地球化学作业——微量元素的地质应用.docx

地球化学第一次课后作业班级：021131 班姓名：刚果河边草泥马指导教师：张 利微量元素的地质应用微量元素是争论自然物质和自然体系中微量元素的分布规律、存在形式、活动特点、掌握因素及其地球化学意义的地球化学分支学科，是地球化学学科的一个重要分支，它的争论内容为不同地球化学体系中微量元素的分布、安排、共生组合及演化的规律。而微量元素具有很多其他主量元素无法表现的特点，如含量更低，含量变化更大，比主量元素更灵敏，数量以及分类更多，来源更简单等特点，所以微量元素可以供给大量主量元素所表达不出的地质信息。基于以上的特点，微量元素作为一种主要的工具，运用于地质中的方方面面，将实际资料和模型计算相结合， 能够近似定量地解决元素在共存相中的安排问题，并反映相关的地质意义。而且随着科技的进展，不止在地质领域，在物证鉴定、古文化传播争论等方面都有了广泛的应用。以下是为本人阅读的相关文献，总结了微量元素的相关地质应用。一、微量元素可以推断岩浆演化和成岩过程这种应用通常要依据大离子亲石元素来推断，依据其含量的变化来推断岩浆的演化过程和成岩的过程，如 Sr/Ca 的比值可反映其岩浆的演化分异程度。以广西三叉冲钨矿有关岩体岩石成因：锆石 U-Pb 年月学、元素地球化学及 Nd 同位素制约这篇文献为例。在文章中，作者要分析中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩的区分。首先取样分析其相关大离子亲石元素的含量变化，中粒黑云母花岗岩具有较高的大离子亲石元素含量(Rb = 120260 g/g, Ba =5 44823 g/g, Sr = 399677 g/g)。比照之下，细粒二云母花岗岩具有相对较高的 Sr 含量(444 661 g/g, 表 2)和相对较低的 Rb (62 189 g/ g)、Ba(101806 g/g)含量。在稀土元素分布模式图(图 7)中, 中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩都为轻重稀土分异明显右倾式。没有或具有弱的 Eu 特别( Eu = 0.71.1)。比照之下，相对于中粒黑云母花岗岩(LaN/YbN = 8.128.2), 细粒二云母花岗岩(LaN/YbN = 9.629.1)具有更强的轻重稀土分异程度。在 Rb-V 和 Rb-SiO2图(图 8)中, 中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩表现出不同的演化趋势。 以上便是用微量元素来分析两种岩浆岩的区分，之后再进一步分析其成因。作者认为，在 Rb-V 图解(图 8)中, 随着 V 的降低, 中粒黑云母花岗岩 Rb 的含量略微有所上升。由于 Rb 在黑云母中的安排系数大于 1, 而 Rb 在角闪石中的安排系数小于 1, 所以这种关系说明, 在中粒黑云母花岗岩的演化过程中, 暗色矿物主要是以角闪石的分别结晶为主, 黑云母的分别不明显。又通过其他证据，他认为，广西三叉冲地带中粒黑云母花岗岩是由早中元古代中-高钾玄武质岩石局部熔融产生的酸性熔体与地幔来源的基性熔体发生混合作用后形成的。三叉冲中粒黑云母花岗岩的成分具有较大的变化 , 是分别结晶在岩浆演化过程中作用的结果。而细粒二云母花岗不同。在 Rb-V 图解(图 8)中, 细粒二云母花岗的 Rb 随 V 含量的降低而降低。由于 Rb 主要富集于黑云母中, 所以这种关系说明在细粒二云母花岗岩的演化过程中, 暗色矿物主要是以黑云母的分别结晶为主。同时, K2O、 CaO 和 Al2O3 随 SiO2 的上升而降低说明有钾长石和斜长石的分别结晶。但细粒二云母花岗岩没有或者有弱的 Eu 负特别(Eu = 0.71.1), 这是镁铁矿物(主要是黑云母)与长石的分别结晶共同作用的结果 , 使得分别矿物相对 Eu 的整体安排系数接近 1。P2O5 和 TiO2 随 SiO2增加而削减指示了磷灰石和榍石的分别结晶。另外，文献中提到，Peccerillo et al 的主元素和微量元素的模拟计算结果也说明, 在局部熔融过程中,不相容元素的比值变化较大(如 La/Lu、Th/Nb), 而在分别结晶过程中由于分别相对不相容元素的安排系数相像 , 故其比值不会产生较大变化。而细粒二云母花岗岩的 La/Lu 比值明显要高于中粒黑云母花岗岩, 这说明两者是受局部熔融作用掌握的, 两者之间不存在分别结晶演化关系。依据这篇文献的争论，可以说，微量元素可以推断岩浆演化和成岩过程，尤其是大离子亲石元素等元素的含量变化，文献中运用它推断其主要以什么矿物的分别结晶为主，进一步推断其分异程度；此外还可以进展局部熔融作用的定量模型计算。通过以上，即可以推断出其演化过程，演化程度包括岩浆岩与岩浆岩的关系。二、微量元素可以推断成矿作用还是以广西三叉冲钨矿有关岩体岩石成因：锆石 U-Pb 年月学、元素地球化学及 Nd 同位素制约这篇文献为例，它以微量元素来分析成矿力量。在细粒二云母花岗岩中常见辉钼矿的消灭 , 且出现大量黄铁矿化 , 而在中粒黑云母花岗岩则未觉察辉钼矿。同时, 微量元素数据说明, 细粒二云母花岗岩具有比中粒黑云母花岗岩高的多的 W、Mo 含量(图 1 1)。岩相学及微量元素数据说明细粒二云母花岗岩具有更强的 W、Mo 成矿力量。另外，在青海省都兰县双庆铁矿床金属硫化物地球化学特征及其指示意义这篇文章中运用了微量元素温度计，文章指出，双庆铁矿床的闪锌矿 Zn/Fe 的变化范围为 3.657.56, 平均为 5.6(10), 属于中偏高温型闪锌矿。另外, 徐国风统计闪锌矿中的 Zn/Cd 比值说明, 闪锌矿中的 Zn/Cd 比值越高说明其形成温度越高。双庆铁矿床的闪锌矿 Zn/Cd 的变化范围 为 248.75358.31, 平均为 290.77, 说明本矿床的闪锌矿形成温度偏高, 亦证明双庆铁矿床的闪锌矿属于中偏高温型闪锌矿。闪锌矿作为地质温度计推算其形成温度已得到生疏和争论。文章提到，卢焕章依据闪锌矿与黄铁矿或闪锌矿 与黄铁矿和磁黄铁矿共生时的 Fe 元素含量, 即 Fe 以类质同像形式进入闪锌矿时两者存在生成温度的函数关系, 得出闪锌矿地质温度计和压力计的结论。此外，童潜明依据闪锌矿-方铅矿中 Cd 元素的安排, 利用 Cd 在各自矿物中的安排系数来探讨闪锌矿的形成 温度。 依据地质热力学原理, 即共生矿物对的微量元素分 配 系数建立起 Zn-Cd-Mn-S 体系的地质温度计。此文献便通过微量元素温度计，对双庆铁矿床的闪锌矿进展温度计算, 得出其平均温度约为 284.9 属于中偏高温型闪锌 矿(250300 )。通过计算得出的闪锌矿类型与闪锌 矿中 Zn/Fe 比值和 Zn/Cd 比值确定的闪锌矿类型相吻合。并最终分析综合早晚两阶段全部闪锌矿的 Zn/Fe 比值及 Zn/Cd 比值确定属于中偏高温型闪锌矿(250300 )； 通过童潜明利用闪锌矿地质温度计的计算方法, 得出得出闪锌矿平均生 成温度约为 284.9 , 属于中-高温型闪锌矿, 与 Zn/Fe 比值和 Zn/Cd 比值确定的闪锌矿类型吻合。综上，微量元素还可以推断成矿温度、成矿阶段和成矿力量等相关成矿作用的变化。两篇文献中，一篇运用微量元素的变化反响对应矿物的成矿力量，另一篇是不同微量元素的变化对应不同的温度，从而推断成矿作用。三、微量元素可以推断沉积作用以贵州碳酸盐岩风化壳主元素、微量元素及稀土元素的地球化学特征 这篇文献为例，作者莫非是张利教师？统计了清镇剖面稀土元素的含量及参数,从中总结书稀土元素(Ce 除外)在从岩粉到岩土界面土样消灭特别高值 , 然后向上随着土层的不断淋滤, 稀土元素含量渐渐减小, 甚至低于岩粉层的含量。风化壳LREE、HREE 以及REE 的范围分别为: 137.11129.7 g/g, 30. 3684.5 g/g, 167.41814.2 g/g。从岩土界面土样到顶部表层土, LREE、HREE 以及 REE 的含量渐渐减小, 说明土层在发育过程中 稀土元素经受了肯定程度的淋滤丧失。风化剖面由岩粉到表层土, LREE、HREE 以及 REE 具有较为相像的变化规律。从岩粉层过渡到岩土界面土样, REE 急剧增加, 由 237.2 g/g 增加到 1814.2 g/g, REE 到达整个风化壳的最大值。土层 REE 虽有一些波动, 但总的趋势是自下而上渐渐降低。铁壳层中的 REE 含量最低, 只有 16 7.4 g/g, 其值与上陆壳 (REE = 168.4 g/g)格外相近, 进一步比照铁壳层 与上陆壳稀土元素含量可知, 铁壳层各稀土元素的 含量与上陆壳的含量在0.01 水平(双侧)上显著相关, 相关系数到达 0.987。风化壳LREE 占REE 的 62%87%, 而HREE 只占到很少的局部, 仅为 13%38%, 说明总稀土主要来自 LREE, 较小来自 HREE。从LREE/HREE 随深度的变化可以看出, 由岩土界面到表层土样比值先削减再增加再削减。 岩土界面土样REE = 1814.2 g/g 与 HREE% = 37.7 是风化壳中的最大值, 但轻稀土所占比例 (LREE% = 62.3) 与LREE/HREE = 1.65 却是剖面的最小值,说明岩土界面土样稀土元素富集程度最高,分馏程度最低。综上所述, 土层发育初期稀土元 素富集较大分馏较小, 到剖面中部轻稀土富集程度 明显较轻, 重稀土分馏变大, 到剖面上部轻重稀土 元素都亏损且分馏变小, 但土层LREE/ HREE 均 大于岩粉层轻重稀土元素的比值, 说明风化土层分 馏程度大于岩粉层。即得出红土形成时期稀土元素首先经受了富集过程, 此后随着红土化作用的影响,稀土元素产生肯定程度的分馏, 后期经过水的淋滤过程, 土层中的稀土元素被匀化。后又分析了其元素迁移率。作者分析说， Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb和 Lu 的迁移率分别为 77%、74%、66%、 53%、43%、32%、24%和16%, Lu 在整个剖面中, 除了在铁壳层稍微亏损外, 在其他土层均为富集。与 LREE 比 HREE 更稳定的观点相反。稀土元素中 LREE 比 HREE 淋滤程度大, 可能是由于不同含稀土元素矿物的抗风化淋滤差异性导致的。 Y 在整个土层中都呈现富集。TOC 两次急剧的减小, 使得稀土元素的迁移率也消灭了相应的减小。Ce 的变化使得稀土元素的风化有别于其他稀土元素, 而从稀土元素中分别, 表现出不同地球化学特征。逐步得出结论，风化壳的沉积过程与变化以及分带，样品稀土元素球粒陨石标准化后整体向右倾斜, 且 Ce 消灭正负特别, Eu 稍微负特别。以风化前缘为分界, 在风化前缘以下的下部土层, Ce 负特别； 风化前缘以上的中上部土层, Ce 正特别。在剖面 中上部土层, 稀土元素中 LREE 比 HREE 淋滤程度大。风化壳REE 的变化范围为 167.41814.2 g/g, REE 从剖面下部往上渐渐削减, 佐证了稀土元素的 迁移主要受淋滤作用影响, 但在铁壳层和风化前缘 REE 均消灭波动, 其变化与主元素和微量元素较为全都 , 说明稀土元素还受剖面其他因素的影响。另外，在文献云南思茅盆地江城上白垩统勐野井组稀土微量元素特征及地质意义中提到，前人依据碎屑岩的 Cr/Co 比值来判别物源区的距离远近, 这个比值越小则物源区距离越大。于是作者进展推断，勐野井组细碎屑岩 Cr/Co 比值变化范围为 4.53153, 平均为 20.2； 扒沙河组两个样品 Cr/Co 比值分别为 7.09 和 27.8, 变化幅度也较大, 平均为 17.5。整个剖面从下到上, 该值有减小的趋势, 说明地层沉积期间其物源距离越来越远。按含盐性特征来看 , 该值从碎屑沉积阶段(257302 m)对应的平均值为 54.6 到成钾期(118252 m) 的 11.6, 明显减小, 说明在钾盐沉积段物源距离有所增加。依据区域地质资料, 西部澜沧江隆起带大面积的华力西晚期含钾花 岗岩体及沿东西边缘大断裂带的石炭系-二叠系-三 叠系中广泛分布的含钾火山岩和火山岩沉积岩石, 这些岩石的风化可能供给了局部成矿物质, 这与成钾期 Cr/Co 比值明显减小, 其物源距离增加也是全都的。综上，可以依据微量元素推断沉积过程中的变化，如风化壳的淋虑作用，以及物源距离远近等，进一步推断其沉积作用。两篇文献中，前者运动微量元素推断出风化壳的变化以及沉积过程中受到的作用和元素迁移率，另一篇则依据微量元素的变化推断物源距离的远近。四、微量元素可以推断构造环境在文献云南思茅盆地江城上白垩统勐野井组稀土微量元素特征及地质意义中提到，Bhatia 通过对不同构造背景下形成砂岩的稀土元素特征的争论, 建立了不同源区构造背景下杂砂 岩的稀土元素特征判别标志, 将思茅盆地晚白垩 世勐野井组泥岩的稀土元素特征值与之比照, 觉察勐野井组细碎屑岩稀土元素含量明显高于大洋岛弧碎屑岩的稀土元素含量, 具有较高的稀土总量, REE 为 143229 g/g, 平均为 174 g/g, 低于被动大陆边缘的稀土总量(210 g/g), 介于大陆岛弧的稀土 总量(146±20) g/g)与活动大陆边缘的稀土总量(186 g/g)之间； 轻重稀土比值LREE/HREE 为 8.92, 与被动大陆边缘的轻重稀土比值 8.50 接近；具有较高的 La/Yb 比值, (La/Yb)N 值平均为 9. 06 ； 并且具有较明 显的 Eu 负特别, Eu 值平均为 0.61。样品稀土元素特征介于被动陆缘与活动陆缘沉积物特征之间。 Roseretal 依据对世界不同地区构造背 景的古代砂岩、泥岩与现代砂泥质沉积物的主元素 特征的争论, 认为 K2O/Na2O 是反映构造环境最有 效的指标, 并总结出了砂岩和泥岩的构造背景判别 图。在 K2O/Na2O-SiO2/Al2O3 判别图(图 7a)中, 争论 区勐野井组样品落在被动大陆边缘一侧, 说明勐野 井组细碎屑岩物源区具有被动大陆边缘的构造背 景。主元素 SiO2-K2O/Na2O 判别图解也指示了勐野井组细碎屑岩与扒沙河组砂岩样品均具有被 动大陆边缘的特点。另外利用 La-Th-Sc, Th-Sc-Zr 和Th-Co-Zr 判别图解3233对思茅盆地白垩纪泥、砂岩样进展了投点 分析(图8)。结果说明在 La-Th-Sc 图解上少数样品 成分有被动陆缘的特征, 而 Th-Sc- Zr 和 Th-Co-Zr 图解上样品根本落在活动陆缘与大陆岛弧区域。通过 La-Th-Sc、Th-Sc-Zr 和 Th-Co-Zr 判别图解显示争论区勐野井组细碎屑岩具有活动大陆边缘的地球化学特征, 这可能是陆相盆地沉积物的微量元素和稀土元素具有构造背景继承性的特征, 反映的是源岩形成的构造背景，最终推断争论区勐野井组细粒碎屑沉积岩形成于被动大陆边缘构造背景。综上，微量元素如稀土元素的含量可以推断其构造背景，形成于哪里。五、小结微量元素的地质应用格外广泛，此处只例举了几个，实在无法尽数排列。另外，相关专业用语可能不是格外透彻，只能做局部小谈，有一个综述性的了解。同时，阅读这些文献也确实有了的生疏，感到微量元素的应用实在是广泛而且简单，可以在岩浆作用、沉积作用、构造、成矿都有所应用，似乎与每一种地质作用都亲热相关，都有所应用，但也正是由于这种简单和多样，从什么角度动身， 从什么角度破题，运用什么手段，都是很值得思考的问题。假设用微量元素去分析，切入点对了那么效果显著；但假设墨守成规，不懂变通，不会敏捷的使用， 那么就会堵在围墙里翻不出来。所以说，微量元素的具体应用，真的很敏捷很多变，需要细心缜密但又大胆的推敲。参考文献：1、云南思茅盆地江城上白垩统勐野井组稀土微量元素特征及地质意义，石海岩、马海洲等，地球化学，2023 年第 4 期 7 月；2、广西三叉冲钨矿有关岩体岩石成因：锆石 U-Pb 年月学、元素地球化学及 Nd同位素制约，王炯辉、王志强等，地球化学，2023 年第 6 期 11 月；3、咸化湖盆白云岩碳氧同位素特征及古环境意义 _以柴西地区始统下干柴沟组为例，袁剑英、黄成刚等，地球化学，2023 年第 3 期 5 月；4、青海省都兰县双庆铁矿床金属硫化物地球化学特征及其指示意义，何朝鑫、陈翠华等，地球化学，2023 年第 4 期 7 月；5、贵州碳酸盐岩风化壳主元素、微量元素及稀土元素的地球化学特征，张莉、季宏兵等，地球化学，2023 年第 4 期 7 月。