地球化学图解应用.ppt

地球化学图解基本认识,内容提纲,认识基础采样及分析数据整理及相关图解,一、认识基础,地球化学图解为什么能用于地质学研究？地球化学与地质学的关系是怎样的？我们的工作过程中怎样运用？,1、地球化学,地质学和化学相结合的一门边缘学科。研究方向：（1）偏化学微观分析为主，获得某种定量分析结果（包括分析过程）及认识；（2）偏地质学宏观观察辅以微观定量分析，获得某种定性认识。,2、地质作用过程中的地球化学过程,物源（源）过程（运）现今状态（聚）,二、采样及分析,任何成功的地球化学研究都必须建立在对研究区域地质学正确认识的基础之上；扎实的地质基础是从事岩石地球化学研究工作的前提。任何地质研究及生产工作成果的基础，都基于对样品的把握。,1、主量元素（硅酸盐分析）,（1）分析要求主量元素为Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P，通常只测定其阳离子，并假设有适量的氧与之相匹配，因此其含量用氧化物质量百分数表示（wt%），总量约为100%（误差范围99.30%100.70%）。精确到小数点后第二位。（2）采样要求新鲜、纯净，同一露头上5块左右小块聚合而成；重2kg（粗粒、不均匀的岩石样品重5kg）。必须采薄片样进行对照研究。,2、微量元素分析,（1）分析要求分析项目根据样品的用途而定，精度要求要比元素在该岩类中的丰度值高一个数量级，分析误差不得超过20%。单位为ppm（10-6）。（2）采样要求每个样品重500g，同一露头上5块左右小块聚合而成；新鲜、纯净。,3、稀土元素分析,（1）分析要求分析稀土元素15种：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y，分析要求精确到小数点后第二位。（2）采样要求同主量元素。,4、K-Ar（钾-氩）年龄样,（1）方法特点适合测新生代中生代样品的年龄；矿物中Ar容易丢失，所测年龄常偏低。（2）主要用途测定未受后期热变质岩石的成岩年龄；研究成岩后的热事件。测定对象常为云母类、角闪石类、辉石类、钾长石类、海绿石、伊利石、霞石及火山玻璃、玄武岩、隐晶质全岩。（3）采样要求取单矿物样时，时代越新样品越重，矿物含钾量越低则样重越大。测中、新生代单矿物样重25100g，全岩样5001000g。,5、40Ar-39Ar（中子活化）年龄样,（1）方法特点只需测定Ar同位素比值，分析精度高；可多阶段加热测定样品的结晶年龄及后期多次热事件的年龄；可测定硫化物的年龄；（2）主要用途测定岩浆岩的结晶年龄及后期热事件；测定沉积岩的沉积年龄及后期热事件；测定变质作用的年龄；测定矿床中硫化物的年龄。（3）采样要求A测定岩浆岩的结晶年龄，要采岩浆结晶时生成的含钾矿物：辉石(2g)、角闪石(2g)、云母类(0.5g)、钾长石(0.5g)、斜长石(2g)，火山熔岩全岩样需250500g。样品要求新鲜，未受后期的交代、蚀变、风化。B测定沉积岩的年龄，要采沉积同时生成的含钾矿物，如海绿石(0.5g)，尽量挑选绿色粗大颗粒。C测定变质作用的年龄，要采变质形成的新生矿物如云母类(0.5g)、钾长石类(0.5g)、石榴石(2g)、透辉石(2g)、绿帘石(2g)等，样品要未遭受后期的再改造。D测定矿床的成矿时代，要采与矿床同期的硫化物，如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、辉钼矿等，样品重量为5g。E样品纯度要接近100%，尽量挑选12mm左右级的样品，不要研加工。F样品加工时不能用酸碱处理及高温烘烤。G送样时需附详细的送样单。内容包括：a、样品编号；b、样品名称和重量；、采样地点；d、采样点的地质描述（附相关地质图图件）；e、样品岩石描述（附薄片）；f、采样目的；g、测试方法及分析要求；h、送样单位；i、送样人；j、送样时间。,6、U-TH-Pb（铀-钍-铅法）年龄样,（1）方法特点半衰期较长，只适于测中生代及其以前的样品；一组样品数据可以进行多种数学方法处理，信息量大。（2）主要用途用超微方法分析，测定中生代及其以前的岩浆岩、变质岩、沉积岩的沉积岩年龄、变质年龄、热事件年龄。（3）采样要求取新鲜岩石分离（分离过程要严防铅污染）、挑选含铀单矿物，主要测定对象为锆石、独居石、磷灰石、晶质铀矿。对锆石含量高的花岗岩取35kg，对火山岩取1015kg，对中基性、超基性岩取2025kg。,7、Rb-Sr（铷锶法）年龄样,（1）方法特点半衰期较长，只适于测中生代以前的样品；可同时获得岩石的年龄数据及物质来源信息。Rb、Sr同位素质谱分析，精度要高于万分之一，误差小于5%。要求提供同位素测试数据、等时线图、等时线斜率、截距、相关系数、等时线年龄及误差范围。（2）主要用途用一组同源、同期的中酸性岩及沉积岩的全岩样品，测定、计算岩石的生成年龄；用一组遭受同期变质的单矿物样或变质矿物样，测定、计算变质年龄。（3）采样要求A测定对象主要为中、酸性岩的生成年龄；全岩等时线样一般采610块样，每块1kg左右（对于不均匀的岩石，样品重量可加大到10kg），要保证样品的同源、同期、同一封闭体系；全岩单矿物等时线样和矿物等时线采1块即可，单矿物测定对象常为云母类、角闪石类、辉石类、钾长石类、海绿石、伊利石、霞石及火山玻璃、玄武岩、隐晶质全岩；样品要新鲜，避开外来包体及脉体。B测定沉积岩生成年龄，采同层位的海绿石或泥质页岩标本1030块。海绿石样重1g，纯度90%；全岩样重1kg。尽量避免混有陆屑成分及后期风化蚀变。C测定变质年龄，采同地点、同变质期的数种单矿物3-6个，每个单矿物样重lg，纯度98%。D全岩样需研磨至200目，缩分至30-50g送样。为防止样品污染，样品加工最好由测试单位进行。E送样时需附选样单，内容同Ar法。,8、Sm-Nd（钐一钕法）年龄样,（1）方法特点衰变期较长，适于测中生代以前岩石年龄；岩石中Sm.Nd保存好，比其它方法可靠；可同时获得岩石的年龄数据及物质来源信息。同位素质谱分析，精度要高于万分之一，误差小于5%。要求提供同位素测试数据、等时线图、等时线斜率、截距、相关系数、等时线年龄及误差范围。（2）主要用途测定岩浆岩、变质岩的原岩年龄；测定沉积岩的原岩年龄；研究岩浆岩的物质来源。（3）采样要求测定对象主要为超基性、基性岩；全岩等时线样一般采610块样，每块1kg左右，要保证样品的同源、同期、同一封闭体系；全岩单矿物等时线样采1块即可，单矿物测定对象常为云母类、角闪石类、辉石类、钾长石类、海绿石、伊利石、霞石及火山玻璃、玄武岩、隐晶质全岩；样品要新鲜。,三、数据整理及相关图解,数据整理Excel表格Geokit相关图解主量元素图解微量元素图解同位素相关构造判别图解,1、主量元素图解,（1）岩石分类,先剔除H2O及CO2，重新换算成100%，在进行TAS图解投影。,TAS分类命名,标准矿物岩石命名,CIPW标准矿物（Cross、Iddings、Pirrson、Washingdon，1903）阳离子标准矿物（Barth-Niggli）,R1-R2岩石命名,另外，沉积岩、变质岩中矿物成分和化学成分之间的简单关系十分困难，不能用简单的图解来进行分类。,（2）协变图解,Harker图解：反映岩浆分离结晶、部分熔融。沉积岩中不同矿物组分混合的结果；变质岩中的混合作用等等。,三变量图解,二变量图解,（3）成因系列判别,花岗岩SiO2-AR图解,花岗岩K2O-SiO2图解,花岗岩A/NK-A/KNC判别图,花岗岩SiO2-AR图解,2、微量元素图解,当地幔发生部分熔融作用时，微量元素优先进入矿物相的元素称为相容元素；择优进入熔体相的微量元素叫做不相容元素（亲岩浆元素）。不相容元素分为高场强元素（HFS）：具有半径小和电价高阳离子的元素，离子势2.0；低场强元素（LILE）：具大半径且低电价阳离子的元素，离子势2.0。分配系数是元素在矿物中的含量比该元素在熔体中的含量。用来描述微量元素在矿物和熔体之间的平衡分布。,（1）稀土元素配分模式图,（1）稀土元素配分模式图,火成岩REE模式：1.表示岩浆分异的程度；2.区分相似的岩石；3.判别岩石的不同成因；4.反映部分熔融和分离结晶的程度；5.指示洋中脊的扩张速度；6.确定岩浆来源。沉积岩REE模式：1.反映物源岩石成分；2.反映物源区风化程度。,（2）不相容元素图解（蜘蛛图解）,标准化：原始地幔、球粒陨石、MORB火成岩：1.源区地球化学特征；2.岩石演化过程中晶体/熔体的平衡关系；3.构造环境对比分析。沉积岩（常用平均页岩数值标准化）：对比？,（3）铂金属组元素（PGE）图解Ru，Rh，Pd，Os，Ir、Pt及Au、Cu、Ni等（4）过度金属元素图解Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn（5）双变量微量元素图解（6）富集亏损图解,3、放射性同位素地球化学,关于MSWD（加权平均方差）衡量等时线拟合好坏的一个重要参数理想的MSWD数值是1.0；但对于一般的数据来说MSWD等于2.5仍能接受为限定的等时线;当MSWD2.5时，很可能是一条误差等时线。模式年龄表示样品从地幔分离出来的时间，样品最初起源于地幔，常用于Sm-Nd体系。常用CHUR（球粒陨石均一储库）和DM（亏损地幔）。,Sr-Nd同位素,Sr同位素常用于花岗岩类成因研究：（1）低锶花岗岩，87Sr/86Sr初始比值介于0.7020.706之间，为玄武岩的初始比值，一般认为是幔源型花岗岩。（2）中等锶花岗岩，87Sr/86Sr初始比值介于0.7060.719之间，这类岩石形成机制和物质来源较复杂，大致有三种类型：由下地壳源岩部分熔融形成；地幔和地壳的混熔作用形成；导源下地壳的岩浆在上升过程中与上地壳物质混染。又基本上可分为两段，下段(87Sr/86Sr)i为0.7060.712，主要由于壳幔混熔或下地壳物质部分熔融所形成；上段(87Sr/86Sr)i为0.7120.719，主要导源于下地壳的岩浆在上升过程中受到上地壳物质的混染所形成。（3）高锶花岗岩，87Sr/86Sr初始比值大于0.719，多数属于陆壳的古老硅铝质源岩部分熔融形成，少数可能由古老花岗岩重熔而成。,Nd同位素用于火成岩成因研究：常用Nd(t)表示Nd同位素组成，Nd(t)反映了岩石在其形成时的143Nd/144Nd初始值与原始未熔融的地幔的相对偏离。火成岩的Nd(t)0，表明它们来源于亏损地幔，正值越大，表明它们来源于轻稀土亏损越是明显的地幔源区。,Sr-Nd同位素联用,Sr-Nd同位素联用常用于花岗岩类成因研究：,Sr-Nd同位素图解幔源系列分布在陆壳改造型系列在右下侧。同熔型系列在左上侧。,4、构造判别图解,（1）玄武质至安山质成分岩石判别图解,Ti-Zr，Ti-Zr-Y和Ti-Zr-Sr图解：用于成分在20%CaO+MgO12%的拉斑玄武岩。,其他Ti-Zr-Y-Nb变量的判别图解,玄武岩的Zr/Y-Zr图解：易区分大洋岛弧、MORB、板内玄武岩Ti/Y-Nb/Y图解：区分板内玄武岩、MORB、火山弧玄武岩（后两者有很大重叠）Zr-Nb-Y图解：若干类型端元有重叠,Th-Hf-Ta图解,特点：（1）能判别不同类型的MORB；（2）能够适应于中性和酸性熔岩及玄武岩；（3）识别火山弧玄武岩效果特别好。注意：样品不能含有大量的蚀变玻璃及磁铁矿。,火山弧玄武岩优先使用的图解,Cr-Y图解,Cr-Ce/Sr图解,La/10-Y/15-Nb/8图解,F1-F2-F3图解,成分范围：20wt%CaO+MgO12wt%,MgO-FeO-Al2O3图解,适用于SiO2范围为51wt%56wt%（剔除挥发分后）的亚碱性玄武岩和玄武质安山岩，碱性玄武岩不能用此图。对新鲜的现代亚碱性火山岩十分有效,TiO2-K2O-P2O5图解不适用于碱性玄武岩，AFM图解中需剔除A大于20%的样品。,MnO-TiO2-P2O5图解适用于SiO2含量为45%54%的玄武岩和玄武安山岩。可划分MORB、大洋岛拉斑玄武岩、大洋岛碱性玄武岩、岛弧玄武岩和钙碱性玄武岩。,（2）花岗质成分岩石的判别图解,Nb-Y和Ta-Yb判别图解；Rb-（Y+Nb）和Rb-（Yb+Ta）判别图解；图解常具多解性。,基于变量Hf-Rb-Ta的判别图解,碰撞后花岗岩与火山弧花岗岩有广泛的重叠。,Maniar的五组判别图解岩石的SiO2含量必须大于60%；石英实际含量须大于2%，岩石时代必须是显生宙的。判别造山后花岗岩效果显著。注：右侧两个图解需分别计算AFM及ACM（三角图）百分含量，再用两个变量进行投影。,R1-R2判别图解1-地幔分异产物2-板块碰撞前3-碰撞后隆起4-造山晚期5-非造山6-同碰撞7-造山后,（3）碎屑沉积岩的判别图解,砂岩判别函数图解对具有较高CaO含量（作为碳酸盐岩形式存在）的样品须进行碳酸盐含量校正。,砂岩双变量判别函数图解,砂岩双变量判别函数图解，判断物源。,其他补充,U-Pb同位素：中生代及其以前的岩浆岩、变质岩、沉积岩的沉积岩年龄、变质年龄、热事件年龄。氢、氧、硫、碳同位素：计算成岩、成矿温度等物理化学条件。铅同位素：计算模式年龄，判别成因。关于岩石成因系列：涉及到成因岩石学，不同的划分方法和种类，内容繁琐。关于变质岩判别：一般是进行原岩恢复，再用岩浆岩或沉积岩的角度去判断。主要还是靠野外认识，许多原岩恢复图解不是那么准确可靠。,任何成功的地球化学研究都必须建立在对研究区域地质学正确认识的基础之上；所有地球化学图解的运用，都需建立在坚实的地质基础和丰富的工作经验之上。,参考文献（教材）：1.赵伦山和张本仁.地球化学M.北京：地质出版社，1988.2.韩吟文，马振东，张宏飞，张本仁，李方林，高山，鲍征宇.地球化学M.北京：地质出版社，2003，7.3.赵振华.微量元素地球化学原理M.北京：科学出版社，1997.4.肖庆辉，邓晋福，马大铨等.花岗岩研究思维与方法M.5.刘英俊，曹励明.元素地球化学导论M.北京：地质出版社，1987.6.HughR.andRollison.岩石地球化学M.杨学明等译.安徽：中国科学技术大学出版社，2000.7.中国科学院地球化学研究所.高等地球化学M.北京：科学出版社，1998.,