趙志丹2018-巖石地球化學5-微量處理

第一節(jié)主量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第二節(jié)微量元素數(shù)據(jù)處理與解釋第三節(jié)同位素數(shù)據(jù)處理與解釋第三章巖石地球化學數(shù)據(jù)的處理與解釋32學時趙志丹2017年5月第一頁第二頁，共75頁。第二節(jié)、微量元素數(shù)據(jù)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（包括稀土在內(nèi)的總體微量元素特征）第三章、巖石地球化學數(shù)據(jù)的處理與解釋第二頁第三頁，共75頁。三、微量元素處理和解釋1.微量元素處理方法（1）多元素標準化圖解（2）元素或者運算后元素投點圖2.微量元素的用途第三章、巖石地球化學數(shù)據(jù)的處理與解釋第三頁第四頁，共75頁。（1）多元素標準化圖解A屬于REE標準化圖解的擴展和普及化，最早用于玄武巖，現(xiàn)在可以用于所有巖石（巖漿巖和沉積巖）類型。B標準化數(shù)值——原始地幔、球粒隕石，或者MORBC作圖的意圖——比較樣品與標準化數(shù)據(jù)之間的偏離程度1.微量元素處理方法第四頁第五頁，共75頁。中文表達方式————原始地幔(球粒隕石)標準化多元素圖解,微量元素含量蜘蛛圖（1）多元素標準化圖解英語表達方式————Normalizedmulti-elementdiagrams/incompatibleelementdiagrams/spiderdiagramsof......Primitivemantle-normalizedincompatibletraceelementvariationdiagramsof……Traceelementconcentrationsnormalizedtochondrite(primitivemantle)of……Spiderdiagramof……第五頁第六頁，共75頁。I原始地幔（primitive/primordialmantle） 目前常用的元素排列順序和數(shù)值根據(jù) Sun&MacDonough,1989II球粒隕石 BoyntonW.V.1984；Sun&MacDonough,1989；

IIIMORB,Pearce,1983IV沉積巖 NASC，Grometetal,1984 平均地殼成分根據(jù)－－Taylor&McLennan,1981 Rudnick&Gao,2004多元素標準化數(shù)據(jù)第六頁第七頁，共75頁。常用的球粒隕石和原始地幔標準化數(shù)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第七頁第八頁，共75頁。目前常用作標準化的原始地幔順序和成分

（primitive/primordialmantle）不相容性質(zhì)強弱第八頁第九頁，共75頁。多元素蜘蛛圖的原始文獻

和標準化數(shù)據(jù)

(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.第九頁第十頁，共75頁。孫賢鉥(1943-2005)孫賢鉥博士(哥倫比亞大學,1973)第十頁第十一頁，共75頁。孫賢鉥

(1943-2005)(哥倫比亞大學,1973)第一屆，2006,徐義剛；第二屆，2007,王強；第三屆，2008,楊進輝；第四屆，2009,趙子福;第五屆，2010,袁洪林；第六屆，2011,朱弟成；國內(nèi)設立了—孫賢鉥地球化學青年科學家獎第七屆，2012,黃方；第八屆，2013,彭澎；第九屆，2014,秦禮萍；第十屆，2015,惠鶴九；第十一屆，2016,張莉第十二屆，2017,李秋立第十一頁第十二頁，共75頁。孫賢鉥(1943-2005)

國際著名地球化學家孫賢鉥先生1943年10月27

日出生于福建省福州市，抗日戰(zhàn)爭勝利后，隨父母移居臺灣省臺北市。1962年被免試保送臺灣大學地質(zhì)系學習。

1968年，孫賢鉥先生赴美國求學，師從著名地球化學家Paul

Gast，先后在紐約的哥倫比亞大學和休斯頓美國宇航局約翰遜空間中心從事鉛同位素地球化學研究，1973年獲得博士學位。期間，他在鉛同位素地球化學等研究領域取得了諸多開創(chuàng)性成果。相關論文陸續(xù)發(fā)表在Nature、Science等國際知名學術刊物上并得到了廣泛的引用，其中有關年輕玄武巖鉛同位素的文章(Sun，1980)SCI引證次數(shù)已經(jīng)超過700次，成為這一研究領域一個里程碑式的經(jīng)典論文。

1973年-1975年，孫賢鉥先生在紐約大學石溪分校做博士后，隨Gilbert

Hanson從事堿性玄武巖的研究，在許多重要的刊物上發(fā)表了多篇高水平的論文。

1975年，孫賢鉥先生前往澳大利亞的阿德雷德大學工作，期間對太古宙科馬提巖、高鎂玄武巖、大洋玄武巖和蛇綠巖等巖石進行了開創(chuàng)性的地球化學研究，再次顯示了他卓越的科研才能，相繼發(fā)表了多篇至今仍被廣泛引用的論文。其中有關洋中脊玄武巖地球化學的文章(Sun，Nesbitt

and

Sharaskin，1979)SCI引證次數(shù)已經(jīng)超過500次。

1977年，孫賢鉥先生在悉尼澳大利亞聯(lián)邦科學和工業(yè)研究組織礦物研究實驗室工作，從事氧、硫等穩(wěn)定同位素的研究。

1981他成為澳大利亞礦產(chǎn)資源局主任研究員，1999年退休。在此期間，他發(fā)表了一系列有關地球的化學組成、演化以及元素地球化學性質(zhì)的文章，成為當代地球科學界廣泛引用的經(jīng)典之作。其中最為著名的是1989年他和他的學生McDonough在Geological

Society

Special

Publication上發(fā)表的關于地幔化學和同位素體系的文章

：Chemical

and

isotopic

systematics

of

oceanic

basaltsmplications

for

mantle

composition

and

processes，迄今已被SCI論文引證超過2800次；另一篇論文：The

composition

of

the

Earth(McDonough

and

Sun，1995)，也已經(jīng)被SCI論文引證近800次。令人稱道的是在實驗技術比較落后的20世紀80年代，他就以嚴謹細致的工作準確地排定了元素相容性順序，為地球化學的發(fā)展作出了杰出的貢獻。作為海外華人，孫賢鉥先生十分關心祖國科學和文化事業(yè)的發(fā)展。第十二頁第十三頁，共75頁。Sun&MacDonough,1989第十三頁第十四頁，共75頁。Sun&MacDonough,1989GoogleScholar，引用率，截至2015年9月19日，13293次第十四頁第十五頁，共75頁。Sun&MacDonough,1989標準化順序和數(shù)值球粒隕石原始地幔其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F(xiàn)等作圖Cs=

0.0079作圖Pb=

0.071第十五頁第十六頁，共75頁。Sun&MacDonough,1989為什么叫做蜘蛛圖？孫先生在北京大學講學中親自說到：可以叫蛛腳圖，但是說成是蛛網(wǎng)圖是錯誤的。他的意思是蛛腳圖，可以稱為蜘蛛圖第十六頁第十七頁，共75頁。Sun&MacDonough,1989蜘蛛圖元素組成1.都是不相容元素，從左到右，不相容性逐漸減弱；2.包括大離子親石元素（LILs）、高場強元素(HFSE)、REE第十七頁第十八頁，共75頁。Fig.2.7.3為什么使用原始地幔值標準化？——源于地幔巖石研究第十八頁第十九頁，共75頁。Fig.2.16第十九頁第二十頁，共75頁。Chung等，2004，EarthSci.Rev.目前常用順序-可以適當變化第二十頁第二十一頁，共75頁。Williamsetal,2001，Geology目前常用順序-可以適當變化第二十一頁第二十二頁，共75頁。Xuetal，2001，Geology目前常用順序-可以適當變化第二十二頁第二十三頁，共75頁。Chungetal，2003，Geology可以簡化使用的順序第二十三頁第二十四頁，共75頁。作圖方法：A.同REE相似，分別除以標準化數(shù)值，再作圖B.注意主量元素，需要從wt.%換算到ppm,再除以標準化值K=K2O*10000*0.83013/250Ti=TiO2*10000*0.5995/1300P=P2O5*10000*0.43646/95這里K2O、TiO2、P2O5均代入主量元素（wt.%）結果（1）多元素標準化圖解第二十四頁第二十五頁，共75頁。Sun&MacDonough,1989標準化順序和數(shù)值球粒隕石原始地幔其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F(xiàn)等第二十五頁第二十六頁，共75頁。（1）多元素標準化圖解作圖方法：演示：第二十六頁第二十七頁，共75頁。（1）多元素標準化圖解作圖方法演示提示：縱坐標使用對數(shù)坐標添加次要刻圖，就是小單位刻度K-P-Ti是主量元素wt%換算為ppm在Excel中繪制好了，再考到AI中修飾第二十七頁第二十八頁，共75頁。（1）多元素標準化圖解圖解的基本解釋大離子親石元素-Rb-Ba-Th-U-K-PbHFSEHREE第二十八頁第二十九頁，共75頁。Hofmann,2004地殼的成分幔源玄武巖的成分大離子親石元素HFSE第二十九頁第三十頁，共75頁。NiuY,2006各類巖石的REE和微量元素特征注意各類巖石的典型元素特征變化第三十頁第三十一頁，共75頁。Hofmann,2004PbNbTiUltra-KrocksinLhasablock第三十一頁第三十二頁，共75頁?！u弧火山巖由源自俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體交代地幔楔發(fā)生部分熔融而形成，這種富水的流體虧損高場強元素（HFSE），如Nb(Ta)、Ti、P等元素，這些元素的流體/巖石分配系數(shù)很?。?/p>

1)，因此，在流體交代地幔楔形成的正常島弧火山巖中出現(xiàn)顯著的Nb（Ta）、Ti負異常（在微量元素原始地幔標準化蜘蛛圖上相對于相鄰元素K、La和Eu、Gd）。為什么島弧火山巖出現(xiàn)Nb、Ta的負異常？第三十二頁第三十三頁，共75頁。島弧火山巖成因——

(1)俯沖板片相變釋放的流體加入到上覆的地幔楔；

(2)流體攜帶了俯沖板片析出的活動元素

(K,Rb,Sr,Th,etc.）；【溶于水的】

(3)導致地幔楔熔融的島弧巖漿富集上述元素。

(4)同時,HFSE相對虧損。

(5)富集LILs的地幔楔再部分熔融，高含量+不相容

第三十三頁第三十四頁，共75頁。NiuY,2006各類巖石的REE和微量元素特征注意各類巖石的典型元素特征變化大離子親石元素HFSE第三十四頁第三十五頁，共75頁。Chung等，2004，EarthSci.Rev.巖漿巖出現(xiàn)Nb、Ta、Ti的負異常的引申含義具有大陸地殼物質(zhì)的參與參與的物質(zhì)由交代流體帶來流體是富集K,Rb,Sr,Th，虧損

Nb、Ta、Ti第三十五頁第三十六頁，共75頁。（1）多元素標準化圖解其他多元素標準化圖解:A.鉑族元素（PlatinummetalGroupElements）B.過渡金屬元素（Transitionmetal)1.微量元素處理方法第三十六頁第三十七頁，共75頁。三、微量元素處理和解釋1.微量元素處理方法（1）多元素標準化圖解（2）元素或者元素比值投點圖第三章、巖石地球化學數(shù)據(jù)的處理與解釋第三十七頁第三十八頁，共75頁。包括：二元或者三角圖元素對元素元素比值對元素元素比值對元素比值元素運算后（2）元素或者元素運算后投點圖第三十八頁第三十九頁，共75頁。包括：二元或者三角圖元素對元素元素比值對元素元素比值對元素比值元素運算后（2）元素或者元素運算后投點圖第三十九頁第四十頁，共75頁。包括：二元或者三角圖元素對元素元素比值對元素元素比值對元素比值元素運算后（2）元素或者元素運算后投點圖第四十頁第四十一頁，共75頁。（1）進行巖石分類（2）研究巖石成因（模擬計算反演源巖和過程）（3）鑒別巖石形成的構造環(huán)境2.微量元素圖解研究用途第四十一頁第四十二頁，共75頁。Zr/TiactsasaproxyforSiZr/Ti——SiO2Nb/Yactsasaproxyfortotalalkalis.Nb/Y－全堿含量進行巖石分類碧玄巖副長石巖第四十二頁第四十三頁，共75頁。進行巖石分類（取代TAS，適用于弱蝕變巖石分類）WinchesterJAandFloydPA.1977.Geochemicaldiscriminationofdifferentmagmaseriesandtheirdifferentiationproductsusingimmobileelements.ChemicalGeology,

20:325-343代表Si

代表全堿

第四十三頁第四十四頁，共75頁。進行巖石分類代表Si

代表全堿

第四十四頁第四十五頁，共75頁。進行巖石分類Pearce,J.A.,1996.Auser'sguidetobasalticdiscriminationdiagrams.In:Wyman,D.A.(Ed.),TraceElementGeochemistryofVolcanicRocks:ApplicationsforMassiveSulphideExploration.GeologicalAssociationofCanadaShortCourseNotes,12：79-113.第四十五頁第四十六頁，共75頁。進行巖石分類同時研究成因第四十六頁第四十七頁，共75頁。回顧：哈克圖解碧玄巖副長石巖可以使用Zr作為橫坐標是代表SiO2——巖漿演化指標第四十七頁第四十八頁，共75頁。(Saccani.,2013,Lithos)不同礦物分離結晶趨勢——強調(diào)不同礦物的成分①②③④斜長巖+橄長巖

回顧：哈克圖解——使用Ti-Zr第四十八頁第四十九頁，共75頁。（1）進行巖石分類（2）研究巖石成因（模擬計算反演源巖和過程）（3）鑒別巖石形成的構造環(huán)境2.微量元素圖解研究用途第四十九頁第五十頁，共75頁。重要元素對巖石成因的指示意義

（AfterGreen1980）第五十頁第五十一頁，共75頁。Xuetal，2001，Geology微量元素的指示意義第五十一頁第五十二頁，共75頁。Ernst&Buchan,2003,RECOGNIZINGMANTLEPLUMESINTHEGEOLOGICALRECORD鑒別不同源巖

地球化學端元和過程第五十二頁第五十三頁，共75頁。Xuetal，2001，Geology探討巖石成因與演化過程第五十三頁第五十四頁，共75頁。探討巖石源區(qū)成分和成因Zhaoetal，2009，Lithos第五十四頁第五十五頁，共75頁。判斷巖石成因與演化過程Zhaoetal，2009，Lithos區(qū)分部分熔融是：A.流體參與的(Ba,Rb)；B.熔體參與的(Nb)第五十五頁第五十六頁，共75頁。探討源區(qū)流體/熔體參與過程Zhaoetal，2009，LithosA.流體參與的(Ba-Rb-U)；B.熔體參與的(Zr-Nb)第五十六頁第五十七頁，共75頁。鋯石微量元素——揭示巖石成因——是近年來的新方法Liuetal./GeochimicaetCosmochimicaActa143(2014)207–231第五十七頁第五十八頁，共75頁。鋯石微量元素Liuetal./GeochimicaetCosmochimicaActa143(2014)207–231第五十八頁第五十九頁，共75頁。鋯石微量元素Liuetal./Geology,2014,42:43-46第五十九頁第六十頁，共75頁。鋯石微量元素Liuetal./Geology,2014,42:43-46第六十頁第六十一頁，共75頁。鋯石微量元素Liuetal./Geology,2014,42:43-46第六十一頁第六十二頁，共75頁。鋯石微量元素——鑒別花崗巖成因類型

Wangetal.,2012,JAES第六十二頁第六十三頁，共75頁。鋯石微量元素——鑒別花崗巖成因類型