岩石地球化学
合集下载
相关主题
- 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、"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、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)。
值落于“玄武岩区”，则表 明形成它们的物质来自上地 幔源区；
若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大
陆壳增长线和“玄武岩源区”之间， 则表明它们的物源可能是多样的， 或来自壳幔混合的源区，或来自地 壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相， 麻粒岩相高级变质岩等。
Sr同位素识别岩石源区
通过对地幔岩石或其派生的火山岩的(87Sr/86Sr)0比值研究， 为地幔不均一性的研究提供了重要例证，
Nd同位素地球化学——特征和意义
③年轻火山岩Nd同位素研究表明，143Nd
/144Nd与87Sr/86Sr比值之间呈现良好的负相关 关系。 因此，Nd同位素在探讨地幔、地壳演化、壳幔 交换、岩石成因和物质来源等方面有十分重要的 作用。
地幔Nd同位素演化—— 全地球的(143Nd/144Nd)0 ？
过程Sm/Nd比值能发生一定变化外，一般地质作用很难使Sm、
Nd分离，特别是在地质体形成之后的风化、蚀变与变质作用 过程，Sm、Nd同位素通常不会发生变化；
②一些太古代样品的143Nd /144Nd的初
始比值均落在Sm/Nd比值相当于球粒陨 石的143Nd /144Nd演化线上，这表明地 球早期演化阶段的Nd同位素初始比值与 球粒陨石Nd同位素初始比值非常一致， 这使我们获得了有关Nd同位素演化起点 的重要参数；
S
65-74%
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
high
high
> 9?
> 0.707
A
high 77%
Na2O high
low
var peralkaline
var
low
var
var
Misc Petrogenesis Low Rb, Th, U Subduction zone Low LIL and HFS or ocean-intraplate Mantle-derived high LIL/HFS Subduction zone med. Rb, Th, U Infracrustal hornblende Mafic to intermed. magnetite igneous source variable LIL/HFS Subduction zone high Rb, Th, U biotite, cordierite Supracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary source low LIL/HFS Anorogenic high Fe/Mg Stable craton high Ga/Al Rift zone High REE, Zr High F, Cl
143 Nd (t ) 和 144 Nd CHUR
143 Nd 144 Nd
详见下页
Nd同位素的标记办法——Nd
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变化很小，引入了εNd参数，其涵义为：
Nd (0)
143 143
Nd /144Nd Nd /144
Nd
sample
1 104 CHUR (0) (0)
式中的Nd (0) 代表样品现今的（143Nd /144Nd)S 相对 CHUR现今的（143Nd /144Nd)CHUR比值的偏差值。
地幔和地壳Sr同位素演化
地幔演化——由于上地幔具有低的Rb/Sr比值（0.03），
导致上地幔的 (87Sr/86Sr)0随时间缓慢增长。
地壳演化——
2.7Ga年前，地幔分异形成大陆地 壳，继承地幔初始比值0.7014. 但 是其Rb/Sr=0.15，现今大陆壳的 (87Sr/86Sr)0平均为0.7211，连接 2.7Ga的地幔(87Sr/86Sr)0值到现今 大陆壳的(87Sr/86Sr)0值得到一条直 线，该直线为平均大陆壳随时间的 (87Sr/86Sr)0演化线。
图书馆书号：
360.1/F27
参考书介绍——同位素地质学原理
Faure G. 1986. Principles of isotope geology (2nd edition), John Wiley & Sons, pp589 图书馆书号：
275.01 F27/2
参考书介绍——关于地幔柱
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
如何获得？
（1）地球形成时的岩石样品难以获得。
（2）由于地球和陨石是在大致相同的时间由太
阳星云的凝聚相通过重力凝聚作用形成的，因 此陨石可以代表地球的(87Sr/86Sr)0比值。
（3）目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0
比值为0.69897±0.00003 (Faure,1977)，代 表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
143 Nd /144Nd sample (t ) 4 Nd (t ) 143 1 10 144 Nd / Nd ( t ) CHUR
式中的εNd(t)代表样品t时刻（143Nd /144Nd)S（t）相对于t时刻的 CHUR(143Nd /144Nd)CHUR(t)的偏差值。其中(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)分别可由下页公式获得。
Sr同位素识别岩石源区
除了用于研究成岩和成矿物质来 源外，(87Sr/86Sr)0还可用来划分岩石 的成因类型。如花岗岩分类， S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
Table from Winter 2001
SiO2 K2O/Na2O Type M 46-70% low Ca, Sr high Table 18-3. The S-I-A-M Classification of Granitoids A/(C+N+K)* low Fe3+/Fe2+ low Cr, Ni low 18O < 9?
BABI=Basaltic Achondrite Best Initial
地幔和地壳Sr同位素演化
对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的 87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示， 岩石的87Sr/86Sr值=0.702~0.706之间， 平均值为0.704，Rb/Sr=0.027， 以BABI值连接0.702和 0.706两个端点，分别构成 两条直线，形成一个阴影区 域，阴影区即玄武岩源区， 代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时 间的演化。 加入Rb/Sr比值后 见下页图
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释
一、Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、U-Pb同位素
年代学
二、Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化学
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
2. Sr-Nd-Pb主要参数计算方法
3. 端元混合作用的同位素研究
Sr同位素地球化学
基本原理——
体系中Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)0是一个重要 的地球化学示踪参数，不同的地球化学储库的 (87Sr/86Sr)0是不同的。 (87Sr/86Sr)0对示踪物质的来源，
壳幔物质演化及壳幔相互作用等均具有重要意义。
Sr同位素演化——地球初始Sr比值 地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释
第四节、稳定同位素数据处理与解释
参考书介绍
Faure G. 2001. Origin of igneous rocks: the isotopic evidence, Springer, pp.496
2. Ernst R. E. and Buchan K. L. (eds) Mantle plumes: Their indentification through time. GSA Special paper 352. Pp.593（书号 P206.4/Sp3/352)
参考书介绍
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286 图书馆书号： 274 Oz5/2
* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
Nd同位素地球化学
——特征和意义
Nd同位素地球化学——特征和意义
① Sm、Nd这对母子体具有相似的地球化学性质，除岩浆作用
143 Nd 143 Nd 147 Sm t 144 Nd 144 Nd 144 Nd (e 1) s 0
143 Nd 143 Nd 147 Sm t 144 Nd 144 Nd 144 Nd (e 1) 0 s
87
From Faure, 1986,fig.10.63
Sr/86Sr
< 0.705
I
53-76%
low
high in mafic rocks low
low: metal- moderate uminous to peraluminous high metaluminous low
low
< 9?
< 0.705
举例——1.0 Ga时，地幔和大陆地壳形成熔体的
(87Sr/86Sr)0值分别为：0.7034和0.7140。
Sr同位素的识别岩石的源区
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
Sr同位素的识别岩石的源区
若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上 或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳； 若岩石的（87Sr/86Sr）0比
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
(1) 岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制，
不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不 发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值
代表其源区特征。
(2) 现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区， 则具有混合的同位素特征。 因此：同位素年代学和同位素地球化学注重同位素体系的演化， 将同位素研究的计时作用和示踪作用结合起来，可以更好地揭 示整个地球历史的演化过程。
(1)
(2)
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变 化很小， DePaolo和Wasserburg提出了一 种表示法，初始比值可以相对于CHUR演化 线的万分偏差来表示，称之为ε单位(εNd)。 数学上，该表示法定义为：
143 Nd /144Nd sample (t ) 4 Nd (t ) 143 1 10 144 Nd / Nd CHUR (t )
例1：不同构造环境玄武岩在锶同位素组成上具有明显的不
均一性。(87Sr/86Sr)0的平均值，
洋中脊玄武岩——0.70280， 洋岛玄武岩———0.70386， 岛弧玄武岩———0.70437， 大陆玄武岩———0.70577。
例2：各个大洋的MORB
(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度 洋MORB明显区别于大西洋和东太 平洋（Faure，2001，fig.2.63）。
如何获得？近似于球粒陨石CHUR
地壳分异——大约3.0 Ga
分异出大陆地壳，
之后开始出现亏损地幔演化线
O.50677
Nd同位素初始比值计算
Nd 同位素初始比值（143Nd /144Nd） 0是Nd 同位素的地球化学
示踪的重要基础，该比值可以通过等时线法获得；
对 于 一 个 已 知 年 龄 的 样 品 ， 也 可 以 通 过 实 测 该 样 品 的 143Nd /144Nd和147Sm /144Nd比值，代入下边第2式获得。
若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大
陆壳增长线和“玄武岩源区”之间， 则表明它们的物源可能是多样的， 或来自壳幔混合的源区，或来自地 壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相， 麻粒岩相高级变质岩等。
Sr同位素识别岩石源区
通过对地幔岩石或其派生的火山岩的(87Sr/86Sr)0比值研究， 为地幔不均一性的研究提供了重要例证，
Nd同位素地球化学——特征和意义
③年轻火山岩Nd同位素研究表明，143Nd
/144Nd与87Sr/86Sr比值之间呈现良好的负相关 关系。 因此，Nd同位素在探讨地幔、地壳演化、壳幔 交换、岩石成因和物质来源等方面有十分重要的 作用。
地幔Nd同位素演化—— 全地球的(143Nd/144Nd)0 ？
过程Sm/Nd比值能发生一定变化外，一般地质作用很难使Sm、
Nd分离，特别是在地质体形成之后的风化、蚀变与变质作用 过程，Sm、Nd同位素通常不会发生变化；
②一些太古代样品的143Nd /144Nd的初
始比值均落在Sm/Nd比值相当于球粒陨 石的143Nd /144Nd演化线上，这表明地 球早期演化阶段的Nd同位素初始比值与 球粒陨石Nd同位素初始比值非常一致， 这使我们获得了有关Nd同位素演化起点 的重要参数；
S
65-74%
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
high
high
> 9?
> 0.707
A
high 77%
Na2O high
low
var peralkaline
var
low
var
var
Misc Petrogenesis Low Rb, Th, U Subduction zone Low LIL and HFS or ocean-intraplate Mantle-derived high LIL/HFS Subduction zone med. Rb, Th, U Infracrustal hornblende Mafic to intermed. magnetite igneous source variable LIL/HFS Subduction zone high Rb, Th, U biotite, cordierite Supracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary source low LIL/HFS Anorogenic high Fe/Mg Stable craton high Ga/Al Rift zone High REE, Zr High F, Cl
143 Nd (t ) 和 144 Nd CHUR
143 Nd 144 Nd
详见下页
Nd同位素的标记办法——Nd
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变化很小，引入了εNd参数，其涵义为：
Nd (0)
143 143
Nd /144Nd Nd /144
Nd
sample
1 104 CHUR (0) (0)
式中的Nd (0) 代表样品现今的（143Nd /144Nd)S 相对 CHUR现今的（143Nd /144Nd)CHUR比值的偏差值。
地幔和地壳Sr同位素演化
地幔演化——由于上地幔具有低的Rb/Sr比值（0.03），
导致上地幔的 (87Sr/86Sr)0随时间缓慢增长。
地壳演化——
2.7Ga年前，地幔分异形成大陆地 壳，继承地幔初始比值0.7014. 但 是其Rb/Sr=0.15，现今大陆壳的 (87Sr/86Sr)0平均为0.7211，连接 2.7Ga的地幔(87Sr/86Sr)0值到现今 大陆壳的(87Sr/86Sr)0值得到一条直 线，该直线为平均大陆壳随时间的 (87Sr/86Sr)0演化线。
图书馆书号：
360.1/F27
参考书介绍——同位素地质学原理
Faure G. 1986. Principles of isotope geology (2nd edition), John Wiley & Sons, pp589 图书馆书号：
275.01 F27/2
参考书介绍——关于地幔柱
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
如何获得？
（1）地球形成时的岩石样品难以获得。
（2）由于地球和陨石是在大致相同的时间由太
阳星云的凝聚相通过重力凝聚作用形成的，因 此陨石可以代表地球的(87Sr/86Sr)0比值。
（3）目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0
比值为0.69897±0.00003 (Faure,1977)，代 表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
143 Nd /144Nd sample (t ) 4 Nd (t ) 143 1 10 144 Nd / Nd ( t ) CHUR
式中的εNd(t)代表样品t时刻（143Nd /144Nd)S（t）相对于t时刻的 CHUR(143Nd /144Nd)CHUR(t)的偏差值。其中(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)分别可由下页公式获得。
Sr同位素识别岩石源区
除了用于研究成岩和成矿物质来 源外，(87Sr/86Sr)0还可用来划分岩石 的成因类型。如花岗岩分类， S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
Table from Winter 2001
SiO2 K2O/Na2O Type M 46-70% low Ca, Sr high Table 18-3. The S-I-A-M Classification of Granitoids A/(C+N+K)* low Fe3+/Fe2+ low Cr, Ni low 18O < 9?
BABI=Basaltic Achondrite Best Initial
地幔和地壳Sr同位素演化
对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的 87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示， 岩石的87Sr/86Sr值=0.702~0.706之间， 平均值为0.704，Rb/Sr=0.027， 以BABI值连接0.702和 0.706两个端点，分别构成 两条直线，形成一个阴影区 域，阴影区即玄武岩源区， 代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时 间的演化。 加入Rb/Sr比值后 见下页图
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释
一、Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、U-Pb同位素
年代学
二、Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化学
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
2. Sr-Nd-Pb主要参数计算方法
3. 端元混合作用的同位素研究
Sr同位素地球化学
基本原理——
体系中Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)0是一个重要 的地球化学示踪参数，不同的地球化学储库的 (87Sr/86Sr)0是不同的。 (87Sr/86Sr)0对示踪物质的来源，
壳幔物质演化及壳幔相互作用等均具有重要意义。
Sr同位素演化——地球初始Sr比值 地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释
第四节、稳定同位素数据处理与解释
参考书介绍
Faure G. 2001. Origin of igneous rocks: the isotopic evidence, Springer, pp.496
2. Ernst R. E. and Buchan K. L. (eds) Mantle plumes: Their indentification through time. GSA Special paper 352. Pp.593（书号 P206.4/Sp3/352)
参考书介绍
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286 图书馆书号： 274 Oz5/2
* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
Nd同位素地球化学
——特征和意义
Nd同位素地球化学——特征和意义
① Sm、Nd这对母子体具有相似的地球化学性质，除岩浆作用
143 Nd 143 Nd 147 Sm t 144 Nd 144 Nd 144 Nd (e 1) s 0
143 Nd 143 Nd 147 Sm t 144 Nd 144 Nd 144 Nd (e 1) 0 s
87
From Faure, 1986,fig.10.63
Sr/86Sr
< 0.705
I
53-76%
low
high in mafic rocks low
low: metal- moderate uminous to peraluminous high metaluminous low
low
< 9?
< 0.705
举例——1.0 Ga时，地幔和大陆地壳形成熔体的
(87Sr/86Sr)0值分别为：0.7034和0.7140。
Sr同位素的识别岩石的源区
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
Sr同位素的识别岩石的源区
若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上 或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳； 若岩石的（87Sr/86Sr）0比
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
(1) 岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制，
不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不 发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值
代表其源区特征。
(2) 现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区， 则具有混合的同位素特征。 因此：同位素年代学和同位素地球化学注重同位素体系的演化， 将同位素研究的计时作用和示踪作用结合起来，可以更好地揭 示整个地球历史的演化过程。
(1)
(2)
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变 化很小， DePaolo和Wasserburg提出了一 种表示法，初始比值可以相对于CHUR演化 线的万分偏差来表示，称之为ε单位(εNd)。 数学上，该表示法定义为：
143 Nd /144Nd sample (t ) 4 Nd (t ) 143 1 10 144 Nd / Nd CHUR (t )
例1：不同构造环境玄武岩在锶同位素组成上具有明显的不
均一性。(87Sr/86Sr)0的平均值，
洋中脊玄武岩——0.70280， 洋岛玄武岩———0.70386， 岛弧玄武岩———0.70437， 大陆玄武岩———0.70577。
例2：各个大洋的MORB
(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度 洋MORB明显区别于大西洋和东太 平洋（Faure，2001，fig.2.63）。
如何获得？近似于球粒陨石CHUR
地壳分异——大约3.0 Ga
分异出大陆地壳，
之后开始出现亏损地幔演化线
O.50677
Nd同位素初始比值计算
Nd 同位素初始比值（143Nd /144Nd） 0是Nd 同位素的地球化学
示踪的重要基础，该比值可以通过等时线法获得；
对 于 一 个 已 知 年 龄 的 样 品 ， 也 可 以 通 过 实 测 该 样 品 的 143Nd /144Nd和147Sm /144Nd比值，代入下边第2式获得。