地球化学实用.pptx

重要性重要性量微而信息不微量微而信息不微第1页/共74页第2页/共74页第3页/共74页各离子与氯离子比值基本保持恒定各离子与氯离子比值基本保持恒定第4页/共74页第5页/共74页第6页/共74页重要性重要性量微而信息不微量微而信息不微1.微量元素的变化通常较主要元素大2.存在形式多样，对于主要元素不敏感的过程敏感3.种类远多于主要元素，每一种含有独特的地质、地化信息第7页/共74页第一节第一节 微量元素地球化学基本理论微量元素地球化学基本理论第8页/共74页第一节第一节 微量元素地球化学基本理微量元素地球化学基本理论论一、微量元素的概念一、微量元素的概念第9页/共74页1.一般在自然体系中含量低于0.1%的元素一、微量元素的概念第10页/共74页硅酸盐地球中元素丰度的三维柱状图硅酸盐地球中元素丰度的三维柱状图第11页/共74页1.一般在自然体系中含量低于0.1%的元素一、微量元素的概念2.体系中不作为任何相的主要化学组分存在的元素（Gast，1968）3.只要某元素在所研究的体系（地质体、岩石、矿物等）中的浓度低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为，该元素就可称为微量元素。第12页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律第13页/共74页二、稀溶液定律Henry定律在极稀薄的溶液中，溶质（元素i）的活度a正比于溶质的摩尔分数c，即：比例常数K称为Henry常数。ai=Kci第14页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、能斯特分配定律和分配系数三、能斯特分配定律和分配系数1.能斯特分配定律能斯特分配定律第15页/共74页1 1 能斯特分配定律能斯特分配定律在稀溶液中，在恒温恒压条件下，溶质（微量组分i）在两平衡相和间的平衡浓度比为一常数KD，第16页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、能斯特分配定律和分配系数三、能斯特分配定律和分配系数1.能斯特分配定律能斯特分配定律2.分配系数分配系数2.1分配系数的定义分配系数的定义第17页/共74页2.1 2.1 分配系数的定义分配系数的定义恒温恒压条件下，微量元素在两相间的平衡浓度比KD称为分配系数，或者称能斯特分配系数、简单分配系数。两相：多数情况下是晶体相-矿物和液相-熔体。第18页/共74页玄武岩和安山岩中常见元素的分配系数 稀 土 元 素橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴石 斜长石 角闪石 磁铁矿第19页/共74页Figure 9-1a.Figure 9-1a.Ni Harker Diagram for Crater Lake.From data compiled by Rick Conrey.From Ni Harker Diagram for Crater Lake.From data compiled by Rick Conrey.From Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.Winter(2001)An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴石 斜长石 角闪石 磁铁矿第20页/共74页Ni/Cr 随橄榄石结晶迅速减小，随辉石晶出迅速增加 橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴石 斜长石 角闪石 磁铁矿第21页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、能斯特分配定律和分配系数三、能斯特分配定律和分配系数1.能斯特分配定律能斯特分配定律2.分配系数分配系数2.1分配系数的定义分配系数的定义2.2控制分配系数的因素控制分配系数的因素第22页/共74页2.2 控制分配系数的因素1）温度、压力微量元素地质温度计前提条件：前提条件：1 1）在各相间的分配达到平衡）在各相间的分配达到平衡2 2）关系式的适用温度范围）关系式的适用温度范围3 3）测定浓度准确（矿物纯度）测定浓度准确（矿物纯度）4 4）压力不变）压力不变第23页/共74页样品号橄榄石Ni单斜辉石NiKD(橄/辉)温度()115552556.101175 213102455.351143 39552403.981076 49352353.981076 58402203.821068（1000-1200 ）微量元素地质温度计第24页/共74页2.2 控制分配系数的因素1）温度、压力2）体系成分第25页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、三、能斯特分配定律和分配系数能斯特分配定律和分配系数1.能斯特分配定律能斯特分配定律2.分配系数分配系数2.1 分配系数的定义分配系数的定义2.2 控制分配系数的因素控制分配系数的因素2.3 测定方法测定方法第26页/共74页2.3 分配系数的测定1)直接测定法 斑晶-基质法第27页/共74页2.3 分配系数的测定1)直接测定法 斑晶-基质法2)实验测定法第28页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、能斯特分配定律和分配系数三、能斯特分配定律和分配系数1.能斯特分配定律能斯特分配定律2.分配系数分配系数2.1 分配系数的定义分配系数的定义2.2 控制分配系数的因素控制分配系数的因素2.3 测定方法测定方法四、岩石的总分配系数和元素的相容性四、岩石的总分配系数和元素的相容性第29页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、能斯特分配定律和分配系数三、能斯特分配定律和分配系数四、岩石的总分配系数和元素的相容四、岩石的总分配系数和元素的相容性性1.岩石的总分配系数岩石的总分配系数第30页/共74页体系中所有矿物的简单分配系数加权和称为总分配系数Di。其中，n为含微量元素i的矿物数，wj为第j种矿物的质量百分含量，KDi,j为第j种矿物对微量元素 i 的简单分配系数(固/液)。1.1.岩石的总分配系数岩石的总分配系数第31页/共74页假定：石榴石二辉橄榄岩假定：石榴石二辉橄榄岩 =60wt%=60wt%橄榄石橄榄石,25wt%,25wt%斜方辉石斜方辉石,10wt%10wt%单斜辉石单斜辉石,以及以及 5 wt%5 wt%石榴石石榴石,总分配系数为总分配系数为D DErEr=(0.6 0.026)+(0.25 0.23)+(0.10 0.583)+(0.05 4.7)=(0.6 0.026)+(0.25 0.23)+(0.10 0.583)+(0.05 4.7)=0.3660.366 稀 土 元 素橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴石 斜长石 角闪石 磁铁矿第32页/共74页第一节第一节 微量元素的基本概念微量元素的基本概念一、微量元素的概念一、微量元素的概念二、稀溶液定律二、稀溶液定律三、能斯特分配定律和分配系数三、能斯特分配定律和分配系数四、岩石的总分配系数和元素的相容四、岩石的总分配系数和元素的相容性性1.岩石的总分配系数岩石的总分配系数2.元素的相容性元素的相容性第33页/共74页1）相容元素：在岩浆结晶过程（或由固相部分熔融）中易进入或保留在固相中的微量元素。Di 12）不相容元素：在岩浆结晶过程（或由固相部分熔融）中不易进入固相，而保留在与固相共存的熔体或溶液中的微量元素。Di 11.1 实比批式熔融第45页/共74页1）D=12）D13）D13）D13）D13）D14）F 15）F 0 6）D 0 CC1FLO=1.1 实比批式熔融第49页/共74页1.1 1.1 实比批式熔融实比批式熔融第50页/共74页1.2 实例：Rb 和 Sr矿物矿物比例密度重量Wt%橄榄石163.6540.18单斜辉石333.4112.20.37斜长石512.7137.70.45303.9100橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴石 斜长石 角闪石 磁铁矿D DRbRb=0.045 =0.045 D DSr Sr=0.848=0.848第51页/共74页FCL/C0(Rb)CL/C0(Sr)(Rb/Sr)/(Rb/Sr)00.0510.78 1.17 9.22 0.17.12 1.16 6.14 0.24.24 1.14 3.72 0.33.02 1.12 2.70 0.42.34 1.10 2.13 0.51.91 1.08 1.77 0.61.62 1.06 1.52 0.71.40 1.05 1.34 0.81.24 1.03 1.20 0.91.11 1.02 1.09 第52页/共74页第53页/共74页第54页/共74页DSr=0.1DSr=2第55页/共74页DSr=0.1DSr=2第56页/共74页第二节第二节 岩浆作用过程中微量元素分配模岩浆作用过程中微量元素分配模型型一、岩浆形成过程中部分熔融模型1.批式熔融二、岩浆结晶过程中结晶作用模型第57页/共74页二、结晶作用模型二、结晶作用模型1.平衡结晶：矿物与熔体不断再平衡，形成无环带晶体，用于批式熔融的模型；第58页/共74页第59页/共74页二、结晶分异二、结晶分异1.平衡结晶：矿物与熔体不断再平衡，形成无环带晶体，用于批式熔融的模型；2.分离结晶：矿物和熔体之间只具有表面平衡，符合瑞利模型。第60页/共74页第61页/共74页第62页/共74页总结总结1.相容元素很好指示了分离结晶程度；而不相容元素指示了部分熔融程度。2.部分熔融中极端情况重要，当D接近0，富集程度为1/F，即对强不相容元素，富集程度强烈依赖熔融程度，如果D很大，元素的亏损对熔融程度不敏感。当F趋于0，表明最大亏损和富集为1/D。第63页/共74页第二节第二节 岩浆作用过程中微量元素分配模岩浆作用过程中微量元素分配模型型一、岩浆形成过程中部分熔融模型一、岩浆形成过程中部分熔融模型1.1.批式熔融批式熔融二、岩浆结晶过程中结晶作用模型二、岩浆结晶过程中结晶作用模型三、部分熔融和分离结晶的判别三、部分熔融和分离结晶的判别第64页/共74页DSr=0.848DSr=0.1第65页/共74页1-冰岛地表火山岩 2-雷克雅内斯山脊第66页/共74页三、部分熔融和分离结晶的判别方法一：用超岩浆元素与亲岩浆元素的浓度比值对超岩浆元素浓度作图。第67页/共74页三、部分熔融和分离结晶的判别 方法二：以固-液分配系数很低的微量元素和另一高分配系数的微量元素作图。第68页/共74页第二节第二节 岩浆作用过程中微量元素分配模岩浆作用过程中微量元素分配模型型一、岩浆形成过程中部分熔融模型一、岩浆形成过程中部分熔融模型1.1.批式熔融批式熔融二、岩浆结晶过程中结晶作用模型二、岩浆结晶过程中结晶作用模型三、部分熔融和分离结晶的判别三、部分熔融和分离结晶的判别第69页/共74页作业作业阐述La和Sm在平衡部分熔融和分离结晶过程中的地球化学行为，并解释La/Sm-La图判别部分熔融和分离结晶过程的原理。（假设DLa=0.088;DSm=0.181)第70页/共74页第二节第二节 岩浆作用过程中微量元素分配模岩浆作用过程中微量元素分配模型型一、岩浆形成过程中部分熔融模型1.批式熔融2.分离部分熔融第71页/共74页2 2 分离部分熔融分离部分熔融熔融发生时，从固相中连续地移出所形成的熔体。注：假定分配系数在熔融过程中保持不变注：假定分配系数在熔融过程中保持不变第72页/共74页第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页