地球化學(xué)原理5

1、地球化學(xué)示蹤是指利用某些元素或同位素的特殊性質(zhì)（物理、化學(xué)性質(zhì)）地球化學(xué)示蹤是指利用某些元素或同位素的特殊性質(zhì)（物理、化學(xué)性質(zhì)）來判斷與其相關(guān)的物質(zhì)來源、形成環(huán)境、變化過程等，是揭示地球化學(xué)來判斷與其相關(guān)的物質(zhì)來源、形成環(huán)境、變化過程等，是揭示地球化學(xué)作用機(jī)理和過程的重要途徑和有效手段。作用機(jī)理和過程的重要途徑和有效手段。地球化學(xué)示蹤是現(xiàn)代地球化學(xué)的核心，廣泛利用于地球化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。地球化學(xué)示蹤是現(xiàn)代地球化學(xué)的核心，廣泛利用于地球化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。在礦床地球化學(xué)、流體地球化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、天在礦床地球化學(xué)、流體地球化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、天體地球化學(xué)等地球化學(xué)分支

2、學(xué)科中都發(fā)揮了極大的作用，為學(xué)科的發(fā)展體地球化學(xué)等地球化學(xué)分支學(xué)科中都發(fā)揮了極大的作用，為學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。起到了巨大的推動(dòng)作用。元素的地球化學(xué)活動(dòng)性導(dǎo)致了它們在自然界不同元素的地球化學(xué)活動(dòng)性導(dǎo)致了它們在自然界不同地質(zhì)體中分布的差異性和變動(dòng)性，是元素地球化地質(zhì)體中分布的差異性和變動(dòng)性，是元素地球化學(xué)示蹤原理的核心。學(xué)示蹤原理的核心。放射性同位素的自發(fā)衰變和穩(wěn)定同位素的分餾作放射性同位素的自發(fā)衰變和穩(wěn)定同位素的分餾作用是自然界同位素變化的主要?jiǎng)恿?，放射性同位用是自然界同位素變化的主要?jiǎng)恿?，放射性同位素的自發(fā)衰變規(guī)律和穩(wěn)定同位素的分餾作用是同素的自發(fā)衰變規(guī)律和穩(wěn)定同位素的分餾作用是同

3、位素地球化學(xué)示蹤的基本原理。位素地球化學(xué)示蹤的基本原理。 微量元素地球化學(xué)示蹤是近代地球化學(xué)中微量元素地球化學(xué)示蹤是近代地球化學(xué)中發(fā)展最快、成果最豐、最具活力的研究領(lǐng)域，已發(fā)展最快、成果最豐、最具活力的研究領(lǐng)域，已廣泛用于恢復(fù)變質(zhì)巖原巖，探討成巖成礦物質(zhì)來廣泛用于恢復(fù)變質(zhì)巖原巖，探討成巖成礦物質(zhì)來源與物理化學(xué)條件、成巖成礦構(gòu)造環(huán)境等。近年源與物理化學(xué)條件、成巖成礦構(gòu)造環(huán)境等。近年來，在環(huán)境地球化學(xué)領(lǐng)域也得到了的應(yīng)用。來，在環(huán)境地球化學(xué)領(lǐng)域也得到了的應(yīng)用。 微量元素在不同相之間的分配可用能斯特分配微量元素在不同相之間的分配可用能斯特分配定律描述，是其作為地球化學(xué)示蹤劑及建立定量模定律描述，是其作

4、為地球化學(xué)示蹤劑及建立定量模型的基礎(chǔ)。型的基礎(chǔ)。 微量元素在地質(zhì)作用過程中的地球化學(xué)行為只微量元素在地質(zhì)作用過程中的地球化學(xué)行為只與元素的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而與其含量高低無關(guān)。與元素的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而與其含量高低無關(guān)。 微量元素地球化學(xué)示蹤方法微量元素地球化學(xué)示蹤方法 巖石微量元素巖石微量元素 礦物微量元素礦物微量元素 流體包裹體微量元素流體包裹體微量元素 微量元素地球化學(xué)示蹤方法微量元素地球化學(xué)示蹤方法 元素比值元素比值 元素組合圖元素組合圖 元素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)元素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 地球化學(xué)反演地球化學(xué)反演 元素比值元素比值 兩個(gè)元素比值兩個(gè)元素比值 多個(gè)元素比值多個(gè)元素比值 為了加強(qiáng)元素對比值的指示

5、意義，所為了加強(qiáng)元素對比值的指示意義，所選擇的往往不是二個(gè)元素的比值，而是二組元素含量選擇的往往不是二個(gè)元素的比值，而是二組元素含量和的比值、或含量積的比值。如（和的比值、或含量積的比值。如（LiRbCs）/（ScZn）或（）或（LiRbCs）/（ScZn），也可），也可以是一個(gè)元素對與第三個(gè)元素的比值，如以是一個(gè)元素對與第三個(gè)元素的比值，如K/RbTi等。等。 元素比值元素比值 用于構(gòu)建比值的元素，一般是地球化學(xué)性質(zhì)相近的用于構(gòu)建比值的元素，一般是地球化學(xué)性質(zhì)相近的元素。元素。Nb/Ta，Zr/Hf，Sr/Ba，Th/U，Cr/Ni，Cl/Br等。也可以采用常量元素與性質(zhì)相似的微量元素構(gòu)等。

6、也可以采用常量元素與性質(zhì)相似的微量元素構(gòu)成比值，如成比值，如K/Rb，Mg/Li，Ca/Sr，F(xiàn)e/V，Al/Ga，S/Se等。稀土元素由于地球化學(xué)性質(zhì)相近，也可以等。稀土元素由于地球化學(xué)性質(zhì)相近，也可以構(gòu)建元素比值，如構(gòu)建元素比值，如La/Ce等。等。 元素比值元素比值 根據(jù)研究目的構(gòu)建元素對根據(jù)研究目的構(gòu)建元素對 一般原則：一般原則： 物質(zhì)來源判別和原巖恢復(fù)：采用相對穩(wěn)定、地球物質(zhì)來源判別和原巖恢復(fù)：采用相對穩(wěn)定、地球化學(xué)性質(zhì)相近的元素構(gòu)建比值?；瘜W(xué)性質(zhì)相近的元素構(gòu)建比值。 地質(zhì)作用過程示蹤：可用活動(dòng)元素和相對穩(wěn)定的地質(zhì)作用過程示蹤：可用活動(dòng)元素和相對穩(wěn)定的元素構(gòu)建比值。元素構(gòu)建比值。 巖

7、漿形成機(jī)制和過程鑒別：選擇分配性質(zhì)相同或相反的元巖漿形成機(jī)制和過程鑒別：選擇分配性質(zhì)相同或相反的元素對，如素對，如Ba/Nb，Nb/Th，以及，以及Ce/Ni，Cr/Ta等。等。 氧化還原作用判別：選擇變價(jià)元素對，如氧化還原作用判別：選擇變價(jià)元素對，如Fe2+/Fe3+，V3+/V5+，Eu2+/Eu3+，Ce4+-/Ce3+以及以及Mn/Mg等。等。 巖體剝蝕深度判別，選擇元素濃度隨深變而增減的，如巖體剝蝕深度判別，選擇元素濃度隨深變而增減的，如Li/Sc，Rb/Bi，Sb/Bi等。等。 變質(zhì)巖原巖恢復(fù)：選擇對變質(zhì)作用較穩(wěn)定的元素，如變質(zhì)巖原巖恢復(fù)：選擇對變質(zhì)作用較穩(wěn)定的元素，如Zr/Ti，

8、Zr/Ni，Cr/Ti，Zr/Mg等等。等等。Nb、Ta、Zr 、 Hf 、 (Th)源區(qū)性質(zhì)判別源區(qū)性質(zhì)判別構(gòu)造環(huán)境判別構(gòu)造環(huán)境判別 紅海中脊玄武巖的紅海中脊玄武巖的Th/Ta對對Th/Tb的雙變量圖解的雙變量圖解（據(jù)Hugh R. Rollison, 2000）Th/Ta對Th/Tb的比值存在0.25, 0.5和0.8等三個(gè)趨勢，表明有三個(gè)不同的地幔源區(qū)Ta-Yb構(gòu)造巖漿環(huán)境判別圖構(gòu)造巖漿環(huán)境判別圖 Rb-Yb+Ta構(gòu)造巖漿環(huán)境判別圖構(gòu)造巖漿環(huán)境判別圖1.粗面巖; 2.正長斑巖; 3.石英正長斑巖; 4.輝長巖; 5.輝石Syn-COLG 同碰撞花崗巖； VAG 火山弧花崗巖； WPG 板

9、內(nèi)花崗巖； ORG:洋脊花崗巖 峨眉山玄武巖峨眉山玄武巖Th-Hf/3-Ta圖圖A-A-正常洋中脊玄武巖；正常洋中脊玄武巖；B-B-富集型洋中富集型洋中脊玄武巖和板內(nèi)玄武巖；脊玄武巖和板內(nèi)玄武巖；C-C-板內(nèi)玄武板內(nèi)玄武巖；巖；D-D-島弧拉斑玄武巖。島弧拉斑玄武巖。 峨眉山玄武巖峨眉山玄武巖Zr/4-2Nb-Y圖圖A1- -板內(nèi)堿性玄武巖；板內(nèi)堿性玄武巖；A2- -板內(nèi)堿性玄武巖和板板內(nèi)堿性玄武巖和板內(nèi)拉斑玄武巖；內(nèi)拉斑玄武巖；B-B-富集型洋中脊玄武巖和板內(nèi)富集型洋中脊玄武巖和板內(nèi)玄武巖；玄武巖；C-C-板內(nèi)拉斑玄武巖和火山弧玄武巖；板內(nèi)拉斑玄武巖和火山弧玄武巖；D-D-富集型洋中脊玄武巖

10、和火山弧玄武巖。富集型洋中脊玄武巖和火山弧玄武巖。峨眉大火成巖省構(gòu)造環(huán)境判別圖峨眉大火成巖省構(gòu)造環(huán)境判別圖MORBMORB洋中脊玄武巖；洋中脊玄武巖；OIBOIB洋島玄武巖；洋島玄武巖；IABIAB島弧玄武巖島弧玄武巖 峨眉大火成巖省峨眉大火成巖省CeNbTh/Nb圖圖 DMM虧損地幔虧損地幔; PM原始地幔原始地幔; SDC俯沖帶平均成分俯沖帶平均成分; RSC俯沖帶殘留體平俯沖帶殘留體平均成分均成分; GLOSS遠(yuǎn)洋沉積物平均成分遠(yuǎn)洋沉積物平均成分; N-MORB正常洋中脊玄武巖正常洋中脊玄武巖; E-MORB富富集型洋中脊玄武巖集型洋中脊玄武巖; OIB洋島玄武巖洋島玄武巖. 峨眉大火成

11、巖省峨眉大火成巖省ThYbTa/Yb圖圖 峨眉山玄武巖巖漿源峨眉山玄武巖巖漿源區(qū)區(qū)大地構(gòu)造環(huán)境判別大地構(gòu)造環(huán)境判別大洋板塊發(fā)散邊緣大洋板塊發(fā)散邊緣板塊匯聚邊緣板塊匯聚邊緣(1:大洋島大洋島弧玄武巖區(qū)；弧玄武巖區(qū)；2:陸緣島弧陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區(qū)及陸緣火山弧玄武巖區(qū))；大洋板內(nèi)大洋板內(nèi)(洋島、海山玄武洋島、海山玄武巖區(qū)、巖區(qū)、T-MORB、E-MORB區(qū)區(qū))；大陸板內(nèi)大陸板內(nèi)(1:陸內(nèi)裂谷及陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)；陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)；2:大陸拉張帶大陸拉張帶(或初始裂谷或初始裂谷)玄武巖區(qū)；玄武巖區(qū)；3:陸陸-陸碰撞陸碰撞帶玄武巖區(qū)帶玄武巖區(qū))；地幔熱柱玄武巖區(qū)。地幔熱柱玄武巖

12、區(qū)。 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蜘網(wǎng)圖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蜘網(wǎng)圖（據(jù)（據(jù)Hugh R. Rollison, 2000）峨眉山玄武巖微量元素配分模式峨眉山玄武巖微量元素配分模式 華南某地早白堊紀(jì)輝綠巖微量元素蛛網(wǎng)圖解 不同類型花崗巖的微量元素蜘網(wǎng)圖不同類型花崗巖的微量元素蜘網(wǎng)圖（據(jù)李獻(xiàn)華等，2002） 稀土元素由于其特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，在地球化學(xué)示蹤中稀土元素由于其特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，在地球化學(xué)示蹤中得到了廣泛地應(yīng)用。近年來，利用礦床中熱液礦物方解石、得到了廣泛地應(yīng)用。近年來，利用礦床中熱液礦物方解石、石英等礦物的石英等礦物的REE在示蹤成礦流體來源與演化方面取得到在示蹤成礦流體來源與演化方面

13、取得到了重要進(jìn)展了重要進(jìn)展 REE進(jìn)入方解石晶體中，除了晶體溶解之外，其他過程是進(jìn)入方解石晶體中，除了晶體溶解之外，其他過程是不可能破壞方解石稀土配分模式這個(gè)地質(zhì)記錄密碼的。石不可能破壞方解石稀土配分模式這個(gè)地質(zhì)記錄密碼的。石英對包括稀土元素在內(nèi)的大多數(shù)元素缺乏選擇性英對包括稀土元素在內(nèi)的大多數(shù)元素缺乏選擇性,石英中石英中微量元素、稀土元素的組成可以代表流體的元素組成特征微量元素、稀土元素的組成可以代表流體的元素組成特征,能夠用于流體地球化學(xué)示蹤。能夠用于流體地球化學(xué)示蹤。1101001000LaCePr Nd Sm Eu Gd TbDy HoEr Tm YbLu樣品 球粒隕石/0.5華南某地

14、印支期花崗巖華南某地印支期花崗巖REE組成模式組成模式華南某地早白堊紀(jì)輝綠巖華南某地早白堊紀(jì)輝綠巖REE組成模式組成模式攀西地區(qū)基攀西地區(qū)基性性超基性巖超基性巖體及峨眉山體及峨眉山玄武巖的稀玄武巖的稀土元素配分土元素配分型式圖型式圖 峨眉山玄武巖峨眉山玄武巖REE配分模式配分模式 337鈾礦床花崗巖巖石和鈾礦石的鈾礦床花崗巖巖石和鈾礦石的REE組成模式組成模式1.燕山第一期花崗巖; 2. 燕山第三期第三階段電氣石化花崗巖；3. 寒武系淺變質(zhì)巖；4.鈾礦石I; 5. 燕山第三期第三階段細(xì)粒白云母花崗巖；6. 鈾礦石II; 7. 燕山第三期第二階段花崗巖 鉑族元素（鉑族元素（PGE包括包括Ru、R

15、h、Pd、Os，Ir和和Pt共共6個(gè)元素）豐度在地幔中含量較高，個(gè)元素）豐度在地幔中含量較高，約約23.510-9，并主要賦存在硫化物相中；，并主要賦存在硫化物相中；地殼中地殼中PGE豐度小于豐度小于110-9。起源于地幔。起源于地幔的巖漿，以科馬提巖的的巖漿，以科馬提巖的PGE含量最高，其次含量最高，其次為大陸溢流玄武巖和玻鎂安山巖。為大陸溢流玄武巖和玻鎂安山巖。OsIrRuRhPtPdAuNiCu原始地幔原始地幔3.43.25.00.97.13.91.0196030McDonough and Sun, 1995CI型球粒隕石型球粒隕石4904557101301010550140105001

16、20平均大陸地殼平均大陸地殼0.050.050.10.060.40.42.55625Wedepohl，1995苦橄質(zhì)苦橄質(zhì)大陸溢流大陸溢流玄武巖玄武巖0.190.2910.59.01.529569Brugmann et al., 1993拉斑玄武質(zhì)拉斑玄武質(zhì)大陸溢流玄武巖大陸溢流玄武巖0.070.234.74.01.6197109MORB0.0210.0090.3040.26510661Peucker-Ehrenbrink et al., 2003平均科馬提巖平均科馬提巖1.51.74.41.410.510.52.9124664Crocket, 2002玻鎂安山巖玻鎂安山巖0.030.080.

17、186.023.49Woodland et al., 2002巖漿源區(qū)及主要巖石類型親銅元素豐度值表巖漿源區(qū)及主要巖石類型親銅元素豐度值表注：注：PGE和和Au為為10-9，Ni和和Cu為為10-6。攀西地區(qū)含礦巖體及峨眉山玄武巖中攀西地區(qū)含礦巖體及峨眉山玄武巖中鉑族元素配分型式圖鉑族元素配分型式圖 區(qū)分海相與淡水相的鎵區(qū)分海相與淡水相的鎵-硼硼-銣圖解銣圖解 變質(zhì)巖原巖恢復(fù)變質(zhì)巖原巖恢復(fù) 角閃巖與沉積巖的稀土元素組成角閃巖與沉積巖的稀土元素組成. 角閃巖區(qū)；. 砂質(zhì)巖和雜砂巖；. 頁巖和泥質(zhì)巖；. 碳酸鹽巖區(qū) 同位素地球化學(xué)示蹤同位素地球化學(xué)示蹤變質(zhì)水18OD水-巖反應(yīng)華南鈾礦成礦流體的碳同

18、位素組成碳酸鹽巖有機(jī)碳成礦流體中的CO2可能來源于地幔13C值主要在-4至-9之間,與地幔相似He and Ar Isotopes地殼和地幔具有很不相同的地殼和地幔具有很不相同的HeHe、ArAr同位素組成同位素組成地殼地殼3 3He/He/4 4He He 0.01-0.05Ra0.01-0.05Ra地幔地幔3 3He/He/4 4He He 8Ra 8Ra地殼流體中只要有少量地幔地殼流體中只要有少量地幔HeHe存在存在用用HeHe同位素可以方便判別同位素可以方便判別相山鈾礦40Ar*/4He-3He/4He 圖解相山鈾礦40Ar/36Ar-3He/4He 圖解Green: basaltsRed: intrusions 侵入體與玄武巖侵入體與玄武巖Sr-Nd同位素組成相似同位素組成相似y = 0.0339x + 0.5495R2 = 0.56111.151.161.171.181.191.21.211.2217.81818.218.418.618.819Pb206/Pb204Pb206/Pb207大氣浮塵燃煤柴油汽油線性 (大氣浮塵) 大氣塵鉛與柴油鉛、汽油鉛關(guān)系較為密切，說明機(jī)動(dòng)大氣塵鉛與柴油鉛、汽油鉛