研究生應(yīng)用地球化學(xué)

1、應(yīng)用地球化學(xué)應(yīng)用地球化學(xué) 第一部分第一部分 地球化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)地球化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)豐度和克拉克值豐度和克拉克值 化學(xué)元素在任何宇宙體或地質(zhì)體中的平均含量都可以稱為豐度，而克拉克值是各元素在地殼中的相對(duì)平均含量。因此，豐度一詞用得較廣，它可以用于任何天體或整個(gè)地球，也可用于某一地質(zhì)體，當(dāng)然也能用于地殼；但克拉克值則只表示某一元素在整個(gè)地殼中的平均含量。各主要元素在地殼中的含量分布圖各主要元素在地殼中的含量分布圖 必須指出，豐度是以ppm(即百萬(wàn)分之一)為單位，相當(dāng)于g/t(克噸)、 ugg或10-4，而克拉克值則是百分含量。 克拉克值的意義： （1）質(zhì)量作用定律：元素克拉克值影響元素參與地球化學(xué)過(guò)程的

2、濃度，從而支配元素地球化學(xué)行為。 （2）衡量元素的集中與分散（濃度克拉克值） （3）直接用于環(huán)境評(píng)價(jià)與找礦。 前三種分布量最大的元素(O、Si、Al)的總量占地殼總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為 84.55% 前九種元素(O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H)的總量占地殼總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為 99.18% 前十三種元素 99.67%類質(zhì)同像條件與規(guī)律 條件： （1）晶體化學(xué)條件（半徑） （2）配位數(shù) （3）化學(xué)鍵的類型 （4）電荷平衡 規(guī)律： （1）若2種離子電價(jià)相同，半徑相似，半徑較小的優(yōu)先進(jìn)入礦物晶格； （2）半徑相似電價(jià)不同的離子，高價(jià)離子優(yōu)先進(jìn)入礦物晶格。元素的遷移元素的遷移 從元素演化的整個(gè)發(fā)

3、展歷史來(lái)看，元素相互結(jié)合成礦物是有條件的、短暫的、相對(duì)的，隨著介質(zhì)環(huán)境的物理化學(xué)條件的變化，各種元素為了保持相的平衡，不停地進(jìn)行著礦物重新組合，即不斷地從一個(gè)晶格轉(zhuǎn)移到另一個(gè)晶格。這種作用稱為元素的遷移。反過(guò)來(lái)，元素的這種演化又不斷地影響和改變著介質(zhì)環(huán)境的物理化學(xué)條件。同位素地球化學(xué)同位素地球化學(xué) 放射性同位素地球化學(xué)放射性同位素地球化學(xué) 放射性：原子核內(nèi)部放出粒子或射線，同時(shí)伴隨著釋放能量的現(xiàn)象叫做放射性，這一過(guò)程稱為放射性衰變。 測(cè)定同位素地質(zhì)年齡的基本原理和前提測(cè)定同位素地質(zhì)年齡的基本原理和前提 1.原理原理 應(yīng)用放射性衰變來(lái)測(cè)定地質(zhì)事件的年齡可以通過(guò)多種不同途徑,但總的共同點(diǎn)是通過(guò)測(cè)定

4、放射性衰變所經(jīng)歷的時(shí)間間隔來(lái)記時(shí)。設(shè)某自然體系現(xiàn)在的母體同位素量為P，在自然體系形成時(shí)的母體同位素量為P0，體系形成到現(xiàn)在的時(shí)間間隔為t，根據(jù)放射性衰變定律則有： P=P0e-t 為母體同位素的衰變常數(shù)，其半衰變期t1/2 =ln(2/),通過(guò)求解上述方程可得： t=(1/)ln(P0/P) 前提前提 （1）要能準(zhǔn)確地測(cè)定或t。 (2)有關(guān)放射性元素的各種同位素的相對(duì)豐度需準(zhǔn)確測(cè)定。 (3)衰變的最終產(chǎn)物必須是穩(wěn)定的。一般半衰期若大于10141015年的都可忽略不計(jì)。 (4)巖石礦物形成后放射性母體及子體必須保持封閉的化學(xué)體系。換句話說(shuō)，巖石和礦物必須保持放射性平衡。經(jīng)變質(zhì)、交代和風(fēng)化的巖石都

5、會(huì)發(fā)生母體或子體的丟失或加入。 （5）能準(zhǔn)確地扣除被測(cè)對(duì)象子體同位素的原始含量，否則所計(jì)算出來(lái)的年齡將會(huì)偏高。測(cè)定同位素地質(zhì)年齡的常用方法測(cè)定同位素地質(zhì)年齡的常用方法 目前應(yīng)用較廣的方法有 U-Th-Pb法 K-Ar法 Rb-Sr C14法等U-Th-Pb 法：238U206Pb 238238=1.55125=1.551251010-10-10a a-1-1235U207207Pb Pb 235235=9.8458=9.84581010-10-10a a-1-1232Th208208Pb Pb 232232=4.9457=4.94571010-10-10a a-1-1三個(gè)計(jì)算公式 206Pb測(cè)

6、測(cè)=206Pb初初+238U(e 238t-1) 207Pb測(cè)測(cè)=207Pb初初+235U(e 235t-1) 208Pb測(cè)測(cè)=208Pb初初+232Th(e 232t-1) 鉀氬法鉀氬法A. 自然界中的自然界中的 K 和和 Ar 39K 93.2581%(相對(duì)度豐) 40K 0.01167%(相對(duì)豐度) 41K 6.7302%(相對(duì)豐度) 40K 是放射性的. Ar 主要在空氣中 ，有3個(gè)同位素: 36Ar 0.337%(相對(duì)度豐) 38Ar 0.063%(相對(duì)度豐) 40Ar 99.6%(相對(duì)度豐) 40Ar 是由 40K衰變而來(lái)的. 根據(jù)D=P(et-1), : 40Ar=40K 4.7

7、210-10 ，k 0.58410-10t=1.88109ln(1+9.0740Ar/40K) 1)(kekk穩(wěn)定同位素地球化學(xué)穩(wěn)定同位素地球化學(xué) 同位素分析的結(jié)果可以用各種不同的方法來(lái)表示，最常用的有下列幾種： 絕對(duì)比率(R)：即不同同位素的簡(jiǎn)單比值，如12C/13C、32S/34S等。 （2）相對(duì)富集度：即樣品相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品的偏離度，一般以其千分率()表示之： ()=( R樣品/R 標(biāo)準(zhǔn)-1)1000 標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)樣品 關(guān)于各種元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品，有些是世界各國(guó)所公認(rèn)的。例如硫的同位素是1962年在美國(guó)舉行的“硫同位素生物地球化學(xué)國(guó)際科學(xué)討論會(huì)”上決定以美國(guó)亞利桑那州的Canyon Diabl

8、o隕石中硫同位素組成 32S34S=22.220(或34S32S=0.0450045)作為標(biāo)準(zhǔn)(34S=0)。. 硫同位素地球化學(xué)硫同位素地球化學(xué) 碳同位素地球化學(xué)碳同位素地球化學(xué) 熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律: 能量守恒定律能量守恒定律(1)物質(zhì)的量：量多則內(nèi)能多；物質(zhì)的量：量多則內(nèi)能多；(2) 物質(zhì)的組成：不同化學(xué)成分的物質(zhì)，有不同的內(nèi)物質(zhì)的組成：不同化學(xué)成分的物質(zhì)，有不同的內(nèi)能值；能值；(3) 物質(zhì)的相態(tài)：同種物質(zhì)在不同的相態(tài)能量不同，物質(zhì)的相態(tài)：同種物質(zhì)在不同的相態(tài)能量不同，如同量同溫的冰與水，則冰的內(nèi)能比水少；如同量同溫的冰與水，則冰的內(nèi)能比水少；(4)物質(zhì)的存在

9、條件：同量的氣體在物質(zhì)的存在條件：同量的氣體在80時(shí)就比時(shí)就比25時(shí)內(nèi)能多些。時(shí)內(nèi)能多些。 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律(熵) (1) 熵是體系無(wú)序程度增加的一種度量熵是體系無(wú)序程度增加的一種度量 S=Q/T(2) 熱不能百分之百轉(zhuǎn)換成功一種狀態(tài)的熵越大，實(shí)際出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越大，混亂程度也越大， 熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律 完整晶體在絕對(duì)零度時(shí)的熵值為零（零熵）。 例如釩與鎵這兩種元素在地殼中的含量遠(yuǎn)比銅、銀、鋅、金要多，但它們的分布極為分散，這是由于釩與地殼中的主要元素鐵很相似，而鎵則與鋁很相似。兩相似物質(zhì)相互作用，其熱效應(yīng)很小，而相互作用的過(guò)程是在等溫等壓下進(jìn)行的一個(gè)容積增加的過(guò)程。即微觀狀

10、態(tài)數(shù)增加或混亂程度增加或熵值增加的過(guò)程，因而釩類質(zhì)同象進(jìn)入含鐵的礦物和鎵類質(zhì)同象進(jìn)入含鋁的礦物都是自動(dòng)過(guò)程。 Gibbs反應(yīng)自由能： G=H-TS 當(dāng)參與生成反應(yīng)的各物處于各自的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化，稱為此化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能，記作G0生（J.mol-1）。穩(wěn)定單質(zhì)的G生都假定為零，故各種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能都是一個(gè)相對(duì)值。 Notes: G=0 平衡平衡 G0 反應(yīng)不能發(fā)生反應(yīng)不能發(fā)生 化學(xué)位化學(xué)位iiiRTLnN逸度逸度Fi=活度活度 ai= iNi第二部分 微量元素概論微量元素(minor or trace elements)依不同學(xué)者給出了不同的定

11、義。蓋斯特(Gast, 1968)定義微量元素“不作作系內(nèi)任何相主要組份存的非化學(xué)計(jì)量的分散元素”。按此定義，微量元素是相對(duì)的，在一個(gè)體系中為微量元素，而在另一個(gè)體系中可能為常量元素。比如，K、Na在超基性巖中可做微量元素。在長(zhǎng)石類巖石中不能做微量元素。Zr在鋯英石中不是微量元素，但在長(zhǎng)石中都是微量元素。Fe一般情況下不是微量元素，但閃鋅礦中Fe都是微量元素。 所以根據(jù)含量來(lái)劃分微量元素是不準(zhǔn)確的。所以有人從熱力學(xué)角度來(lái)定義微量元素：在研究的對(duì)象中元素的其含量低到可可近似地用稀溶液定律來(lái)描述其行為，則該元素可稱為微量元素。必須注意的是，這里指的稀溶液，與我們常說(shuō)的稀溶液概念不同，將在后面予以說(shuō)

12、明。 微量元素與痕量元素(trace elements)常有不少人看做相同的，實(shí)際上，這兩者是有判別的，一般認(rèn)為，前者的含量高于后者。但是為了方便起見(jiàn)，?？梢钥醋鑫⒘吭氐暮糠秶撕哿吭兀?因此，多數(shù)情況下，人們常用微量元素這一概念，而不用痕量元素這一概念。第一章 微量元素地球化學(xué)的基本問(wèn)題1. 稀溶液 在討論稀溶液概念之前，首先說(shuō)明溶液的概念，說(shuō)到溶液，大家都不陌生。然而，從地質(zhì)熱力學(xué)和述語(yǔ)來(lái)看。溶液可定義為：“兩種或兩種以上物質(zhì)均勻混合而且彼此呈分子狀態(tài)分布者”。從此定義可知，溶液不單純?yōu)橐后w，它也包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。在地質(zhì)體種，溶液多為固態(tài)。如鉛鋅礦(方鉛礦和閃鋅礦)均勻混合體

13、，可看作溶液，含F(xiàn)e閃鋅礦也可看作溶液，因?yàn)镕e2+替代Zn2+,以FeS形式與Zn供存，等等。 溶液兩部分構(gòu)成，其中含量較少的部分稱為溶質(zhì)，含量較多的部分稱為溶劑。 若溶液含溶質(zhì)極少則該溶液稱之為稀溶液。凡含有微量元素的礦物，巖石乃至地質(zhì)體，均可看做稀溶液。 稀溶液的性質(zhì) 在一定溫度下，稀溶液中溶質(zhì)的活度等于純?nèi)苜|(zhì)的活度乘以溶液中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。 設(shè)i為某一微量元素，其活度為ai，xi為其摩爾分?jǐn)?shù)，當(dāng)xi0時(shí)，就有ai正比于xi，這就是享利定律，其圖如上，即當(dāng)xi0時(shí)，aikixi，其中ki是i組分的享利定律常數(shù)，它與xi無(wú)關(guān)，但與P、T有關(guān)。圖Henrys Law when Xi appr

14、oaches 0. In this case, the partial pressures are not equal to the mole fraction times the vapor pressure of the pure substance, but they do vary linearly with Xi. This behavior follows Henrys Law, which is: Pi =hXi for Xi 1 輕REE富集型，分配曲線右傾 CcN/YbN1，銪具正異常，銪富集型，分配曲線在銪處有峰值。 Eu越大，峰的凸起越高，Eu越富。 Eu1，鈰富集型，具

15、正鈰異常 Ce1時(shí)，元素在固相中富集，即在部分熔融時(shí)趨向于保存在殘余固相中，在分離結(jié)晶時(shí)首先進(jìn)入結(jié)晶相中。若 9時(shí)，移去的巖漿小于10%。 從可知，當(dāng)1/q0時(shí)，D*與Di相等，該模型與不平衡分離結(jié)晶作用的模型相同。11q 4.2 同化混染作用和巖漿混合作用微量元素定量模型同化混染作用和巖漿混合作用微量元素定量模型 4.2.1 簡(jiǎn)單混合作用模型簡(jiǎn)單混合作用模型 由深部巖漿上升侵位過(guò)程，圍巖或其它來(lái)源巖漿可與之混染(巖體的邊緣相一般可看混染的產(chǎn)物)。其定量模型為： 式中： ：混染后巖漿中微量元素的濃度； ：混染物中元素i的濃度；：混染巖漿所占的重量比例(混染程度) =0時(shí)，表明沒(méi)有混染作用發(fā)生；

16、 越大表示混染程度越強(qiáng)。 該模型在研究巖體邊緣相時(shí)，可將邊緣相看作混染后的產(chǎn)物(取樣分析可得 ) ，圍巖可作為混染物(同樣可得 )巖體中心可作為原始巖漿演化產(chǎn)物(取樣可得 )，利用可計(jì)算 值，即混染程度。)1 (,icioLiLCCCilCicC原始巖漿重量混染巖漿重量ilCicCiolC, 4.2.2. 混染混染分離結(jié)晶作用綜合模型分離結(jié)晶作用綜合模型 巖漿發(fā)生混染后，再分離結(jié)晶，其定量模型為： 式中各符號(hào)意義同前所述。 4.2.3 分離結(jié)晶分離結(jié)晶混染作用綜合模型混染作用綜合模型 若巖漿先有一定程度的分離結(jié)晶，然后再發(fā)生混染，則其模型為： 式中F為混染作用發(fā)生之前的分離結(jié)晶程度， 為混染程

17、度。1)1 (,iDiciOLiLFCCCicDiOLiLCFCCi)1 (1,第六章 微量元素地球化學(xué)的其它應(yīng)用 6.1 概述 如前所述，由于將稀溶液定律引入了微量元素地球化學(xué)領(lǐng)域，從而使得微量的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大與深化。在解決地質(zhì)問(wèn)題中，微量元素已成為了研究巖石礦床成因、形成條件、物質(zhì)來(lái)源等方面最可靠的、使用最方便的方法。例如，成巖成礦溫度與壓力的研究，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是礦床學(xué)家與地球化學(xué)家感興趣而難以解決的問(wèn)題。自從引進(jìn)了微量元素地質(zhì)溫度計(jì)以后，成礦溫度與壓力研究獲得了很大的發(fā)展。有些礦床，正是通過(guò)微量元素溫度計(jì)的研究，才澄清了以前的模糊認(rèn)識(shí)。 還有些礦床，也是通過(guò)微量元素的含量變化，分布特

18、征等研究，才解決了其成因問(wèn)題。微量元素還可用作指示劑，來(lái)解決某些特定地質(zhì)問(wèn)題。小到礦物晶體，大到不同性質(zhì)的大地構(gòu)造單元，甚至天體都可用微量元素地球化學(xué)理論來(lái)揭示事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律。在這一章里，著重介紹除了巖石學(xué)定量模型以外的微量元素的其它應(yīng)用。 6.2 微量元素地球化學(xué)指示劑 6.2.1 指示巖漿演化過(guò)程指示巖漿演化過(guò)程 6.2.1.1 大離子親石元素的指示意義 大離子半徑親石元素主要指的是Ba、Rb、Sr、Ca和K。由于Sr的性質(zhì)與Ca相似，當(dāng)它的為+2價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，其離子半徑分別為1.17和1.0。在巖漿演化過(guò)程中，Sr長(zhǎng)石熔體間的分配系大，也就是說(shuō)Sr2+易進(jìn)入含Ca2+礦物中，因此在中酸

19、性巖漿演化過(guò)程中，Sr一般也隨Ca的減少而貧化。但是，Sr2+的半徑比Ca2+略大，按類質(zhì)同象規(guī)律，Ca2+優(yōu)先進(jìn)入晶格中，所以Sr2+貧化較慢，隨著巖漿分異作用的進(jìn)行，Sr/Ca值逐漸增加。這就決定了殘余巖漿最后結(jié)晶的斜長(zhǎng)石具有最高的Sr/Ca值和最低的Ca含量。因此，利用Sr/Ca比值可判斷巖漿的演化分異程度。 Rb1+與K1+的化學(xué)性質(zhì)極為相似，其半徑分別為1.47和1.36，當(dāng)它們分別與氧結(jié)合時(shí)，K-O鍵能比Rb-O鍵能高，且Rb+的半徑略大于K+的半徑，所以在中酸性巖漿演化過(guò)程中Rb更趨向于在晚期富集，Rb/K比值在演化過(guò)程中不斷增高，從而也反映了巖漿的演化程度。 綜合Rb、Sr地球

20、化學(xué)，一般認(rèn)為Rb/Sr比值是巖漿演化過(guò)程中最明顯的指示劑，巖漿分異程度愈好，Rb/Sr比值愈大。 此外，Ba2+與K+的離子半徑相近(Ba2+的半徑為0.96)，從半徑考慮，Ba可占據(jù)早期晶出礦物中K的位置，并且Ba-O鍵比K-O鍵的共價(jià)程度更高，所以Ba2+可取代K+(同時(shí)伴以Al3+取代Si4+)，故在結(jié)晶時(shí)趨向于富集在結(jié)晶固相中，而在殘余相中貧化。 6.2.2 指示構(gòu)造部位指示構(gòu)造部位 這些元素除了指示巖漿的演化分異以外，還可用來(lái)區(qū)分不同大地構(gòu)造部的巖石類型(表6-1)。 表6-1 不同構(gòu)造環(huán)境火山巖某些微量元素的參數(shù) 從表中可見(jiàn)島弧拉斑玄武巖的Rb和Sr豐度比大洋拉斑玄武巖的要高，但

21、Rb/Sr和K/Rb比值卻近似。 6.2.3 指示地殼厚度指示地殼厚度 利用Rb/Sr比值還可確定地殼的厚度，K.C.Condie研究表明與消亡帶有關(guān)的的年輕火山巖中的Rb、Sr的分布對(duì)地殼厚度很靈敏，利用環(huán)太平洋帶年輕火山中Rb(PPm)Sr(PPm)Ba(PPm)K/RbRb/Sr島弧拉斑玄武巖3-10100-20050-15010000.01-0.05島弧鈣堿性巖系30380270400-5000.05-0.10大洋拉斑玄武巖0.2-5.070-1506-3010000.02Rb-Sr的變化曲線與可靠的地殼厚度資料，繪制了Rb-Sr地殼厚度。與此同時(shí)，他認(rèn)為K2O可用來(lái)估算俯沖帶的深度和

22、地殼的厚度，這里簡(jiǎn)單介紹一個(gè)他所用的方法。 A. 先求標(biāo)定硅石K值 在巖石化學(xué)成分中由于Na2O和K2O，特別是后者的增加與SiO2的增加有極好的相關(guān)關(guān)系。例如，中國(guó)境內(nèi)巖漿巖中這三種化合物就是明顯的正消長(zhǎng)（表）。 表 巖漿巖中Na2O、K2O、SiO2的含量(據(jù)黎彤)超基性巖基性巖中性巖酸性巖SiO243.7648.2558.0570.40Na2O0.903.303.573.77K2O0.411.722.363.79 由SiO2自然界較豐富，就用SiO2來(lái)標(biāo)定K2O值，也就計(jì)算當(dāng)SiO2為60%時(shí)，K2O相應(yīng)的計(jì)算值，例如，已知玄武巖中SiO2的量為50%，K2O的量為0.6%，則標(biāo)準(zhǔn)的K2

23、O值為： B. 康迪(K.C.Condie)計(jì)算公式設(shè)C表示地殼厚度，Z表示俯沖帶深度，康迪公式為： C(公里)=18.2(K2O)+0.45 (相關(guān)系數(shù)r=0.67) Z(公里)=89.3(K2O)+14.3 (相關(guān)系數(shù)r=0.82) 該法經(jīng)環(huán)太平洋幾個(gè)火山巖地區(qū)檢驗(yàn)，最大誤差可達(dá)30%，盡管計(jì)算結(jié)果不太準(zhǔn)確，但是從地球化學(xué)角度來(lái)定量估計(jì)殼厚度的償試是可取的。 康迪公式的應(yīng)用是有前提的，在應(yīng)用此公式時(shí)，首先要研究火山巖地區(qū)的巖漿系列。%72. 0100506 . 060)(2OK 地殼上有三大巖漿系列：拉斑玄武巖系列；堿性系列，鈣、堿系列。只有后者才與俯沖帶有關(guān)，該系列可分為三個(gè)系列： a.

24、 島弧型拉斑玄武巖亞系列； b. 島弧型安山巖亞系列； c. 橄欖安粗巖亞系列。 無(wú)論在弧溝系或陸溝系，亞系列a由于重熔度高，往往成為火山活動(dòng)的前鋒，而亞系列C則往往產(chǎn)于島弧上的向大陸的一側(cè)，或靠近大陸內(nèi)部，而且都沿著弧溝系或陸溝系延伸方向展布。而這三個(gè)亞系列的巖石其K2O的平均含量不同，是俯沖帶深度遞增的函數(shù)，也就是地殼厚度的函數(shù)。因此，在肯定島弧環(huán)境的前提下，或在研究鈣堿系列火山巖地區(qū)上述三種亞系列的發(fā)育程序和空間分布的基礎(chǔ)上，可以估計(jì)俯沖帶的深度和古地殼的厚度(黎彤等，1982)。 6.2.1.2 非活動(dòng)性元素非活動(dòng)性元素 Nb、Ta、Zr、Hf等其活動(dòng)性較小。它們之間?？砂l(fā)生類質(zhì)同象交

25、換。 Nb和Ta地球化學(xué)性質(zhì)非常相近，所以在地質(zhì)作用中，密切伴生，但二者在地球化學(xué)性質(zhì)上略有差，從而Nb/Ta比值可作為形成條件的指示劑，超基性巖Nb/Ta約為16左右，花崗巖約為4.8，花崗巖中Na、Ta的地球化學(xué)行為取決于巖漿中Ti和Ca濃度。若漿巖中富Ca，則Nb、Ta分散于含鈣礦物，特別是含鈣的鈦礦物如榍石，褐簾石和鈣鈦礦等礦物中。 利用Nb、Zr豐度可金伯利巖和鉀鎂煌斑巖分開(kāi)，Zr和Hf在地質(zhì)作用過(guò)程中，也緊密伴生。鐵鎂質(zhì)巖石中Zr變化與巖石產(chǎn)出的構(gòu)造位置有關(guān)。島弧玄武巖中Zr的含量為10-60PPm，而大洋玄武巖中Zr的含量為120-300PPm。此外，Zr的分布與巖石的成因也有關(guān)

26、，地幔成因的巖石含Zr低。在熔融及結(jié)晶過(guò)程中，Zr為不相容元素，傾向于富集在液相中。 Zr/Hf比值隨巖漿演而降低，因此，Zr/Hf可指示巖漿演化程度。大陸玄武巖比洋殼拉斑玄武巖的Hf含量較高，而海島玄武巖比洋中脊拉斑玄武巖的Hf含量高。這反映了地幔成分，構(gòu)造環(huán)境，部分熔融程度和分離結(jié)晶作用的差異。 6.2.4 放射性生熱元素指示地殼生成熱放射性生熱元素指示地殼生成熱 放射性元素在地質(zhì)作用過(guò)程中自然地放出射線，即能量或熱，從而使地球具有很豐富的熱能，甚至有人認(rèn)為地球中的高溫主要是由放射性元素衰變過(guò)程而引起。 放射性元素在地球巖石中的濃度相對(duì)于宇宙隕石來(lái)說(shuō)要高得多。因此，根據(jù)放射性元素的含量可區(qū)

27、分宇宙隕石和地球巖石，例如，玻璃隕石的成因問(wèn)題，一直是沒(méi)有定論的。但是在K對(duì)K/U比值圖上，玻璃隕石落在地球巖石的范圍，無(wú)一例外，從而證明了玻璃隕石的母體巖石乃為地球巖石。 放射性生熱元素也可用來(lái)探討巖石成因。有人研究了巴西某地麻粒巖相的Th/U比值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根據(jù)Th/U比值可將麻粒巖相分為兩類，一類的Th/U比值為1.7-2.6，另一類為7-25，與世界麻粒巖相比，該地麻粒巖相具有高Th和U濃度。之所以高Th濃度是因?yàn)閹r漿分離結(jié)晶使Th、U富集于殘余熔體中。殘余熔體固結(jié)后經(jīng)歷的麻粒巖相變質(zhì)作用使巖石副礦物磷灰石和鋯英石含量高(前者富集Th，后者富集U)。造成第二類麻粒巖相Th/U比值高是因?yàn)?/p>

28、退變質(zhì)作用，退變質(zhì)作用伴隨U的遷移，使U貧化，所以，Th/U比值升高。 放射性元素含量還可用來(lái)估算巖石釋放的放射性蛻變熱，其計(jì)算公式為： 式中：A為生成熱；為巖石密度，單位為g/cm3，利用（4.6）計(jì)算的各類巖石的生成熱如表。 根據(jù)這類元素隨深度遞減的規(guī)律，Haack計(jì)算得到了大陸地殼中這些元素的濃度，K為2.09%，Th為443PPm，U為0.66PPm，利用上式計(jì)算了地球平均生成熱為0.69UW/m3。)52. 956. 248. 3(102UThKA表 K、Th和U在各類巖石中的平均含量及生成熱KThUTh/UA花崗巖3.7424.65.44.62.673.40花崗閃長(zhǎng)巖2.3412.

29、43.14.02.701.89閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖1.839.22.63.52.801.58輝長(zhǎng)巖0.603.10.595.32.980.466上地殼侵入巖2.7416.03.84.22.732.33酸性麻粒巖2.735.50.668.32.730.815基性麻粒巖0.862.30.278.52.930.336麻粒巖(下地殼)2.344.90.568.82.770.721島弧安山巖1.234.10.984.22.700.651 6.2.5 過(guò)渡元素的指示意義過(guò)渡元素的指示意義 過(guò)渡族元素是地質(zhì)作用中最有意義的元素。有關(guān)晶體化學(xué)參數(shù)見(jiàn)表。這些元素最大共同特點(diǎn)是離子半徑相差不大。且價(jià)態(tài)多為+2價(jià)和+

30、3價(jià)。因此，其地球化學(xué)性質(zhì)也有相似性。一般情況下，過(guò)渡族元素多是相容元素，在分離結(jié)晶時(shí)，優(yōu)先進(jìn)入結(jié)晶相，所以分離結(jié)晶作用的定量模型計(jì)算中，常用這些元素的數(shù)據(jù)。與之相反，親石元素為不相容元素，在部分熔融過(guò)程中易進(jìn)入熔體，所以常用親石元素進(jìn)行部分熔融作用的定量模型計(jì)算。為此，常用一個(gè)過(guò)渡元素與一個(gè)親石元素對(duì)來(lái)研究巖漿的形成和演化特征。 與稀土配分模式的意義相似，過(guò)渡元素也可用來(lái)配分模式來(lái)解釋一些地質(zhì)問(wèn)題。因?yàn)檫^(guò)渡元素中有一部分屬不相容元素(如V、Ti)，因此，地幔巖漿經(jīng)過(guò)了部分熔融過(guò)程，則這些元素會(huì)發(fā)生虧損，即在配分模式上在Ti和V的位置出現(xiàn)“W”形態(tài)。若為原始地幔巖，則無(wú)W形出現(xiàn)。 某些過(guò)渡元素

31、的地化參數(shù) V5+ V3+ Ti 4+ Cr3+ Mn 2+ Fe3+ Fe2+ Co2+ Co3+ Ni 2+ Ni3+ Cu 2+ Zn2+離子半徑離子半徑 0.59 0.74 0.68 0.63 0.80 0.64 0.74 0.72 0.63 0.69 0.62 0.72 0.74離子電位離子電位 8.47 4.05 5.88 4.76 2.50 4.69 2.70 2.78 4.76 2.90 4.84 2.78 2.70 原始地幔巖沒(méi)有出現(xiàn)W形，而大西洋橄欖玄武巖表現(xiàn)出了W，說(shuō)明二者所經(jīng)歷的演化階段不同，(球粒隕石中過(guò)渡族元素的豐度分別為Ti:720PPm，V:94PPM，Cr:3

32、460PPm，Ma:2590PPm，F(xiàn)e:219000PPm，Co:550PPm，Ni:12100PPm，Cu:140PPm，Zn:460PPm)。 值得指出的是過(guò)渡族元素由于具有不同的地球化學(xué)親和性或價(jià)態(tài)，從而在不同的地質(zhì)環(huán)境它們之間顯示了不同的相關(guān)性。比如，元素V，在還原環(huán)境中，呈V3+形式存在，它與Fe3+及Al3+的半徑相似，所以很容易發(fā)生類質(zhì)同像置換，這也是釩在自然界高度分散的主要原因。在氧化環(huán)境下，釩呈+5價(jià)形式存在，而形成獨(dú)立礦物。在巖漿作用中，釩與主要造巖組分之間有一定的依賴關(guān)系，隨TiO2、MgO、FeO含量增高而增高，隨SiO2、Na2O含量增高而降低。因此有人認(rèn)為Ti與V

33、為互不相 容元素，其實(shí)，它們是否相容，主要取決于環(huán)境的地球化學(xué)條件。眾所周知，Ti只有一種價(jià)態(tài)(+4價(jià))，因此，不受fo2的影響，而對(duì)于V，當(dāng)fo2較高時(shí)，釩以V5+為主，為不相容元素中非活動(dòng)性元素，易在熔體中富集，分配系數(shù)?。划?dāng)fo2值較小時(shí)，釩以V3+為主，為相容元素，易在結(jié)晶相中富集。據(jù)此，就可利用Ti、V的這些性質(zhì)研究部分熔融過(guò)程和分離結(jié)晶過(guò)程。 利用Ni、V的分配系數(shù)系數(shù)還可以判別玄武巖漿的源區(qū)巖石，圖表示了我國(guó)東部和西南(騰沖地區(qū))火山巖系的DNiDV相關(guān)曲線以及橄欖石和單斜輝石的DNi、 DV范圍。從圖中可見(jiàn)，騰沖主要巖系的曲線穿過(guò)單斜輝石區(qū)，而中國(guó)東部玄武巖源區(qū)巖石靠近橄欖石區(qū)

34、，所以認(rèn)為騰沖火山巖源巖為榴輝巖、輝石巖，而中國(guó)東部玄武巖的源區(qū)巖石為輝石橄欖巖。 在巖漿的分離結(jié)晶過(guò)程中，Ni比Co優(yōu)先進(jìn)入晶格，Co相對(duì)富集在殘余液相中，因此隨分離結(jié)晶作用的進(jìn)行，Ni/Co逐漸降低。 用黃鐵礦中的Co/Ni比值來(lái)研究硫化礦床的成因，有不少學(xué)者進(jìn)行過(guò)這方面的探索，并且認(rèn)為是一個(gè)比較可靠的地球化學(xué)標(biāo)志。對(duì)于火山成因的鐵銅礦床，黃鐵礦中Co/Ni比值一般大于5，甚至在10次以上，明顯高于火山沉積礦床和后期熱液改造礦床(Co/Ni比值各小于3)；而礦物來(lái)源于古陸剝蝕區(qū)沉積成因的鐵銅礦床，黃鐵礦中Co/Ni比值更低，一般小于1。 6.2.6 微量元素與大地構(gòu)造環(huán)境微量元素與大地構(gòu)造

35、環(huán)境 眾所周知，板塊構(gòu)造理論的興起，除地球物理的貢獻(xiàn)之外，地球化學(xué)理論也在一定程度上給了板塊學(xué)說(shuō)以較大的支持。70年代，由于板塊學(xué)說(shuō)主要依賴于一些海洋物探資料，而較少有地質(zhì)學(xué)家和地球化學(xué)家的提供的佐證，因此，有人懷疑此學(xué)說(shuō)的是否可靠性。隨著微量元素地球化學(xué)研究的不斷深入，越來(lái)越多的資料說(shuō)明板塊學(xué)說(shuō)是可靠的。 事實(shí)上，除了板塊學(xué)說(shuō)以外，地洼學(xué)說(shuō)也同樣得出了一些不同性質(zhì)的大地構(gòu)造單元具有不同的微量元素分配特征。 6.2.7 不同板塊構(gòu)造環(huán)境玄武巖的微量元素豐度和配分不同板塊構(gòu)造環(huán)境玄武巖的微量元素豐度和配分型式型式 從構(gòu)造環(huán)境玄武巖的微量元素豐度，從表可知，火山弧玄武巖中低離子電位的不相容元素(K

36、、Rb、Ba)豐度較高，這是因?yàn)檫@些元素這具活動(dòng)性，易隨板塊消減進(jìn)入地幔楔形區(qū)，從而使島弧玄武巖富集這些元素，而離子電位高的元素(Nb、Ta、Zr、Hf、P)不具活動(dòng)性，豐度也就低。 在研究不同構(gòu)造環(huán)境中微量元素的配分型式時(shí)，選用的微量元素一般是Sr、K2O、Rb、Ba、Th等，并以標(biāo)準(zhǔn)的洋中脊玄武巖中這些元素的豐度為標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)洋中脊玄武巖中各微量元素的豐度只見(jiàn)表4)，板內(nèi)玄武巖，洋中脊玄武巖和島弧玄武巖微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化配分型式，對(duì)于板內(nèi)玄武巖，從Sr到Ti相對(duì)于MORB均富集，而Y、Yb、Sc和Cr均低于MORB標(biāo)準(zhǔn)值， 這是因?yàn)镾r、Ti這些元素相對(duì)于石榴石二輝橄欖巖來(lái)說(shuō)均為不相容元

37、素，趨向于富集于熔體中，而Y、Yb、Sc和Cr相對(duì)于地幔礦物來(lái)說(shuō)為相容元素，故部分熔融時(shí)，趨向于殘留固相中，使板內(nèi)玄武巖中含量較低。 對(duì)于洋中脊玄武巖，極不相容元素(Ba、Th、Nb、Ta)比中等不相容元素(P、Zr、Hf、Sm)更加富集，而Ti、Yb、Y豐度低于MORB標(biāo)準(zhǔn)值。Pearce(1982)認(rèn)為：除Sr(相容于長(zhǎng)石)，Sc和Cr外，其它微量元素在玄武巖熔漿和地幔巖之間的總分配系數(shù)值較低，故上述三元素在分配曲線上的位置較低，且隨分離結(jié)晶程度增大，不相容元素分配型式，向上移動(dòng)，但形狀變化不大。 島弧玄武巖中微量元素除K、Rb、Sr、Ba較MORB富集外，其余元素比較貧化。這主要是消減帶

38、形成熔漿時(shí)洋殼上部沉積物中含K、Rb、Sr、Ba的沉積物熔體之故。 6.2.8 火山中微量元素板塊構(gòu)造的分析火山中微量元素板塊構(gòu)造的分析 6.2.9 板塊構(gòu)造環(huán)境分析板塊構(gòu)造環(huán)境分析 里特曼將世界上1300個(gè)活火山熔巖，投影在log-log座標(biāo)上(=（K2O+Na2O）2/(SiO2-43)，叫里特曼組合指數(shù)，=(Al2O3-Na2O)/TiO2叫戈蒂里指數(shù)，把巖石成份劃分為三個(gè)區(qū)：A區(qū)為非構(gòu)造帶(板內(nèi)穩(wěn)定構(gòu)造構(gòu))火山巖；B區(qū)為造山帶(島弧及活動(dòng)大陸邊緣區(qū))火山巖；C區(qū)為A、B區(qū)火山巖派生的堿性巖。因此，只要已知火山巖的化學(xué)成分，計(jì)算成Log和log；投影到圖上，即可確定構(gòu)造環(huán)境。 6.2.1

39、0 不同性質(zhì)的大地構(gòu)造單元微量元素地球化學(xué)不同性質(zhì)的大地構(gòu)造單元微量元素地球化學(xué) 不同性質(zhì)的大地構(gòu)造單元具有不同的微量元素組合與含量，已被陳國(guó)達(dá)等人的研究成果所證實(shí)。 地槽區(qū)，由于它具有活動(dòng)的特點(diǎn)，表現(xiàn)地球化學(xué)特征的巖漿巖的化學(xué)成分上，除了以SiO2含量較低，Mg、Fe含量較高以外，微量元素(或組分)也有明顯的分布特征，K、Na、W、Sn、Mo、Bi、Li、Be等元素的含量相對(duì)較低，而Ti、V、Cr、Ni、Co、Sr、Ba含量較高，但Sr/Ba比值較小(相對(duì)于地洼區(qū)巖漿巖而言)。由于元素含量的關(guān)系，表現(xiàn)在組成礦物上，則有暗色礦物較多淺色礦物較少的特點(diǎn)。 地臺(tái)區(qū)，由它具穩(wěn)定的特點(diǎn)，巖漿活動(dòng)不強(qiáng)烈

40、。地球化學(xué)特征主要表現(xiàn)在沉積建造上。因此，只有那些在表生循環(huán)作用中能集中富集的元素才具有較高豐度，如Mn、Al、P等元素含量相對(duì)較高。 地洼區(qū)的地球化學(xué)特點(diǎn)最明顯，以地洼型花崗巖而論(地洼區(qū)中的巖漿巖中以花崗巖為主)。首先，表現(xiàn)在巖石化學(xué)成分上，大多數(shù)的SiO2含量較高(70%)。K、Na含量也較高，從而具有較強(qiáng)的堿性，而Mg、Fe、Ti、Ca等含量較低。其次，在微量元素，Li、Rb、Cs、Be、Ta、Nb、U、Th、REE、W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn、Ga含量普遍較高，反之，V、Cr、Co、Ni等含量較低，Sr和Ba較低，但變化大，且Sr/Ba比值較大。 微量元素在不同性質(zhì)的大地

41、構(gòu)造單元中表現(xiàn)有不同的分配特點(diǎn)的原因，主要是與組成構(gòu)造單元的構(gòu)造層的成分，巖漿巖特點(diǎn)及地殼演化過(guò)程有關(guān)。 第七章 巖漿成礦作用地球化學(xué) 1.巖漿成礦專屬性 巖漿活動(dòng)可以提供一些重要的成礦物質(zhì)，許多大型礦床都與巖漿活動(dòng)有關(guān)，但是不同的巖漿巖形成不同的礦產(chǎn)，并形成不同的礦床類型?；猿詭r漿一般為地幔巖漿，可以提供地幔物質(zhì)到地殼，形成巖漿分異或熔離礦床，以親鐵元素和鉑族元素為主。中酸性巖漿一般屬于地殼重熔型巖漿，其提供的成礦物質(zhì)具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，以多金屬硫化物、稀有、稀散及堿性金屬元素為特點(diǎn)。 原因 為了正確地了解元素(以及礦物)自巖漿中分離的順序和巖漿演化過(guò)程中元素遷移的問(wèn)題，必須首先弄清楚元

42、素在巖漿中存在的形式。 巖漿是天然產(chǎn)出的溶解有揮發(fā)性物質(zhì)，高溫、粘稠的硅酸鹽熔體。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，這種硅酸鹽熔體主要是由高離子電導(dǎo)率的活動(dòng)性離子所形成的離子液體。熔體中有所謂“群聚態(tài)組”存在。群聚態(tài)組就是熔體內(nèi)具有有序結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域。群聚態(tài)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與結(jié)晶體的結(jié)構(gòu)近似，所不同的是其邊緣帶的有序程度較內(nèi)部略低。 巖漿的成分相當(dāng)復(fù)雜，其中Si和O的百分比最高，元素在巖漿中的存在形式，主要決定于Si、O的相互作用以及Si4+和其他陽(yáng)離子對(duì)O2-的爭(zhēng)奪。 硅酸鹽熔體中的群聚態(tài)組，首先是由硅氧四面體聚合而成的巨大而復(fù)雜的絡(luò)陰離子。Si044-的四面體中O的有效靜電荷等于1，彼此以角頂相聯(lián)，形成Si044

43、-三度空間相連接的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。但在巖漿階段和已凝固時(shí)不同，他們還不斷處于遷移活動(dòng)之中，Si-O無(wú)時(shí)不在同時(shí)連接又同時(shí)分開(kāi)，Si044-網(wǎng)格一面在建立，一面也在拆散。由于不斷振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，Si-O連接之鍵角不定，并非所有Si044-都按同樣鍵角聯(lián)接，因此，Si-O只有在近程相鄰幾個(gè)之間排列是有序的，從巖漿整體來(lái)看，它們的排列仍然是無(wú)序的。 這種網(wǎng)格中Si-O的結(jié)合是不穩(wěn)定的。O2-不斷與Si044-網(wǎng)格一面結(jié)合，一面分離，發(fā)生一系列動(dòng)態(tài)平衡，瞬間形成各種Six0y群聚態(tài)組，它們能否固定下來(lái)，要看陽(yáng)離子的性質(zhì)。也要看Si/O的相對(duì)含量。隨著巖漿逐漸結(jié)晶，巖漿中的Si/O由1/4增加到1/2，其聚合程

44、度也逐漸增高，結(jié)晶格架由島狀演變到架狀： Si2O76- + O2- 2Si044- （島狀） 2SiO32- + O2- Si2O76- (啞鈴狀) Si2O52- + O2- 2SiO32- (環(huán)狀， 鏈狀) 2Si2O52- + O2- Si4O116- (帶狀) 2SiO22- + O2- Si2O52- (層狀) (架狀) 這些硅氧四面體的網(wǎng)格構(gòu)成了硅酸鹽熔體的骨架。至于其他金屬離子，A.E.林伍德認(rèn)為:陽(yáng)離子的存在形式視離子電位而定。與Si在爭(zhēng)奪O方面力量相當(dāng)?shù)目梢赃M(jìn)入網(wǎng)格而代替Si，其中以Al為主。當(dāng)熔體中Na、K含量豐富時(shí)，Al3+呈四次配位Al045-代替硅氧四面體中的部分硅

45、，形成AlO-Si骨架；當(dāng)Na、K含量不足時(shí)，Al3+則在AlO-Si絡(luò)合物骨架之外，呈AlO獨(dú)立群聚態(tài)組(呈六次配位)。因?yàn)锳l3-的電價(jià)較Si4+低，而半徑較大，故AlO鍵比SiO鍵弱，在晶格中代換的量，AlSi6.5的巖體最有利于形成鉻鐵礦(來(lái)自上地幔)。鉻鐵礦的晶格能(4.6lO3)與橄欖石(4.2lO3)及輝石(4.1lO3)相近,故無(wú)論是上地幔的選擇重熔或巖漿的結(jié)晶作用，這些組分常相伴隨。鉻鐵礦中鎂與鉻是同消長(zhǎng)的但鉻與鐵或鋁均呈反消長(zhǎng)關(guān)系。鐵、鋁含量高的巖體不利于鉻的成礦，所形成的鉻鐵礦其品位也是較差的。 鎳與鎂的半徑相同，故含鎂高的巖體鎳多呈類質(zhì)同象混入含鎂礦物而處于分散狀態(tài)。鎳

46、有親石、親硫兩重性，鎂多時(shí)能促進(jìn)其形成硅酸鎳礦，鐵多時(shí)（加上主要是硫）才形成硫化銅鎳礦床，因此，鎳礦多見(jiàn)于富鐵的基性巖，Mg/Fe比值一般在24之間，且多分布在地臺(tái)區(qū)。 鉀、鈉是強(qiáng)堿性元素，它們的含量高時(shí)形成堿性巖。富鉀、鈉的巖體結(jié)晶時(shí)，元素析出的順序與一般的巖體差別很大，因鉀、納的存在可增強(qiáng)許多元素與硅爭(zhēng)奪氧的能力，可促使許多兩性元素，如Al、Be、Ti、Fe、Zr等變成絡(luò)陰離子并使得Be、Ti、Zr等在巖漿結(jié)晶的早期分散在硅酸鹽礦物中(類質(zhì)同象置換硅)，否則它們可以在巖漿結(jié)晶的晚期富集并形成礦床。堿性巖中鈹?shù)呢S度比酸性巖高，但鈹在堿性巖中不形成礦床而在花崗偉晶巖中卻能形成礦床就是這個(gè)原因。

47、 鐵在巖漿結(jié)晶的早期多呈簡(jiǎn)單陽(yáng)離子參加到正硅酸SiO44-或偏硅酸SiO32-鹽的晶格中去。在富鉀、鈉，尤其是富鈉的情況下，鐵可成易溶的絡(luò)合物，如Na5(FeO4)、Na(FeSi2O6)、Na3(FeCl6)等進(jìn)行遷移，而且具有較強(qiáng)的形成Fe-O群聚態(tài)組的傾向,因而在有利的條件下可富集成礦床。 堿性巖中一般富含U、Th、TR、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta等，這是因?yàn)镵、Na形成硅酸鹽時(shí)需要它們作電價(jià)補(bǔ)償。巖漿中的Nb/Ta比值及稀土配分,在一定程度上與Na/K的比值有關(guān)。一般Na/K比值高的巖漿巖，相對(duì)地富含鈮及鈰族稀土,而Na/K比值低的巖漿巖則相對(duì)地富含鉭及釔族稀土。 鉀、鈉兩元素的作用

48、并不一樣。鉀化對(duì)Cu、W、Rb、TR等有利，而鈉化對(duì)Fe、Be、Nb、Ta等較有利。稀有元素在鈉質(zhì)堿性巖中可在巖漿期富集而在鉀質(zhì)堿性巖中往往延至熱液階段才富集，因KF的溶解度比NaF高10倍，過(guò)剩的堿性陽(yáng)離子K與上述的稀有元素形成非常易溶的氟-碳酸鹽絡(luò)合物如K3TR(CO3)3、KNbF6等，促使它們?cè)跉堄嗳芤褐芯奂?鋁是形成長(zhǎng)石的材料。當(dāng)鋁形成長(zhǎng)石時(shí)，同時(shí)需要消耗鉀、鈉或鈣，因此，鋁的存在可以起一種“中和”的作用并抵銷鉀、鈉、鈣的堿性。在堿性巖中，當(dāng)AlK+Na時(shí)，TR、Nb、Ta便不能大量礦化；只有當(dāng)AlK+Na時(shí)，才能引起U、Th、TR、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta等高價(jià)稀有元素的總量

49、有所增加(電價(jià)補(bǔ)償?shù)男枰?。所以形成的礦物也不相同：鋁高時(shí)形成褐簾石、黑稀金礦、鈮鐵礦，鋁少時(shí)形成褐硅鈰礦、硅鈮鈦礦、鈮鋯鈉石等。 在基性、超基性巖中，鋁的存在可影響鉻鐵礦的品位，因鉻與鋁的半徑相似，易于呈類質(zhì)同象置換；鉻可分散在含鋁的礦物中而鋁也可混入鉻尖晶石(Mg，F(xiàn)e)(Cr，Al，F(xiàn)e)2O4的晶格，使其含鉻量減少。但事物是互相聯(lián)系的，如果富鋁的巖漿中同時(shí)也富于鈣，則鈣與鋁優(yōu)先形成鈣長(zhǎng)石，鉻也能富集形成礦床。 根據(jù)上述的情況可以看出常量(造巖)元素對(duì)微量(成礦)元素的賦存狀態(tài)、析出順序、遷移性能等都有深刻的影響，而且它們之間的關(guān)系互相牽連，互相制約。因此，研究巖漿礦床時(shí)，對(duì)造巖元素的對(duì)

50、比關(guān)系及其變化必須多加注意。 不同類型巖漿熱液成礦專屬性 構(gòu)造環(huán)境地球化學(xué)判別構(gòu)造環(huán)境地球化學(xué)判別圖圖1 勉略蛇綠混雜巖帶玄武巖球粒隕石和勉略蛇綠混雜巖帶玄武巖球粒隕石和N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化微量元素組成模標(biāo)準(zhǔn)化微量元素組成模式式圖圖2 各類玄武巖各類玄武巖N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化微量元素組成模式標(biāo)準(zhǔn)化微量元素組成模式N-MORB-正常洋脊玄武巖；正常洋脊玄武巖； IAB-島弧拉斑玄武巖；島弧拉斑玄武巖； CABI-島弧鈣堿性玄島弧鈣堿性玄武巖；武巖； CABM-陸緣弧鈣堿性玄武巖；陸緣弧鈣堿性玄武巖；WPB-板內(nèi)玄武巖。據(jù)板內(nèi)玄武巖。據(jù)BVTP(1981)數(shù)數(shù)據(jù)。據(jù)。圖圖2 各類玄武巖各類玄武巖N-M

51、ORB標(biāo)準(zhǔn)化微量元素組成模式標(biāo)準(zhǔn)化微量元素組成模式N-MORB-正常洋脊玄武巖；正常洋脊玄武巖； IAB-島弧拉斑玄武巖；島弧拉斑玄武巖； CABI-島弧鈣島弧鈣堿性玄武巖；堿性玄武巖； CABM-陸緣弧鈣堿性玄武巖；陸緣弧鈣堿性玄武巖；WPB-板內(nèi)玄武巖。據(jù)板內(nèi)玄武巖。據(jù)BVTP(1981)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。圖圖3 大洋中脊玄武巖大洋中脊玄武巖 N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素組成模式標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素組成模式2. 與俯沖消減帶有關(guān)的火山巖與俯沖消減帶有關(guān)的火山巖（1）島弧構(gòu)造環(huán)境）島弧構(gòu)造環(huán)境 產(chǎn)出部位：板塊會(huì)聚帶產(chǎn)出部位：板塊會(huì)聚帶, 隨部位不同分洋內(nèi)島隨部位不同分洋內(nèi)島弧、大陸島弧和陸緣弧?；　⒋?/p>

52、陸島弧和陸緣弧。 物質(zhì)來(lái)源：洋內(nèi)島弧包括俯沖洋殼、遠(yuǎn)洋沉積物質(zhì)來(lái)源：洋內(nèi)島弧包括俯沖洋殼、遠(yuǎn)洋沉積物和大洋巖石圈地幔；大陸島弧包括俯沖洋殼、物和大洋巖石圈地幔；大陸島弧包括俯沖洋殼、陸源沉積物與洋或陸巖石圈地幔；陸緣弧包括俯陸源沉積物與洋或陸巖石圈地幔；陸緣弧包括俯沖洋殼、陸源沉積物與大陸巖石圈地幔。沖洋殼、陸源沉積物與大陸巖石圈地幔。 共同特征：虧損（相對(duì)于共同特征：虧損（相對(duì)于LILE) Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素。等高場(chǎng)強(qiáng)元素。 (2)弧后盆地構(gòu)造環(huán)境弧后盆地構(gòu)造環(huán)境 產(chǎn)出部位：島弧后近大陸一側(cè)，拉張環(huán)境。產(chǎn)出部位：島弧后近大陸一側(cè)，拉張環(huán)境。物質(zhì)來(lái)源：復(fù)雜，早階段有俯

53、沖消減物質(zhì)，物質(zhì)來(lái)源：復(fù)雜，早階段有俯沖消減物質(zhì)， 甚至地幔柱物質(zhì)加入，晚期主要來(lái)自虧損甚至地幔柱物質(zhì)加入，晚期主要來(lái)自虧損地幔。地幔。 玄武巖的化學(xué)特征玄武巖的化學(xué)特征：早期的類似島弧玄武早期的類似島弧玄武巖，晚期的與巖，晚期的與N-MORB相同。相同。 II、花崗巖類、花崗巖類 1. M型花崗巖型花崗巖：巖石為斜長(zhǎng)花崗巖，一般產(chǎn)于弧后盆地或巖石為斜長(zhǎng)花崗巖，一般產(chǎn)于弧后盆地或不成熟的洋內(nèi)島弧，為幔源玄武巖漿分異結(jié)晶產(chǎn)物，常與蛇不成熟的洋內(nèi)島弧，為幔源玄武巖漿分異結(jié)晶產(chǎn)物，常與蛇綠巖共生；綠巖共生；Al2O3/(Na2O+K2O+CaO) 1.1， 18O 10；主要；主要為變沉積巖部分熔融

54、產(chǎn)物，產(chǎn)出于碰撞造山帶中同構(gòu)造到后構(gòu)造期為變沉積巖部分熔融產(chǎn)物，產(chǎn)出于碰撞造山帶中同構(gòu)造到后構(gòu)造期。 由于由于I和和S型花崗巖類可產(chǎn)出于多種構(gòu)造環(huán)境，必需進(jìn)一步鑒別它們形型花崗巖類可產(chǎn)出于多種構(gòu)造環(huán)境，必需進(jìn)一步鑒別它們形成的具體環(huán)境，下列地球化學(xué)判別標(biāo)志與方法是較有效的：成的具體環(huán)境，下列地球化學(xué)判別標(biāo)志與方法是較有效的：（1）花崗巖類洋脊花崗巖（）花崗巖類洋脊花崗巖（M型花崗巖型花崗巖)標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素組成模式（組成模式（Pearce et al., 1984)基本可以區(qū)分兩類花崗巖基本可以區(qū)分兩類花崗巖 （2）Rb-Y+Nb和和 Rb-Yb+Ta可區(qū)別火山弧型、同碰撞型和

55、板可區(qū)別火山弧型、同碰撞型和板內(nèi)型花崗巖內(nèi)型花崗巖（圖13）：圖圖13 北秦嶺早古生代花崗巖類北秦嶺早古生代花崗巖類Rb-(Y+Nb)和和Rb-(Yb+Ta)圖解圖解(據(jù)據(jù)Pearce, et al., 1984)Syn-COLG-同碰撞型花崗巖; VAG-島弧型花崗巖; WPG-板內(nèi)型花崗巖; ORG-洋脊型花崗巖. 丹鳳區(qū)小巖體包括棗園、許莊和石門巖體; 漂池花崗巖為與弧-陸碰撞有關(guān)的S型花崗巖.（3）花崗巖多陽(yáng)離子判別圖解能大致區(qū)分同碰撞型和晚碰）花崗巖多陽(yáng)離子判別圖解能大致區(qū)分同碰撞型和晚碰撞型花崗巖撞型花崗巖圖圖14 北秦嶺北秦嶺(a)和南秦嶺和南秦嶺(b)晚海西晚海西-支期花崗巖多

56、陽(yáng)離子判別圖解支期花崗巖多陽(yáng)離子判別圖解( de la Roche., 1977)1.地幔斜長(zhǎng)花崗巖；2破壞性活動(dòng)板塊邊緣（碰撞前）；3碰撞后隆起區(qū)；4造山晚期區(qū)；5非造山區(qū)；6同碰撞區(qū)。a中的巖體代號(hào)：寶雞；寬坪；翠華山、蟒嶺、高山寺和鐵峪鋪。b中的巖體代號(hào)：曹坪和沙河灣；光頭山、西壩、老城和東江口；華陽(yáng)、五龍、胭脂壩和柞水.（四）沉積巖類的地球化學(xué)特征與構(gòu)造環(huán)境（四）沉積巖類的地球化學(xué)特征與構(gòu)造環(huán)境1. 細(xì)粒碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征與構(gòu)造環(huán)境細(xì)粒碎屑沉積巖的地球化學(xué)特征與構(gòu)造環(huán)境 實(shí)質(zhì)是：構(gòu)造環(huán)境控制著物源區(qū)的巖石和化學(xué)組成、實(shí)質(zhì)是：構(gòu)造環(huán)境控制著物源區(qū)的巖石和化學(xué)組成、地殼的成熟度，物源

57、區(qū)的巖層風(fēng)化剝蝕程度，以及剝地殼的成熟度，物源區(qū)的巖層風(fēng)化剝蝕程度，以及剝蝕區(qū)和沉積區(qū)的水動(dòng)力條件與物質(zhì)分選程度。此外，蝕區(qū)和沉積區(qū)的水動(dòng)力條件與物質(zhì)分選程度。此外，尚需考慮元素在沉積作用中化學(xué)行為的不同。例如，尚需考慮元素在沉積作用中化學(xué)行為的不同。例如，洋內(nèi)島弧區(qū)盆地源區(qū)主要由玄武巖組成，成熟度低，洋內(nèi)島弧區(qū)盆地源區(qū)主要由玄武巖組成，成熟度低，SiO2含量低，水動(dòng)力強(qiáng)分選差。而以被動(dòng)大陸邊緣或含量低，水動(dòng)力強(qiáng)分選差。而以被動(dòng)大陸邊緣或由克拉通高地為源的沉積作用，因剝蝕區(qū)為多次沉積由克拉通高地為源的沉積作用，因剝蝕區(qū)為多次沉積再循環(huán)的成熟地殼、由于再循環(huán)的成熟地殼、由于K易被吸附，易被吸附，

58、Na易被淋濾，易被淋濾， SiO2因石英耐風(fēng)化而相對(duì)富集，加之水動(dòng)力弱分選強(qiáng)因石英耐風(fēng)化而相對(duì)富集，加之水動(dòng)力弱分選強(qiáng)，因而沉積物以高，因而沉積物以高SiO2含量與高含量與高K2O/Na2O比值為特比值為特征。征。圖圖15二郎坪群和丹鳳群變雜二郎坪群和丹鳳群變雜砂巖砂巖K2O/Na2O-SiO2圖解圖解(據(jù)據(jù)Roser and Korsh, 1986)ARC-大洋島弧區(qū)大洋島弧區(qū); ACM活活動(dòng)大陸邊緣區(qū)動(dòng)大陸邊緣區(qū); PM-被動(dòng)大被動(dòng)大陸邊緣區(qū)陸邊緣區(qū). 二郎坪群，弧二郎坪群，弧后盆地沉積，由南側(cè)島弧區(qū)后盆地沉積，由南側(cè)島弧區(qū)和北側(cè)華北克拉通提供碎屑；和北側(cè)華北克拉通提供碎屑； 丹鳳群，產(chǎn)于

59、陸緣弧區(qū)丹鳳群，產(chǎn)于陸緣弧區(qū)盆地。盆地。（(1) K2O/Na2/O-SiO2圖解（圖解（Roser and Korsh, 1986)( 2) 稀土元素判別準(zhǔn)則稀土元素判別準(zhǔn)則（Bhatia, 1985) 應(yīng)用細(xì)粒碎屑沉積巖稀土元素組成特征能區(qū)別大洋島弧、應(yīng)用細(xì)粒碎屑沉積巖稀土元素組成特征能區(qū)別大洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣（安第斯型）與被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造大陸島弧、活動(dòng)大陸邊緣（安第斯型）與被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。其規(guī)律為：環(huán)境。其規(guī)律為：自大洋島弧自大洋島弧大陸島弧大陸島弧活動(dòng)陸緣活動(dòng)陸緣被動(dòng)陸緣被動(dòng)陸緣, La、Ce、Nd等輕稀土含量和等輕稀土含量和REEREE逐步增逐步增高，高，LaN/Y

60、bNLaN/YbN與與LREE/HREELREE/HREE漸次增大（輕重稀土分餾漸次增大（輕重稀土分餾增強(qiáng)），增強(qiáng)），Eu/EuEu/Eu* *依次減?。ㄒ来螠p小（EuEu虧損增大）。虧損增大）。 此規(guī)律是此規(guī)律是Bhatia研究澳大利亞不同構(gòu)造環(huán)境中產(chǎn)出研究澳大利亞不同構(gòu)造環(huán)境中產(chǎn)出的碎屑巖得出的結(jié)果。見(jiàn)下表：的碎屑巖得出的結(jié)果。見(jiàn)下表：（3）細(xì)粒碎屑沉積巖陸源碎屑物質(zhì)源區(qū)的判別）細(xì)粒碎屑沉積巖陸源碎屑物質(zhì)源區(qū)的判別原理：原理： Th、 Sc、 Co、 REE、 Nb、 Ta等在巖石風(fēng)化、剝蝕、等在巖石風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積、成巖和變質(zhì)過(guò)程中為較穩(wěn)定的元素，細(xì)粒碎搬運(yùn)、沉積、成巖和變質(zhì)過(guò)程中為較穩(wěn)定的元素，