5-岩石地球化学.pptVIP

1、是地球化学的一个分支2、是以地球和地外天体中广泛存在的岩石作为研究对象，3、以地球化学中元素和同位素的基本理论为依据4、以现代分析测试技术为依托，5、揭示岩石在岩浆、沉积、变质、成矿等作用过程中的地球化学性质、成因、演化及其反映的地球动力学过程。,岩石地球化学,参考材料,1.英文版原著：Rollison,HR.1993.Geochemicaldata:evaluation,presentationandinterpretation.,中文翻译版：杨学明等，岩石地球化学，合肥：中国科学技术大学出版社，2000,2、WilsonM.IgneousPetrogenesis.KluwerAcademicPublishers,London.2001,3、邓晋福，罗照华，苏尚国，等.岩石成因、构造环境与成矿作用。地质出版社，2004,岩石地球化学的研究方法野外室内与地球化学研究方法一致，强调野外工作为基础、室内工作是关键,包括：观察和记录GPS定点，地质产状，结构，构造，分布常用的手段和方法记录，素描，照相，录像，野外制图，露头观察描述，采集样品,一、野外研究是基础，获取可靠的第一手材料，获得样品,（1）研究基础：A岩相学鉴定（了解岩石的显微结构）B矿物成分（X光，EPMA），包裹体成分,二、室内研究-是获取先进研究成果的关键,（2）研究内容：C岩石地球化学：岩石的物质成分（元素，同位素）D同位素年代学,（3）研究成果及应用：E模拟（数值模拟和实验模拟）F岩石的成因与大陆动力学过程研究,1、室内研究基础及内容,2、室内研究工作步骤,A切取岩石，磨制薄片/探针片/包裹体片,C测试分析,B粉碎岩石样品根据研究内容粉碎至不同粒度,D数据分析、解释,E高温高压实验,A切取岩石，磨制薄片/探针片/包裹体片,岩相学,B粉碎岩石至一定粒度-根据研究内容不同，粉碎至不同粒度大小,中国常用筛网目数与粒径关系,美国常用筛网目数与粒径关系,C测试分析：根据研究目的选择不同的测试方法和实验室进行测试,如：矿物成分（X光，EPMA）包裹体特征岩石元素及同位素同位素测年,放射性同位素Sm-Nd,Rb-Sr，Pb，Re-Os,Ru-Hf稳定同位素C,H,O，S，气体同位素He,Ne，Ar,此为进行放射性同位素测定的VG54质谱仪,同位素方法可以示踪和测年,D数据分析、解释,岩石类型、岩浆来源,岩浆演化趋势，岩石系列划分,岩石类型划分,岩浆结晶分离趋势,E高温高压技术模拟地球内部的温度压力条件,此为日本筑波材料科学研究所3万吨高压仪器,实验岩石学和实验地球化学,岩石地球化学常用元素的分类（按照含量和放射性特征）,主量元素（majorelements）岩石中占绝对多含量的，0.1%微量元素（痕量元素，traceelements)岩石中含量1000C，才逸出吸附水矿物裂隙和缺陷中水，不进入晶格，不写入矿物的化学式，T100C，可以逸出。,进行主量元素分析时，用XRF方法，先烘干样品，之后进行灼烧，到T1000C，再称重。,胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。,矿物中水的赋存状态,一、主量元素,3.烧失量与烧增量岩石样品(称重m1)灼烧到1100C(再称重m2)出现2种情况：m2m1烧增量，FeOFe2O3烧失量LOIlossonignition化学方法可以给出H2O，CO2XRF方法统一用LOI表示，不再仔细区分,4FeO+O2=2Fe2O3,一、主量元素,4.岩浆岩的主量元素变化，矿物与主量元素的对应关系,各类岩浆岩中主要造岩矿物种类的变化规律,岩石地球化学研究中元素的分类（按照含量和放射性特征）,主量元素（常量元素、主要元素,majorelements）岩石中占绝对多含量的，0.1%2.微量元素（痕量元素，traceelements)岩石中含量1,优先进入矿物相，或残留相例如：Ni,Co,V,Cr不相容元素：D1，优先进入熔体相，D0.1%2.微量元素（痕量元素，traceelements)岩石中含量2MgO3%,Figure8-14.AFMdiagramshowingthedistinctionbetweenselectedtholeiiticrocksfromIceland,theMid-AtlanticRidge,theColumbiaRiverBasalts,andHawaii(solidcircles)plusthecalc-alkalinerocksoftheCascadevolcanics(opencircles).FromIrvingandBaragar(1971).AfterIrvineandBaragar(1971).Can.J.EarthSci.,8,523-548.,6.AFM图解用于拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩划分,用途：区别亚碱性岩石系列中的拉斑玄武岩和钙碱性岩石,AFM图解作图方法,属于三变量图解，需要把三个变量进行归一化计算到100,图解直接应用主量元素分析结果,A=Na2O+K2OF=FeOT=FeO+0.8998Fe2O3M=MgO计算A+F+M=100%,补充：三角图的作图方法,三变量A+B+C=100,举例：,一、主量元素数据处理与解释,1、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分2、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分3、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程4、主量元素应用于实验岩石学,模式矿物与标准矿物,模式矿物含量（Mode）是观察到的矿物体积百分数,橄榄玄武岩,OlCpxPl（MacKenzie等，1982,标准矿物计算（Norm）是岩石经过计算的理想化的矿物组成，肉眼无法鉴定具体矿物含量，如火山岩类,橄榄岩,CIPW标准矿物计算方法（CIPWNorm）,名称由来：20世纪初四位美国岩石学和地球化学家设计的，Cross，Iddings，Pirrson，Washington,岩石的CIPW标准矿物与实际矿物含量是有出入的，主要是CIPW计算是以无水岩浆中矿物结晶顺序，按照标准矿物理想分子式进行计算，得到岩石中各种标准矿物的质量分数，简化了很多内容，如标准矿物是无水的，不考虑含水矿物黑云母、角闪石等。,计算之后可以进行一系列的岩石分类,1.Ab-An-Or图解用于花岗岩分类,根据OConnor(1965),应用CIPW计算之后的Ab-An-Or，三个标准矿物，换算100后投图。,Ab-An-Or图解用于花岗岩分类特点与要求,用于标准矿物Q10的酸性岩分类，为简便方法可以有效地区分英云闪长岩、更长花岗岩、花岗岩和花岗闪长岩。,也可以谨慎地用于变形和变质的花岗质岩石，判断原岩类型,2.玄武岩Ne-Di-Ol-Hy-Q分类图,Thompson(1984),紫苏辉石,三个三角区域分别代表SiO2不饱和、饱和和过饱和玄武岩,三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分其他分类：火山岩和侵入岩多阳离子R1-R2分类Jenson分类科马提岩，拉斑质和钙碱性岩石分类沉积岩陆源砂岩分类请参考岩石地球化学,一、主量元素数据处理与解释,1、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分2、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分3、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程4、主量元素应用于实验岩石学,依据的原理判别岩浆（地球化学）作用过程，主要是看一系列岩石的主量元素成分的变化趋势,使用的方法双变量、三变量图解法,双变量图解法又称为哈克图解法AHarker，1909年开始使用SiO2作为横坐标(x)/其他元素作为纵坐标(y)的双变量图，后来称为哈克图解。,Bivariate(x-y)diagrams,HarkerdiagramForCraterLake,双变量图解,哈克图解,AfterWinter，2001Figure8-2.Harkervariationdiagramfor310analyzedvolcanicrocksfromCraterLake(Mt.Mazama),OregonCascades.DatacompiledbyRickConrey(personalcommunication).,三变量图解,例如:AFM图解，(alkalis-FeO*-MgO),AfterWinter，2001Figure8-2.AFMdiagramforCraterLakevolcanics,OregonCascades.DatacompiledbyRickConrey(personalcommunication).,FromWinter(2001).,1.哈克图解的做法,以SiO2为横坐标，其他氧化物为纵坐标，投出一组样品的结果，得到不同氧化物对SiO2的散点图。推广：任意两个组分之间的二元投点都可以称为哈克图解意义：如果一组岩石样品具有成因和演化关系，则全部样品将显示正的或者负的相关关系。,哈克图解,横坐标表示分异结晶过程，SiO2为横坐标，可以指示从基性到酸性，范围宽，如果主要是基性熔岩，可以用MgO、或者Zr为横坐标,(AfterWilson,2001),原始岩浆成分,原始岩浆成分,(AfterWilson2001),SiO2为横坐标,哈克图解作法,(AfterWilson2001),MgO为横坐标,哈克图解作法,FromWinter(2001).,2.哈克图解代表的过程,SiO2变化代表：分异系数趋势代表：部分熔融作用、分异结晶作用、岩浆混合作用、地壳混染作用,FromWinter(2001).,(1)分离结晶作用是指岩浆中，某个矿物持续从岩浆中结晶出去，剩余的岩浆就会发生成分的有规律变化。总体为液相固相可以把岩石中斑晶矿物作为分离结晶的矿物，例如Ol，,各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？,(2)同化作用和分离结晶作用在矿物分离结晶作用发生的同时，还存在围岩或者外来物质的加入和混合，导致主量元素图解不显示明显的连续变化趋势。,各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？,各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？(3)部分熔融作用是指岩石从固相到液相的过程，固相的矿物不断加入到液相中，使得液相的成分发生有规律的变化。但是，部分熔融与分离结晶这2个作用过程是互为可逆的过程，因此显示在主量元素哈克图解上，难于区分。可能的区分是，在深部阶段为部分熔融，为某些矿物加入岩浆，而到浅部结晶时，另一些矿物发生分离结晶。2个过程，可能被区分出来。,(AfterWilson2001),转折点的含义,3.哈克图解的解释,转折点或者曲折趋势，表示结晶作用过程出现一个新的矿物相，或者在部分熔融的过程中消耗了一个矿物相。,需要掌握不同矿物的成分特征。,(AfterWilson2001),3.哈克图解的解释,一相或者多相矿物分离结晶中岩浆演化趋势,需要掌握不同矿物的成分特征。,哈克图解转折点的含义,当MgO高于7，CaO和MgO呈现负相关，主要是单独由橄榄石分离结晶控制岩浆作用过程,当MgO低于7，CaO与MgO呈现正相关性，表明斜长石和单斜辉石同时从岩浆熔体中结晶出来。,(AfterRollison1993）,(AfterWilson2001),不同矿物分离结晶过程中哈克图解特征,AFM图解,也可以反映结晶分离演化趋势,A=Na2O+K2OF=FeOT=FeO+0.8998Fe2O3M=MgO计算A+F+M=100%,二、微量元素数据处理与解释,1、控制微量元素行为的地球化学规律2、微量元素分类3、微量元素处理和解释4、稀土元素处理和解释,微量元素（traceelements）：岩石中含量1,优先进入矿物相，或残留相例如：Ni,Co,V,Cr不相容元素：D1，优先进入熔体相，D3.0(2.0),称为高场强元素如果Z/r1正异常Eu1负异常Eu1无异常,Eu异常产生原因,碱性花岗岩（A型花岗岩）起源于深源，经部分熔融、分离结晶等复杂成岩过程后，最终将形成具明显负铕异常的“V”字型模式曲线。,不同矿物具有不同的REE分配系数，斜长石对Eu的分配系数远远大于其它REE，在各类岩浆岩中Eu异常的产生常与斜长石的结晶有关，如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。,Eu2+可以与Ca和Sr类质同象，倾向于进入斜长石晶格其他REE为3+(例外Ce4）,5.不同矿物相对REE模式的控制主要依据是REE在这些元素中的分配系数,玄武岩和安山岩中矿物/熔体间REE的分配系数（据Shnetzler和Philpotts,1970）有的导致REE分异有的不导致REE分异,标准化后的重要参数,5.不同矿物相对REE模式的控制主要依据是REE在这些元素中的分配系数,斜长石/熔体对之间REE分配系数变化范围和平均值（粗线）(a)酸性岩浆岩；(b)玄武岩和安山质岩石（据Henderson,1982）,标准化后的重要参数,5.不同矿物相对REE模式的控制主要依据是REE在这些元素中