高级岩石学-4沉积地球化学

CaCO3(Cc)=Ca2++CO32
白云石溶解沉淀反应
CaMg(CO3)2=Ca2+ + Mg2+ + 2CO32-
溶解－沉 淀反应相 关系：
DG = 生成物自由能- 反应物自由能 = DG 0 + RT ln K
ΔG
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>0 反应向反方向进行—有利于矿物沉淀 =0 反应达到平衡—矿物不沉淀也不溶解 <0 反应向正方向进行—有利于矿物溶解 24
RT ln g An = (1 - X An ) 2WAn- Ab
2 RT ln g Ab = X An WAn- Ab
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学
1）长石的溶解作用
钠长石溶解沉淀的热力学相图不同压力2016/4/5
不同成分
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
[CO2]=[CO2]+[HCO3-]+[CO32-]
[CO2]0 代表初始浓度 [CO2] 反应后的浓度
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CaCO3-CO2-H2O体系
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学
2）方解石的溶解与沉淀作用
方解石溶解沉淀反应
K DG = RT ln( ) K eq ln K eq = -DG 0 K = aCa 2+ aCO 23
2、埋藏成岩环境的判别 1）地层流体性质的判别
大气淡水 的氢氧同 位素具有 很好的相 关性，且 随着纬度 的增高而 变轻。
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
2、埋藏成岩环境的判别 1）地层流体性质的判别
北美大陆随着 纬度增高，氢 氧同位素组成 变轻。
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
钾长石溶解 斜长石溶解
2Ab+2H++H2O=Kao+4Qtz+2Na+ An+2H++H2O=Kao+Ca++
长石
K+, Na+, Ca2+,H
地 下 水
高岭石
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石英
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学
1）长石的溶解作用
DG 0 + RT ln K = 0
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一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成分
1、微量元素地球化学特征
Li
AC UC LC UM 4.1 10 60
Sc
10
V
130 11.6 38 80
Cr
100 18.6 99 1600
Co
20 14.3 37.4 1600
Ni
68 52 79 1500
Cu
57 14 17 40
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三、应用地层记录中Nd同位素研究新生地壳的形成
通过对页岩Nd同位素特征的研究可以精确地描述出大陆壳 的增长过程,在每个时期它的增长速率以及在每个大陆上在不同 时期里幔源物质与再循环物质的比例大小等。
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沉积地球化学
一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成 分 二、应用沉积岩的微量元素、稀土元素和 Sr、Nd同位素恢复沉积物源区的构造背景 三、应用地层记录中Nd同位素研究新生地 壳的形成 四、地球演化突变期（地史重大转折期） 相对应层位中沉积岩的地球化学研究 五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研 究
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沉积地球化学
一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成 分 二、应用沉积岩的微量元素、稀土元素和 Sr、Nd同位素恢复沉积物源区的构造背景 三、应用地层记录中Nd同位素研究新生地 壳的形成 四、地球演化突变期（地史重大转折期） 相对应层位中沉积岩的地球化学研究 五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研 究
1、微量元素地球化学特征 Th/Sc、Th/U比：这两对元素比值在上 地壳中的平均比值为1和3.8，在地壳 中粘土岩中的平均比值为1.1和3.4。 这两组比值偏低，说明了富铁镁质物 源的存在。
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一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成分
2、稀土元素地球化学特征
对于正常沉积的后太古代 页岩通常具有非常一致的 稀土分布模式,这种分布模 式的典型特征是经球粒陨 石标准化后轻稀土的明显 富集,非常平坦的重稀土型 和一定的Eu亏损。Eu/Eu* 通常在0.60～0.70,平均为 0.65。
高级岩石学－沉积岩
沉积地球化学
主讲人：于炳松
地球科学与资源学院
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沉积地球化学
•
•
主要进展
实例分析
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沉积地球化学的主要进展
1、应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成分方面得到了迅速发 展(Taylor & McLenna,1985; Condia, 1993; Wedepohl, 1995); 2、应用沉积岩的微量元素、稀土元素和Sr、Nd同位素恢复沉 积物源区的构造背景，分析源区性质方面日趋成熟(Taylor & McLenna,1985; McLenna and Taylor, 1980, 1991;McLenna 等，1990；Bock 等，1994,1996,1998)； 3、应用地层记录中Nd同位素研究新生地壳的形成，并据此探 讨地壳演化和构造背景方面取得了长足进展(Simien 等, 1999; Anderson and Samson, 1995) 4、地球演化突变期（地史重大转折期）相对应的层位中沉积 岩地球化学的研究取得重大进展； 5、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究向着预测性方向发 展。
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沉积地球化学
一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成 分 二、应用沉积岩的微量元素、稀土元素和 Sr、Nd同位素恢复沉积物源区的构造背景 三、应用地层记录中Nd同位素研究新生地 壳的形成 四、地球演化突变期（地史重大转折期） 相对应层位中沉积岩的地球化学研究 五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研 究
溶液或其它类型的地下水，如NaCl型、Na2SO4型 等；B 初始溶液中同时含碳酸组分和Ca2+，但碳酸 总量与Ca2+的数量相等，如CaCO3型的地下水。 25
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学 2、埋藏成岩环境的地球化学判别
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
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一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成分
2、稀土元素地球化学特征
在特殊条件下沉积的粘土岩 和页岩,特别是在有深部幔 源物质加入时,这些粘土岩 和页岩的稀土元素分布模式 将会明显不同于正常沉积岩 石的稀土元素分布模式。其 最大的特点是经球粒陨石标 准化后的稀土元素分布曲线 上,负Eu异常减小甚至消失, Eu/Eu*增大,接近于1;重稀 土段明显变陡, Tb/Yb值明 显大于1。
Ta
3.5 0.75 0.26 0.1
W
AC UC LC UM 2 17 12.5 0.3
Tl
1 0.123 0.037 0.06
Pb
20 10.3 6.6 2.1
Th
11 11.6 38 0.75
U
3.2 18.6 99 0.13
某些元素在不同圈层中的 含量具有明显的差异。
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一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成分
1、埋藏成岩作用的物理化学
1）长石的溶解作用
钙长石溶解沉淀的热力学相图
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学
1）长石的溶解作用
钾长石溶解沉淀的热力学相图
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学
1）长石的溶解作用
次生孔隙 天然气储集空间
, , ,
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长石+流体
自生石英 （Kf,Ab）
再结晶，阻碍孔隙
原地堆集
自生高岭石
大多数被搬运走
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五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研究
1、埋藏成岩作用的物理化学
2）方解石的溶解与沉淀作用
地下水碳酸系统的平衡方程 CO2（aq）+H2O=H++HCO3HCO3-= H++ CO32H2O=H++OHCO2（aq-g）、 HCO3-、 CO32-；H2O、 H+、OH-、 Ca2+
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沉积地球化学主要进展
一、 应用沉积物的地球化学示踪大陆壳成 分 二、应用沉积岩的微量元素、稀土元素和 Sr、Nd同位素恢复沉积物源区的构造背景 三、应用地层记录中Nd同位素研究新生地 壳的形成 四、地球演化突变期（地史重大转折期） 相对应层位中沉积岩的地球化学研究 五、沉积岩埋藏成岩过程中的地球化学研 究
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二、恢复沉积物源区的构造背景
McLennan and Taylor等人将现代沉积岩源区划分为四种。 古老的上陆壳：大离子亲石元素高度富集，高的Th/Sc、Th/U 、La/Sm比，Eu的负异常，相对低的143Nd/144Nd比（εNd<-10 ）。 年轻的分异弧：地球化学特征类似于上陆壳，具有Eu的负异 常，但有较高的143Nd/144Nd比（εNd一般为正值）。 年轻的未分异弧：大离子亲石元素含量变化大， Th/Sc和 La/Sm比值变化大，特征的低Th/U比，低于3.0，没有Eu的负 异常，相对高的143Nd/144Nd比（εNd>+5）。 洋中脊玄武岩（MORB）：低大离子亲石元素，低的Th/Sc、 La/Sm比、低的Th/U比 ，高的143Nd/144Nd比（εNd>+5）。