微量元素地球化學(xué)的發(fā)展(共5頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地球化學(xué)論文 題目：_微量元素地球化學(xué)的發(fā)展 年級(jí)：_2010級(jí)_專業(yè)：_地質(zhì)學(xué)_學(xué)號(hào)：_姓名：_郭鵬_ 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院思想政治理論教研室年 月 日微量元素地球化學(xué)的發(fā)展【摘要】近年來(lái)，微量元素地球化學(xué)得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。作為地球化學(xué)領(lǐng)域里的一個(gè)重要分支學(xué)科，微量元素地球化學(xué)研究微量元素在地球及其子系統(tǒng)中的分布、化學(xué)作用及化學(xué)演化，它根據(jù)系統(tǒng)的特征和微量元素的特性，闡明他們?cè)诘厍蛳到y(tǒng)中的分布、分配、在自然體系中的性狀、在自然界的遷移和演化的歷史?！娟P(guān)鍵字】微量元素 地球化學(xué) 化學(xué)作用 化學(xué)演化微量元素地球化學(xué)經(jīng)歷了兩個(gè)主要的發(fā)展時(shí)期：在20世紀(jì)60年代前，

2、主要通過(guò)元素的原子、離子半徑，電荷、極化性質(zhì)、電負(fù)性等特性研究微量元素在地球各系統(tǒng)及不同礦物、巖石中的分配和分布，即從微觀的角度來(lái)認(rèn)識(shí)微量元素的分布及其在自然界的結(jié)合規(guī)律；自20世紀(jì)70年代起，微量元素地球化學(xué)的研究從定性向定量，從微觀向宏觀方向發(fā)展，進(jìn)入了建立定量理論模型階段。微量元素可作為地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程的示蹤劑，在解決當(dāng)代地球科學(xué)的基礎(chǔ)理論問(wèn)題如天體、地球、生命和元素的起源，為人類提供充足資源和良好生存環(huán)境等方面正發(fā)揮著重要的作用。至今，微量元素地球化學(xué)的研究幾乎涉及地學(xué)的所有領(lǐng)域，包括對(duì)地幔的不均一性、古構(gòu)造環(huán)境的恢復(fù)、成巖成礦物源的示蹤、全球及局域環(huán)境的監(jiān)測(cè)等問(wèn)題的研究。微量元素地球

3、化學(xué)研究的思路及方法可以歸納為：通過(guò)觀察自然界中之“微”(微量元素)來(lái)認(rèn)識(shí)地球之“著”(系統(tǒng)特征和其中的自然作用過(guò)程)；在獲得高精度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用各種先進(jìn)理論(如分配定律、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論等)來(lái)認(rèn)識(shí)地學(xué)的宏觀規(guī)律。近20年來(lái)，微量元素地球化學(xué)理論迅速發(fā)展、開(kāi)辟了地球科學(xué)研究向定量、動(dòng)態(tài)過(guò)程方向發(fā)展的新途徑。微量元素在地球系統(tǒng)中不是孤立存在的，它們與各種地球物質(zhì)和地質(zhì)過(guò)程相聯(lián)系。它們?cè)诟鞣N地球化學(xué)體系的分散和集中與自身獨(dú)特的賦存形式和共生組合有關(guān)。微量元素參與各種地球化學(xué)作用作用過(guò)程中體系物理化學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變、作用物質(zhì)的質(zhì)量遷移、能量輸運(yùn)及動(dòng)量傳遞等，必然在微量元素組成上打上作用隨時(shí)間演化

4、的烙印。為此，通過(guò)觀察、捕捉微量元素提供的地球化學(xué)作用的時(shí)-空信息，可用來(lái)解析各種復(fù)雜的地質(zhì)作用的原因和條件、追蹤作用演化歷史，使為地球科學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展、為人類提供充足資源和良好生存環(huán)境等做貢獻(xiàn)成為可能。微量元素地球化學(xué)的核心是“示蹤”，因此本進(jìn)展主要說(shuō)明微量元素地球化學(xué)示蹤作用的研究進(jìn)展。1殼幔作用微量元素地球化學(xué)示蹤板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的興起，使恢復(fù)地殼小各種巖石或礦床形成時(shí)構(gòu)造環(huán)境的研究越來(lái)越引起注意。按照現(xiàn)代地球科學(xué)的理論，大規(guī)模的構(gòu)造活動(dòng)主要起源于巖石圈深部，軟流圈熱動(dòng)力狀態(tài)的變化和運(yùn)動(dòng)的不均一性導(dǎo)致了地球物質(zhì)的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)推動(dòng)著巖石圈的演化。一般根據(jù)地球物理資料來(lái)研究地殼結(jié)構(gòu)，并

5、根據(jù)巖石組合類型恢復(fù)占構(gòu)造環(huán)境(俯沖帶、島弧、洋中脊、弧后、板塊內(nèi)部等)，但近年來(lái)的研究表明，由于不同構(gòu)造環(huán)境的物質(zhì)、熱源、物理化學(xué)條件及動(dòng)力學(xué)機(jī)制等方面存在差異形成巖石的微量元素含量與組合(包括同位素組成)有較明顯的不同。例如，洋中脊玄武巖的熱源為上隆的軟流層，物源為單純洋殼的地幔，并處于拉張的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，又無(wú)陸殼的污染(僅與海水互相作用)，決定了它們特定的微量元素組成特征，即富集Ti、Mn、P、Co、Ni、Cr、V、Cu、Zn、Au、Ag、Mo等元素。在陸殼環(huán)境內(nèi)，物質(zhì)組成、熱源、物理化學(xué)條件及動(dòng)力學(xué)機(jī)制與洋殼環(huán)境迥異經(jīng)過(guò)殼-幔分異和長(zhǎng)期地殼演化，在大陸地殼中富集的微量元素為REE、W、S

6、n、U、Th、Be、Pb、Cs、Ta等。板塊運(yùn)動(dòng)使得洋殼與陸殼之間，以及它們與上地幔之間不斷發(fā)生物質(zhì)交換，生成巖漿的成分隨所處構(gòu)造環(huán)境不同而不同由圖可見(jiàn)，覆蓋在洋殼上的沉積物隨板塊俯沖被帶到大陸上地幔，在地幔高溫下熔融，并與板塊上面大陸地幔物質(zhì)混合，使俯沖帶大陸地幔楔成分變得十分復(fù)雜。沉積物中水分子的加人降低了地幔物質(zhì)的熔點(diǎn)。根據(jù)部分熔融過(guò)程元素的分配特點(diǎn)，地幔巖石中大離子親石元素K、Rb、Sr、U、Th、REE等向上部的富集越來(lái)越強(qiáng)烈，造成了俯沖帶下大陸地幔殘留巖石中貧大離子親石元素。地幔的對(duì)流作用使這部分物質(zhì)循環(huán)到洋底地幔中，成為大洋中脊拉斑玄武巖(MORB)的巖漿源，造成了洋中脊玄武巖嚴(yán)

7、重下?lián)p大離子親石元素，而島弧巖漿則富集大離子親石元素。因此，在橫穿板塊俯沖帶的剖面上，隨著俯沖深度加大形成了拉斑玄武巖系列、鈣堿系列和堿性系列火山巖(巖漿巖)的依次排列，它們的化學(xué)成分，尤其是微量元素含量和組合也呈現(xiàn)規(guī)律性變化成分極性。除了K2O和總堿含量外，下列微量元素也顯示出橫穿島弧的成分遞變現(xiàn)象。有大洋到大陸，依次為：K，K+Na，Rb，Sr，Ba，Cs，P，Pb，UThREE，Rb/Sr，La/Yb，F(xiàn)e，Y，HREE，K/Rb，Na/K。圖1 俯沖帶地殼與地幔的地球化學(xué)循環(huán)2 地質(zhì)作用物理化學(xué)條件示蹤微量元素地質(zhì)溫度計(jì)和壓力計(jì)是微量元素在地球化學(xué)中的另一應(yīng)用。方程2.1和2.2是溫度

8、壓力計(jì)的理論基礎(chǔ)。基于微量元素在平衡兩相中的分配原理的溫壓計(jì)比用主成分的分配作為溫壓計(jì)更為簡(jiǎn)便，因?yàn)槲⒘吭卦谄胶鈨上嘀械姆峙浞暮嗬?，不需要考慮組分濃度和活度的關(guān)系。B+-=HlnKD （2.1） RT)F-1(CRS+F×CL=CS （2.2）已經(jīng)用天然物質(zhì)和人工配制物質(zhì)制作了各種類型的地質(zhì)溫度計(jì)。比較理想和靈敏的地質(zhì)溫壓計(jì)應(yīng)該選用有較大的H的平衡礦物對(duì)。常用的微量元素溫度計(jì)有Ni在橄欖石和輝石中的分配，主要用于基性巖石的結(jié)晶溫度計(jì)算；Sr，Ba和REE在斜長(zhǎng)石和基質(zhì)間的分配，用于中、酸性侵入巖溫度計(jì)算；以及Rb在金云母和透長(zhǎng)石間的分配，F(xiàn)在云母和磷灰石之間的分配等。地質(zhì)壓力

9、計(jì)是基于微量元素分配的方程式中產(chǎn)物和反應(yīng)物間的摩爾體積差隨壓力變化而制作的，目前有Ca在橄欖石和單斜輝石間分配的壓力計(jì)，黃鐵礦中Se、Te分配的壓力計(jì)等。邊緣海沉積物及珊瑚等的微量元素和同位素地球化學(xué)特征具有典型的“氣候效應(yīng)”，尤其是對(duì)晚第四紀(jì)冰期與間冰期地球化學(xué)變異規(guī)律的研究，為探討全球變化提供了重要依據(jù)。如珊瑚具有與樹(shù)木類似的年輪，其定年可以很準(zhǔn)確，分辨率可達(dá)到一周或數(shù)天。珊瑚中微量元素是珊瑚形成(鈣化)過(guò)程中直接從海水進(jìn)入珊瑚骨骼中，其含量由微量元素在海水和珊瑚(文石)之間的分配系數(shù)以及海水中這些元素的濃度所決定，而微量元素的分配系數(shù)主要受溫度控制，因此，珊瑚中微量元素成為靈敏的溫度計(jì)。

10、Sr/Ca溫度計(jì)超過(guò)同位素方法，Sr/Ca, Ba/Ca、Cd/Ca、Pb/Ca、Mn/Ca等比值是海洋氣候環(huán)境變化的靈敏指標(biāo)，顯示鹽度、水均衡、徑流、人為輸人、營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等特征。有孔蟲(chóng)殼體的Cd/Ca和硅藻殼體中的Ba/Si值可以反映古生產(chǎn)力。如青海湖近代沉積物巖芯中介形蟲(chóng)殼體的Mg/Ca, Sr/Ca值反映了湖區(qū)1. 2萬(wàn)年以來(lái)氣候的變化。珊瑚U/Ca溫度計(jì)具有很高的研究和應(yīng)用價(jià)值。Min等（1995）對(duì)New Caledonia和Tahiti的珊瑚研究而獲得的U/Ca溫度計(jì)分別為t ()=(48.8- 21.5)×106 (U/Ca)和t()=(49.2-23. 3 )×

11、;106 (U/Ca) （2.3）式中，U/Ca為原子比。(張本仁等，2005)韋剛健等(1998)用ID(同位素稀釋)-ICP-MS技術(shù)測(cè)定了南海北部28個(gè)濱海珊瑚樣品中微量U, 建立了南海北部近岸海域的珊瑚溫度計(jì)，海洋表面平均溫度t的關(guān)系式為t()=(75.4±3.0)(41.1±1.37)×106（RU/ Ca） （2.4）式中，RU/Ca為珊瑚中U/Ca原子比。以此關(guān)系式獲得了南海北部的海洋表面平均溫度變化，該溫度計(jì)精度為±0.50.。U/Ca溫度計(jì)優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，相對(duì)變化率為-2%-4%/。 3沉積巖物質(zhì)來(lái)源沉積巖的物質(zhì)來(lái)源是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它

12、涉及到地表出露的各種巖石，如火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖，而且沉積巖的形成不是一次的，常常是經(jīng)歷了多階段循環(huán)、混合的結(jié)果，因此，確定其物質(zhì)來(lái)源較困難。目前常用巖石學(xué)對(duì)比分析、古地理環(huán)境恢復(fù)等方法，近年來(lái)又發(fā)展了用副礦物中微量元素含量分布對(duì)比分析方法，主要采用鋯石、鈦鐵礦等。以砂巖為例，巖石中最穩(wěn)定的礦物鋯石和鈦鐵礦是探討砂巖物質(zhì)來(lái)源較為理想的副礦物，其特點(diǎn)是：在砂巖中分布較廣，即在各種砂巖中都有不同含量的分布；與其他礦物比較，它們也最為穩(wěn)定，在源巖物質(zhì)經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)和成巖作用過(guò)程中均能保留下來(lái)并很少受蝕變作用。而它們的微量元素含量，如鋯石中的鉿，鈦鐵礦中Cr、Ni、V、Cu、Mn、Mg等對(duì)中于不

13、同巖石是較靈敏的指示劑。不同類型巖石中，鋯石中的鉿含量，特別是鋯鉿比明顯有差異，同一成因類型的不同侵入體之間也有差別。因此，以鋯石或鈦鐵礦中微量元素含量分布進(jìn)行源區(qū)探索較為有效。（趙振華，1997）以鋯石為例，可以設(shè)想一砂巖是經(jīng)過(guò)兩階段形成，在一個(gè)流域盆地中，第一階段的砂來(lái)自盆地中的火成巖 、變質(zhì)巖和沉積巖，每一種巖石的鋯石都有它們自己特征的鉿濃度分布，三種巖石以不同的比例混合構(gòu)成了第一階段砂的鋯石中鉿的分布譜。當(dāng)?shù)谝浑A段砂被埋藏、成巖并上升，然后被剝蝕，將產(chǎn)生第二種砂。這種砂中所含鉿的成分與第一種砂相似，第一種砂稱為第二種砂的直接源，流域盆地的有關(guān)巖石為其源巖。如果第二種砂在不同的沉積環(huán)境中

14、沉積，如一部分在三角洲，一部分在深海，則可以通過(guò)比較這兩種砂中鋯石的成分來(lái)揭示它們之間的成因聯(lián)系。兩種相似的砂在鋯石成分中應(yīng)有相似的統(tǒng)計(jì)分布。成因上無(wú)關(guān)的砂巖所含鋯石的鉿的分布譜應(yīng)不同，因?yàn)樗鼈儊?lái)自不同的直接源和源巖。根據(jù)海水和淡水中含量差異顯著的微量元素，可以區(qū)別海相和陸相沉積物。B：現(xiàn)代海水中B為4.7×10-6，淡水中一般不含B，內(nèi)陸鹽湖中硼含量較高。因此，海相沉積物硼含量高（100×10-6或更高），湖相沉積物硼含量最低，成鹽潟湖相中含鹽粘土硼含量可達(dá)100×10-6以上。Sr/Ba：Sr比Ba遷移能力強(qiáng)，淡水與海水相混時(shí)，Ba易成BaSO4沉淀，因此，在淡水沉積中Sr/Ba1，而在海相沉積中Sr/Ba1。Sr/Ca：湖水和河水以Sr/Ca值低為其特征，海水則較大；Rb/K值和V/Ni值：海相均高于淡水相。Sr、Ni、Co、Mn、Ba等可作為區(qū)分礁相和非礁相灰?guī)r的指標(biāo)元素。一般情況下非礁相灰?guī)r中鍶含量比礁相灰?guī)r高得多。對(duì)加拿大阿爾伯達(dá)泥盆紀(jì)灰?guī)r的研究表明，非礁相灰?guī)r中鍶 鋇、鎳、鈷、鉻、釩含量比礁灰?guī)r高得多。對(duì)日本高知縣佐川地區(qū)灰?guī)r研究也有類似結(jié)果，在上、中、下三層不同的灰?guī)r中，中層為礁灰?guī)r，微量元素