1、 高等地 球化学 之主量 元素地球 化学 一、地球 化学数 据 的获得 1、 常量 元素： 湿化学分析法（Wet Chemistry ） X 射线荧光光谱（XRF ） 电子探针（EMPA ） 2 、 微量 元素： X 射线荧光光谱(XRF) ： 主量元素和 Rb ，Sr ，Ba ，Zr ，Nb ，Y ，Sc ，V ，Cr ， Co ，Ni ，Ga ，Zn ，(La ，Ce ，Nd ，Sm) 中子活化分析(INAA) ：Sc ，Cr ，Co ，Ni ，REE，noblemetal ，Hf ，Ta 等离子光谱(ICP-AES) ： 大多数主量元素和微量元素，(Hf，Ta ，Pb ，Th ，U) 等
2、离子光谱质谱(ICP-MS) ：绝大多数微量元素 离子探针(IMPA) ：大部 分微量元素 3 、 送样 前的准 备： （1）送样分析的目的要明确，为什么要做这些分析？ （2）分析方法选择，了解不同方法的适用范围，分析精度； （3）样品的选择，新鲜，均匀，有代表性； （4）样品的处理，避免污染； （5）样品重量，碎样和送样重量，与样品的结构，分析的元素和方法相关； （6） 样品的系统和统一， 主量、 微量元素、 矿物探针分析、 同位素等应配套； 二、岩石 主量元 素 （Major elements ） 1、主量 元素是 指在任 何岩石中 都占绝 对多量 的元素， 实际上 是地壳 以及岩 石圈地
3、幔中丰度最高的那些元素， 通常包括 Si ， Ti ， Al ， Fe ， Mn ， Mg ， Ca ， Na ， K ，P 这 9 个元素 （的氧化物形式） ， 有时还包括 H （H2O）和 C （CO2）。 上 述 9 个元素一 般以氧 化物形 式表示。 对绝大 多数岩 石来说（ 不包括 矿石和 矿化岩石） 这些元素氧化物的总和大约是 100% （wt% ） 。 因此， 对不含挥发份的岩石， 岩石 样品主量元素氧化物的总和可以作为判别此分析结果和方法可靠性的指标。 一般要求误差不大于 1% ； 2、 Fe 有三价和二价之 分， 分别以 Fe2O3 ， FeO 表示。 常用的化学分析法 （或
4、 称湿分析）可以区分 Fe 3+ 和 Fe 2+ ，但 XRF 方 法无法分辨 Fe 3+ 和 Fe 2+ ，这时常以 Fe2O3(total) ，Fe2O3t 或 FeO(total) ，FeOt 表示 ； 3、如果 岩石中 含有较 多的含水 矿物， 如黑云 母，角闪 石或白 云母， 特别是 蚀变强烈的岩石 （含大量粘土矿物和碳酸盐矿物） ， 则岩石的总量将会低于 99% ， 这时往往用烧失量(LOI) 或直接分析 H2O + 、 H2O 、 F 和 CO2 的含量来 补充。 H2O + 、 H2O 分别表示结构水或结晶水和吸附水或层间水，后者通常在 110 以下便失 去。这样氧化物 + 烧
5、失量或氧化物 + H2O 和 CO2 的含量应在 100% 左右。如果 总和误差超过 1% （101% ） ，且不知原 因，则此分析值一般不适用； 4、实际 上全岩 的化学 成分是由 它们所 含的矿 物组成所 决定的 （除了 火山岩 中所含的玻璃） ，或者说，全岩的化学成分决定了岩石中可能出现的矿物组合； 5、熟悉常见的造岩矿物和它们的成分； 6、 大多数矿物存在类质同相的置换， 如 olivine ， clinopyroxene ， orthopyroxene ， spinel ， plagioclase， biotite ， garnet ， amphibole ， alkalinefel
6、dspar ， chlorite ， epidote- zonsoite 。因此实际出 现的矿物成分要复杂得多； 7、相同 的化学 成分的 全岩可以 形成不 同的矿 物组合， 如玄武 质化学 组成的 原岩在不 同变质 条件下 可以形成 绿片岩 、斜长 角闪岩、 二辉麻 粒岩和 榴辉岩等。 8、对于 岩浆岩 来说， 全岩的化 学成分 （即岩 浆的成分 ）严格 地限定 了岩石 中的矿物组合， 因为岩浆是在大致相同的高温低压下结晶的， 其演化和结晶基本 上按照 Bowen 的反应系列演化。这也就是 CIPW 标准矿物计算的基础 (mineralcompositions ，compositionsof
7、variedrocks) 。 三、CIPW 标准矿物 计算 CIPW 标准矿 物计算 是 根据岩 石的化 学分析 结 果计算 出岩石 中的矿 物 组成。 此方法是目前最常用的矿物计算方法。 由美国的三位岩石学家 Cross ，Iddings 和 Pirrson 以及一位地球化学家 Washington (1903) 共同设计， 为纪念他们的贡献就以 他们姓名的第一个字母组合 CIPW 表示该计算方法。 Norm (标准矿物)is a calculated “idealized”mineralogy Modal （实际矿物）is the volume % of minerals seen 1、C
8、IPW 标准矿 物计 算 方法 和步骤 1.氧化物重量百分数除以分子量，得到分子数 2. 将 MnO 加到 FeO 中 ，作为一个整体，因为 Mn Fe 易成类质同 象置换 3. 用 3.33 倍 P2O5 的 CaO 与 P2O5 形成磷灰石 4. 如果 FeOTiO2 ， 用 等量的 FeO 和 TiO 2 形成钛铁矿； 如果 FeO Na2O ，则剩余的 Fe2O3 与 FeO 结合形成磁铁矿 12. 如果与 FeO 形成磁 铁矿后，仍有 Fe2O3 剩余，则剩余部分形成赤铁矿 13. 将 MgO 与剩余的 FeO 计算出他们的相对 比例 14. 计算钙长石(7)后剩 余的 CaO 和等
9、量的(FeO+MgO) 形成透辉石 15. 如果有 CaO 剩余，则形成硅灰石 16. 如果是 FeO+MgO 剩余，则构成紫苏辉石 17. 按照前面所述的分子式比例把 SiO2 分配到榍石、锥辉石、正长石、钠长 石、钙长石、透辉石、硅灰石或紫苏辉石中 18. 剩余的 SiO2 形成石 英 19.如果 SiO2 不足(17) ，就将形成紫苏辉石的 SiO2 扣除，这时有 剩余，就按照 以下方程将其分配到紫苏辉石和橄榄石中：x = 2S-M ，y = M-x ，x 是 紫苏辉 石的分子数，y 是橄榄 石的分子数，M 是可用的(FeO+ MgO) 的数值，S 是可 用的 SiO2 数值 。如果 S
10、iO2 没有达到(FeO+MgO) 的一半，则(FeO+MgO) 都形 成橄榄石。 不足的 SiO2 ， 是把榍石中的 SiO2 释放出来，CaO 和 TiO 2 计算成 钙钛矿 20. 如果 SiO2 仍不足 ， 将从钠长石中扣除， 使其转化为霞石。x = （S-2N ）/4 ，y = N-x ，x 是钠长石的 分子数，y 是霞石的分 子数，N 是可用的 Na2O ，S 是可 用的 SiO2 数值 21. 如果(20) 的 SiO2 没有 Na2O 的两倍，则 Na2O 都形成霞石。不足 的 SiO2 是通 过将部分正长石转变为白榴石而获得 22. 用标准矿物分子数乘以其分子量获得最后的标准
11、矿物重量百分数 2 、CIPW 计算的 应用 （1）CIPW 计算出的矿物是理想的（标准的） ，与实际矿物(modal mineral) 肯定 存在差异； （2） 矿物种类， 如在花岗岩中常见的角闪石和黑云母也无法计算。 因此，CIPW 计算较适用于中基性以下的岩石， 故多用于火山岩中的矿物估计， 对花岗质 岩石可用的是对长英质矿物的评价； （3） 矿物成分， 自然界多数矿物存在类质同象置换， 如在透辉石中有少量 Al2O3 ， Na2O ； （4）CIPW 计算也不涉及岩石的结构，故不能简单用于岩石的命名； （5）以实际矿物统计为准，CIPW 计算为辅主量元素化学成分的利用； 四、主量 元素化 学 成分的利 用 1、 分类 ： 岩石的分类命名 岩石系列的划分 不同花岗岩类的主量元素 2 、 追踪 成岩过 程 3 、 岩石 形成构 造背 景的 判别
