微量元素地球化學(xué)（第五章）

1、第五章 巖漿作用過程的鑒別主講教師：劉樹文2015.11在火成巖及其有關(guān)礦產(chǎn)成因研究中經(jīng)常遇到的問題是所研究的巖石或巖套是部分熔融形成的還是經(jīng)分離結(jié)晶作用產(chǎn)生的？它們與源巖或母巖漿的關(guān)系如何？ 利用分離結(jié)晶和平衡部分熔融作用模型公式的性質(zhì)有可能加以鑒別第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 1、利用不相容元素和極不相容元素 親巖漿元素 M 總體分配系數(shù)明顯小于1（0.40.1），如 HREE、Zr、Hf超親巖漿元素 H 總體分配系數(shù)近于0 （明顯小于0.20.05）, 如Ta、Th、La、 Ce（LREE）第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用一、部分熔融與分離結(jié)晶作用

2、的甄別 在分離結(jié)晶作用中 ( Cl=ColF (k-1) )： CMlCMol/F CHlCHol/F CHl/CMl= CHol/CMol常數(shù) 在CHl/CMl對CHl作圖的圖解中，樣品投影點呈水平分布 第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 Cl液相中元素濃度 Cos源巖固相元素濃度F液相分?jǐn)?shù) k 分配系數(shù)CHl 液相中極不相容元素濃度 CHos 源巖固相極不相容元素濃度kM 不相容元素的分配系數(shù)CMl 液相中不相容元素濃度 CMos源巖固相極不相容元素濃度第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 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對CHl作圖的圖解中，樣品投影點沿斜率為kM / CMos的直線分布第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的

4、甄別 在F值為00.5的范圍內(nèi)，分配系數(shù)明顯大于1的相容元素在平衡部分熔融作用中的含量變化比較穩(wěn)定，變化小于極不相容元素在F值為10.5的范圍內(nèi)，分配系數(shù)明顯大于1的相容元素在分離結(jié)晶作用中的含量變化明顯大于極不相容元素（D0） 因此，當(dāng)某一源巖先部分熔融后，再通過分離結(jié)晶固結(jié)成巖而形成的一系列巖石的過程將會在這一對微量元素的含量變化上反映出來 第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用2、利用分配行為相反的微量元素一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 實 例 考 察設(shè)一種巖石含： Ce（鈰） 10 ppm (D=0，強(qiáng)不相容元素) Sr （鍶）278 ppm (D=4，相容元素)開始發(fā)生40的平衡部分熔

5、融然后所形成的巖漿發(fā)生分離結(jié)晶作用，直至完全結(jié)晶考察不相容元素和相容元素含量的變化第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用2、利用分配行為相反的微量元素一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 40的平衡部分熔融過程C l/C o = 1 / F + D ( 1F ) 第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用2、利用分配行為相反的微量元素一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 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分離結(jié)晶作用Cl/Co = F D-1第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用2、利用分配行為相反的微量元素一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 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，當(dāng)某一源巖先部分熔融后，再通過分離結(jié)晶固結(jié)成巖而形成的一系列巖石的過程將會在這一對微量元素的含量變化上反映出來相容元素（D= 4）和不相容元素（D=0）在兩套成因不同巖石中的分布。圖中百分

7、數(shù)為F值。由于Ce的分配系數(shù)為零，它在部分熔融和分離結(jié)晶作用中的濃度按Cl/Co1/F的趨勢變化。第五章 微量元素地球化學(xué)模型的應(yīng)用2、利用分配行為相反的微量元素一、部分熔融與分離結(jié)晶作用的甄別 定量模擬巖石成因安山巖成因（Gill，1981）巖漿混合作用模型巖漿混合作用是兩種或者兩種以上母體巖漿源，經(jīng)過巖漿混合作用形成一種新的均勻的巖漿過程，稱為巖漿混合作用巖漿混合作用的質(zhì)量方程的通式為： AX + BXY + CY + D =0 （雙曲線方程）其中： X和Y為坐標(biāo)變量，可以分別為元素和元素比值，A、B、C和D均為系數(shù)，系數(shù)B決定了雙曲線的曲率，當(dāng)B=0時，方程簡化為線性方程 AX + CY

8、 + D =0 巖漿混合作用模型元素比值對元素比值圖雙曲線令Y=Q/a, X=P/b,例如K/Rb對Rb/Sr、87Sr/86Sr對143Nd/144Nd作圖等，混合前兩個初始巖漿用做分母的元素分別為(a1,b1)和（a2,b2）時，令r=a1b2/a2b1，式 AX + BXY + CY + D =0 （雙曲線方程）中各參數(shù)為： A=a2b1Y2-a1b2Y2; B=a1b2-a2b1=a2b1（r-1） C=a1b2X2Y1-a2b1X1Y2巖漿混合作用模型元素比值對元素比值圖巖漿混合作用模型元素比值對元素圖仍為雙曲線令Y=Q, X=P/b,例如K/Rb對Sr、87Sr/86Sr對Sr作圖

9、等，混合前兩個初始巖漿用做分母的元素分別為(a1,b1)和（a2,b2）時，b1=b2=1，這時r=a1b2/a2b1=a1/a2， AX + BXY + CY + D =0 仍為雙曲線方程式中各參數(shù)為： A=a2Y2-a1Y1; B=a1-a2=a2（r-1） C=a2X1-a1X2, D=a1X2Y1-a2X1Y2 巖漿混合作用模型元素對元素圖為直線令Y=Q, X=P,例如Rb對Sr、K對Rb作圖等，混合前兩個初始巖漿的元素分別為(Q1,P1)和（Q2,P2）時，a1=a2=b1=b2=1，這時r=a1b2/a2b1=a1/a2=1， 式AX + BXY + CY + D =0 B=0，為

10、直線方程式中各參數(shù)為： A=Y2-Y1; B=0 C=X1-X2, D=X2Y1-X1Y2 如果直接用兩個原始濃度表示：Cmi=C1ia+C2i(1-a)其中：Cmi元素i混合后濃度 C1i和C2i分別為元素i混合前濃度 a-為兩個源混合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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