微量元素在地質(zhì)中的運(yùn)用

微量兀素在地質(zhì)上的應(yīng)用微量元素在地質(zhì)上的應(yīng)用主要有以下幾個方面:一、分配系數(shù)的應(yīng)用.計算平衡時的溫度由熱力學(xué)可知：\nk二-BRTK:平衡常數(shù)，在稀溶液條件下，K=D△日二熱熔變化，可以測定，R二氣體常數(shù)，B為常數(shù)，據(jù)此可求得溫度:AInDBT這就是微量元素的分配系數(shù)溫度計。很多溫度計已經(jīng)測定，特別是稀土元素和硫化物對。.計算平衡時的壓力根據(jù)熱力學(xué)，在恒溫條件下，分配系數(shù) D與壓力P的尖系式為：llnD,v5Pj”RT.判斷巖漿成巖過程⑴模型A部分熔融模型a.平衡部分熔融C,= 1Co_D(1_F)F其Cl：兀素在熔體中的濃度；中：CO：初始固相母體物質(zhì)中的濃度F:部分熔融特度D:總分配體系b：分離熔融模型(在發(fā)生熔融時，從固相中連續(xù)移出所形成的熔體「L1衛(wèi))PCoDD P:壓力c.結(jié)晶作用模型分離結(jié)晶作用過程中，微量元素的行為可用下式來描述：砂Fcl：i元素在熔體中的濃度；Co,l：i元素在原始熔體中濃度；F：原始巖漿分離結(jié)晶作用后剩余的份額 （固結(jié)度，結(jié)晶度），還有其它模型。（2）過程鑒別（3）地球化學(xué)參數(shù)的確定①源區(qū)的物質(zhì)成分根據(jù)地質(zhì)觀察，綜合考慮巖石學(xué)、微量元素、殘留體和同位素組成等資料。e.g.基性巖和超基性巖取上地幔為源區(qū)物質(zhì)，以2倍左右球粒隕石的豐度為 C。值;花崗巖：S型花崗巖以雜砂巖的平均成分為 G,I型花崗巖源巖為下地殼和上地幔物質(zhì)的混合，有人以巖體邊緣相為G。二微量元素指示劑1對巖漿演化過程的指示（1）大離子半徑親石兀素大禹子親石兀素一般有:-Ba?RbSr、K等。1元系 價態(tài) 半徑⑺TOC\o"1-5"\h\zSr +2 1.12Ca +2 1.00Rb +1 1.47K +1 1.33Ba +2 1.34①S心和Sr在鈣長石一熔體中的分配系數(shù)較大（即S?易進(jìn)入含礦物中），在中酸性巖漿演化過程中，Sr隨Ca的減少而貧化，但S?的半徑比Ca?+大，。*比Sr2+B先進(jìn)入晶格，隨巖漿作用的進(jìn)行，Sr/Ca比值變大，若以同源不同階段巖石中的 Sr和Ca作圖，可得到演化線。②K與Rb-1隨巖漿演化程度的升高Rb/中K值變大（Rb+的半徑大于V）。Rb*2與Sr2巖漿分異程度越好，Rb/Sr大。B-K+.指示大地構(gòu)造環(huán)境a.板塊移動速度分析事實表明板塊擴(kuò)張或閉合速度與火山巖中 KzO的含量負(fù)相尖。閉合速度：8?9cm/a（拉斑玄武巖為主）?7cm/a（鈣堿性巖為主）<2cm/a（堿性玄武巖為主，冷0含量大）b.俯沖帶深度和地殼厚度這里簡單介紹其方法的計算步驟：①先計算按硅標(biāo)定的K含量在巖石化學(xué)成分中，由于K0和NaaO與SiO?的含量呈一種明顯的線性矢系， 特別是K20的含量與SiO2的正相矢矢系最為明顯，且 SiO2在自然界中最豐富，因此，就以SiO2的含量來標(biāo)定KO值(這與地球化學(xué)中以Si原子為106來標(biāo)定其它元素的原子數(shù)的道理一樣) ，也就是計算SiO2含量為60%寸，相應(yīng)的計算值(標(biāo)定值)。例如，已知玄武巖中 SiO2的含量為50%KO的含量為0.6%,則標(biāo)定的K2O值為：(3=(60X0.6/50)X100%=0.72%②康迪(Condie)計算公式：設(shè)C代表地殼厚度，Z代表俯沖帶深度，則康迪公式為：C(km)=18.2(K2O)0.45湘矢系數(shù)丫=0.67)Z(km)=89.3(K2o)-14.3(相尖系數(shù)丫=0.82)若將上述的標(biāo)定的K?O含量(0.72%)>代入該兩式中，即可得：C=18.2X0.72+0.45=13.55(km)Z=89.3X0.72-14.3=50(km)c. 不同性質(zhì)大地構(gòu)造單元微量元素地化特征(陳國達(dá)) 。.對巖相古地理環(huán)境的指示①FeVFe?卜法估計氧化還原環(huán)境；②MnO/MgO值與Eh的矢系③古海水鹽度的估算：a.沉積物中原生水的氯離子含量來估算古海水的鹽度 (S):S(%<>)=0.030+1.80500—(%。)正常海水的氯度為19-4%o,正常海水的鹽度為 35%oob.沉積磷酸鹽法：沉積物中含有磷酸鈣和磷酸鐵：海相一磷酸鈣，淡水相一磷酸鐵。用2者的比值可確定古環(huán)境c.粘土中的硼含量后算古水體的鹽度現(xiàn)代海水中硼含量為4.77PPm,淡水中一般不含硼，不同環(huán)境沉積的粘土，其硼含量明顯不同。淡水粘土一幾十克/噸；海相粘土一幾百克/噸；咸化瀉湖粘土一1000克/噸以上伊利石中的硼含量能反映古鹽度：超鹽度環(huán)境一大于400PPm正常海相一300s400Ppm半咸水環(huán)境一200s300Ppm低鹽度環(huán)境一小于200PPm若巖石中含有較多的其它礦初，就要以伊利石的理論含鉀量 8.5%來換算成伊利石的純硼含量(校正硼含量)。校正硼含量二巖石測量值X8.5/K20④古水深度沉積物中：Mo>5,Co>40,Cu>90,Ba>1000,Ce>100,Pr>10,Nb>50,Ni>150,Pb>40PPm同時U<1,S*3o其環(huán)境可能深度大于250m>⑤陸源.恢復(fù)變質(zhì)巖原巖的指示作用變質(zhì)過程常使得常量元素發(fā)生變化，而微量元素特別是一些惰性微量元素變化很小。①正副變質(zhì)巖原巖恢復(fù)方法：a.微量元素絕對濃度法。e.g.角閃巖正變質(zhì)一Cr、Ni和Ti含量高副變質(zhì)一Li和B等含量高。REE的配分模式和含量等。b.微量元素對比值法用性質(zhì)相似的元素，或不同的環(huán)境下有不同相尖性的元素對比值，如REE(LREE/HREE原子序數(shù)相近的REE之比廠Sr/Ba，Cr/Ni等。e.g.正變質(zhì)角閃巖：Sr/Ba>1，Cr/Ni>1副變質(zhì)角閃巖:Sr/Ba>1,Cr/Ni<1等。c.微量元素與造巖元素比值法e.g.Dearce和K2O/Y值來區(qū)別不同構(gòu)造部位的玄武巖。e.圖解法(略)f.函數(shù)判別法：e.gD.M.Shaw:構(gòu)造了一個判別函數(shù)。X=-2.69lgCr-3.18lgV-1.25lgNi+10.57lgCo+7.731lgSc+7.5lgSr-1.951lgBa-1.9911gZn-19.58(PPm)若X>0,則為正斜長角閃巖，XkO,則為副斜長角閃巖?；颍篨2=3.89LGCo+3.99lgSc-8.63若X>0正斜長角閃巖X1<0副斜長角閃巖②恢復(fù)變質(zhì)沉積巖原巖類型的方法：a.AF圖解法A=Al2Q-(CaO-CO2+K2O+NaO)F=(FeO+FeaQ+MgO)/SiO2各氧化物均以分子數(shù)進(jìn)行計算。分子數(shù)二含量(%)/分子量X1OOO用AF作圖，可把各類沉沉積區(qū)要開來(圖4.21P169)ob.米什金圖解法(P170)三、微量元素溫度計，壓力計和氧逸度計.微量元素溫度計A^，J刁7■1-L-IIJ，Ar\Im?B。 I-L-5IIII I,LJ， /、I IIV.T， ?而，Ui而，UiA=UiA0RTInCARTInC：UiB_.UiB,°UjA,。RTInC「=UiB。RTInC=UiA-{?R「nGB/CjA.■■■二G“--RTInciB,按熱力學(xué)有:Ci舊。-T"：so_?RTin/GT二ABInDiA或lnDi=BTe.g.①橄欖一單斜性年石，Ni分配溫度計一1680InDN.—. 7.65'T②LEE在斜長石一基質(zhì)間分配系數(shù)溫度計。InDLa二2000-6.40 (1100-1400C)③巴爾特二長溫度計(堿性長石一斜長石).穩(wěn)定同位素溫度計在共生礦物對，硫同位素分館與礦物形成的溫度符合下面尖系式：A、％=1000In： a』2B禹上二股 ，Ra為a相中重輕同位素比值，RbRb為b相中重輕同位素比值，般利用實驗方法測定礦物一水體系中常數(shù) A和B,在計算時，利用下式:禹上八a冰八b公，A、B常數(shù)也有變化.微量元素壓力計大家最熟悉的是Scott的閃鋅礦溫(壓)計。①石榴石一斜長石Ca的分配壓力計在石榴石、斜長石■酸堿石一石英共存條件下Ca的分配壓力計O=(-2511.4/T)+7.1711-[0.2842(P-1)/T]+lgD-0.4DX:3必；：「3該壓力計的精度為土1.6Kbar還有很多。lgfO2-4lg|A AEu對于基質(zhì)和斜長石，氧逸度計為：IgO2=-4.55(±0.17)lg(Eu2+/EU3+)l-10.89(±0.19)lgO2=-4.60(±0.17)lg(Eu/Eu")PL-3.86(±0.27)但實際過程中，不能分別測出 Eu2+/Eu3+所以要推導(dǎo)出它們的濃度：設(shè)Ef+在兩共存相斜長石和熔體間的分配系數(shù)為 Deu/l，它可以在各三價 REEFD的平滑曲線內(nèi)插得到，Eu位于Sm和Gd,而Sm和Gd均為+3價，故：Pl/LPI/LP"Pl/LPI/LP"LDsmGd