微量元素地球化学（第五章）

1、第五章 岩浆作用过程的鉴别主讲教师：刘树文2015.11在火成岩及其有关矿产成因研究中经常遇到的问题是所研究的岩石或岩套是部分熔融形成的还是经分离结晶作用产生的？它们与源岩或母岩浆的关系如何？ 利用分离结晶和平衡部分熔融作用模型公式的性质有可能加以鉴别第五章 微量元素地球化学模型的应用一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 1、利用不相容元素和极不相容元素 亲岩浆元素 M 总体分配系数明显小于1（0.40.1），如 HREE、Zr、Hf超亲岩浆元素 H 总体分配系数近于0 （明显小于0.20.05）, 如Ta、Th、La、 Ce（LREE）第五章 微量元素地球化学模型的应用一、部分熔融与分离结晶作用

2、的甄别 在分离结晶作用中 ( Cl=ColF (k-1) )： CMlCMol/F CHlCHol/F CHl/CMl= CHol/CMol常数 在CHl/CMl对CHl作图的图解中，样品投影点呈水平分布 第五章 微量元素地球化学模型的应用一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 Cl液相中元素浓度 Cos源岩固相元素浓度F液相分数 k 分配系数CHl 液相中极不相容元素浓度 CHos 源岩固相极不相容元素浓度kM 不相容元素的分配系数CMl 液相中不相容元素浓度 CMos源岩固相极不相容元素浓度第五章 微量元素地球化学模型的应用一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 在批式熔融作用中 ( Cl / Cos

3、 = 1 / F + k ( 1F ) )：k H ( 1F ) 0 CHl CHos / FkM *F 0 CMl CMos/ ( kM +F ) 所以有：CHl/CMl = (CHos/F) / CMos /(kM+F) = (CHos/F)(kM+F)/CMos = (CHl *kM+CHos) / CMos = CHl ( kM / CMos ) + CHos / CMos 在CHl/CMl对CHl作图的图解中，样品投影点沿斜率为kM / CMos的直线分布第五章 微量元素地球化学模型的应用一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 第五章 微量元素地球化学模型的应用一、部分熔融与分离结晶作用的

4、甄别 在F值为00.5的范围内，分配系数明显大于1的相容元素在平衡部分熔融作用中的含量变化比较稳定，变化小于极不相容元素在F值为10.5的范围内，分配系数明显大于1的相容元素在分离结晶作用中的含量变化明显大于极不相容元素（D0） 因此，当某一源岩先部分熔融后，再通过分离结晶固结成岩而形成的一系列岩石的过程将会在这一对微量元素的含量变化上反映出来 第五章 微量元素地球化学模型的应用2、利用分配行为相反的微量元素一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 实 例 考 察设一种岩石含： Ce（铈） 10 ppm (D=0，强不相容元素) Sr （锶）278 ppm (D=4，相容元素)开始发生40的平衡部分熔

5、融然后所形成的岩浆发生分离结晶作用，直至完全结晶考察不相容元素和相容元素含量的变化第五章 微量元素地球化学模型的应用2、利用分配行为相反的微量元素一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 40的平衡部分熔融过程C l/C o = 1 / F + D ( 1F ) 第五章 微量元素地球化学模型的应用2、利用分配行为相反的微量元素一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 F值0.10.150.20.30.4CeD=0C l / C o106.6753.332.5ppm (10)10066.75033.325SrD=4C l / C o0.270.280.290.320.36ppm (278)75.677.880.

6、689100分离结晶作用Cl/Co = F D-1第五章 微量元素地球化学模型的应用2、利用分配行为相反的微量元素一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 F值0.90.80.70.60.5CeD=0C l / C o1.111.251.431.672.0ppm (25)27.831.335.841.850SrD=4C l / C o0.730.510.340.220.13ppm (100)7351342213因此，当某一源岩先部分熔融后，再通过分离结晶固结成岩而形成的一系列岩石的过程将会在这一对微量元素的含量变化上反映出来相容元素（D= 4）和不相容元素（D=0）在两套成因不同岩石中的分布。图中百分

7、数为F值。由于Ce的分配系数为零，它在部分熔融和分离结晶作用中的浓度按Cl/Co1/F的趋势变化。第五章 微量元素地球化学模型的应用2、利用分配行为相反的微量元素一、部分熔融与分离结晶作用的甄别 定量模拟岩石成因安山岩成因（Gill，1981）岩浆混合作用模型岩浆混合作用是两种或者两种以上母体岩浆源，经过岩浆混合作用形成一种新的均匀的岩浆过程，称为岩浆混合作用岩浆混合作用的质量方程的通式为： AX + BXY + CY + D =0 （双曲线方程）其中： X和Y为坐标变量，可以分别为元素和元素比值，A、B、C和D均为系数，系数B决定了双曲线的曲率，当B=0时，方程简化为线性方程 AX + CY

8、 + D =0 岩浆混合作用模型元素比值对元素比值图双曲线令Y=Q/a, X=P/b,例如K/Rb对Rb/Sr、87Sr/86Sr对143Nd/144Nd作图等，混合前两个初始岩浆用做分母的元素分别为(a1,b1)和（a2,b2）时，令r=a1b2/a2b1，式 AX + BXY + CY + D =0 （双曲线方程）中各参数为： A=a2b1Y2-a1b2Y2; B=a1b2-a2b1=a2b1（r-1） C=a1b2X2Y1-a2b1X1Y2岩浆混合作用模型元素比值对元素比值图岩浆混合作用模型元素比值对元素图仍为双曲线令Y=Q, X=P/b,例如K/Rb对Sr、87Sr/86Sr对Sr作图

9、等，混合前两个初始岩浆用做分母的元素分别为(a1,b1)和（a2,b2）时，b1=b2=1，这时r=a1b2/a2b1=a1/a2， AX + BXY + CY + D =0 仍为双曲线方程式中各参数为： A=a2Y2-a1Y1; B=a1-a2=a2（r-1） C=a2X1-a1X2, D=a1X2Y1-a2X1Y2 岩浆混合作用模型元素对元素图为直线令Y=Q, X=P,例如Rb对Sr、K对Rb作图等，混合前两个初始岩浆的元素分别为(Q1,P1)和（Q2,P2）时，a1=a2=b1=b2=1，这时r=a1b2/a2b1=a1/a2=1， 式AX + BXY + CY + D =0 B=0，为

10、直线方程式中各参数为： A=Y2-Y1; B=0 C=X1-X2, D=X2Y1-X1Y2 如果直接用两个原始浓度表示：Cmi=C1ia+C2i(1-a)其中：Cmi元素i混合后浓度 C1i和C2i分别为元素i混合前浓度 a-为两个源混合的质量分数2003.3.25Continental Arc MagmatismFigure 17-1. Map of western South America showing the plate tectonic framework, and the distribution of volcanics and crustal types. NVZ, CVZ, and SVZ are the northern, central, and southern volcanic zones. After Thorpe and Francis (1979) Tectonophys., 57, 53-70; Thorpe et al. (1982) In R. S. Thorpe (ed.), (1982). Andesites. Orogenic Andesites and Related Rocks. John Wiley & Sons. New York, pp. 188-205