趙志丹巖石地球化學八

1、趙志丹巖石地球化學八 本文由wjhdpu貢獻ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。第三章、 第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋第一節(jié)、 第一節(jié)、主量元素數據處理與解釋 第二節(jié)、微量元素數據處理與解釋 第二節(jié)、 第三節(jié)、 第三節(jié)、同位素數據處理與解釋第三章、 第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素數據處理與解釋一、控制微量元素行為的地球化學規(guī)律 二、稀土元素處理和解釋 三、微量元素處理和解釋第三章、 第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素數據處理與解釋一、控制微量元素行為的地球化學規(guī)律 痕量元素， 微

2、量元素 （痕量元素，trace elements) 巖石中含量<0.1%的， 的 巖石中含量 用ppm (g/g 106), g/g, 或者 ppb (ng/g 109)表示 ng/g, 表示國際單位使用的冪表示方法名稱 atto femto pico nano micro milli centi deci 符號 a f p n m c d 數值 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 名稱 deca hecto kilo mega giga tera peta exa 符號 da h k M G T P E 數值 10 102 10

3、3 106 109 1012 1015 1018第三章、 第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素數據處理與解釋一、控制微量元素行為的地球化學規(guī)律微觀規(guī)律地球化學親和性、類質同象法則、 微觀規(guī)律地球化學親和性、類質同象法則、晶體場理論 地球化學親和性 （對過渡金屬），歸納為：化學和晶體化學因素，包括 對過渡金屬），歸納為：化學和晶體化學因素， ），歸納為 原子（離子）的半徑、配位數、原子和離子極化、 原子（離子）的半徑、配位數、原子和離子極化、最緊 密堆積等 宏觀規(guī)律體系性質和熱力學規(guī)律的影響， 宏觀規(guī)律體系性質和熱力學規(guī)律的影響，如體系的化學 體系性質和熱力學規(guī)律的影響

4、 組成、溫度、壓力、 組成、溫度、壓力、氧化還原電位等微量元素行為的宏觀表現礦物是組成地球的基本 礦物是組成地球的基本 固體物質， 固體物質，元素賦存在礦物 之中， 之中，通過礦物的形成和變 化而具體體現。 化而具體體現。 兩相平衡共存是控制微 兩相平衡共存是控制微 量元素分布和分配的主要過 微量元素在固相 程，微量元素在固相固相 熔體熔體、熔體 、熔體熔體、熔體固相 之間分配是控制元素分布和 含量變化的主要過程， 含量變化的主要過程，也是 宏觀表現。 宏觀表現。例如： 例如：Ol熔體系統(tǒng)的元素分配金振民教授（1994） 金振民教授（1994）發(fā)現 了橄欖巖的初始熔融物(5 (5 了橄欖巖的初

5、始熔融物(5 7%)在固相巖石中存在礦物 7%)在固相巖石中存在礦物 三聯點位置( 三聯點位置(這是靜態(tài)熔融 特征) 特征)，同時大量熔體在差 異應力驅動下沿著橄欖石礦 物顆粒邊界分布， 物顆粒邊界分布，形成熔融 薄膜( nature封面照片 封面照片) 薄膜(見nature封面照片)。部分熔融產物 OlSp melt The figure above is a back-scattered electron image of water-rich fluid pockets (dark), silicate melt quenched to glass (dark gray) and oli

6、vine crystals (a mantle mineral, light gray). The bright spots are another mineral (spinel) that formed when the experiment was quenched from the run conditions of 15,000 atmospheres pressure and 1050 degrees Celsius temperature. The white scale bar represents a length of 20 microns. earthscience.ll

7、/ igpp/texture.php歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律 歸納： （1）地球化學過程的演化實質是元素 在共存各相（ 在共存各相（液固，固固）之間的 分配過程。 分配過程。 （2）自然過程趨向局域平衡，元素在 自然過程趨向局域平衡， 相互共存各相間的平衡分配取決于元素 及礦物的晶體化學性質及熱力學條件。 及礦物的晶體化學性質及熱力學條件。歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律 歸納：（3）在自然過程中主量元素和微量元素在 各相間分配的行為是不同的。 各相間分配的行為是不同的。主量元素能形成自己的獨立礦物， 主量元素能形成自己的獨立礦物，其在各相中分配 受相律（f = K-

8、+2）控制； K- +2）控制； 受相律（ 微量元素常不能形成獨立相，它們在固熔體、 微量元素常不能形成獨立相，它們在固熔體、溶體 和溶液中濃度很低， 和溶液中濃度很低，因此微量元素的分配不受相律 的限制，而服從稀溶液定律（亨利定律），即在分 的限制，而服從稀溶液定律（亨利定律），即在分 稀溶液定律 ）， 配達平衡時在各相間的化學勢相等。 配達平衡時在各相間的化學勢相等。 化學勢相等當巖石發(fā)生部分熔融時， 當巖石發(fā)生部分熔融時，會出現熔體相和結晶相 礦物相），微量元素可以選擇性進入這兩相。 ），微量元素可以選擇性進入這兩相 （礦物相），微量元素可以選擇性進入這兩相。元素分配系數CA C固相 K

9、D 或者 D CB C液相按照元素在巖漿作用中行為分類優(yōu)先進入礦物相， 相容元素：D>>1, 優(yōu)先進入礦物相，或殘留相 例如： 例如：Ni, Co, V, Cr 不相容元素：D<<1，優(yōu)先進入熔體相， ，優(yōu)先進入熔體相， D<0.1為強不相容元素 為強不相容元素, 為強不相容 元素例如：大離子親石元素 例如：大離子親石元素K,Rb,Cs,Sr,Ba 高場強元素Nb,Ta,Zr,Hf 高場強元素不相容元素進一步劃分：小原子半徑、高電荷的高場強元素 （HFSE, high field strength elements） REE

10、, Th, U, Ce, Pb4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta 低場強大離子親石元素（ LIL, large ion lithophile） 它們極為活動，尤其是有流體存在，K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+什么是HFSE 什么是高場強元素(HFSE，High Field-Strength Elements) ， 高場強元素 元素的電荷(Z)與其半徑 )比值稱為場強，相當于電 元素的電荷 與其半徑(r 比值稱為場強 與其半徑 比值稱為場強， 離勢， 離勢，如果Z/r>3.0 (2.0), 稱為高場強元素 如果 如果Z/r <3.0

11、，稱為低場強元素。 如果 ，稱為低場強元素。元素的相容性取決于共存的礦物和熔體（玄武質和安山質巖石中常見元素礦物/熔體分配系數） 玄武質和安山質巖石中常見元素礦物/熔體分配系數）Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic RocksCs (固相 ) Cl ( 液相 )Ol、 例如Ol、Pl這是指單一元素 、單一礦物相Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Dy Er Yb LuOlivine 0.010 0.

12、014 0.010 14 0.70 0.007 0.006 0.006 0.007 0.007 0.013 0.026 0.049 0.045Opx 0.022 0.040 0.013 5 10 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.15 0.23 0.34 0.42Cpx Garnet 0.031 0.042 0.060 0.012 0.026 0.023 7 0.955 34 1.345 0.056 0.001 0.092 0.007 0.230 0.026 0.445 0.102 0.474 0.243 0.582 1.940 0.583 4.700 0.542 6.16

13、7 0.506 6.950Plag Amph Magnetite 0.071 0.29 1.830 0.46 0.23 0.42 0.01 6.8 29 0.01 2.00 7.4 0.148 0.544 2 0.082 0.843 2 0.055 1.340 2 0.039 1.804 1 0.1/1.5* 1.557 1 0.023 2.024 1 0.020 1.740 1.5 0.023 1.642 1.4 0.019 1.563* Eu3+/Eu2+ Italics are estimatedData from Rollinson (1993).Rare Earth Elements

14、巖石中元素的分配系數（Di） 巖石中元素的分配系數（Di）用于研究微量元素在礦物集合體（巖石） 用于研究微量元素在礦物集合體（巖石）及與之平衡 的熔體之間的分配關系， 的熔體之間的分配關系，常用巖石中所有礦物的分配 系數與巖石中各礦物含量乘積之和表達 。 Di = WA Di WA = 巖石中礦物含量 Di = 元素 在礦物 中的分配系數 元素i在礦物 在礦物A中的分配系數Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks

15、Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Dy Er Yb Lu Olivine 0.010 0.014 0.010 14 0.70 0.007 0.006 0.006 0.007 0.007 0.013 0.026 0.049 0.045 Opx 0.022 0.040 0.013 5 10 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.15 0.23 0.34 0.42 Cpx Garnet 0.031 0.042 0.060 0.012 0.026 0.023 7 0.955 34 1.345 0.056 0.001 0.092 0.007 0.230 0.02

16、6 0.445 0.102 0.474 0.243 0.582 1.940 0.583 4.700 0.542 6.167 0.506 6.950 Plag A mph Magnetite 0.071 0.29 1.830 0.46 0.23 0.42 0.01 6.8 29 0.01 2.00 7.4 0.148 0.544 2 0.082 0.843 2 0.055 1.340 2 0.039 1.804 1 0.1/1.5* 1.557 1 0.023 2.024 1 0.020 1.740 1.5 0.023 1.642 1.4 0.019 1.563* Eu3+/Eu2+ Itali

17、cs are estimated計算 舉例Data from Rollinson (1993).石榴石地幔橄欖巖 = 60% Ol25% Opx10% Cpx5% Gar (wt%) 計算結果： 計算結果：DEr = (0.6 · 0.026) + (0.25 · 0.23) + (0.10 · 0.583) + (0.05 · 4.7) = 0.366Rare Earth Elements元素的分配系數測定方法A. 直接測定法 B. 實驗測定法元素的分配系數測定方法直接測定法： A. 直接測定法：直接測定地質體中兩平衡共存相的微量元素濃度， 相的微量元

18、素濃度，再按能斯特分配定律計算出分配 系數。 例如 系數。 例如測定火山巖中斑晶礦物和基質， 測定火山巖中斑晶礦物和基質， 測定現代火山熔巖流中的礦物與淬火熔體（玻璃） 測定現代火山熔巖流中的礦物與淬火熔體（玻璃） 測定巖石中共存礦物的分配系數。 測定巖石中共存礦物的分配系數。目前應用最廣泛的是斑晶-基質法 目前應用最廣泛的是斑晶斑晶 火山巖中斑晶礦物代表熔體結晶過程中的固相 火山巖中斑晶礦物代表熔體結晶過程中的固相， 火山巖中斑晶礦物代表熔體結晶過程中的固相， 基質或淬火熔體代表熔體相(巖漿) 基質或淬火熔體代表熔體相(巖漿)，兩相中微量元素比 值即為該元素的分配系數。 值即為該元素的分配系

19、數。直接測定法： A. 直接測定法： 斑晶斑晶-基質法火山巖中斑晶礦物代表熔體結晶過程中的固相， 火山巖中斑晶礦物代表熔體結晶過程中的固相，基質或淬 火山巖中斑晶礦物代表熔體結晶過程中的固相 火熔體代表熔體相(巖漿) 火熔體代表熔體相(巖漿)，兩相中微量元素比值即為該元素的 分配系數。 分配系數。元素的分配系數測定方法實驗測定法： B. 實驗測定法：用化學試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質； 用化學試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質； 用化學試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質 直接采用天然物質 如拉斑玄武巖）作為初始物質， 直接采用天然物質（ 直接采用天然物質（如拉斑玄武巖）作為初始物質

20、，實驗 使一種礦物和熔體，或者兩種礦物達到平衡， 使一種礦物和熔體，或者兩種礦物達到平衡，并使微量元素在 兩相中達到溶解平衡，然后測定在兩相中元素濃度， 兩相中達到溶解平衡，然后測定在兩相中元素濃度，得出分配 系數。 系數。 實驗測定分配系數的方法雖不斷改善， 實驗測定分配系數的方法雖 不斷改善，但仍難于證明實驗是否 達到平衡以及難于選純礦物，加上為了精確測定微量元素， 達到平衡以及難于選純礦物，加上為了精確測定微量元素，實 驗過程中元素的濃度遠遠高于自然體系， 驗過程中元素的濃度遠遠高于自然體系，這些都是應用實驗結 果研究實際問題的難題。 果研究實際問題的難題。實驗測定法： B. 實驗測定法

21、：使用玄武巖做為初試實驗材料X.L. Xiong et al. / Chemical Geology 218 (2005) 339359實驗測定法： B. 實驗測定法：使用玄武巖做為初試實驗材料實驗產物X.L. Xiong et al. / Chemical Geology 218 (2005) 339359巖漿演化中元素分配模型發(fā)生部分熔融的2種情況 發(fā)生部分熔融的 種情況平衡部分熔融（或稱為批式熔融 批式熔融） 1. 平衡部分熔融（或稱為批式熔融） （equilibrium /batch partial melting) 微量元素在固相和熔體之間一直保持平衡 微量元素在固相和熔體之間一直保

22、持平衡， 微量元素在固相和熔體之間一直保持平衡，直到聚集到 從熔體中遷移出去。 從熔體中遷移出去。 2. 分離熔融（fractional partial melting) 分離熔融（ 發(fā)生部分熔融過程中 形成的熔體連續(xù)地移出固相， 發(fā)生部分熔融過程中， 發(fā)生部分熔融過程中，形成的熔體連續(xù)地移出固相，實際應用中最常見的平衡部分熔融 實際應用中最常見的平衡部分熔融 批式熔融 (Batch melting)模型 模型CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F某元素在熔體中的含量（ppm） CL = 某元素在熔體中的含量（ppm） CO =某元素在未熔融前原始巖石中的含量（ppm） 某元素在未熔融前

23、原始巖石中的含量（ppm） 熔融重量比例熔體/(熔體殘余巖石) /(熔體 F = 熔融重量比例熔體/(熔體殘余巖石) 總分配系數（各礦物相中該元素分配系數和） Di = 總分配系數（各礦物相中該元素分配系數和）CL = 1 CO Di(1 ? F)+ FDi = 1.0隨著F變化， CL/C0不變Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using

24、equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.相容元素Di >> 1.0A. 部分熔融的熔體中發(fā) 生貧化，特別是低度部分 生貧化， 例如F<0.1) 熔融 (例如F<0.1) 貧化的速度隨F B. 貧化的速度隨F的增 大呈現出變緩的特征. 大呈現出變緩的特征.Figure 9-2. Variation in the r

25、elative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneo us and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1? F)+F相容元素不相容元素 Di <&a

26、mp;lt;1.0A. 極大量富集在初始產 生的極少量熔體中 B. 隨著 增加，富集程 隨著F增加 增加， 度減弱 C.其最大的富集濃度不 其 能超出D=0的曲線，當 的曲線， 能超出 的曲線 Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. i rock as fiunction D=0，CiL/C source equationa(9-5) for ， melted,o =1/F (9of D and the fraction usingequilibrium ba

27、tch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F不相容元素強不相容元素對于一個強不相容元素 CL 1 Di 0 CO = FCL = 1 CO Di(1 ? F)+ F強不相容元素應用意義：如果我們知道一個強烈不 相容元素在巖漿和源巖 中含量， 我們就可以估 算部分熔融程度F。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a 9trace

28、 element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.當F1時 時CiL/Cio1巖石全熔， 巖石全熔，即熔體中所有 元素的濃度與母巖中該元 素的濃度趨于一致。 素的濃度趨于一致。Figure 9-2. Va

29、riation in the relative concentration of a 9trace element in a liquid vs. source rock as a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for (9equilibrium batch melting. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.CL = 1 CO Di(1 ? F)+ F部分熔融很小

30、) 當F0 (部分熔融很小 部分熔融很小1/Di， CiL/Cio1/Di，即微量元素 在所形成的熔體中的富集或 貧化程度最大。隨著F 貧化程度最大。隨著F的增大 ，則熔體中微量元素的富集 和貧化程度逐漸減少。 和貧化程度逐漸減少。CL = 1 CO Di(1? F)+F應用意義：如果我們知道CL 和巖漿起源 于一個低度部分熔融過程， 有Di ,我們就可以估算此元素 在源區(qū) (CO)中的含量。Figure 9-2. Variation in the relative concentration of a trace element in 9a liquid vs. source rock as

31、 a fiunction of D and the fraction melted, using equation (9-5) for equilibrium batch melting. From Winter (2001) (9An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.批式熔融計算實例: 批式熔融計算實例:計算Rb和 在玄武巖部分熔融過程中含量 計算 和Sr在玄武巖部分熔融過程中含量把礦物含量（Mode） 1. 把礦物含量（Mode） 換算為礦物重量比例 (Wol Wcpx etc.) 應用D 2

32、. 應用Di = WA Di 計算Rb和Sr的總分配系數 計算Rb和Sr的總分配系數 Rb DRb = 0.045 DSr = 0.848Table 9-2. Conversion from mode to weight percent Mineral Mode ol cpx plag Sum 15 33 51 Density Wt prop Wt% 3.6 3.4 2.7 54 0.18 112.2 0.37137.7 0.45 303.9 1.003. 用公式計算 不同部分熔融程 1)的 度（F0-1)的 Rb和Sr含量比 Rb和Sr含量比 值CL/COCL = 1 CO Di(1? F)

33、+FTable 9-3 . Batch Fractionation Model for Rb and Sr C L /C O = 1/(D(1-F)+F) D Rb F 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.045 9.35 6.49 4.98 4.03 2.92 2.29 1.89 1.60 1.39 1.23 1.10 D Sr 0.848 1.14 1.13 1.12 1.12 1.10 1.08 1.07 1.05 1.04 1.03 1.01 Rb/Sr 8.19 5.73 4.43 3.61 2.66 2.11 1.76 1

34、.52 1.34 1.20 1.09From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.4.投圖C 4. 投圖CL/CO對F 投圖 5.解釋： 5. 解釋： 解釋 在玄武巖批式熔融 產生巖漿中， 產生巖漿中， Rb顯示強烈的 Rb顯示強烈的 不相容性。 不相容性。Figure 9-3. Change in the concentration 9of Rb and Sr in the melt derived by progressive batch melting of a

35、 basaltic rock consisting of plagioclase, augite, and olivine. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.元素分配研究的實際意義研究巖石成因和演化過程 1. 揭示源巖成分特征 2. 揭示巖漿作用過程，利用已 有的各種模型，揭示部分熔融 、巖漿混合、分離結晶、同化 混染等。石榴石橄欖巖批式熔融隨著F變化模式 石榴石橄欖巖批式熔融隨著 變化模式Figure 9-4. Rare Earth 9concentr

36、ations (normalized to chondrite) for melts produced at various values of F via melting of a hypothetical garnet lherzolite using the batch melting model (equation 9-5). From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.第三章、 第三章、巖石地球化學數據的處理與解釋第二節(jié)、 第二節(jié)、微量元素數據處理與解釋

37、一、控制微量元素行為的地球化學規(guī)律二、稀土元素處理三、微量元素處理 四、數據解釋稀土元素 REE (rare earth elements)57-71號：15個元素 號 個元素+Y=16個元素 個元素 個元素 La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, LuY 稀土元素的共性：(1)它們的原子結構相似； 它們的原子結構相似； 它們的原子結構相似 離子半徑1.06? (2)離子半徑相近 離子半徑相近(REE3 離子半徑 離子半徑相近 0.84 ?，Y3為0.89 ?）； ， ）(3)它們在自然界密切共生。 它們在自然界密切共生。 它們在

38、自然界密切共生稀土元素La系Y稀土元素分組方法, 最常用兩種： 稀土元素分組方法, 最常用兩種： 1.兩分法： 1.兩分法： 兩分法La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu,輕稀土(LREE) 輕稀土 Ce族稀土 族稀土Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, LuY 重稀土（ 重稀土（HREE） ） Y族稀 土 族稀土分組以Gd劃界的原因是：從Gd開始在 亞層上新增加電子的自 開始在4f亞層上新增加電子的自 分組以 劃界的原因是： 劃界的原因是 開始在 旋方向改變了。 歸入重稀土組主要由于是Y 旋方向改變了。而Y歸入重稀土組主要由于是 3離子半徑與重 歸入重稀土組主要由于是

39、 的離子半徑為0.89 ?），化學性質與重稀土 稀土相近（ ），化學性質與重稀土 稀土相近（如Ho3的離子半徑為 ）， 相似，它們在自然界密切共生。 相似，它們在自然界密切共生。2.三分法La,Ce,Pr,Nd輕稀土(LREE) 輕稀土Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho中稀土Er, Tm, Yb, LuY 重稀土11 Log (Abundance in CI Chondritic Meteorite) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0H He C Ne MgSi Fe N S Ar Ca Ni Na Ti AlP K F Cl V B Sc O太陽系元

40、素成分LiSnBaPt Pb Th U100Be102030405060708090Atomic Number (Z)Oddo-Harkins效應（太陽系和地球都有此規(guī)律） Oddo-Harkins效應（太陽系和地球都有此規(guī)律） 效應原子序數為偶數的元素的豐度大大高于相鄰原子序數為奇 數的元素。具有偶數質子數（ 或偶數中子數（ 數的元素。具有偶數質子數（A）或偶數中子數（N）的 核素豐度總是高于具有奇數A 的核素。 核素豐度總是高于具有奇數A或N的核素。這一規(guī)律稱為 奧多一哈根斯法則，亦即奇偶規(guī)律 奇偶規(guī)律。 奧多一哈根斯法則，亦即奇偶規(guī)律。11 Log (Abundance in CI Ch

41、ondritic Meteorite) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0H He C Ne MgSi Fe N S Ar Ca Ni Na Ti AlP K F Cl V B Sc O太陽系元素成分LiSnBaPt Pb Th U100Be102030405060708090Atomic Number (Z)Oddo-Harkins效應產生原因 Oddo-Harkins效應產生原因 受原子核結構控制，當質子與中子數比例適當， 1. 受原子核結構控制，當質子與中子數比例適當， Mg， 原子核穩(wěn)定，元素分布就廣。 原子核穩(wěn)定，元素分布就廣。例如16O，24Mg，

42、28Si等，最穩(wěn)定，元素豐度高。 Si等 最穩(wěn)定，元素豐度高。 隨著原子序數增大，中子數增加比質子數快， 2. 隨著原子序數增大，中子數增加比質子數快，原 子核趨于不穩(wěn)定，元素在自然界豐度低。 子核趨于不穩(wěn)定，元素在自然界豐度低。需要標準化NASC/球粒隕石REE數據表示： REE數據表示： 數據表示100豐度 度(ppm)增田科里爾（ 1. 增田科里爾（ Coryell） Masuda - Coryell） 圖解, 圖解,以球粒隕石作為 標準化數據. 標準化數據.10 100 NASC 球粒隕石1012. 某一參照物質作為標 0.1 準化數據, 準化數據,例如用原始 地幔、MORB等 地幔、

43、MORB等，能 0.01 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 夠清楚地顯示不同礦 北美頁巖組合樣” 縮寫為NASC） 中 REE的 （ a）“北美頁巖組合樣 ” （ 縮寫為 ） 北美頁巖組合樣 ） 的 物間REE REE的分異程度球粒隕石標準化豐度。 ） 哈斯金等（ ） 物間REE的分異程度球粒隕石標準化豐度 。 （ b）哈斯金等 （ 1968）給出 中的REE真實豐度。（據Henderson,1984） 真實豐度。 的NASC中的 中的 真實豐度 ） 。稀土組成圖具體作法將樣品含量(ppm)分別 1. 將樣品含量(ppm)分別 除以球粒隕

44、石( 除以球粒隕石(或者其 他數據， MORB， 他數據，如MORB，得 到標準化后數據 14元素按照原子序數排 2. 14元素按照原子序數排 列作為橫坐標（ 列作為橫坐標（注意沒 有Pm和Y） Pm和 3. 縱坐標以對數表示西藏鉀質超鉀質巖石稀土元素組成球粒 隕石標準化圖，標準化數據根據 Boynton（1984） （ ）為什么用球粒隕石? 為什么用球粒隕石隕石隕石是落到地球上來的行星物體的碎塊. 隕石是落到地球上來的行星物體的碎塊. 可能起源于彗星. 可能起源于彗星.更可能來自火星和木星 間的小行星帶. 間的小行星帶.隕石可由顯微質點大小到 具有幾千公斤的巨塊. 具有幾千公斤的巨塊.每年落

45、到地球表面 大約有500個隕石,總質量可達3 大約有500個隕石,總質量可達3×106至 3×107t.每年見到其殞落,又能找到的隕石 t.每年見到其殞落, 僅5到6個.太陽系太 陽 系太陽系由太陽,行星 行星物體 太陽系由太陽 行星,行星物體 宇宙 行星 行星物體(宇宙 彗星,小行星 和衛(wèi)星組成.太陽集 塵,彗星 小行星 和衛(wèi)星組成 太陽集 彗星 小行星)和衛(wèi)星組成 中了太陽系99.8%的質量 的質量. 中了太陽系 的質量 行星劃分為兩種類型: 行星劃分為兩種類型 接近太陽的較小內行星-水星 金星, 水星,金星 接近太陽的較小內行星 水星 金星 地球,火星 稱為類地行星;

46、 火星,稱為類地行星 地球 火星 稱為類地行星 遠離太陽大的外行星-木星 土星,天 木星,土星 遠離太陽大的外行星 木星 土星 天 王星,海王星和 冥王星， 海王星和（ 王星 海王星和（冥王星，已開除 ）. 火星和木星之間存在著數以兆計的 小行星, 小行星 有些小行星的軌道橫切過 行星軌道.在殞落到地球上來的隕 行星軌道 在殞落到地球上來的隕 石中,已經發(fā)現有兩顆的軌道曾位 石中 已經發(fā)現有兩顆的軌道曾位 于小行星帶內. 于小行星帶內8 大 行 星 相 對 大 小 對 比圖1.5 自然界的流星雨美國亞利桑那Barringer(or Meteor)隕石坑,直徑約1.2km 由一個直徑約40m的撞

47、擊物撞擊而成. 撞擊物殘余稱為Canyon Diablo鐵 隕石(國際S同位素標準).隕石具有多種多樣的類型,從幾乎全部由金屬組成 的類型,到幾乎全部由硅酸鹽組成的類型.對隕石進 行分類是困難的,并且存在許多爭論.通常根據其中 的金屬含量,首先將隕石劃分為四種主要類型：石隕石 球粒隕石 無球粒隕石 石鐵隕石 鐵隕石 約含10%金屬 約含10%金屬 約含1 約含 金屬 約含50 約含 金屬 金屬含量大于90 金屬含量大于 主要類型隕石的特征為什么用球粒隕石? 為什么用球粒隕石 球粒隕石的非揮發(fā)性成分可以代表原始太陽星 云的平均化學成分=地球整體成分 云的平均化學成分 地球整體成分球粒隕石太陽大氣

48、（Si=1 原子）Cl 型碳質球粒隕石（Si=1 原子）墨西哥Allende CI型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對比,組成十分一致 型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對比, 墨西哥 型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對比為什么用球粒隕 石標準化? 石標準化?NASC/球粒隕石10010 100 NASC 球粒隕石消除奇偶效應， 1. 消除奇偶效應， 曲線平滑, 曲線平滑, 利于對比, 2. 利于對比,可以直 觀鑒別巖石樣品相 對于球粒隕石的分 異程度. 異程度. 3. 有利于直觀展示 北美頁巖組合樣” 縮寫為NASC） （ a）“北美頁巖組合樣 ） 北美頁巖組合樣 的 巖石的類型和成因. 球粒隕

49、石標準化豐度。 b）哈斯金等（ ）中REE的 巖石的類型和成因. 球粒隕石標準化豐度?！保s寫為 （1968）給出 （ ） 哈斯金等 ）10 豐度 度(ppm) 1 0.1 0.01 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu中的REE真實豐度。（據Henderson,1984） 真實豐度。 的NASC中的 中的 真實豐度 ）其他標準化數據沉積巖用北美頁巖成分NASC NASC作為標準化數據 1. 沉積巖用北美頁巖成分NASC作為標準化數據 2. MORB，Mid-Ocean Ridge Basalt MORB，Mid原始地幔, 3. 原始地幔,

50、primitive mantle 4. 研究體系的某種組分，只要有利于對比成分特征 研究體系的某種組分， 引申：不僅是REE REE， 5. 引申：不僅是REE，其他數據也可以標準化Rudnick & Gao, 2005Rudnick & Gao, 2005Rudnick & Gao, 2005常用的球粒隕石和原始地幔標準化數值標準名稱 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Hr Tm Yb Lu 文獻 球粒隕石平均 0.31 0.808 0.122 0.6 0.195 0.0735 0.259 0.0474 0.322 0

51、.0718 0.21 0.0324 0.209 0.0332 Boynton, 1984 原始地幔 0.7080 1.8330 0.2780 1.3660 0.4440 0.1680 0.5950 0.1080 0.7370 0.1630 0.4790 0.0740 0.0480 0.0737 McDonough et al.,1991Boynton W.V. 1984. Geochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. In: Henderson P.(ed), Rare earth element geochemistr

52、y. Elsevier, pp.63-114 McDonough W.F., Sun S., Ringwood A.F., et al. 1991. K, Rb, and Cs in the earth and mo on and the evolution of the earths mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta, , Ross Taylor Symposium volume.演示如何獲得REE圖 圖 演示如何獲得標準化后的重要參數La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu原子

53、序數增大, 原子序數增大 相容性增強REE標準化后的重要參數 標準化后的重要參數1. 稀土元素總含量 稀土元素總含量REE各稀土元素含量的總和，常以 各稀土元素含量的總和，常以ppm 或者10 或者 6為單位 REE=La+.+Lu+Y (16個元素 或者 個元素) 個元素 REE=La+.+Lu (15個元素 個元素) 個元素 REE能明顯反映出各類巖石的特征， 能明顯反映出各類巖石的特征， 能明顯反映出各類巖石的特征 例如： 例如： A. 一般在超基性巖、基性巖中 一般在超基性巖、基性巖中REE較低， 較低， 較低 在酸性巖和堿性巖中REE較高； 較高； 在酸性巖和堿性巖中 較高 B. 沉

54、積巖中砂巖和頁巖的 沉積巖中砂巖和頁巖的REE較高，碳酸 較高， 較高 鹽巖的REE較低。 較低。 鹽巖的 較低 因此REE對于判斷巖石的源巖特征和區(qū)分 因此 對于判斷巖石的源巖特征和區(qū)分 巖石類型有意義。 巖石類型有意義。標準化后的重要參數2. 輕、重稀土元素的比值比值=LREE/HREE 比值= 或 =Ce/Y 這一參數能較好地反映REE的分 這一參數能較好地反映REE的分 REE 異程度和指示部分熔融殘留體或 巖漿早期結晶礦物的特征。 巖漿早期結晶礦物的特征。 Ce堿性較Y強 Ce堿性較Y強，隨巖漿作用 堿性較Y 的演化，Ce/Y比值逐漸增大 的演化，Ce/Y比值逐漸增大 Ce在巖漿作用

55、晚期富集 在巖漿作用晚期富集。 ，即Ce在巖漿作用晚期富集。巖 石 類 型 0 粗 面 巖 霞 石 巖 堿性橄欖玄武央巖 大陸拉斑玄武巖 大洋拉斑玄武巖 橄 欖 巖 球 粒 隕 石 2 4 Ce/Y 6 8 10 12原始巖漿成分演化過程 中REE的分餾特征 REE的分餾特征3. 稀土元素之間的比值標準化后的重要參數（1） (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N ）(下標 表示為標準化后的比值 下標N表示為標準化后的比值 下標 表示為標準化后的比值) 能反映REE 球粒隕石標準化圖解中曲線總體斜率 能反映 REE球粒隕石標準化圖解中曲線總體斜率 ， 表征 REE 球粒隕石標準化圖解中曲線總體斜率， LREE和HREE的分異程度 的分異程度。 LREE和HREE的分異程度。（2） (La/Sm)N、(Gd/Lu)N ）表示分餾程度， 例如( 比值越大反映LREE越富集。 LREE越富集 表示分餾程度， 例如(La/Sm)N比值越大反映LREE越富集。 孫賢術等據此將洋中脊玄武巖劃分為三種