微量元素在地质中的运用

1、微量元素在地质上的应用微量元素在地质上的应用主要有以下几个方面：一、分配系数的应用1. 计算平衡时的温度由热力学可知： nk=-BRTK: 平衡常数 ， 在稀溶液条件下 ， K=D日二热熔变化，可以测定， R 二气体常数， B 为常数 ， 据此可求得温度AIn D BT这就是微量元素的分配系数温度计。很多温度计已经测定，特别是稀土元素和硫化物对。2. 计算平衡时的压力根据热力学，在恒温条件下，分配系数D 与压力 P 的尖系式为：lln D '?v 5P j ” RT3. 判断岩浆成岩过程模型A 部分熔融模型a. 平衡部分熔融C,=1Co_D （ 1 _F ） F其 CL : 兀素在熔体

2、中的浓度； 中： Co ： 初始固相母体物质中的浓度F:部分熔融特度D : 总分配体系b ： 分离熔融模型（在发生熔融时，从固相中连续移出所形成的熔体r± （1 卫）pCo D DP ：压力c.结晶作用模型分离结晶作用过程中，微量元素的行为可用下式来描述：CL 二D'4砂Fcl ： i元素在熔体中的浓度；CO,L ： i元素在原始熔体中浓度；F :原始岩浆分离结晶作用后剩余的份额（固结度，结晶度），还有其它模型。（2）过程鉴别（3）地球化学参数的确定源区的物质成分根据地质观察，综合考虑岩石学、微量元素、残留体和同位素组成等资料。e.g.基性岩和超基性岩取上地幔为源区物质，以2

3、倍左右球粒陨石的丰度为C。值;花岗岩：S型花岗岩以杂砂岩的平均成分为G, I型花岗岩源岩为下地壳和上地幔物质的混合，有人以岩体边缘相为Go二微量元素指示剂1时岩浆演化过程的指示（1）大离子半径亲石兀素大禺子亲石兀素一般有：Ba ? RbSr、K等。J元系价态半径Sr+21.12Ca+21.00Rb+ 11.47K+ 11.33Ba+21.34S心和Sr在钙长石一熔体中的分配系数较大（即 S?易进入含矿物中），在中酸性岩浆演化过程中，Sr随Ca的减少而贫化，但S?的半径比Ca?+大，C*比Sr2+B先进入晶格，随岩浆作用的进行，Sr/Ca比值变大，若以同源不同阶段岩石中的Sr和Ca作图，可得到演

4、化线。K与Rb-1随岩浆演化程度的升高 Rb/中K值变大（Rb+的半径大于V）。 Rb*2 与 Sr2岩浆分异程度越好,Rb/Sr大。 B-K +2 .指示大地构造环境a.板块移动速度分析事实表明板块扩张或闭合速度与火山岩中KzO的含量负相尖。闭合速度：8? 9cm/a （拉斑玄武岩为主）3 ? 7cm/a （钙碱性岩为主）<2cm/a （碱性玄武岩为主,冷0含量大）b. 俯冲带深度和地壳厚度这里简单介绍其方法的计算步骤： 先计算按硅标定的 K 含量在岩石化学成分中 ， 由于 K0 和 NaaO 与 SiO? 的含量呈一种明显的线性矢系， 特别是K20的含量与 SiO2 的正相矢矢系最为

5、明显， 且 SiO2 在自然界中最丰富，因此，就以 SiO2 的含量来标定 KO 值(这与地球化学中以 Si 原子为 106 来标定其它元素的原子数的道理一样) ，也就是计算 SiO2 含量为 60% 寸，相应的计算值(标定值)。例如 ， 已知玄武岩中 SiO2 的含量为50% KO 的含量为 0.6%, 则标定的K2O 值为：(3 = ( 60 X 0.6/50 )X 100%= 0.72 % 康迪 (Condie) 计算公式：设 C 代表地壳厚度， Z 代表俯冲带深度，则康迪公式为：C(km) =18.2(K 2O) 0.45 湘矢系数 丫 =0.67)Z(km)=89.3(K 2o )-

6、14.3( 相尖系数丫 =0.82)若将上述的标定的 K?O 含量 (0.72%) >代入该两式中， 即可得：C=18.2 X 0.72+0.45=13.55(km)Z=89.3 X 0.72-14.3=50(km)c.不同性质大地构造单元微量元素地化特征 ( 陈国达 )。3. 对岩相古地理环境的指示 FeVFe? 卜法估计氧化还原环境； MnO/MgO 值与 Eh 的矢系 古海水盐度的估算：a. 沉积物中原生水的氯离子含量来估算古海水的盐度( S):S(%<> )=0.030+1.80500 一( 。 )正常海水的氯度为 19-4 %o, 正常海水的盐度为 35%oob.

7、沉积磷酸盐法：沉积物中含有磷酸钙和磷酸铁：海相一磷酸钙 ， 淡水相一磷酸铁。用 2 者的比值可确定古环境c. 粘土中的硼含量后算古水体的盐度现代海水中硼含量为 4.77PPm, 淡水中一般不含硼，不同环境沉积的粘土 ， 其硼含量明显不同。淡水粘土一几十克/ 吨；海相粘土一几百克/ 吨；咸化泻湖粘土一1000 克/ 吨以上伊利石中的硼含量能反映古盐度：超盐度环境一大于400PPm正常海相一 300? 400PPm半咸水环境一200? 300PPm低盐度环境一小于200PPm若岩石中含有较多的其它矿物，就要以伊利石的理论含钾量 8.5%来换算成伊利石的纯硼含量 ( 校正硼含量 ) 。校正硼含量二岩

8、石测量值X 8.5/K 20 古水深度沉积物中 : Mo>5, Co>40, Cu>90, Ba>1000, Ce>100,Pr>10,Nb>50,Ni>150, Pb>40PPm 同时U<1,S*3 o其环境可能深度大于 250m> 陆源4. 恢复变质岩原岩的指示作用变质过程常使得常量元素发生变化，而微量元素特别是一些惰性微量元素变化很小。正副变质岩原岩恢复方法：a. 微量元素绝对浓度法。e.g. 角闪岩正变质一 Cr 、 Ni 和 Ti 含量高副变质一 Li 和 B 等含量高。REE 的配分模式和含量等。b. 微量元素对比值

9、法用性质相似的元素 ， 或不同的环境下有不同相尖性的元素对比值， 如 REE (LREE/HREE 原子序数 相近的 REE 之比厂 Sr/Ba ， Cr/Ni 等。e.g.正变质角闪岩：Sr/Ba>1 , Cr/Ni>1副变质角闪岩：Sr/Ba>1,Cr/Ni<1 等。c. 微量元素与造岩元素比值法e.g. Dearce 和 K2O/Y 值来区别不同构造部位的玄武岩。e. 图解法 ( 略)f. 函数判别法：e.g D. M.Shaw : 构造了一个判别函数。X=-2.69lgCr-3.18lgV-1.25lgNi+10.57lgCo+7.731 lgSc+7.5lgS

10、r-1.951 lgBa-1.991 Ig Zn-19.58 (PPm)若 X>0, 则为正斜长角闪岩，XKO ， 则为副斜长角闪岩。或： X2=3.89LGCo+3.99lgSc-8.63若 X>0 正斜长角闪岩X1<0 副斜长角闪岩恢复变质沉积岩原岩类型的方法：a. AF 图解法A=Al2Q-(CaO-CO2+K2O+NaO) F=(FeO+FeaQ+MgO)/SiO 2 各氧化物均以分子数进行计算。分子数二含量 ()/分子量 X1OOO 用 AF 作图 ， 可把各类沉沉积区要开来( 图4.21 P169 ) ob. 米什金图解法 (P170)三、微量元素温度计，压力计和

11、氧逸度计1. 微量元素温度计没元素i在人B两相中的浓度为CA和CB。在& B相平衡时,其化学相等,即:UA=Ui B而，UiA =UiA0RTInCAuiB . uiB,。RTInC :?UjA。' RTI nC二UiB。RTInC ;UiA- A=RTInGB/C jAC AG "-RTInciB,按热力学有：Ci.HO -T": S°-RTInC*/1 /GT 二 A B InDiA或 lnDi=BTe.g. 橄榄一单斜性年石， Ni 分配温度计一 1680In Dn . .7.65'T LEE 在斜长石一基质间分配系数温度计。In D

12、La 二 2000 - 6.40(1100-1400 C) 巴尔特二长温度计 碱性长石一斜长石 )2. 稳定同位素温度计在共生矿物对，硫同位素分馆与矿物形成的温度符合下面尖系式：A、=1000 In ： a 2B禹上二股 ，Ra为a相中重轻同位素比值，RbRb 为 b 相中重轻同位素比值，般利用实验方法测定矿物一水体系中常数A和B,在计算时，利用下式篇上八a冰八b公，A、B常数也有变化3. 微量元素压力计大家最熟悉的是Scott 的闪锌矿温( 压)计。石榴石一斜长石 Ca 的分配压力计在石榴石、斜长石酸碱石一石英共存条件下Ca 的分配压力计O=(-2511.4/T)+7.1711-0.2842(P-1 )/T+lgD-0.4D X: 3 必；： 3该压力计的精度为土 1.6Kbar还有很多。主要是用变价元素的相尖参数来进行氧化还原条件研究Eu 2+/Eu *氧逸度计lgfO2-4lg| AAEu对于基质和斜长石，氧逸度计为：IgO 2=-4.55(住17)lg(Eu 2+/Eu3+) L-10.89(0.19) lgO 2=-4.60(117)lg(Eu/Eu") PL-3.86(0.27)但实际过程中,不能分别测出Eu2+/Eu 3+所以要推导出它们的浓度：设Ef+在两共存相斜长石和熔体间的分配系数为DEU/L,它可以在各三价REEF D的平滑曲线内插得到，E