地球化學訓練作業(yè)

1、地球化學技能訓練姓名：張鐵英學號：05132127班級：資勘13-2班中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院2015年12月29日12實習一 聚類分析在地球化學中的應(yīng)用 一、實習目的練習用R型聚類分析的方法來研究化探數(shù)據(jù)中各元素間的親疏關(guān)系，并根據(jù)其親疏關(guān)系的程度進行分類，以便揭示元素的自然共生組合規(guī)律。 二、實習內(nèi)容某礦區(qū)基巖露頭上采取了19個巖石樣品，其主要成礦元素含量分析結(jié)果如表1所示，請對這批數(shù)據(jù)用R型聚類分析方法，研究元素的共生組合規(guī)律。表1 四川某銀多金屬礦區(qū)巖石地球化學測量結(jié)果序號PbCuZnBaAsSbAgAuHg 1106135134319156.617.114.6154623387

2、148115719.25.30.2201031411381502424.110.80.47.133343116525516738466.248.812.517.2101751010216572246247986236328.55796727064256104697513400161752.3240.9637977311325131264818031410.69459199.8525.92746681271311.292099455.591.8412.52644936523232387627.883.22.5182.4750101360361827510858.9254.314.441.3786

3、71192514267266285100260.2785169.839.711005127181416611557961246.62760134.2269.814436131062209439994646394.74676176.9185.11957314417890988843173103.9114757.987.58079157895195740718087353.38217214110.211279162791651441185549.621220.234.338461729213653820819192.6165.417.8169.1120921810012283122943825.3

4、82.761.9198.8628619273105219418132.146.26.310.2790注：Au和Hg為10-9，其它元素為10-6。三、實習作業(yè)1. 聚類分支圖2. 對聚類結(jié)果進行解釋從右向左分析聚類分支圖可知：樣品中元素主要以親銅性元素為主，總體上可分為兩類：Cu、Zn、Pb、Sb、Ag為第一類，As、Hg、Au、Ba為第二類。在第二大類中，Ba為親氧性元素，As、Hg、Au為親銅性元素，將Ba單獨劃分一類。除Ba以外其余八種元素都屬于親銅性元素，但它們之間的共生關(guān)系有很大的差異。例如：Cu、Zn、Pb三種元素共生關(guān)系比較密切，Sb、Ag則容易組合到一起；As、Hg、Au三種元

5、素容易共生，其中As、Hg共生關(guān)系更強。實習二 稀土元素分配型式及地球化學參數(shù)的計算 一、實習目的由于稀土元素的原子結(jié)構(gòu)、原子半徑、離子半徑及化合價的相似性，導(dǎo)致它們在自然界中常常緊密共生在一起。因鑭系收縮的緣故，使得稀土元素的離子半徑從LaLu逐漸增大，于是在巖漿過程中，這些元素在固相和液相間的分配呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化。Ce和Eu在自然界具有變價（Ce4+、Eu2+）的特征，Ce和Eu的相對富集與虧損程度往往反映了特殊的地質(zhì)背景。本次實習要求掌握稀土元素的計算和作圖方法，理解稀土元素的富集程度、分餾程度的地質(zhì)意義，掌握Eu的虧損與富集的地質(zhì)背景。 二、實習內(nèi)容某地區(qū)的巖漿巖種類極為發(fā)育（表

6、2和表3），請畫出各巖類的稀土配分曲線圖、結(jié)合稀土元素參數(shù)進行地質(zhì)過程分析。兩種方法所得到的稀土元素參數(shù)表2巖漿巖稀土元素成分表（×10-6）序號LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu2.976.51.075.01.260.680.750.140.990.230.680.110.720.12230.468.26.4323.14.910.246.281.117.461.634.660.704.430.73722.542.55.1619.33.50.652.610.432.690.551.460.21.20.1878.315918.067.610.60.7359.01.

7、438.641.694.370.593.360.5389.922.43.1814.13.11.143.170.563.760.822.350.362.240.378注：橄欖蘇長巖，鉀長花崗巖，H型花崗巖，A型花崗巖，石英閃長巖(M型花崗巖)。稀土元素由某單位等離子光譜方法分析。表3巖漿巖稀土元素成分表（×10-6）樣號LaCeNdSmEuTbYbLu巖石名稱D336H1460.510.52.50.190.612.70.45鉀長花崗巖P57H3979.732.05.820.461.113.830.67鉀長花崗巖P1305H2.623.052.51.630.550.260.950.17橄

8、欖輝長巖注：表中數(shù)據(jù)由中子活化方法分析有些測試方法并不能測全所有的稀土元素，如中子活化法通常只能測出La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Yb和Lu 8個元素。根據(jù)稀土元素往往服從對數(shù)正態(tài)分布的特點，以及在球粒隕石標準化稀土元素分配圖（對數(shù)座標）上近于直線分布等規(guī)律，可以用下式估算未測稀土元素的豐度：實習作業(yè)：1、 畫出各巖類的稀土配分曲線圖（建議球粒隕石數(shù)據(jù)用教材中的Herman）圖1圖22、 結(jié)合稀土元素參數(shù)進行地質(zhì)過程分析。序號12345標準La2.9730.422.578.39.90.32Ce6.568.242.515922.40.9Pr1.076.435.16183.180.12Nd5

9、23.119.367.614.10.6Sm1.264.913.510.63.10.2Eu0.680.240.650.7351.140.073Gd0.756.282.6193.170.31Tb0.141.110.431.430.560.05Dy0.997.462.698.643.760.31Ho0.231.630.551.690.820.073Er0.684.661.464.372.350.21Tm0.110.70.20.590.360.033Yb0.724.431.23.362.240.19Lu0.1220.7370.180.5380.3780.031REE21.222160.287102.9

10、3363.85367.4583.42（Ce）/（Y）4.6712987714.93501684710.0439914211.284860563.946326441序號（1）N（2）N（3）N(4)N(5)NLa9.2819570.313244.687530.9375Ce7.22275.77847.222176.666666724.88888889Pr8.91753.5834315026.5Nd8.33338.532.167112.666666723.5Sm6.324.5517.55315.5Eu9.3153.2888.90410.0684931515.61643836Gd2.41920.258

11、8.41929.0322580610.22580645Tb2.822.28.628.611.2Dy3.19424.0658.67727.8709677412.12903226Ho3.15122.3297.53423.1506849311.23287671Er3.23822.196.95220.8095238111.19047619Tm3.33321.2126.06117.8787878810.90909091Yb3.78923.3166.31617.6842105311.78947368Lu3.93523.7745.80617.3548387112.19354839Eu2.136712920.

12、1467595070.6870635440.2454764351.214067935Ce0.793713591.0200090190.8334789480.8952230140.866642486REE模式圖描述（圖1）：該組樣品為輕稀土富集型；橄欖蘇長巖，石英閃長巖為銪富集型，其余為銪虧損型；樣品總體上屬于鈰虧損型。REE模式圖分析（圖1）：橄欖蘇長巖，石英閃長巖為正異常，巖石成因類型為斜長巖；其余三種巖石為負異常，巖石成因類型為花崗巖。序號（D336H）N（P57H）N（P1305H）NLa43.75121.8758.1875Ce67.2222222288.555555563.388888

13、889Pr23.7511541570.248549545.218867568Nd17.553.333333334.166666667Sm12.529.18.15Eu2.6027397266.3013698637.534246575Gd11.8334059722.632604525.24094994Tb12.222.25.2Dy12.5779509621.775664375.15937002Ho36.3625191172.401819999.82165506Er12.222.25.2Tm13.783518620.550705395.039374943Yb14.2105263220.1578947

14、45Lu14.5161290321.612903235.483870968Eu0.2139231750.2436130921.125274399Ce1.9917354920.9218604980.505564072REE模式圖分析（圖2）：D336H,P57H為銪虧損型，P1305H為銪富集型；D336H為鈰富集型，其余為鈰虧損型REE模式圖分析（圖2）：D336H,P57H為負異常，巖石成因類型為花崗巖；P1305H為正異常，巖石成因類型為斜長巖。實習三 氣體穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）的分析過程實習作業(yè)：1. 氣體穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀（MAT253）與ICP-M

15、S任選一種，寫出其分析流程（建議統(tǒng)一寫ICP-MS）ICP-MS原理ICPMS是一種靈敏度非常高的元素分析儀器，可以測量溶液中含量在ppb或ppb以下的微量元素。廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、地質(zhì)、環(huán)境以及生物制藥等行業(yè)中。ICPMS全稱是電感藕合等離子體質(zhì)譜，它是一種將ICP技術(shù)和質(zhì)譜結(jié)合在一起的分析儀器。ICP利用在電感線圈上施加的強大功率的高頻射頻信號在線圈內(nèi)部形成高溫等離子體，并通過氣體的推動，保證了等離子體的平衡和持續(xù)電離，在ICPMS中，ICP起到離子源的作用，高溫的等離子體使大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個電子而形成了一價正離子。質(zhì)譜是一個質(zhì)量篩選和分析器，通過選擇不同質(zhì)核比（m/z）的離子通

16、過來檢測到某個離子的強度，進而分析計算出某種元素的強度。主要組成部分圖1 ICPMS主要組成模塊圖1是ICPMS的主要組成模塊。樣品通過離子源離子化，形成離子流，通過接口進入真空系統(tǒng)，在離子鏡中，負離子、中性粒子以及光子被攔截，而正離子正常通過，并且達到聚焦的效果。在分析器中，儀器通過改變分析器參數(shù)的設(shè)置，僅使我們感興趣的核質(zhì)比的元素離子順利通過并且進入檢測器，在檢測器中對進入的離子個數(shù)進行計數(shù)，得到了最終的元素的含量。各部分功能和原理離子源:離子源是產(chǎn)生等離子體并使樣品離子化的部分，離子源主要包括RF工作線圈、等離子體、進樣系統(tǒng)和氣路控制四個組成部分。樣品通過進樣系統(tǒng)導(dǎo)入，溶液樣品通過霧化器

17、等設(shè)備進入等離子體，氣體樣品直接導(dǎo)入等離子體，RF工作線圈為等離子體提供所需的能量，氣路控制不斷的產(chǎn)生新的等離子體，達到平衡狀態(tài)，不斷的電離新的離子。真空系統(tǒng):ICPMS主要用來檢測物種的痕量元素，空氣中的灰塵含有大量的各種元素，因此在儀器中真空的要求是很高的。從進樣系統(tǒng)到炬管，儀器一直是在常壓下工作的，在儀器點火之前，氬氣可以驅(qū)除管路中的空氣。當離子產(chǎn)生后，對這些離子的聚焦、傳輸和選擇分析就必須要求良好的真空系統(tǒng)，以免在過程中的粘污。儀器為了達到從常壓向真空系統(tǒng)的過渡，提供了三級真空系統(tǒng)，來逐步的達到很高的真空度。工作狀態(tài)和待機狀態(tài)的穩(wěn)定和兩個狀態(tài)之間的過渡。接口:接口部分由兩個錐體組成，前

18、面的是采樣錐，后面的是截取錐。取樣錐的孔徑大概是0.81.2mm（在X7中為1.1mm），截取錐的孔徑為0.40.8mm（為0.7mm）左右。經(jīng)過兩個錐體，只有非常小的一部分離子進入離子透鏡。在采樣錐處，由于電子速度快，所以大量電子很快打到錐上，因此采樣錐表面為負電性，所以空間電荷區(qū)是正電性的。由于氣體壓力的突然下降，所以在兩錐之間，產(chǎn)生了離子的超聲射流，所以兩錐之間成為擴張室。在通過采樣錐的離子中，只有大約1的離子可以通過截取錐。進入離子鏡的正離子都具有相同的速度，因此動能和質(zhì)量成正比。離子鏡:在ICPMS中，產(chǎn)生的1000，000個離子中，只有1個能夠最終到達檢測器，這是由于每級的效率決定的，在這樣低效率的傳輸下，去除各種干擾就變得更加重要了，離子鏡的主要目的是去除電子和中性微粒的影響，并對正電子實現(xiàn)聚焦。離子鏡的結(jié)構(gòu)如圖9所示。當離子從截取錐噴出時，在進入離子鏡之前，能量較小的離子會更多的被真空抽走。質(zhì)量分析器:質(zhì)量分析器是不同種類的質(zhì)譜儀的主要區(qū)別之處，四極桿分析器是一種成熟的質(zhì)量分析儀器，利用了四極桿對不同核質(zhì)比的元素離子的篩選作用，