赵志丹2018-岩石地球化学5-微量处理

《岩石地球化学》赵志丹2018年5-6月第三章岩石地球化学数据的处理与解释研究生选修课，32学时第二节微量元素数据处理与解释（微量）第一节主量元素数据处理与解释第二节微量元素数据处理与解释第三节同位素数据处理与解释第三章岩石地球化学数据的处理与解释32学时赵志丹2017年5月第二节、微量元素数据处理与解释一、控制微量元素行为的地球化学规律二、稀土元素处理和解释三、微量元素处理和解释（包括稀土在内的总体微量元素特征）第三章、岩石地球化学数据的处理与解释三、微量元素处理和解释1.微量元素处理方法（1）多元素标准化图解（2）元素或者运算后元素投点图2.微量元素的用途第三章、岩石地球化学数据的处理与解释（1）多元素标准化图解A属于REE标准化图解的扩展和普及化，最早用于玄武岩，现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积岩）类型。B标准化数值——原始地幔、球粒陨石，或者MORBC作图的意图——比较样品与标准化数据之间的偏离程度1.微量元素处理方法中文表达方式————原始地幔(球粒陨石)标准化多元素图解,微量元素含量蜘蛛图（1）多元素标准化图解英语表达方式————Normalizedmulti-elementdiagrams/incompatibleelementdiagrams/spiderdiagramsof......Primitivemantle-normalizedincompatibletraceelementvariationdiagramsof……Traceelementconcentrationsnormalizedtochondrite(primitivemantle)of……Spiderdiagramof……I原始地幔（primitive/primordialmantle） 目前常用的元素排列顺序和数值根据 Sun&MacDonough,1989II球粒陨石 BoyntonW.V.1984；Sun&MacDonough,1989；

IIIMORB,Pearce,1983IV沉积岩 NASC，Grometetal,1984 平均地壳成分根据－－Taylor&McLennan,1981 Rudnick&Gao,2004多元素标准化数据常用的球粒陨石和原始地幔标准化数值(ppm)BoyntonW.V.1984.Geochemistryoftherareearthelements:meteoritestudies.In:HendersonP.(ed),Rareearthelementgeochemistry.Elsevier,pp.63-114McDonoughWF,SunS-S,RingwoodAF,JagoutzE,HofmannAW.1992.Potassium,rubidium,andcesiumintheEarthandMoonandtheevolutionofthemantleoftheEarth.GeochimicaetCosmochimicaActa,56(3):1001-1012目前常用作标准化的原始地幔顺序和成分

（primitive/primordialmantle）不相容性质强弱多元素蜘蛛图的原始文献

和标准化数据

(Spiderdiagram)SunS-S&MacDonoughWF,1989SunS-S,McDonoughWF.1989.Chemicalandisotopicsystematicsofoceanicbasalts:implicationsformantlecompositionandprocesses.In:Saunders,A.D.,Norry,M.J.(Eds.),MagmatismintheOceanBasins.GeologicalSocietyLondon.SpecialPublications,vol.42,pp.313–345.孙贤鉥(1943-2005)孙贤鉥博士(哥伦比亚大学,1973)孙贤鉥

(1943-2005)(哥伦比亚大学,1973)第一届，2006,徐义刚；第二届，2007,王强；第三届，2008,杨进辉；第四届，2009,赵子福;第五届，2010,袁洪林；第六届，2011,朱弟成；国内设立了—孙贤鉥地球化学青年科学家奖第七届，2012,黄方；第八届，2013,彭澎；第九届，2014,秦礼萍；第十届，2015,惠鹤九；第十一届，2016,张莉第十二届，2017,李秋立孙贤鉥(1943-2005)

国际著名地球化学家孙贤鉥先生1943年10月27

日出生于福建省福州市，抗日战争胜利后，随父母移居台湾省台北市。1962年被免试保送台湾大学地质系学习。

1968年，孙贤鉥先生赴美国求学，师从著名地球化学家Paul

Gast，先后在纽约的哥伦比亚大学和休斯顿美国宇航局约翰逊空间中心从事铅同位素地球化学研究，1973年获得博士学位。期间，他在铅同位素地球化学等研究领域取得了诸多开创性成果。相关论文陆续发表在Nature、Science等国际知名学术刊物上并得到了广泛的引用，其中有关年轻玄武岩铅同位素的文章(Sun，1980)SCI引证次数已经超过700次，成为这一研究领域一个里程碑式的经典论文。

1973年-1975年，孙贤鉥先生在纽约大学石溪分校做博士后，随Gilbert

Hanson从事碱性玄武岩的研究，在许多重要的刊物上发表了多篇高水平的论文。

1975年，孙贤鉥先生前往澳大利亚的阿德雷德大学工作，期间对太古宙科马提岩、高镁玄武岩、大洋玄武岩和蛇绿岩等岩石进行了开创性的地球化学研究，再次显示了他卓越的科研才能，相继发表了多篇至今仍被广泛引用的论文。其中有关洋中脊玄武岩地球化学的文章(Sun，Nesbitt

and

Sharaskin，1979)SCI引证次数已经超过500次。

1977年，孙贤鉥先生在悉尼澳大利亚联邦科学和工业研究组织矿物研究实验室工作，从事氧、硫等稳定同位素的研究。

1981他成为澳大利亚矿产资源局主任研究员，1999年退休。在此期间，他发表了一系列有关地球的化学组成、演化以及元素地球化学性质的文章，成为当代地球科学界广泛引用的经典之作。其中最为著名的是1989年他和他的学生McDonough在Geological

Society

Special

Publication上发表的关于地幔化学和同位素体系的文章

：Chemical

and

isotopic

systematics

of

oceanic

basaltsmplications

for

mantle

composition

and

processes，迄今已被SCI论文引证超过2800次；另一篇论文：The

composition

of

the

Earth(McDonough

and

Sun，1995)，也已经被SCI论文引证近800次。令人称道的是在实验技术比较落后的20世纪80年代，他就以严谨细致的工作准确地排定了元素相容性顺序，为地球化学的发展作出了杰出的贡献。作为海外华人，孙贤鉥先生十分关心祖国科学和文化事业的发展。Sun&MacDonough,1989Sun&MacDonough,1989GoogleScholar，引用率，截至2015年9月19日，13293次Sun&MacDonough,1989标准化顺序和数值球粒陨石原始地幔其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F等作图Cs=

0.0079作图Pb=

0.071Sun&MacDonough,1989为什么叫做蜘蛛图？孙先生在北京大学讲学中亲自说到：可以叫蛛脚图，但是说成是蛛网图是错误的。他的意思是蛛脚图，可以称为蜘蛛图Sun&MacDonough,1989蜘蛛图元素组成1.都是不相容元素，从左到右，不相容性逐渐减弱；2.包括大离子亲石元素（LILs）、高场强元素(HFSE)、REEFig.2.7.3为什么使用原始地幔值标准化？——源于地幔岩石研究Fig.2.16Chung等，2004，EarthSci.Rev.目前常用顺序-可以适当变化Williamsetal,2001，Geology目前常用顺序-可以适当变化Xuetal，2001，Geology目前常用顺序-可以适当变化Chungetal，2003，Geology可以简化使用的顺序作图方法：A.同REE相似，分别除以标准化数值，再作图B.注意主量元素，需要从wt.%换算到ppm,再除以标准化值K=K2O*10000*0.83013/250Ti=TiO2*10000*0.5995/1300P=P2O5*10000*0.43646/95这里K2O、TiO2、P2O5均代入主量元素（wt.%）结果（1）多元素标准化图解Sun&MacDonough,1989标准化顺序和数值球粒陨石原始地幔其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F等（1）多元素标准化图解作图方法：演示：（1）多元素标准化图解作图方法演示提示：纵坐标使用对数坐标添加次要刻图，就是小单位刻度K-P-Ti是主量元素wt%换算为ppm在Excel中绘制好了，再考到AI中修饰（1）多元素标准化图解图解的基本解释大离子亲石元素-Rb-Ba-Th-U-K-PbHFSEHREEHofmann,2004地壳的成分幔源玄武岩的成分大离子亲石元素HFSENiuY,2006各类岩石的REE和微量元素特征注意各类岩石的典型元素特征变化Hofmann,2004PbNbTiUltra-KrocksinLhasablock——正常岛弧火山岩由源自俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔发生部分熔融而形成，这种富水的流体亏损高场强元素（HFSE），如Nb(Ta)、Ti、P等元素，这些元素的流体/岩石分配系数很小（

1)，因此，在流体交代地幔楔形成的正常岛弧火山岩中出现显著的Nb（Ta）、Ti负异常（在微量元素原始地幔标准化蜘蛛图上相对于相邻元素K、La和Eu、Gd）。为什么岛弧火山岩出现Nb、Ta的负异常？岛弧火山岩成因——

(1)俯冲板片相变释放的流体加入到上覆的地幔楔；

(2)流体携带了俯冲板片析出的活动元素

(K,Rb,Sr,Th,etc.）；【溶于水的】

(3)导致地幔楔熔融的岛弧岩浆富集上述元素。

(4)同时,HFSE相对亏损。

(5)富集LILs的地幔楔再部分熔融，高含量+不相容

NiuY,2006各类岩石的REE和微量元素特征注意各类岩石的典型元素特征变化大离子亲石元素HFSEChung等，2004，EarthSci.Rev.岩浆岩出现Nb、Ta、Ti的负异常的引申含义具有大陆地壳物质的参与参与的物质由交代流体带来流体是富集K,Rb,Sr,Th，亏损

Nb、Ta、Ti（1）多元素标准化图解其他多元素标准化图解:A.铂族元素（PlatinummetalGroupElements）B.过渡金属元素（Transitionmetal)1.微量元素处理方法三、微量元素处理和解释1.微量元素处理方法（1）多元素标准化图解（2）元素或者元素比值投点图第三章、岩石地球化学数据的处理与解释包括：二元或者三角图元素对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素运算后（2）元素或者元素运算后投点图包括：二元或者三角图元素对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素运算后（2）元素或者元素运算后投点图包括：二元或者三角图元素对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素运算后（2）元素或者元素运算后投点图（1）进行岩石分类（2）研究岩石成因（模拟计算反演源岩和过程）（3）鉴别岩石形成的构造环境2.微量元素图解研究用途Zr/TiactsasaproxyforSiZr/Ti——SiO2Nb/Yactsasaproxyfortotalalkalis.Nb/Y－全碱含量进行岩石分类碧玄岩副长石岩进行岩石分类（取代TAS，适用于弱蚀变岩石分类）WinchesterJAandFloydPA.1977.Geochemicaldiscriminationofdifferentmagmaseriesandtheirdifferentiationproductsusingimmobileelements.ChemicalGeology,

20:325-343代表Si

代表全碱

进行岩石分类代表Si

代表全碱

进行岩石分类Pearce,J.A.,1996.Auser'sguidetobasalticdiscriminationdiagrams.In:Wyman,D.A.(Ed.),TraceElementGeochemistryofVolcanicRocks:ApplicationsforMassiveSulphideExploration.GeologicalAssociationofCanadaShortCourseNotes,12：79-113.进行岩石分类同时研究成因回顾：哈克图解碧玄岩副长石岩可以使用Zr作为横坐标是代表SiO2——岩浆演化指标(Saccani.,2013,Lithos)不同矿物分离结晶趋势——强调不同矿物的成分①②③④斜长岩+橄长岩

回顾：哈克图解——使用Ti-Zr（1）进行岩石分类（2）研究岩石成因（模拟计算反演源岩和过程）（3）鉴别岩石形成的构造环境2.微量元素图解研究用途重要元素对岩石成因的指示意义

（AfterGreen1980）Xuetal，2001，Geology微量元素的指示意义Ernst&Buchan,2003,RECOGNIZINGMANTLEPLUMESINTHEGEOLOGICALRECORD鉴别不同源岩

地球化学端元和过程Xuetal，2001，Geology探讨岩石成因与演化过程探讨岩石源区成分和成因Zhaoetal，2009，Lithos判断岩石成因与演化过程Zhaoetal，2009，Lithos区分部分熔融是：A.流体参与的(Ba,Rb)；B.熔体参与的(Nb)探讨源区流体/熔体参与过程Zhaoetal，2009，LithosA.流体参与的(Ba-Rb-U)；B.熔体参与的(Zr-Nb)锆石微量元素——揭示岩石成因——是近年来的新方法Liuetal./GeochimicaetCosmochimicaActa143(2014)207–231锆石微量元素Liuetal./GeochimicaetCosmochimicaActa143(2014)207–231锆石微量元素Liuetal./Geology,2014,42:43-46锆石微量元素Liuetal./Geology,2014,42:43-46锆石微量元素Liuetal./Geology,2014,42:43-46锆石微量元素——鉴别花岗岩成因类型

Wangetal.,2012,JAES锆石微量元素——鉴别花岗岩成因类型

Wangetal.,2012,JAES锆石微量元素——鉴别花岗岩成因类型

Wangetal.