1、上次课回顾,稀土元素（REE）、分类及分布特征 REE组成数据的表示 REE分配系数的以下规律 REE模式的解释,作业：表中数据为辉长岩、花岗岩7件样品REE组成(ppm),1、作样品的REE组成分配模式图，说明其表达的地球化学特征； 2、计算各样品的Eu/Eu*，并对其地球化学意义进行说明；,REE、 LREE/HREE、 (La/Lu)N 、 (La/Sm)N和(Gd/Lu)N 、Eu,五、微量元素地球化学-4,1、多元素标准化图解,A属REE标准化图解的扩展和普及化，最早用于玄武岩，现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积岩）类型。 B标准化数值原始地幔、球粒陨石，MORB等。 C作图意图比较
2、样品与标准化数据之间的偏离程度,我们可以称之为： 原始地幔(球粒陨石)标准化多元素图解，微量元素含量蜘蛛图,5.微量元素的处理方法,(1)多元素标准化数据,原始地幔(primitive/primordial mantle)Sun McDonough & Sun，1995 MORB，OIBPearce, 1983； Sun & McDonough, 1989 沉积岩NASC(平均页岩)，Gromet et al, 1984，平均砂岩， Hamilton，2000 地壳平均组成Taylor & McLennan (1981, 1985)，Rudnick & Gao, 2004,5.微量元素的处理,
3、Sun & MacDonough, 1989,标准化顺序和数值,球粒陨石,原始地幔,其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F等,(1)多元素标准化数据,5.微量元素的处理,Chung等，2004，Earth Sci. Rev.,目前常用顺序,5.微量元素的处理,注明所引用文献。数据标准化后已不是原来的含量值，难以直观判断数据是否被正确表达，故研究者必须注明所引用的标准化值文献来源； 在标准化图件上，横坐标是按研究样品在地质作用过程中元素的不相容性程度下降的顺序进行排序。建议使用Sun and McDonough (1989)提出的顺序排列； 在作图解时，可根据自己所拥有的元素数据进行作图，即
4、使减少了部分元素，各元素的相对顺序应保持不变； 在对变质岩作多元素蛛网图，研究者可根据判断，去除部分强活动性的元素。,(3)应用时须注意的事项,5.微量元素的处理,部分元素涉及到主量元素，研究者应注意标准化值的元素含量形式，因为部分文献值采用的是氧化物形式，而另外的文献可能采用的是单元素形式，故须确认自己的数据与文献数据元素含量量纲是否统一， 将主量元素的氧化物含量换算成单元素的ppm形式K=K2O100000.83013/250Ti=TiO2100000.5995/1300P=P2O5100000.43646/95 这里K2O、TiO2、P2O5单位均为重量百分数,(3)应用时须注意的事项,
5、5.微量元素的处理,(4)典型岩石的微量元素图解,5.微量元素的处理,Chondrite normalized spider diagram of fresh and altered MORB and sediment, Data from Hess,Sample/Chondrite,5.微量元素的处理,Mantle-normalized diagram for incompatible elements in loess. Shown are the average values of loess samples from Banks Peninsula, New Zealand, Kans
6、as and lowa, USA, and Kaiserstuhl, Germany.,5.微量元素的处理,Post-Archean Australian shales normalize. The average values of four middle Proterozoic shales from the Mt. Isa Group, seven Silurian State Circle shales, three Paleozoic to Mesozoic shales from the Perth Basin, two Paleozoic shales from Canning
7、Basin, and six Upper Proterozoic to Cambrian shales from the Amadeus Basin.,5.微量元素的处理,5.微量元素实例分析,(5)应用：岛弧火山岩与Nb/Ta亏损,5.微量元素实例分析,5.微量元素的示踪意义,正常岛弧火山岩由源自俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔发生部分熔融而形成，这种富水的流体亏损高场强元素（HFSE,如Nb(Ta)、Ti、P等)，这些元素的流体/岩石分配系数很小（1)，在流体交代地幔楔形成的正常岛弧火山岩中出现显著的Nb（Ta）、Ti负异常。高场强元素Nb、Ta、Ti等主要富集在副矿物中。在大洋板块发生俯
8、冲消减时，板片中的沉积物质和表层蚀变的玄武岩将随板片一同俯冲。大洋沉积物和蚀变玄武岩富含流体，当板片俯冲至一定深度时，将发生脱水作用，赋存于沉积物和蚀变玄武岩中的强活动性元素将随流体一起流出，而存在于副矿物中的Nb、Ta则保持相对稳定而不发生迁移。释放出来的流体将向上运移而进入上伏的地幔楔。上移的流体不仅与地幔岩石发生交代作用，且因含水而降低了地幔岩石的固相线，导致地幔岩石发生部分熔融作用而形成熔体，熔体中富集如LILE等强活动性元素（K, Rb, Sr, U, Th, REE ），而高场强Nb、Ta则显示出相对亏损。,岛弧火山岩Nb、Ta的负异常与成因,板块俯冲导致地幔岩石部分熔融形成初生地
9、壳是大陆地壳生长的重要方式之一，而事实上地壳的平均化学组成也存在明显的Nb、Ta异常。因此，Nb、Ta异常在一定程度上代表了地壳岩石的地球化学标志。 岩浆中存在明显的Nb、Ta异常时，可能的成因： 岛弧岩浆作用的直接产物； 岩浆上升过程受到了地壳物质的混染； 发生部分熔融的地幔源岩曾经历过岛弧构造环境； 再循环的地壳物质进入了深部地幔,岩浆岩出现Nb、Ta、Ti的负异常的引申含义,5.微量元素实例分析,具有大陆地壳物质参与,5.微量元素实例分析,5.微量元素的应用,2、元素或者运算后元素投点图,包括：二元或者三角图元素对元素元素比值对元素元素比值对元素比值元素运算后 可以：（1）进行岩石分类（
10、2）研究岩石成因（3）鉴别岩石形成的构造环境,文献来源： Winchester JA, Floyd PA, 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chem Geol, 20, 325343.,Winchester & Floyd (1977)提出的火山岩微量元素定名(识别)方案,5.微量元素岩石分类,IATIsland arc tholeiite MORBMid-ocean ridge basal
11、t OITOcean-island tholeiites,左图为Ti vs. V图解，用于对拉斑玄武岩的性质进行进一步分类。,5.微量元素岩石分类,根据花岗岩的Ga/Al和Zr组成特征，判别花岗岩的成因类型文献来源：Whalen, J.B., Currie, K.L. and Chapell, B.W., 1987. A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contrib. Mineral. Petrol., 95: 407-419.,5.微量元素的岩石成因,花岗岩类可划分为I
12、、S、M、A型等成因类型，不同成因类型的花岗岩具有相应的REE配分模式。,花岗岩类成因,5.微量元素的岩石成因,Pither，1983，花岗岩的类型与构造环境,5.微量元素的岩石成因,碳酸盐类岩石中方解石与磷灰石的Yb/CaYb/La图解,5.微量元素的岩石成因,硅质岩成因,5.微量元素的岩石成因,太原组硅质岩的热液成因解释,5.微量元素的岩石成因,地壳不同变质原岩的REE与La/Yb比值判别图，可用于区分不同类型的玄武岩、花岗岩和碳酸盐岩,变质岩原岩恢复,5.微量元素的岩石成因,重要元素对岩石成因的指示意义,5.微量元素的岩石成因,5.微量元素构造环境判别,按照Wilson旋回，将构造环境分
13、为：1、大陆裂谷2、大洋扩张中脊3、板块消减带（岛弧和弧后盆地）4、板块内部（大陆板块内部和大洋板块内部洋岛） 按板块碰撞作用分类：1、碰撞前；2、同碰撞；3、晚碰撞；4、碰撞后 按大陆边缘性质分类：1、活动大陆边缘2、被动大陆边缘,大地构造地球化学,板块构造,5.微量元素构造环境判别,各构造环境玄武岩微量元素特征,洋中脊玄武岩,板内玄武岩,火山弧玄武岩,过渡型玄武岩,5.微量元素构造环境判别,5.微量元素构造环境判别,WBP：板内玄武岩 IAT：岛弧拉斑玄武岩 CAB：钙碱性玄武岩 MORB：洋中脊玄武岩 OIT：洋岛拉斑玄武岩 OIA：洋岛碱性玄武岩,(a) after Pearce an
14、d Cann (1973), Earth Planet, Sci. Lett., 19, 290-300. (b) after Pearce (1982) in Thorpe (ed.), Andesites: Orogenic andesites and related rocks. Wiley. Chichester. pp. 525-548, Coish et al. (1986), Amer. J. Sci., 286, 1-28. (c) after Mullen (1983), Earth Planet. Sci. Lett., 62, 53-62.,5.微量元素构造环境判别,各类
15、玄武岩构造环境,根据微量元素La/Yb vs. Th/Ta图解，确定岩石所属成因类型、构造环境及其与可能的地幔-地壳岩浆源岩端元的关系(OPB：大洋高原玄武岩)。 Ernst & Buchan,2003, Recognizing Mantle Plumes in The Geological Record. Ann Rev Earth Planet Sci, 31: 469-523.,Wood, D. A. (1980) The application of a Th-Hf-Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and
16、 to establishing the nature of crustal contamination of basaltic lavas of the British Tertiary volcanic province. Earth Planet. Sci. Lett. 50, 1130.,应用高场强元素和Th对玄武岩的形成构造环境进行判别,Pearce等(1984)将花岗岩的形成构造环境分为四类，且根据其微量元素组成，可将其区分开来。 (VAG) = volcanic arc granite, (syn-COLG) = syn-collisional granite, (ORG) =
17、ocean ridge granite, (WPG) = within plate granite. (Pearce et al., 1984),Pearce, J.A., Harris, N.B.W. and Tindle, A.G., 1984. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks. J. Petrol., 25: 956-983.,花岗岩构造环境,岩石中的活动性差的微量元素，Y、Yb、Th、Sc、Zr、Nb、REE，沉积过程中难溶于水，活动性小，并且
18、在海水中滞留的时间也短，在沉积成岩和变质作用过程中相对较稳定，细粒的陆源碎屑物中的含量能定量反映它们在源岩区岩石中丰度。,沉积岩构造环境,5.微量元素构造环境判别,5.微量元素构造环境判别,砂泥质岩石的化学组成可以追溯源岩区及判别构造环境的途径。,5.微量元素构造环境判别,La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10和La/Yi-Sc/Cr等图解可用来判断物源区所出的构造环境，即大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘环境。,5.微量元素构造环境判别,南秦岭及扬子陆块北缘砂质和泥质沉积岩稀土元素组成特征,澳大利亚各种构造环境中岩石的数据引自Bhatia,1985.,5
19、.微量元素构造环境判别,稀土模式可用来指示物源: LREE/HREE比值低，无Eu异常，则物源可能为基性岩； LREE/HREE比值高，有Eu异常，则物源多为酸性岩。,5.微量元素构造环境判别,5.微量元素构造环境判别,二郎坪群和丹凤群变杂砂岩K2O/Na2O-SiO2图解 (据Roser and Korsh, 1986) ARC-大洋岛弧区; ACM活动大陆边缘区; PM-被动大陆边缘区. 二郎坪群，弧后盆地沉积，由南侧岛弧区和北侧华北克拉通提供碎屑； 丹凤群，产于陆缘弧区盆地。,K2O/Na2O-SiO2图解（Roser and Korsh, 1986),K2O/Na2O-SiO2图解反映
20、的更主要是剥蚀源区岩石的成分，一定程度上可起判别沉积盆地构造环境的作用。,5.微量元素构造环境判别,秦岭与邻区各时代碎屑岩K2O/Na2O -SiO2图解 (据Roser and Korsch, 1986) PM-被动大陆边缘区; ACM-活动大陆边缘区; ARC-大洋岛弧区. 年代代号: Pt-元古宙; C-寒武纪; O-奥陶纪; S-志留纪; D-泥盆纪; C-P-石炭-二叠纪.。构造单元与地层小区: NC-华北陆块南缘, YC- 扬子陆块北缘, NQ-北秦岭; LY和BZ:南秦岭留坝-郧县和白云-柞水小区, ZZ: 南秦岭紫阳-竹溪小区, WXC: 南秦岭淅川小区西部, EXC: 南秦岭
21、淅川小区东部。,5.微量元素构造环境判别,海相内源(生源)沉积岩化学特征的指示意义 海相内源化学或生物化学沉积物(纯碳酸盐岩、硅质岩)沉积时与海水是平衡的，此类沉积岩能反映沉积条件和沉积水体化学特征，尤其REE等稳定元素更适于作指示剂。 硅质岩地球化学特征与沉积环境：Satoshi Yamamoto(1986)研究揭示：深海燧石富集重金属元素，Mg和Fe具有很高的相关性，而浅海生物成因的燧石则仅富集Mn。Martin,J.M.,1976及Shimizu & Masuda(1977)等研究证明，深海硅质岩显示负Ce异常、较高的REE，而形成于广阔陆架的硅质岩无明显的负Ce异常、REE含量较低。,
22、5.微量元素构造环境判别,南秦岭古生代硅质岩化学组成特征,A-紫阳地区寒武-奥陶纪块状硅质岩；B-镇安小木岭结核状硅质岩. L/H-LREE/HREE. 括弧中数字为样品数. 规律：浅海相无Ce负异常，低REE和重金属元素，高Mn深海相具Ce负异常，高REE和重金属元素，低Mn,5.微量元素的示踪意义,Murray,R.W. et al.,(1990)研究加州沿海地区侏罗-白垩纪燧石和页岩，发现岩石的Ce/Ce*能区分三类构造环境：燧石 页岩Ce/Ce* REE Ce/Ce* REE 洋脊附近 0.29 11.77 0.28 - 洋盆底部 0.55 - 0.56 - 大陆边缘 0.931.08
23、 6.714.9 0.840.93 56 29.2 解释：河流是海洋REE的主要来源。河流中REE组成特征为 Ce不同其他REE明显分离，所以大陆架上的海水不显示负Ce 异常。大洋中部氧饱和的水中， Ce3+被氧化为相对难溶解的 Ce4+，使Ce优先随氧化锰自海水析出，从而深洋水具有明显 负Ce异常和贫于Mn，锰结核则显示明显正Ce异常。洋脊附 近，常受富重金属的热液影响，尤其其中的Fe和Mn可将更多 的Ce清除出海水，使之负Ce异常更为明显。,5.微量元素构造环境判别,纯碳酸盐岩,必须清除陆源碎屑对碳酸盐岩中微量元素含量的严重影响。办法是：限制碳酸盐岩中SiO295%。这种样品就可近似地作为
24、纯碳酸盐岩。例如：La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho I 2.1 5.5 0.06 2.4 0.39 0.06 0.26 0.05 0.2 0.04 II 2.0 3.5 0.40 1.3 0.23 0.04 0.14 0.03 0.11 0.02 Er Tm Yb Lu REE Ce/Ce* Eu/Eu* La/Yb I 0.11 0.05 0.14 0.03 11.32 1.91 0.54 14.64 II 0.06 0.01 0.04 0.005 7.83 0.89 0.67 48.78,5.微量元素构造环境判别,I是华北克拉通南缘洛南县寒武系三川组碳酸盐岩平均成
25、分，显示出较高的REE、较低的La/Yb比值、及明显的正Ce异常和中等强度的负Eu 异常。 II是南秦岭紫阳地区寒武系箭竹坝组碳酸盐岩，产于裂陷深海槽中，显示出较低的REE(可能由于共生的黑色岩系沉积时将大量REE夹带出海水)、明显高的La/Yb比值、以及清楚的负Ce异常和中等偏弱的负Eu 异常。 对比表明：两地寒武系盆地水体具有不同的化学特征，应产于不同的海盆；三川组岩石缺少负Ce异常，与其陆表海沉积环境相符；箭竹坝组岩石显示清楚的负Ce异常与其产出于裂陷深海槽中的环境吻合。,5.微量元素构造环境判别,微量元素构造环境判别中应注意的问题,多解性、适用条件：应用不同作者获得图解时会遇到多解性的现象，其原因可能来自图件的适用性范围与研究者的样品不同。 以地质-地球化学调查为基础，多岩类配套分析：当研究的对象中存在多种岩类组合时，应统筹考虑各岩系的特点，进而使所获得的结论具有在逻辑上的合理性。 多图解：单一图件的判别结果可能存在一定程度的偶然性，应尝试采用多种图解来获得相对统一的判别结果； 多手段：地球化学数据的多解性是地球化学研究工作中常遇到的突出问题，应结合除微量元素以外的地球化学证据，如同位素地球化学特征等。,5.微量元素构造环境判别,作业： 河南信阳地区南湾组碎屑岩地球化学特征，讨论其形成的构造背景。,
