赵志丹2018-岩石地球化学4-REE处理.pptx
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6月月4日,周一,下午,日,周一,下午,2点点6月月5日,周二,上午,日,周二,上午,8点点6月月6日,周三,上午,日,周三,上午,8点点岩石地球化学岩石地球化学岩石地球化学岩石地球化学赵志丹2018年5-6月第三章第三章岩石地球化学数据的处理与解释岩石地球化学数据的处理与解释研究生选修课,研究生选修课,32学时学时第二节第二节微量元素数据处理与解释微量元素数据处理与解释(REE)第一节第一节主量元素数据处理与解释主量元素数据处理与解释第二节第二节微量元素数据处理与解释微量元素数据处理与解释第三节第三节同位素数据处理与解释同位素数据处理与解释第三章第三章岩石地球化学数据的处理与解释岩石地球化学数据的处理与解释32学时赵志丹赵志丹2017年5月第二节第二节微量元素数据处理与解释微量元素数据处理与解释一、控制微量元素行为的地球化学规律一、控制微量元素行为的地球化学规律二、稀土元素处理和解释二、稀土元素处理和解释三、微量元素处理和解释三、微量元素处理和解释第三章第三章岩石地球化学数据的处理与解释岩石地球化学数据的处理与解释第二节第二节微量元素数据处理与解释微量元素数据处理与解释一、控制微量元素行为的地球化学规律一、控制微量元素行为的地球化学规律微量元素微量元素(痕量元素,(痕量元素,traceelements)岩石中含量岩石中含量1,优先进入矿物相,或残留相优先进入矿物相,或残留相例如:
例如:
Ni,Co,V,Cr不相容元素不相容元素:
D1,优先进入熔体相,优先进入熔体相,D3.0Z/r3.0(2.0)(2.0),称为高场强元素称为高场强元素如果如果Z/r3.0Z/r3;3;B.B.难溶于水,典型代表为难溶于水,典型代表为NbNb、TaTa、ZrZr、HfHf、PP、TiTi、Sn;Sn;C.C.地球化学性质一般较稳定,不易受变质、蚀变和风化作用等地球化学性质一般较稳定,不易受变质、蚀变和风化作用等的影响,因此常用来恢复遭后期变化岩石的原岩性质。
的影响,因此常用来恢复遭后期变化岩石的原岩性质。
HFSEs地球化学性质地球化学性质Fig.2.7.1元素划分相容元素相容元素不相容元素不相容元素元素划分:
Fig.2.7.26个元素含量合计达到硅酸盐地球的全部成分的99%以上:
O-Si-Al-Fe-Ca-Mg(主量元素)亲铜的亲铁的亲石的亲气的元素的相容性取决于共存的矿物和熔体元素的相容性取决于共存的矿物和熔体(玄武质和安山质岩石中常见元素矿物(玄武质和安山质岩石中常见元素矿物/熔体分配系数)熔体分配系数)例如例如OlOl、PlPl这是指单一元素、这是指单一元素、单一矿物相单一矿物相相容元素相容元素D1,优存矿物相优存矿物相不相容元素不相容元素D1,优存熔体相优存熔体相岩石中元素的分配系数(岩石中元素的分配系数(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,常用岩石中的熔体之间的分配关系,常用岩石中所有矿物的分配所有矿物的分配系数系数与岩石中各与岩石中各矿物含量矿物含量乘积之和表达乘积之和表达。
Di=WADi其中:
其中:
WA=岩石中矿物含量岩石中矿物含量Di=元素元素i在矿物在矿物A中的分配系数中的分配系数石榴石地幔橄榄岩石榴石地幔橄榄岩=60%Ol25%Opx10%Cpx5%Gar(wt%)计算结果:
计算结果:
DEr=(0.60.026)+(0.250.23)+(0.100.583)+(0.054.7)=0.366计算计算举例举例元素的分配系数测定方法元素的分配系数测定方法A.A.直接测定法直接测定法B.B.实验测定法实验测定法A.A.直接测定法:
直接测定法:
直接测定地质体中两平衡直接测定地质体中两平衡共存相的微量元素浓度,再按能斯特分配定律计算共存相的微量元素浓度,再按能斯特分配定律计算出分配系数。
出分配系数。
例如例如测定火山岩中测定火山岩中斑晶矿物和基质斑晶矿物和基质,测定现代火山熔岩流中的测定现代火山熔岩流中的矿物与淬火熔体矿物与淬火熔体(玻璃)(玻璃)测定岩石中测定岩石中共存矿物共存矿物的分配系数。
的分配系数。
目前应用最广泛的是目前应用最广泛的是斑晶斑晶-基质法基质法火山岩中火山岩中斑晶斑晶矿物代表熔体结晶过程中固相,矿物代表熔体结晶过程中固相,基质或淬火熔体基质或淬火熔体代表熔体相代表熔体相(岩浆岩浆),两相中两相中微量元素比值微量元素比值即为该元素的分配系数。
即为该元素的分配系数。
元素的分配系数测定方法元素的分配系数测定方法
(1)部分熔融过程部分熔融过程
(2)分离结晶过程分离结晶过程A.A.直接测定法:
直接测定法:
斑晶斑晶-基质法基质法火山岩中斑晶矿物,代表固相火山岩中斑晶矿物,代表固相(SS),基质或淬火熔体,代表熔体相基质或淬火熔体,代表熔体相(LL,岩浆岩浆)两相中微量元素比值两相中微量元素比值元素的分配系数。
元素的分配系数。
SSSSLLLL
(1)
(1)人工合成人工合成用化学试剂合成与天然岩浆成分相用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃似的玻璃(hot-pressedhot-pressed,热压制作初始实验物质热压制作初始实验物质);
(2)
(2)天然岩石天然岩石作为初始物质,实验使一种矿物和作为初始物质,实验使一种矿物和熔体,或者两种矿物达到平衡,并使微量元素在两熔体,或者两种矿物达到平衡,并使微量元素在两相中达到溶解平衡,然后测定在两相中元素浓度,相中达到溶解平衡,然后测定在两相中元素浓度,得出分配系数。
得出分配系数。
元素的分配系数测定方法元素的分配系数测定方法存在问题存在问题难于证明实验达到平衡;实验过程难于证明实验达到平衡;实验过程中元素的浓度远远高于自然体系。
中元素的浓度远远高于自然体系。
B.B.实验测定法实验测定法B.B.实验测定法:
实验测定法:
使用玄武岩做为初试实验材料使用玄武岩做为初试实验材料X.L.Xiongetal./ChemicalGeology218(2005)339359B.B.实验测定法:
实验测定法:
使用玄武岩做为初始实验材料使用玄武岩做为初始实验材料X.L.Xiongetal./ChemicalGeology218(2005)339359实验产物SSLLLLSS岩浆演化中元素分配模型岩浆演化中元素分配模型1.1.平衡部分熔融(或称为平衡部分熔融(或称为批式熔融批式熔融)(equilibrium/batchpartialmelting)equilibrium/batchpartialmelting)微量元素在固相和熔体之间一直保持平衡,直到聚集到微量元素在固相和熔体之间一直保持平衡,直到聚集到从熔体中迁移出去。
从熔体中迁移出去。
发生部分熔融的发生部分熔融的2种情况种情况:
2.2.分离熔融(分离熔融(fractionalpartialmelting)fractionalpartialmelting)发生部分熔融过程中,形成的熔体连续地移出固相,发生部分熔融过程中,形成的熔体连续地移出固相,实际应用中最常见的实际应用中最常见的平衡部分熔融平衡部分熔融CC1Di(1F)FLO=-+批式熔融批式熔融(Batchmelting)模型模型CCLL=某元素在某元素在熔体熔体中的含量(中的含量(ppmppm)CCOO=某元素在未熔融前某元素在未熔融前原始岩石原始岩石中的含量(中的含量(ppmppm)F=F=熔融重量比例熔融重量比例熔体熔体/(/(熔体残余岩石熔体残余岩石)Di=Di=总分配系数(各矿物相中该元素分配系数和)总分配系数(各矿物相中该元素分配系数和)Figure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafiunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.Di=1.0随着F变化,CL/C0=1不变CC1Di(1F)FLLOO=-+A.A.部分熔融的熔体中发生部分熔融的熔体中发生贫化,特别是低度部分熔贫化,特别是低度部分熔融融(例如例如F0.1)F1.01.0不相容元素不相容元素CC1Di(1F)FLLOO=-+A.A.极大量富集在初始产生极大量富集在初始产生的极少量熔体中的极少量熔体中B.B.随着随着FF增加,富集程度增加,富集程度减弱减弱C.C.其最大的富集浓度不能其最大的富集浓度不能超出超出D=0D=0的曲线,当的曲线,当D=0D=0,CCiiLL/C/Ciioo=1/F=1/F不相容元素不相容元素DDii1.01Eu1正异常正异常EuEu11负异常负异常EuEu11无异常无异常EuEu异常产生原因异常产生原因斜长石的结晶斜长石的结晶不同矿物具有不同的不同矿物具有不同的REEREE分配系数,分配系数,斜长石对斜长石对EuEu的分配系数远远大于其它的分配系数远远大于其它REEREE,在各类岩在各类岩浆岩中浆岩中EuEu异常的产生常与斜长石的分离结晶有关异常的产生常与斜长石的分离结晶有关例如:
例如:
1.1.在岩浆分离结晶过程中,斜长石的大量晶出将导致残在岩浆分离结晶过程中,斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形成明显负异常。
余熔体中形成明显负异常。
2.2.在部分熔融中,斜长石的熔融导致熔体中在部分熔融中,斜长石的熔融导致熔体中EuEu正异常。
正异常。
西藏冈底斯东部察隅高分异西藏冈底斯东部察隅高分异型花型花岗岩岗岩(朱弟成等,朱弟成等,2009,2009,中国科学中国科学)EuEu2+2+可以与可以与CaCa和和SrSr类质同象,倾向于进入斜类质同象,倾向于进入斜长石晶格,其他长石晶格,其他REEREE为为3+3+(例外例外CeCe44)Fig.8.5.1月岩的月岩的EuEu异常特征异常特征月岩是玄武岩月岩是玄武岩月球背面的环形山月球背面的环形山月球背面的环形山月球背面的环形山嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像图像覆盖区域属月球高地,主要由斜长岩组成,分布有不同大小、形态、结构和形成年代的撞击坑。
右上部暗色区域有玄武岩覆盖。
月月月月球表面按照地形分为月海、月球表面按照地形分为月海、月球表面按照地形分为月海、月球表面按照地形分为月海、月陆、月球山脉、等。
陆、月球山脉、等。
陆、月球山脉、等。
陆、月球山脉、等。
标准化后的重要参数标准化后的重要参数5.5.不同矿物相对不同矿物相对REEREE模式的控制模式的控制主要依据是主要依据是REEREE在这些元素中的分配系数在这些元素中的分配系数玄武岩和安山岩中玄武岩和安山岩中矿物矿物/熔体间熔体间REEREE的分配系数的分配系数(据(据ShnetzlerShnetzler和和Philpotts,1970Philpotts,1970)有的导致有的导致REEREE分异分异有的不导致有的不导致REEREE分异分异标准化后的重要参数标准化后的重要参数英安岩和流纹英安岩和流纹岩中矿物岩中矿物/熔熔体间体间REEREE的分的分配系数配系数(据(据Hanson,1978Hanson,1978)矿物矿物/玄武质硅玄武质硅酸盐熔体酸盐熔体REEREE分配系数分配系数REEREE在不同矿物中的分配系数在不同矿物中的分配系数(GillGill,20102010)REEREE在不同在不同矿物中的矿物中的分配系数分配系数与基性岩浆与基性岩浆平衡的矿物平衡的矿物EuEu的多价态的多价态CeCe的多价态的多价态如果斜长石作为分离结晶的斑晶,或者斜长石作如果斜长石作为分离结晶的
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- 志丹 2018 岩石 地球化学 REE 处理