为镧系14
个钇
‎轻稀土LREE:La-Eu
‎两分法
‎重稀土HREE:Gd-Lu+Y
‎三分法:前四为轻,后四+Y为重,中间所有为中
‎Eu2+与Ca2+晶体化学性质相似,导致Eu以类质
‎HFSE):Nb、Ta、Zr、Hf
‎Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P等,这类元素在变质和
‎高场强元素(HFSE)
‎蚀变过程中相对稳定
‎1.定量了解共生矿物相中微量元素的分配行为
‎2.为研究岩、热液和古水体中元素浓度提供了途
‎径:已知B在NaCl和海水间分配系数,通过对盐
‎湖沉积盆地NaCl中B含量分析,可以反演沉积水
‎原环境,Ce3+难以氧化层Ce4+
‎沉积物中稀土元素

稀土元素分配及其应用

岩石成因

变质岩原岩恢复

研究地壳生长的化学演化

主要标准化数据来源

多元素蜘蛛图:目前岩浆岩中,普遍采用
提出的元素不相容性降低的顺序(即总
分配系数增加的顺序)进行排序
‎.
1
‎Sun1989

应用:岛弧火山岩Nb/Ta亏损
‎系数为常数,分析后可以判断是否平衡
‎6.微量元素分配系数温度计:Ni的橄榄石-单斜辉
‎石温度计

微量元素:不能形成独立矿物相,分配不受相律
和化学计量限制,而是服从亨利定律,分配平衡
‎时,微量元素在平衡相之间的化学位相等

微量元素地球化学2

微量元素地球化学2

目前在环太平洋(南、北美洲、俄 罗斯的堪察加、日本、菲律宾等)均 发现了埃达克岩、富铌玄武岩、富镁 安山岩及它们的岩石组合 它们的时代主要为显生宙,特别是 新生代的,但也有晚太古代的 我们也相继在新疆北部及秦岭发现 了埃达克岩、富铌玄武岩及富镁安山 岩组合
板片熔体与地幔楔的交 代(相互)作用
三-2. 助熔剂 熔融的 两种类 型
a. 流体助熔熔融(fluid-fluxed melting) : 富水流体加入到固态的、热的地幔 楔橄榄岩中而发生部分熔融(流体 交代),这又可称作为饱和流体熔 融 fluid-saturated melting,简称 flush (Abe等,1998;Eiler 等, 2000;Grove 等,2001,2003),这在 俯冲带最为常见。常见的岛弧钙碱 性岩浆岩玄武岩-安山岩-英安岩-流 纹岩(BADR)由此过程形成
. 1 R bB aTh K N bTa LaC eS rN dH fZrS mE uTiG dD yY E rY bLu
埃达克家族是板片熔体交代上覆 地幔楔作用或熔体助熔作用 (melt-fluxed melting)的结果。
板 片 熔 体 交 代
埃达克家族是板片熔体交代上 覆地幔楔作用或熔体助熔作用 (melt-fluxed melting)的结果。
这种熔融作用产生的混合熔体 中大部分(90%以上)的相容元素 如Mg、Fe、Ni是来自地幔楔岩石, 而大量的碱金属和不相容微量元 素来自于俯冲板片形成的熔体
Si O 2 (w t % ) 7 6
K 2O (w t % )
K、Na、Si比较
5 4
富Nb岛弧玄武岩质岩 高镁安山岩 A daki t es 正常岛弧火山岩
S hoshoni t i c

微量元素地球化学

微量元素地球化学

对于地壳, , , , , 对于地壳 , O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Ti常量元 , , , , 常量元 素,其他是微量元素
(1)Si,酸度,基性-中性-酸性,岩石分类 ) ,酸度,基性-中性-酸性, 拉斑、 (2)K, Na,碱度,岩浆系列 拉斑、钙碱、高钾钙碱、橄榄安粗 钾玄 ) ,碱度,岩浆系列:拉斑 钙碱、高钾钙碱、橄榄安粗/钾玄 (3)Mg, Fe, Mn,镁铁 超镁铁 ) ,镁铁/超镁铁 (4)Al,花岗岩类铝饱和度 ) , (5)Ca )
离子半径小,电价高
离子半径 -10m 离子半径10
Zr、Hf、Nb、Ta、Ti 、 、 、 、
1.0
大离子亲石元素(LIL) 大离子亲石元素
离子半径大,电价低
K、Rb、Sr、Ba、Pb 、 、 、 、
0.6
不相容元素(uncompatible): : 不相容元素
体相 K或D<< <<1,倾向于富集在熔 << 0.2 K或D >> >>1,倾向于富集在结 晶相 Ni、Cr、Co 、 、 1 2 3 4 5 6
ai
γi 是组分 i 的亨利常数 , 是组分i 的亨利常数,
0
xi
1.0
1.4d Nernst分配定律与分配系数 Nernst分配定律与分配系数
考虑微量元素在固体相和液体相之间的分配关系, 考虑微量元素在固体相和液体相之间的分配关系,这2相的关系是 地质过程中最主要的关系。 地质过程中最主要的关系。 微量元素j,溶质,在稀溶液体系中;2相,α 微量元素j,溶质,在稀溶液体系中;2相,α相,β相 元素j 元素j在2相中的分配达到平衡时,他们的化学势相等 相中的分配达到平衡时,他们的化学势相等 0,α 元素j在α相有:µjα = µj0,α + RT•Ln jα : RT•Lna 0,β 元素j在β相有:µjβ = µj0,β + RT•Ln jβ : RT•Lna 达到两相平衡: µjα = µjβ : 0,α 0,β 则有: µj0,α + RT•Ln jα = µj0,β + RT•Ln jβ RT•Lna RT•Lna 0,β 0,α 得到: Ln( ajα/ajβ )= ( µj0,β - µj0,α ) / RT Ln( 由于:a 由于: j = γj •xj 因此有 ajα/ajβ = ( xjα/ xjβ ) • ( γjα/ γjβ ) 0,β 0,α 故得到: xjα/ xjβ = ( γjβ/ γjα ) • EXP [ ( µj0,β - µj0,α ) / RT ] = KD(P,T) 显然,在P 显然,在P、T恒定的条件下, xjα/ xjβ是一个常数 xjα xjβ

4-地球的化学组成

4-地球的化学组成

元素在地壳中的分布也 极不均匀,丰度相差达 107倍。
地壳的化学组成特征
2)克拉克值大体随原子序数增大而减小,但Li,B, Be及惰性气体含量不符合此规律; 原子序数为偶数的元素总分布量(占86.36%)大于 奇数元素总分布量(占13.64%),相邻元素偶数序 数的元素分布量大于奇数元素分布量,这一规律称 为奥多-哈根斯法则。
上次课回顾
地球的圈层结构及元素组成 元素克拉克值研究地球化学意义 大陆地壳化学组成研究方法
2 地球的化学组成-2
大陆上地壳化学组成
Rudnick and Gao (2003)对大陆上地壳化学成分的最 新估值考虑到大规模区域岩石取样与细粒碎屑沉积岩方 法的各自优缺点,对不同元素采用不同的方法获得估值, 易溶元素采用了大规模区域岩石取样获得结果,而对不 溶元素主要采用了碎屑沉积岩研究方法获得结果。
大洋地壳的化学组成
根据深海钻探和 对代表古代洋壳 的蛇绿岩套的研 究,大洋地壳剖 面由下至上主要 由块状辉长岩、
席状岩墙、枕状
玄武岩和沉积岩
四层组成。
大洋地壳的化学组成
大陆与大洋微量元素最重要区别:大洋玄武岩表现出Pb 的亏损(负异常)和Nb的富集(正异常),相反大陆地 壳和来自大陆地壳的俯冲沉积物均为Pb富集和Nb亏损。
地幔的化学组成
地幔的化学组成
地幔不均一性及证据
1.大陆地幔和大洋地幔不一样: 大陆 ------陆壳富U、Th、K;大陆地幔亏损U、Th、K 大洋 ------洋壳(玄武岩)贫U、Th、K;大 洋地幔U、 Th、K不均一,洋中脊下的地幔贫U、Th 、K;洋岛下 的地幔富U、Th、K。
2.各大洋地幔之间不同: ①洋脊玄武岩:大西洋和印度洋的 ( 87Sr/86Sr ) >太平 洋的( 87Sr/86Sr ) ②洋岛玄武岩:大部分 ( 87Sr/86Sr) = 0.703~0.704 , 个别洋岛,如Trstan ( 87Sr/86Sr) >0.705

地球化学 (15)

地球化学 (15)

微量元素浓度对原始地幔组成标准化图(Rollison1993). 从左向右元素在小量地幔熔体中的相容性增大.
2. 球粒陨石标准化蛛网图
Chondrite-normalized spider diagrams
Thomptson(1982)提出,球粒陨石组成是直接 测定而不是估计的,因此对球粒陨石组成值的 标准化比对原始地幔标准化更好。元素的排列 顺序与Wood et al.(1979)的稍有不同。 一定程 度上是随机的。横坐标元素从左向右以相容性 增大的顺序排列。
样品 号 Ⅰ
温度 ℃ 1160
C Ol Ni
1555
C Cpx Ni
255

1120 1310
245

1075
955
240

1070
935
235

1050
840
220
C Gl Ni
115
K Ol / Cpx Ni 13.5
K Cpx / Gl Ni 2.22
K Ol / Gl Ni 6.10
87
15.1
型:
CClr CCor F • KCr 1 480 (0.7)0.0321 =678ppm
即F=0.7时岩浆中Cr浓度为678ppm。可知铬尖晶
石开始大量结晶时,岩浆中Cr浓度约在678ppm。
2. 判断过程平衡的标志 天然体系中过程或反
应是否达到平衡,是能否应用热力学(包括能斯特 分配定律)进行研究的前提。因此须首先判断过程 曾否达到平衡。
• 分异结晶过程中,M和H元素的D值相对1可以忽
略:
• 故 CLH
CH O,L

F 1
CLM

微量元素地球化学

微量元素地球化学
(二)理解微量元素的概念,了解微量元素的分类及其主要存在 形式。
(三)掌握能斯特分配定律的实质、内容表述、数学表达式。
(四)掌握分配系数的概念、影响因素,了解分配系数的测定方 法及其研究意义(应用)。
(五)掌握稀土元素的概念,了解稀土元素的特性、主要性质、 了解稀土元素数据表述方法、图解及其应用。
第五章 微量元素地球化学
微量元素地球化学是地球化学的重要分支学科 之一,它研究在各种地球化学体系中微量元素的分 布、分配、共生组合及演化的规律,其特色之处就 是能够近似定量地解决问题,使实际资料和模型计 算结合起来。
微量元素可作为地质-地球化学过程示踪剂,在 解决当代地球科学面临的基本理论问题—天体、地 球、生命、人类和元素的起源及演化,为人类提供 充足的资源和良好的生存环境等方面发挥重要的作 用。
微量元素 在固熔体、熔体和溶液中的分配不受相律和化学计 量的限制,而服从稀溶液定律(亨利定律),即当分配达到平
衡时元素在各相间的化学势相等,即( = ) 。
能斯特分配定律内容表述:
在一定的温度压力下,微量组分在两共存相中的分配达平衡
时,其在两相中的化学位相等 ( = ) 。
微量元素在两相中(α和β)的化学位为:
①大离子亲石元素 (LIL) 指离子半径大、电荷低,易溶于水,地球化学活动性强的元素,
如K、Rb、Cs、Sr、Ba等,它们可作为地壳中地质作用的示踪剂。
②高场强元素 (HFS) 指离子半径小、电荷高,难溶于水,地球化学性质稳定的元素,
如Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE等,它们可作为“原始”物质 组成特征的指示。
球化学概念的严格定义应是:只要元素在所研究客体(地质体、岩 石、矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为, 该元素可称为微量元素。

《地球化学》练习题2

《地球化学》练习题2

恩《地球化学》练习题第一章太阳系和地球系统的元素丰度(答案)1.概说太阳成份的研究思路和研究方法。

2.简述太阳系元素丰度的基本特征。

3.说说陨石的分类及相成分的研究意义.4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同?5.讨论陨石的研究意义。

6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用?7.阐述地球化学组成的研究方法论。

8.地球的化学组成的基本特征有哪些?9.讨论地壳元素丰度的研究方法。

10.简介地壳元素丰度特征。

11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题?12.地壳元素丰度值(克拉克值)有何研究意义?13.概述区域地壳元素丰度的研究意义。

14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法。

15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何?16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律。

第二章元素结合规律与赋存形式(答案)1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么?2.简述类质同像的基本规律。

3.阐述类质同像的地球化学意义。

4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法。

5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义。

6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响,造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标,但与未受污染的邻村相比,在人体健康方面两村没有明显差异,为什么?第三章自然界体系中元素的地球化学迁移(答案)1.举例说明元素地球化学迁移的定义。

2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。

3.列举自然界元素迁移的标志。

4.元素地球化学迁移的研究方法。

5.水溶液中元素的迁移形式有那些?其中成矿元素的主要迁移形式又是什么?6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。

7.简述元素迁移形式的研究方法。

8.什么是共同离子效应?什么是盐效应?9.天然水的pH值范围是多少?对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义?10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响。

11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh,在研究元素地球化学行为方面有什么作用?12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。

微量元素地球化学 (2)

微量元素地球化学 (2)
溶液中。
推荐定义
只要元素在所研究的客体(地质体、 岩石和矿物等)中的含量低到可以近似地 用稀溶液定律描述其行为时,称之为微量 元素。
2 微量元素存在形式:
①以类质同象形式占据矿物晶格 ②矿物包裹体中 ③吸附于矿物表面或以杂质形式存
在于矿物晶体缺陷的间隙内。
其中类质同像是主要形式。
strength elements):它们的离子半径 小、离子电荷高、离子电位π>3,难溶 于水,化学性质稳定,为非活动性元 素,如Nb、Ta、Zr 、Hf、P、Th、 HREE等。
广泛应用到地质作用中
微量元素可以作为地质-地球化学过程
的示踪剂
微量元素可以作为地质—地球化学作用的
示踪剂,其特色之处就是能近似定量地解 决问题,使实际资料与模型设计结合起来。
Continental crustal rocks are enriched in highly incompatible elements, such as Th, relative to moderately incompatible elements, such as Yb. Although the incompatibility of Nb during mantle melting is similar to that of Th, the enrichment of Nb in the continental crust is much less than that of Th, which is reflected in the negative Nbanomalies of crustal rocks on mantle-normalised spidergrams. Thus, crustal rocks generally have highly elevated (Th/Yb)PM ratios (i.e., 20-100) but only moderately elevated (Nb/Yb)PM ratios (i.e., 2-15).

第四章-微量元素地球化学

第四章-微量元素地球化学

不相容元素具有过大或过小的离子半径或 离子电荷
① 大离子亲石元素(Large ion lithophil elements)LILE
K、Rb、Cs、Sr、Ba等,离子半径大、离
子电荷低、离子电位π<3,这些元素的特点是
易溶于水、地球化学性质活泼,活动性强。
② 高场强元素(High field strength elements)HFSE。如Nb、Ta、Zr、Hf、P、
分配系数在不同程度上受到体系的化学成分、 温度、压力等诸多因素影响,选用分配系数时,选 择与所研究的体系条件相近(化学成分,温度,压 力)的分配系数值。
二、岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型
岩石形成岩浆的部分熔融模型 岩浆熔体结晶分异作用模型
(一)形成岩浆的部分熔融作用模型—平衡部分熔融
1 平衡部分熔融:岩浆形成最常见也是最可能的熔融模 式。在整个部分熔融过程中,熔体与残留固体始终保持平衡, 直到熔体离去,这种熔融又称批次熔融、平衡熔融或一次熔 融。
挥发性元素(Volatile elements)
在宇宙化学及地球的形成和演化研究中, Ringwood(1966)根据在熔融过程中融熔和挥发 的难易程度,将元素分为难熔元素和挥发性元素。 一般,挥发性元素通常是指在1300℃—1500℃和 适度还原的条件下,能从硅酸熔体中挥发出来的元 素,而难熔元素则是在这种条件下不能挥发的元素。
在固相为多种矿物时,地球化学中常用总分配 系数Di,体系中所有矿物简单分配系数与矿物含量 的加权和称为总分配系数,又称岩石的分配系数 (Di),用于研究微量元素在矿物集合体—岩石及 与之平衡的熔体之间的分配关系。
kDT kD,1 x1 kD,2 x2 kD,n xn
用岩石中所有矿物简单分配系数与岩石中各 矿物含量乘积之和表达:

微量元素地球化学

微量元素地球化学

1 1H

34 2 Li Be
锂铍
2 He 氦
56
7
8 9 氟氖
11 12 3N M
ag 钠镁
13 14 15 16 17 18
Al Si
P
S Cl Ar
铝硅 磷 硫 氯氩
19 20 4 K Ca
钾钙
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 钪 钛 钒铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪
钫 a 2 Lr
Db Sg Bh
9 Uun 1 Uub 3 Uuq Uup 6 7 8
Mt
Uu
Uut
Uu Uu Uu
镭锕 铹
u
hso
➢亲石元素
锂(Li) 铍(Be) 硼(B) 氧(O) 铪(Hf) 氟(F) 钠(Na)镁(Mg) 铝(Al) 硅(Si) 氯(Cl)铷(Rb)钾(K) 钙(Ca)钪(Sc)钛(Ti) 钒(V) 铱(Ir) 铬(Cr)锰(Mn)钇(Y) 铌(Nb)铯(Cs)钡(Ba) 碘(I) 镧(La) 钽(Ta)氙(Xe)钍(Th) 锶 (Sr) 铀(U) REE
6 Cs Ba 70 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt 铯钡镧 镥 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂
Au Hg Tl Pb Bi 金汞 铊铅 铋
Po At Rn 钋 砹氡

87 88 89- 10 104 10 10 10 108 10 110 11 112 11 114 115 11 11 11
氦(He) 氮(N) 氖(Ne) 氩(Ar) 氪(Kr) 氙(Xe)碘(I) 氢(H) 碳(C) 氯(Cl) 溴 (Br) 氮(N) 氧(O)
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

V, Ti
Zr, Hf
Ba, Rb
Sr
REE
Y
5.微量元素的示踪意义
岩浆岩形成机制判别 Treuil和Joron(1973,1975)利用REE和其它微量元素在部 分熔融和分异结晶过程中分配行为的差别,创制了岩浆 岩形成机制判别图解法: 划分“超亲岩浆元素”(H)和“亲岩浆元素”(M) H—总分配系数小到相对于0.2-0.5可忽略不计. M—总分配系数小到相对于1可忽略不计.
5.微量元素的示踪意义
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
河南理工大学-机械与动力学院
31 31
5.微量元素的示踪意义
河南理工大学-机械与动力学院
32 32
5.微量元素的示踪意义
河南理工大学-机械与动力学院
33 33
??
20 20
5.微量元素的示踪意义
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。
河南理工大学-机械与动力学院
21 21
5.微量元素的示踪意义
Pither,1983,花岗岩的类型与构造环境
河南理工大学-机械与动力学院
22 22
5.微量元素的示踪意义
K=K2O×10000×0.83013/250
Ti=TiO2×10000×0.5995/1300
P=P2O5×10000×0.43646/95
这里K2O、TiO2、P2O5单位均为重量百分数
6 6
河南理工大学-机械与动力学院
5.微量元素的示踪意义
(3)应用时须注意的事项 1. 注明所引用的文献,这是对地球化学研究工作的基本 要求; 2. 在作图解时,可根据自己所拥有的元素数据,减少部 分元素进行作图,但各元素的相对顺序应相持不变; 3. 涉及到主量元素,是氧化物形式or是单元素形式,确 认是否需要进行换算,如将主量元素的氧化物含量换 算成单元素的 ppm 形式。
四、微量元素地球化学
5.微量元素的示踪意义
1.微量元素处理方法 1.1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
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
河南理工大学-机械与动力学院 23 23
5.微量元素的示踪意义
硅质岩成因
河南理工大学-机械与动力学院
24 24
5.微量元素的示踪意义
太原组硅质岩的热液成因解释
河南理工大学-机械与动力学院
La,Ta,Th和Ce为典型H
HREE,Zr或Hf为典型M
河南理工大学-机械与动力学院 17 17
5.微量元素的示踪意义
河南理工大学-机械与动力学院
18 18
5.微量元素的示踪意义
分异结晶过程中,M和H元素的D值相对1可以忽略: H H 1 M M 1 故:CL CO F C C F ,L L O, L
4 Sun & MacDonough, 1989 4
5.微量元素的示踪意义
目前常用顺序
Chung等,2004,Earth Sci. Rev.
河南理工大学-机械与动力学院
5 5
5.微量元素的示踪意义
(2)多元素标准化图解
作图方法:
A. 分别除以标准化数值,再作图 B. 注意其中的主量元素,特殊算法
25 25
5.微量元素的示踪意义
2.2进行岩石分类
Zr/Ti acts as a proxy for Si
碧玄岩 副长石岩
河南理工大学-机械与动力学院
Байду номын сангаас
Nb/Y acts as a proxy for total alkalis.
26 26
5.微量元素的示踪意义
2.2进行岩石分类
河南理工大学-机械与动力学院
河南理工大学-机械与动力学院 10 10
5.微量元素的示踪意义
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. 河南理工大学 -机械与动力学院
IV 沉积岩 NASC,Gromet et al, 1984 Ⅴ平均地壳成分根据Taylor & McLennan (1981)
河南理工大学-机械与动力学院 3 3
5.微量元素的示踪意义
(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
河南理工大学-机械与动力学院
在图解中,代表一种岩套的成 M M / CO 分点沿斜率为 DO ,S (近似)的 河南理工大学-机械与动力学院 直线分布。
1.冰岛;2.Reykjanes ridge 19
19
5.微量元素的示踪意义
矿物、岩石的成因与分类:如碳酸盐类岩石中方解石 与磷灰石的Yb/Ca—Yb/La图解
河南理工大学-机械与动力学院
11 11
5.微量元素的示踪意义
(5)应用:岛弧火山岩与Nb/Ta亏损
河南理工大学-机械与动力学院
12 12
5.微量元素的示踪意义
问题:为什么岛弧火山岩出现Nb、Ta的负异常?
1. Nb、Ta属于高场强元素,主要富集在副矿物中。 2. 大洋沉积物和蚀变玄武岩富含流体,在大洋板块发生 俯冲消减至一定深度时,将发生脱水作用。 3. 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 进入上覆的地幔楔。其结果将降低地幔岩石的固相线 并与地幔岩石发生交代作用,导致地幔岩石发生部分 熔融作用形成的熔体中,富集如LILE等强活动性元素, 而高场强Nb、Ta则显示出相对亏损。
IAT
MORB OIB
0
0
河南理工大学-机械与动力学院 18000 Ti ppm
15 15
5.微量元素的示踪意义
2.微量元素图解研究用途 2.1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 16 河南理工大学-机械与动力学院 16 果岩石中存在这些副矿物,将明显影响Y的分异。
27 27
5.微量元素的示踪意义
2.3鉴别岩石形成的构造环境
1. 微量元素对岩石形成构造环境的指示。
2. 岩浆作用是构造活动的物质表现形式,而不 同构造环境形成的岩浆具有不同的岩石组合 和化学特征。 3. 其基本的假设是,该岩石形成时,地球已存 在现代体制的板块构造运动。
河南理工大学-机械与动力学院
9 9
5.微量元素的示踪意义
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.
河南理工大学-机械与动力学院 13 13
5.微量元素的示踪意义
Nb、Ta异常一定程度上代表了地壳岩石的地球化学标志
相关文档
最新文档