微量元素地球化學(xué) (3)講稿

1、關(guān)于微量元素地球化學(xué) (3)第一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第四章 微量元素地球化學(xué)4.3 稀土元素地球化學(xué)4.4 微量元素地球化學(xué)示蹤作用第二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稀土元素地球化學(xué)在微量元素地球化學(xué)中占據(jù)很重要的地位，這是由稀土元素以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)所決定的：性質(zhì)極相似的地球化學(xué)元素組，在地質(zhì)、地球化學(xué)作用過程中作為一個(gè)整體而活動(dòng)；分餾作用能靈敏地反映地質(zhì)、地球化學(xué)過程的性質(zhì)指示功能強(qiáng)；4.3 稀土元素地球化學(xué)第三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稀土元素除受巖漿熔融作用外，其它地質(zhì)作用基本上不破壞它的整體組成的穩(wěn)定性；在地殼巖石中分布較廣廣泛性。第四張，

2、PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 稀土元素地球化學(xué)4.3.1 稀土元素的主要性質(zhì)4.3.2 稀土元素在自然界中的分布4.3.3 稀土元素在自然界的分餾4.3.4 稀土元素組成數(shù)據(jù)的表示第五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.1 稀土元素的主要性質(zhì)第六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月什么是稀土元素？ 稀土元素（rare earth elements）REE以往由于分析技術(shù)水平低，誤認(rèn)為他們在地殼中很稀少，另外它們一般發(fā)現(xiàn)于富集的風(fēng)化殼上，呈土狀，故名稀土。REE（稀土元素）的地殼豐度為0.017%，其中Ce、La、Nd的豐度比W、Sn、Mo、Pb、Co還高。中

3、國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富 。第七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月目前白云鄂博稀土礦礦石開采量為2.5億噸，尾礦的量為礦石的60%左右，也就是說目前尾礦壩有尾礦1.5億噸。在這1.5億噸尾礦中，包括930萬噸稀土和7萬噸釷。 第八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稀土元素組成及其分組稀土元素組成：?第九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稀土元素組成及其分組稀土元素組成：稀土元素是指周期表中原子序數(shù)從57到71 的鑭系15個(gè)元素（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu），加上原子序數(shù)為39 的Y共16個(gè)元素。第十

4、張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 稀土元素分組1）兩分法 La-Eu： Ce鈰族稀土，亦稱輕稀土LREE（7個(gè)元素）； Gd-Lu+Y ： Y鐿族稀土，亦稱重稀土HREE（9個(gè)元素）第十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2）三分法輕稀土（LREE)，La-Nd；中稀土（MREE)：Sm-Ho；重稀土（HREE)：Er-Lu +Y第十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.2 稀土元素在自然界中的分布1、在地球中的豐度，從下地幔到上地幔再到地殼，REE總量不斷增加；2、稀土元素在地殼中分配： 超基性巖基性巖中性巖酸性巖堿性巖 稀土元素總量是逐漸增加的； 地幔、超基

5、性巖、基性巖中Y占優(yōu)勢，隨著分異，陸殼及酸性巖、堿性巖以Ce占優(yōu)勢 。第十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月如不同構(gòu)造環(huán)境的玄武巖：大洋拉斑玄武巖高鋁玄武巖大陸拉斑玄武巖REE： 100ppm 150ppm 360ppmCe/Y 增加了34倍 第十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、 稀土元素在地殼中 地殼中Ce含量遠(yuǎn)高于Y含量，Ce/Y=2.652.93，大大高于地幔（1.13-1.14）、地球（1.15）以及隕石中的比值 第十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.3 稀土元素在自然界的分餾第十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.3 稀土元

6、素在自然界的分餾1 酸堿性的控制 稀土元素在地殼中的分配：堿性巖：La、Ce、Pr、Nd等和Sr、Ba、Ca、K共生堿性花崗巖：相對富集Sm、Gd、Tb、Dy；鈣堿性花崗巖：以Y、Ho、Er、Tm、Lu等重稀土，與Sc、Mn等元素共生第十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2 氧化還原條件控制（元素價(jià)態(tài)的差異）變價(jià)稀土元素對外界氧化還原條件變化反應(yīng)敏感：氧化條件下，Ce3+ Ce4+ 還原條件下，Eu3+ Eu2+ 第十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3 絡(luò)離子穩(wěn)定性的差異 REE可與F、Cl、CO32、PO43、SO42等形成絡(luò)陰離子，但不同元素穩(wěn)定性各異；Y絡(luò)離子穩(wěn)定性

7、Ce絡(luò)離子穩(wěn)定性，這樣Ce礦物沉淀后，Y元素尚可呈絡(luò)合物形式在溶液中遷移，在較晚的階段沉淀，導(dǎo)致Ce與Y的分異。 第十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4 被吸附能力的差異離子半徑小的REE3+比離子半徑大的容易被吸附，從La3+到Lu3+被吸附能力增強(qiáng)。Ce被膠體、有機(jī)質(zhì)和粘土礦物吸附能力小于Y。 第二十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月5 結(jié)晶礦物和熔體中的分異（體系化學(xué)成分）第二十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.4 稀土元素組成數(shù)據(jù)的表示1 表征REE組成的參數(shù)2 異常指數(shù)3 REE組成模式圖4 稀土參數(shù)圖解 第二十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于20

8、22年6月1 表征REE組成的特征參數(shù) 稀土元素總含量REELREEHREE第二十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 輕重稀土元素比值 (LREE) / (HREE) 或 (Ce) / (Y) 反映稀土元素分異程度和巖漿演化，巖漿演化晚期更富集LREE，因而比值可以反映演化特點(diǎn)。第二十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月隨巖漿作用演化，w (Ce) / w (Y)比值逐漸增大，即 Ce在巖漿作用晚期富集。第二十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 反映輕/重稀土內(nèi)部分餾程度的參數(shù)： (La)/(Yb)N (La)/(Lu)N (Ce)/(Yb)N反映輕稀土和重稀土元素

9、內(nèi)部分餾狀況，比值越大越富集。第二十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2 異常系數(shù)（指數(shù)）、Eu Eu =(Eu)/(Eu*) = 2(Eu)N/（ (Sm)N+ (Gd)N） Eu1為正異常 Eu 1為負(fù)異常 Eu1無異常第二十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月、Ce Ce =2* (Ce )N/w(La)N+w(Pr)N第二十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3 REE組成模式圖增田-科里爾（A Masuda,1962; C D Coryell，1963）圖解第三十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三

10、十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稀土元素分配型式的類型1）以稀土元素總量劃分僅僅相對于球粒隕石而言，比較直觀，常用于同類型的巖石或礦物比較。2）CeN/YbN或LaN/YbN劃分(表示曲線傾斜程度) CeN/YbN =1，平坦型 CeN/YbN 1，LREE富集型，曲線右傾 CeN/YbN 1，HREE富集型，曲線左傾第三十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3）Eu和Ce異常劃分第三十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022

11、年6月第三十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稀土元素：球粒隕石配分模型微量元素：原始地幔蛛網(wǎng)圖第三十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4 稀土參數(shù)圖解應(yīng)用第三十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月用稀土參數(shù)圖解區(qū)分不同類型玄武巖、花崗巖和碳酸鹽巖。第四十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月成礦溶液的性質(zhì)研究在成礦作用研究中，確定金屬的來源是困難的。微量元素，特別是稀土元素可以作為水熱體系中發(fā)生的蝕變反應(yīng)的示蹤劑。蝕變（水/巖作用）的特點(diǎn)可由溶液的微量元素比值或稀土元素分布模式反映出來，而溶液又會影響礦床的稀土元素分布模式。溶液的稀土元素組成可反映原始巖石的礦

12、物學(xué)、被溶液所蝕變的巖石相和溶液的化學(xué)成分特征，當(dāng)溶液發(fā)生沉淀形成化學(xué)沉積物（如硫化物、含鐵建造）時(shí)，這種化學(xué)沉積物的稀土元素組成就可以提供形成它的水熱體系歷史的指標(biāo)。第四十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月著名的澳大利亞布羅肯希爾PbZn超大型礦的成礦流體來源一直存在爭議，有火山熱液、建造水、下降對流海水、地幔熱液等不同認(rèn)識。第四十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 微量元素地球化學(xué)示蹤作用第四十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.1 巖漿巖形成機(jī)制的判別部分熔融模型分離結(jié)晶作用模型第四十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月部分熔融作用為一有

13、截距的直線分離結(jié)晶作用平行于x軸的直線第四十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1為西藏岡底斯閃長巖、花崗閃長巖和二云母花崗巖,2為西藏岡底斯斑狀黑云母花崗巖。實(shí)例第四十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月趙振華（1982）通過研究認(rèn)為：我國西藏岡底斯花崗巖的斑狀黑云母花崗巖主要通過分異結(jié)晶形成，而閃長巖、花崗閃長巖和二云母花崗巖屬于平衡部分熔融的產(chǎn)物。第四十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月作業(yè)：為什么？元素如何選擇原理或公式推導(dǎo)第四十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月固液相分配系數(shù)高的相容元素D1如Ni、Cr等，在分離結(jié)晶作用過程中它們的濃度變化很大（液

14、相），但在部分熔融過程中則變化緩慢（液相）。第四十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月超巖漿元素H親巖漿元素MD1固液相分配系數(shù)低的微量元素第五十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月超巖漿元素H典型超巖漿元素：Ta、Th、La、Ce等，它們總分配系數(shù)很低，近于0，與0.20.5比較可忽略不計(jì)。在部分熔融過程中這些元素濃度變化大，但在分離結(jié)晶作用過程中則變化緩慢。第五十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月總分配系數(shù)與1比較可忽略不計(jì)。典型親巖漿元素：HREE、Zr、Hf等親巖漿元素M第五十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月超巖漿元素和親巖漿元素（不相容元素）部分熔

15、融模型分離結(jié)晶作用模型第五十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月平衡部分熔融： cL/co=1/D (1-F)+FCHL=CHo,s / FCML=CMo,s / ( DMo+F )式中CHL為超巖漿元素在液相中的濃度， CML為親巖漿元素在液相中的濃度； CHo,s和CMo,s分別為它們在原始固相中的濃度；第五十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月分離結(jié)晶作用：ciL/ci0.L=F（D-1） CHL = CHo,l / F CML = CMo,l /F CHL / CML = CHo,l / CMo,l =常數(shù)。第五十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月用CHL/C

16、ML對CHL作圖時(shí)，即用某超巖漿元素（H）與親巖漿元素（M）濃度比值對超巖漿元素濃度作圖時(shí)；Y= CHL/CMLX= CHL部分熔融作用為一有截距的直線分離結(jié)晶作用平行于x軸的直線第五十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月平衡部分熔融的軌跡為：Y= DM / CM0 x+常數(shù)以DM / CM0為斜率的直線第五十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月分離結(jié)晶作用的軌跡 Y= CHL/CML= CHo,l / CMo,l =常數(shù)X= CHL= CHo,l / F分離結(jié)晶是一條平行于x軸的直線，截距為CHo,l / CMo,l 第五十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.

17、2 成巖成礦構(gòu)造環(huán)境的判別第五十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月隨著板塊學(xué)說的深入，恢復(fù)地殼中各種巖石或礦床形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境研究越來越受到重視。在宏觀條件下，一般是根據(jù)地球物理資料（重力、地震）研究地殼結(jié)構(gòu)，并根據(jù)巖石類型組合恢復(fù)古構(gòu)造環(huán)境（俯沖帶、島弧、洋中脊、弧后、板塊內(nèi)部等）。近年來的研究表明，不同構(gòu)造環(huán)境形成的各種巖石的微量元素含量與組合、同位素組成等均有較明顯的差異。許多學(xué)者建立了以微量元素組合為基礎(chǔ)的構(gòu)造環(huán)境判別圖解。第六十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月玄武巖類第六十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月Ti/100-Zr-Y*3圖解(A-島弧拉斑玄武

18、巖；B-MORB、島弧拉斑玄武巖、鈣堿性玄武巖；C-鈣堿性玄武巖；D-板內(nèi)玄武巖)Zr-Zr/Y圖解（A-火山弧玄武巖；B-MORB；C-板內(nèi)玄武巖；D-MORB、火山弧玄武巖；E-MORB、板內(nèi)玄武巖）；第六十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2Nb-Zr/4-Y圖解（A1板內(nèi)堿性玄武巖；A2板內(nèi)堿性玄武巖、板內(nèi)拉斑玄武巖；BE型 MORB；C板內(nèi)拉斑玄武巖、火山弧玄武巖；DN型 MORB、火山弧玄武巖）；火山巖Zr-Ti構(gòu)造判別圖解I-板內(nèi)熔巖；II-火山弧熔巖；III-洋中脊玄武巖第六十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月花崗巖類花崗巖的構(gòu)造分類I型、S型花崗巖由原來的

19、成因概念擴(kuò)展為構(gòu)造環(huán)境概念I(lǐng)型：造山后隆起環(huán)境產(chǎn)物S型：大陸碰撞產(chǎn)物A型、M型A型：非造山環(huán)境產(chǎn)物M型：大洋弧環(huán)境產(chǎn)物第六十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月Pearce構(gòu)造分類洋脊型：包括正常洋脊（N型）、異常洋脊型、弧后盆地洋脊和俯沖帶上洋脊火山弧型：拉斑玄武巖火山弧、鈣堿性火山巖火山弧、活動(dòng)大陸邊緣火山弧 板塊內(nèi)部型：內(nèi)陸環(huán)狀雜巖和地塹、減薄陸殼、大洋島嶼板塊碰撞型：陸陸碰撞同構(gòu)造、陸陸碰撞構(gòu)造后、陸弧碰撞同造山第六十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月采用理想的洋脊花崗巖作標(biāo)準(zhǔn)化理想的洋脊花崗巖：由正常洋中脊玄武巖經(jīng)分離結(jié)晶形成，代表的是未受地幔富集影響的對流上地幔，

20、經(jīng)歷了斜長石橄欖石單斜輝石磁鐵礦的簡單結(jié)晶作用，未受地殼熔融、同化或揮發(fā)分作用影響。第六十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月標(biāo)準(zhǔn)化值第六十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月微量元素構(gòu)造判別圖解(Nb-Y圖解、Ta-Yb圖解、Rb-Y+Nb圖解、Rb-Yb+Ta圖解)ORG-大洋脊花崗巖；WPG-板內(nèi)花崗巖；VAG-火山弧花崗巖；Syn-COLG-同碰撞花崗巖 第六十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月具有特殊構(gòu)造指示意義的A型花崗巖非造山張性環(huán)境的產(chǎn)物A型花崗巖判別圖(K2O+Na2O)/CaOZr+Nb+Y+Ce、

21、Zr-Ga*10000/Al、K2O/MgO-Ga*10000/Al、K2O+Na2O-Ga*10000/Al、(K2O+Na2O)/CaOGa*10000/Al、Nb-Ga*10000/Al、Ce-Ga*10000/Al、Y-Ga*10000/Al、FeOt/MgO-Ga*10000/Al、FeOt/MgO-Zr+Nb+Ce+Y） A-A型花崗巖；FG-M+I+S型分異花崗巖；OGT-未分異M+I+S型花崗巖；I&S-M+I+S型花崗巖 第七十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十一張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十二張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月A型花崗

22、巖Zr+Ce+Y-Rb/Ba判別圖解A-A型花崗巖；S-分異的S型花崗巖；I-分異的I型花崗巖；未圈區(qū)-未分異的M+I+S型花崗巖 第七十三張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月A1、A2型花崗巖判別圖解 A型花崗巖R1-Ga*10000/Al圖解A1型：板內(nèi)裂谷環(huán)境A2型：板塊碰撞后或造山期后的張性環(huán)境AA型：非造山環(huán)境PA型：后造山環(huán)境第七十四張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月微量元素用于構(gòu)造環(huán)境判別的限制和任何方法一樣，微量元素組合特征作為一種指標(biāo)，或作為一種輔助手段判斷巖石形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境是有一定限制和適應(yīng)范圍的。巖石類型（不能混用）巖石時(shí)代（一般僅適用于顯生宙巖石，不能用

23、于太古宙）巖漿演化和蝕變作用（這些作用將改變正常巖石的微量元素含量和組合特征）晶體堆積（樣品不能有明顯堆積層，如斜長石和鎂鐵質(zhì)礦物堆積）采樣：新鮮的、非堆積巖石判別結(jié)果出現(xiàn)多解時(shí)，需結(jié)合地質(zhì)證據(jù)解釋用于揭示巖石形成構(gòu)造環(huán)境的圖解是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不能只根據(jù)單個(gè)樣品結(jié)果判別第七十五張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.3 成巖成礦物理化學(xué)條件計(jì)算1 微量元素地質(zhì)溫度計(jì)2 微量元素地質(zhì)壓力計(jì)第七十六張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1 微量元素地質(zhì)溫度計(jì)分配系數(shù)（KD）與體系溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系： lnKD=(H/RT)+B在一定的范圍內(nèi)， H可看做常數(shù)。一個(gè)理想的地質(zhì)溫度計(jì)應(yīng)具有盡可能大的H值。第七十七張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十八張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十九張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月共存物相H（J/mol）B橄欖石-玻璃30.989.03單斜輝石-玻璃103.837.85橄欖石-單斜輝石70.347.65共存物相對的H和B值第八十張，PPT共八十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 微量元素地質(zhì)溫度計(jì)如Ni在橄欖石和單斜輝石兩礦物相