微量元素在地質(zhì)中的運(yùn)用

微量元素在地質(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(gè)方面:一、分配系數(shù)的應(yīng)用計(jì)算平衡時(shí)的溫度由熱力學(xué)可知:Ink=—BRTK:平衡常數(shù)，在稀溶液條件下， K=D△日=熱熔變化，可以測定，R=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(jì)。很多溫度計(jì)已經(jīng)測定，特別是稀土元素和硫化物對(duì)。計(jì)算平衡時(shí)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的關(guān)系式為：llnD、、 =-W°<5Pj"RT判斷巖漿成巖過程⑴模型A部分熔融模型平衡部分熔融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P:壓力b:分離熔融模型（在發(fā)生熔融時(shí)，從固相中連續(xù)移出所形成的熔體「丄（1衛(wèi)P:壓力CODDc.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:DI4cLF其中HCL：i元素在熔體中的濃度;Co,l:i元素在原始熔體中濃度;固結(jié)度，結(jié)晶度），還有其它模型。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。二微量元素指示劑對(duì)巖漿演化過程的指示價(jià)態(tài)半徑⑺+21.12+21.00+11.47+11.33+21.34RbSr、Ca、K等。RbSr、Ca、K等。丿元糸SrCaRbKBaSr2+和Sr在鈣長石一熔體中的分配系數(shù)較大（即Sr2+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Sr2+的半徑比Ca2+大，C*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。Ki與Rb+i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Sr+2巖漿分異程度越好，Rb/Sr大。B“K+指示大地構(gòu)造環(huán)境板塊移動(dòng)速度分析事實(shí)表明板塊擴(kuò)張或閉合速度與火山巖中 KzO的含量負(fù)相關(guān)。閉合速度：89cm/a（拉斑玄武巖為主）3 7cm/a（鈣堿性巖為主）<2cm/a（堿性玄武巖為主，冷0含量大）俯沖帶深度和地殼厚度這里簡單介紹其方法的計(jì)算步驟：①先計(jì)算按硅標(biāo)定的K含量在巖石化學(xué)成分中，由于KO和NaaO與SiO2的含量呈一種明顯的線性關(guān)系， 特別是KQ的含量與SiO2的正相關(guān)關(guān)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(jì)算SiO2含量為60%寸，K2O相應(yīng)的計(jì)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KQ值為：(3=(60X0.6/50)X100%=0.72%康迪(Condie)計(jì)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(相關(guān)系數(shù)丫=0.67)Z(km)=89.3(K2。)-14.3(相關(guān)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)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(duì)巖相古地理環(huán)境的指示FeTFe?十法估計(jì)氧化還原環(huán)境；MnO/MgO值與Eh的關(guān)系古海水鹽度的估算：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%0。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正常海相一300400PPm半咸水環(huán)境一200300PPm低鹽度環(huán)境一小于200PPm若巖石中含有較多的其它礦物，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=巖石測量值X8.5/K20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(shí)U<1,S*3。其環(huán)境可能深度大于250m>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(duì)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。微量元素對(duì)比值法用性質(zhì)相似的元素，或不同的環(huán)境下有不同相關(guān)性的元素對(duì)比值， 如REE(LREE/HREE原子序數(shù)相近的REE之比)，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。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。圖解法(略)函數(shù)判別法：e.gD.M.Shaw:構(gòu)造了一個(gè)判別函數(shù)。X=-2.69lgCr-3.18lgV-1.25lgNi+10.57lgCo+7.731lgSc+7.5lgSr-1.951lgBa-1.991lgZn-19.58(PPm)若X>0,則為正斜長角閃巖，X1<0,則為副斜長角閃巖?；颍篨2=3.89LGCo+3.99lgSc-8.63若X1>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：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(jì)算。分子數(shù)=含量(％)/分子量x1000用AF作圖，可把各類沉沉積區(qū)要開來(圖 4.21P169)。米什金圖解法(P170)三、微量元素溫度計(jì),壓力計(jì)和氧逸度計(jì)微量元素溫度計(jì)沒元素i在AB兩相中的濃度為Ca和Cb。在AB相平衡時(shí)，其化學(xué)相等，即：uA=UiB而，UA=UAO RTlnC而，iiAUiB二UiB,°RTInC：jA,°RTInC「=UiB° RTInC；?A,。｛嚴(yán)=RTInGB/CjACA按熱力學(xué)有:.■■■=G-"-RTInCi按熱力學(xué)有:C.HO-T"：S°--RTInC：.HO-T"：S°--RTInC：口csAT二ABInDiT二ABInDiiA或InDi=BiTe.g?①橄欖一單斜性年石，Ni分配溫度計(jì).二1680InDn?—— 7.65iT②LEE在斜長石一基質(zhì)間分配系數(shù)溫度計(jì)

InDLa——2000-6.40(1100-1400C)巴爾特——長溫度計(jì)(堿性長石一斜長石)穩(wěn)定同位素溫度計(jì)在共生礦物對(duì)，硫同位素分餾與礦物形成的溫度符合下面關(guān)系式:A、34s=1000In：a』2B爲(wèi)上=RaRb，Ra為a相中重輕同位素比值,Rb為b相中重輕同位素比值，般利用實(shí)驗(yàn)方法測定礦物一水體系中常數(shù) A和B,在計(jì)算時(shí)，利用下式:爲(wèi)上八a冰八b公，A、B常數(shù)也有變化微量元素壓力計(jì)大家最熟悉的是Scott的閃鋅礦溫(壓)計(jì)。①石榴石一斜長石Ca的分配壓力計(jì)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(jì)O=(-2511.4/T)+7.1711-[0.2842(P-1)/T]+lgD-0.4D——X：3必；：「3該壓力計(jì)的精度為土1.6Kbar還有很多。地質(zhì)氧逸度計(jì)主要是用變價(jià)元素的相關(guān)參數(shù)來進(jìn)行氧化還原條件研究。①Eu2+/Eu3+氧逸度計(jì)lgfO2—4lg|A AEu對(duì)于基質(zhì)和斜長石，氧逸度計(jì)為：lg02=-4.55(±0.17)lg(Eu2+/Eu3+)L-10.89(±0.19)lgO2=-4.60(±0.17)lg(Eu/Eu2)+PL-33+.86(±0.27)但實(shí)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(jià) 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(jià)，故：DPl/L