微量元素地球化学的应用

微量元素在成岩成因和成矿成因研究中的应用

姓名:叶勃

学号:

班级024121

微量元素在成岩成因和成矿成因研究中的应用

前言

人类活动所能涉及的地壳主要是由92种化学元素组成.其中元素O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg和Ti九种元素占据地壳和地幔的99%，其余83种元素只占1%，然而正是这1%的元素给人类的发展提供了丰富的物质基础——矿产资源。随着人们对微量元素性质的逐步认识，人们发现微量元素在成岩成因和成矿成因上有重要的作用。这次读书报告,我读了《微量元素地球化学及其应用》（戴塔根刘汉元著）以及相关的文献。

第一章何为微量元素

微量元素是指自然界除了主量元素外，丰度低于0.1%，在体系中不作为任何相的主要成分，浓度低到服从稀溶液定律的元素。在地球化学研究中，习惯上微量元素不记入矿物分子式中。

微量元素与主量元素是相对的，根据研究对象的不同而存在差别。例如，锆石中的Zr通常属于微量元素，但是在锆石中，它属于常量元素。

微量元素存在的三个形式：在矿物快速结晶过程中陷入囚禁带内、在主晶格的间隙缺陷中和在固溶体中以类质同像替代主要元素的原子或离子。

为微量元素地球化学做出最大贡献的人是能斯特，他提出能斯特分配定律，不仅将地学与化学联系起来，更重要的是他将地球化学由定性研究引向定量研究，打开了研究微量元素地球化学的大门。根据能斯特分配定律，我们引进了分配系数为组数i在两相（α和β）之间的质量浓度比值。

同时，因为元素的地球化学，或者行为往往受到多个矿物的影响，通常为矿物集合体，所以，我们引入总分配系数的概念，它是微量元素在各矿物相与熔体间简单分配系数与矿物相含量的加权之和。

根据Di的大小，将微量元素分为两类。Di<1的元素称为不相容元素，在硅酸盐熔体中相对富集（如Rb、Ba)；Di>1的元素称为相容元素，在早期结晶的固相矿物组合中相对富集（如Ni等）。

第二章微量元素的地球化学应用

由于能斯特定律的引入，使得微量元素内容得以扩大和深化，在解决地质学实际问题中，他已成为研究岩石、矿床成因形成条件和物质来源以及判别构造环境的最方便最可靠的方法之一。

一、微量元素地球化学指示剂

（一）、微量元素对岩浆演化过程的指示意义

1.大离子亲石元素对岩浆演化过程的指示意义

在中酸性岩浆演化过程中，Sr一般随Ca的减少而贫化。但是Sr离子半径较大，所以由类质同像规律，Ca离子较Sr离子优先进入晶格，所以Sr的贫化比Ca慢，随着岩浆分异作用的进行，Sr/Ca鼻子逐渐变大，所以这就决定了残余岩浆最后结晶的斜长石具有最高的Sr/Ca比值和最低的Ca含量。

同样，Rb和K的性质相似，Rb更趋向富集残余岩浆中，从而使的Rb/K比值随着阳江烟花的进行而升高，这也可以用来指示岩浆的分异演化过程。

综合Rb、Sr的地球化学行为，一般认为Rb/Sr比值是岩浆演化过程中最明显的指示剂，岩浆分异程度愈好，Rb/Sr比值愈大。（WHY?)

2.非活动性元素的指示意义

Nb/Tb比值从超基性岩到酸性岩逐渐降低，在超基性岩中为16左右，在花岗岩中为4.8，所以他可以用来作为形成条件指示剂。

Zr为不相容元素，倾向于在熔体中富集，而Hf更倾向于残余熔体中富集，所以Zr/Hf比值随着岩浆演化而降低。它可以用它只是岩浆烟花的程度。（二）、微量元素对大地构造环境的指示意义

1.不同板块构造环境玄武岩微量元素丰度和分配模式

对于洋中脊玄武岩，极不相容元素Ba、Th、Nb、Ta比中等不相容元素P、

Zr、Hf、Sm更加富集，而Ti、Yb、Y丰度低于MORB标准值。

对于岛弧玄武岩中微量元素，除K、Rb、Sr、B比MORB富集外，其余元素均较贫化，这是因为消减带形成熔浆时洋壳上部沉积物中含K、Rb、Sr、Ba 的沉积物熔化的原因。

2.火山岩中微量元素与板块构造分析

岛弧拉班玄武岩的Rb和Sr丰度比大洋拉班玄武岩的要高。

我们可以根据里特曼—戈蒂里图判别火山熔岩是在稳定构造区形成的还是在造山带形成的。投影到图上，我们就能确定构造环境。

还有Wood应用TH-Hf-Ta三角图解法来确定构造环境的火山岩。Mullen应用TiO2-MnO*10-P2O5*10三角图来判别不同构造环境的玄武岩。

3.板块移动速度分析

因为板块扩张或者闭合速度与火山岩中K2O含量反相关。但板块不移动时，相关的火山岩中K2O含量最大。

4.俯冲带深度和地壳深度研究

康迪（1973）认为与消亡带有关的年轻火山岩中Rb、Sr的分布对地壳厚度很敏感。钙碱性火山岩的Rb-Sr数据最能反映地壳厚度，其次是岛弧拉班玄武岩。

5.不同性质的大地构造党员微量元素地球化学特征

地洼区的地球化学特征表现明显,以地洼型花岗岩而论,首先在岩石化学成分上,都以SiO2含量高（>70%)，K、Na含量也高，MgfETICA等含量低位特征，其次在微量元素Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、U、Th、REE、W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn、Ga含量普遍较高，而V、Cr、Co、Ni等含量较低，Sr/Ba比值较大。这些微量元素的分配特征与地槽区相反。

2.1.3过渡元素的指示意义

与稀土元素分配模式相似，过渡元素也可以作分配模式来解释一些地质问题。

例如，若地幔岩经过部分熔融过程，其中的一部分不相容元素（V,Ti等)，则会发生亏损(配分图中，Ti和V的位置上出现”W”形态。若地幔没有经历过部分熔融作用，这配分模式为平坦型。

黄铁矿中Co/Ni比值可以用来研究矿床成因。对于火山成因的铁铜矿床，黄

铁矿Co/Ni比值一般大于5，明显高于火山沉积型矿床和后期热液改造型矿床（这两类矿床的Co/Ni比值多小于3）；成矿物质来源于古陆剥蚀区沉积成因的铁铜矿床，其黄铁矿中Co/Ni比值一般小于1）

此外，微量元素还对岩相古地理环境和恢复变质岩原岩有指示意义。其主要的原理就是找到特殊的微量元素对的比值来反映问题，同时利用图解法，投图来确定属于哪一类。

二、微量元素温度计、氧逸度计

（一）、锆石及其相关温度计

1.锆石饱和温度计T Zr

T Zr = 129 000/ [2.95 + 0.85 M + ln(496 000/ Zr熔体) ]

该公式有以下要求：(1) 该温度计适用于较广泛的条件和成分。溶解度对压力不敏感,但干的岩浆( H2O 的质量分数约为1.5 %) 或过碱性岩浆会偏离Wat son 等给出的温度计公式。因此,该温度计适用于地壳中多数中性到长英质的岩浆; (2) 锆石在熔体中是饱和的。结构上的证据可用于确定早期的饱和,继承锆石的存在表明在母岩浆全过程中锆石是饱和的; (3) 对熔体成分(主元素和Zr 浓度) 的合理计算。火成岩,特别是侵入体,是由晶体和液体混合物形成的,很少有能代表淬火的熔体。