岩石地球化学主量处理
赵志丹岩石地球化学微量处理精品PPT课件
孙贤鉥 (1943-2005)
孙贤鉥博士(哥伦比亚大学, 1973)
孙贤鉥
(1943-2005)
(哥伦比亚大学, 1973)
国内设立了—孙贤鉥地球化学青年科学家奖
第一届，2006, 徐义刚； 第二届，2007, 王 强； 第三届，2008, 杨进辉； 第四届，2009, 赵子福; 第五届，2010, 袁洪林； 第六届，2011, 朱弟成；
Sun S-S & MacDonough WF , 1989
Sun S-S, McDonough WF. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. In: Saunders, A.D., Norry, M.J. (Eds.), Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society London. Special Publications, vol. 42, pp. 313–345.
Trace element concentrations normalized to chondrite (primitive mantle) of ……
主量元素地球化学
《高等地球化学》之主量元素地球化学张展适139********zhszhang@主要内容¾地球化学数据的获得¾岩石主量元素（Major elements）¾CIPW标准矿物计算¾主量元素化学成分的利用Î分类：岩石的分类命名、岩石系列的划分、不同花岗岩类的主量元素Î追踪成岩过程Î岩石形成构造背景的判别地球化学数据的获得¾常量元素：Î湿化学分析法（Wet Chemistry）ÎX射线荧光光谱（XRF）Î电子探针（EMPA）¾微量元素：ÎX射线荧光光谱(XRF): 主量元素和Rb, Sr, Ba, Zr, Nb, Y, Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga, Zn, (La, Ce, Nd, Sm)Î中子活化分析(INAA): Sc, Cr, Co, Ni, REE, noble metal, Hf, TaÎ等离子光谱(ICP-AES): 大多数主量元素和微量元素, (Hf, Ta, Pb, Th, U)Î等离子光谱质谱(ICP-MS): 绝大多数微量元素Î离子探针(IMPA): 大部分微量元素送样前的准备¾送样分析的目的要明确，为什么要做这些分析？¾分析方法选择，了解不同方法的适用范围，分析精度；¾样品的选择，新鲜，均匀，有代表性；¾样品的处理，避免污染；¾样品重量，碎样重量和送样重量，与样品的结构，分析的元素和方法相关；¾样品的系统和统一，主量元素、微量元素、矿物探针分析、同位素等应配套岩石主量元素（Major elements）¾主量元素是指在任何岩石中都占绝对多量的元素，实际上是地壳以及岩石圈地幔中丰度最高的那些元素，通常包括Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P这9个元素（的氧化物形式），有时还包括H（H2O）和C（CO2）。
赵志丹岩石地球化学6-同位素定年
A. 确定地质体的年龄 ——称为同位素地质年代学 Isotopic geochronology
B. 探讨岩石成因 ——称为同位素地质学/地球化学 Isotope geology / Isotope geochemistry
同位素地球化学及其研究思路
同位素地球化学——
同位素地球化学是研究地球及其他星 体中核素的形成、丰度及在自然作用 中分馏和衰变规律的科学。
N= N0e-λt， N与t为指数函数。
N或D*的原子数
1 20 No
1 00
80
D*= No(1 -e- t)
60
40
20
Do= 0
0
0
1
N= Noe- t
2
3
时间/ 以半衰期为单位
设衰变产物子体的原子数为
D*，当t=0时，D*=0，经时
间t的衰变反应，则：
D*=N0-N 将上式分别代入N=N0e-λt ，得
P.J.Patchett等 ， 1981 Godw in， 1962
Rb-Sr法
Rb－Sr体系
Rb衰变
3877Rb3887Sr E
衰变常数值1.42×10-11y-1 (Steiger和Jager,1977)，
属于β—衰变：
原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子（即β—质点），β—质点 被射出核外，同时放出中微子ν。如果以X代表母核，Y代表子核，β衰 变的反应通式为： AZX→AZ+1Y+β—+ν+E (Z：原子序数；A：原子量；ν：中微子；E：能量) 衰变后核内减少一个中子，增加1个质子，新核的质量数不变，核电荷 数加1，变为周期表右侧的相邻元素。如：上述的8737Rb→8738Sr 衰变前后原子核的总质量不变，因此8737Rb与8738Sr又被称为同量异位 素
主量元素地球化学
《高等地球化学》之主量元素地球化学张展适139********zhszhang@主要内容¾地球化学数据的获得¾岩石主量元素（Major elements）¾CIPW标准矿物计算¾主量元素化学成分的利用Î分类：岩石的分类命名、岩石系列的划分、不同花岗岩类的主量元素Î追踪成岩过程Î岩石形成构造背景的判别地球化学数据的获得¾常量元素：Î湿化学分析法（Wet Chemistry）ÎX射线荧光光谱（XRF）Î电子探针（EMPA）¾微量元素：ÎX射线荧光光谱(XRF): 主量元素和Rb, Sr, Ba, Zr, Nb, Y, Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga, Zn, (La, Ce, Nd, Sm)Î中子活化分析(INAA): Sc, Cr, Co, Ni, REE, noble metal, Hf, TaÎ等离子光谱(ICP-AES): 大多数主量元素和微量元素, (Hf, Ta, Pb, Th, U)Î等离子光谱质谱(ICP-MS): 绝大多数微量元素Î离子探针(IMPA): 大部分微量元素送样前的准备¾送样分析的目的要明确，为什么要做这些分析？¾分析方法选择，了解不同方法的适用范围，分析精度；¾样品的选择，新鲜，均匀，有代表性；¾样品的处理，避免污染；¾样品重量，碎样重量和送样重量，与样品的结构，分析的元素和方法相关；¾样品的系统和统一，主量元素、微量元素、矿物探针分析、同位素等应配套岩石主量元素（Major elements）¾主量元素是指在任何岩石中都占绝对多量的元素，实际上是地壳以及岩石圈地幔中丰度最高的那些元素，通常包括Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P这9个元素（的氧化物形式），有时还包括H（H2O）和C（CO2）。
《高等地球化学》之主量元素地球化学
《高等地球化学》之主量元素地球化学一、地球化学数据的获得1、常量元素：湿化学分析法（Wet Chemistry）X射线荧光光谱（XRF）电子探针（EMPA）2、微量元素：X射线荧光光谱(XRF)：主量元素和Rb，Sr，Ba，Zr，Nb，Y，Sc，V，Cr，Co，Ni，Ga，Zn，(La，Ce，Nd，Sm) 中子活化分析(INAA)：Sc，Cr，Co，Ni，REE，noblemetal，Hf，Ta等离子光谱(ICP-AES)：大多数主量元素和微量元素，(Hf，Ta，Pb，Th，U) 等离子光谱质谱(ICP-MS)：绝大多数微量元素离子探针(IMPA)：大部分微量元素3、送样前的准备：（1）送样分析的目的要明确，为什么要做这些分析？（2）分析方法选择，了解不同方法的适用范围，分析精度；（3）样品的选择，新鲜，均匀，有代表性；（4）样品的处理，避免污染；（5）样品重量，碎样和送样重量，与样品的结构，分析的元素和方法相关；（6）样品的系统和统一，主量、微量元素、矿物探针分析、同位素等应配套；二、岩石主量元素（Major elements）1、主量元素是指在任何岩石中都占绝对多量的元素，实际上是地壳以及岩石圈地幔中丰度最高的那些元素，通常包括Si，Ti，Al，Fe，Mn，Mg，Ca，Na，K，P这9个元素（的氧化物形式），有时还包括H（H2O）和C（CO2）。
上述9个元素一般以氧化物形式表示。
对绝大多数岩石来说（不包括矿石和矿化岩石）这些元素氧化物的总和大约是100%（wt%）。
因此，对不含挥发份的岩石，岩石样品主量元素氧化物的总和可以作为判别此分析结果和方法可靠性的指标。
一般要求误差不大于1%；2、Fe有三价和二价之分，分别以Fe2O3，FeO表示。
常用的化学分析法（或称湿分析）可以区分Fe3+和Fe2+，但XRF方法无法分辨Fe3+和Fe2+，这时常以Fe2O3(total)，Fe2O3t或FeO(total)，FeOt表示；3、如果岩石中含有较多的含水矿物，如黑云母，角闪石或白云母，特别是蚀变强烈的岩石（含大量粘土矿物和碳酸盐矿物），则岩石的总量将会低于99%，这时往往用烧失量(LOI)或直接分析H2O+、H2Oˉ、F和CO2的含量来补充。
地球化学考点整理
一、主量元素：把研究体系（矿物、岩石）中元素含量大于1%的元素称为主量元素。
微量元素：研究体系中浓度低到可以近似地服从稀溶液定律的元素称为微量元素。
二、放射性同位素：原子核不稳定，它们以一定方式自发地衰变成其他核素的同位素。
放射性成因同位素：由放射性元素衰变而形成的同位素。
三、能斯特分配系数：在一定的温度、压力条件下，当两个共存地质相A、B平衡时，以相同形式均匀赋存于其中的微量组分i在两相中的浓度比值为一常数，该常数称为能斯特分配系数。
四、元素的地球化学亲和性：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出来的有选择地与某种阴离子结合的特性，称为元素的地球化学亲和性。
五、高场强元素：离子半径小，离子电荷高，离子电位>3，难溶于水，化学性质稳定，为非活动性元素。
如：Th、Nb、Ta、Zr。
大离子亲石元素：离子半径大，离子电荷低，离子电位<3，易溶于水，化学性质活泼，地球化学活动性强。
如：Rb，K，Cs，Ba。
六、亲铁元素：在自然体系中，特别是在O、S丰度低的情况下，一些金属元素不能形成阳离子，只能以自然金属形式存在，它们常常与金属铁共生，以金属键性相互结合，这些元素具有亲铁性，属于亲铁元素。
七、放射性同位素的衰变方式：（1）β-衰变：原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子，β-质点被射出核外，同时放出中微子v。
（2）电子捕获：原子核自发地从K或L层电子轨道上吸取一个电子（多数为K层，故又称K层捕获），与一个质子结合变成一个中子。
（3）α衰变：重核通过放射出由两个质子和两个中子组成的α质点而转变成稳定核。
（4）重核裂变：重同位素自发地分裂成2或3个原子量大致相同的碎片。
八、盐效应：当溶液中存在易溶盐类（强电解质）时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称盐效应。
电负性：电负性等于电离能（I）与电子亲和性（E）之和X=I+E，可用于度量中性原子得失电子的难易程度。
岩石地球化学
Nd同位素地球化学 ——特征和意义
Nd同位素地球化学——特征和意义
① Sm、Nd这对母子体具有相似的地球化学性质，除岩浆作用 过程Sm/Nd比值能发生一定变化外，一般地质作用很难使Sm、 Nd分离，特别是在地质体形成之后的风化、蚀变与变质作用 过程，Sm、Nd同位素通常不会发生变化；
②一些太古代样品的143Nd /144Nd的初 始比值均落在Sm/Nd比值相当于球粒陨 石的143Nd /144Nd演化线上，这表明地 球早期演化阶段的Nd同位素初始比值与 球粒陨石Nd同位素初始比值非常一致， 这使我们获得了有关Nd同位素演化起点 的重要参数；
例2：各个大洋的MORB
(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度 洋MORB明显区别于大西洋和东太 平洋（Faure，2001，fig.2.63）。
Sr同位素识别岩石源区
From Faure, 1986,fig.10.63
除了用于研究成岩和成矿物质来 源外，(87Sr/86Sr)0还可用来划分岩石 的成因类型。如花岗岩分类，
如何获得？近似于球粒陨石CHUR
地壳分异——大约3.0 Ga 分异出大陆地壳， 之后开始出现亏损地幔演化线
O.50677
Nd同位素初始比值计算
Nd同位素初始比值（143Nd /144Nd）0是Nd同位素的地球化学 示踪的重要基础，该比值可以通过等时线法获得；
对 于 一 个 已 知 年 龄 的 样 品 ， 也 可 以 通 过 实 测 该 样 品 的 143Nd /144Nd和147Sm /144Nd比值，代入下边第2式获得。
Sr同位素演化——何获得？
（1）地球形成时的岩石样品难以获得。 （2）由于地球和陨石是在大致相同的时间由太 阳星云的凝聚相通过重力凝聚作用形成的，因 此陨石可以代表地球的(87Sr/86Sr)0比值。 （3）目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0 比值为0.69897±0.00003 (Faure,1977)，代 表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
地球化学-微量处理
型。
B 标准化数值——原始地幔、球粒陨石，或者MORB C 作图的意图——比较样品与标准化数据之间的偏离程 度
（1）多元素标准化图解
D 称呼：
中文表达方式———— 原始地幔(球粒陨石)标准化多元素图解, 微量元素含量蜘蛛图 英语表达方式———— Normalized multi-element diagrams /incompatible element diagrams / spider diagrams Primitive mantle-normalized incompatible trace element variation diagrams … Trace element concentrations normalized to chondrite of …… Spider diagram of ……
岩石地球化学数据的处理与解释
实用版
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释
第二节、微量元素数据处理与解释
第三节、同位素数据处理与解释
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第二节、微量元素数据处理与解释
一、控制微量元素行为的地球化学规律 二、稀土元素处理和解释
三、微量元素处理和解释
元素 原始地幔
P 95
Sm 0.444
Zr 11.2
Hf
Eu
Ti 1300
Gd
Tb
Dy
Ho
Y 4.55
Er 0.48
Tm
Yb
0.309 0.168
0.596 0.108 0.737 0.164
0.074 0.493
多元素蜘蛛图的原始文献 和标准化数据 (Spider diagram)
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Total
98.75 99.06
99.3 99.50 99.23
教学ppt
(引自Winter, 2001)
6
一、岩石化学的主要指标
1. SiO2与岩石分类
Sample SiO 2 TiO 2 Al2O 3 Fe2O 3 FeO MnO MgO CaO N a2O K2O P2O 5 LO I TO TAL DS-1 4 1 .5 9 4 .4 0 9 .7 8 1 2 .9 0 5 .0 8 0 .1 7 9 .2 6 1 2 .4 9 2 .9 9 3 .1 4 0 .9 8 2 .0 1 9 9 .7 1
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3
推荐新出版参考书(研究生教材)
邓晋福，罗照华，苏尚国，等. 岩石成因、构 造环境与成矿作用。地质出版社，2004
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4
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释
一、岩石化学的主要指标 二、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分 三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分 四、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程 五、主量元素应用于实验岩石学
碱性 中性岩 53-66 <5%
酸性岩 >66 >20%
斜长石为 斜长石为 钾长石为 钾长石>
主
主
主
斜长石
主要为辉
石，可有
黑云母为
角闪石， 角闪石为主，次为黑 主，次为
黑云母， 云母，辉石，15-40% 角闪石，
橄榄石，
10-15 %
<90%
辉长岩 闪长岩 正长岩 花岗岩
辉绿岩 闪长玢岩 正长斑岩 花岗斑岩
橄榄岩
玄武岩
花岗闪长岩
花岗岩
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9
SiO2饱和度与矿物共生组合的关系
(1) SiO2过饱和——SiO2很多（过多），除形成硅 酸盐矿物外，还有剩余—石英， Q就是过饱和矿 物，含有Q的岩石，就是SiO2过饱和岩石。
(2) SiO2不饱和： SiO2不足，出现镁橄榄石，似长 石类（霞石、白榴石等）矿物，不含Q。
安山岩 57.94
0.87 17.02
3.27 4.04 0.14 3.33 6.79 3.48 1.62 0.83
流纹岩 72.82
0.28 13.27
1.48 1.11 0.06 0.39 1.14 3.55 4.30 1.10
响岩 56.19
0.62 19.04
2.79 2.03 0.17 1.07 2.72 7.79 5.24 1.57
SiO2在主要元素中含量最高，变化范围:34-80 %，
意义:
1. 对岩浆及岩浆岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大，因 此是火成岩中最重要的一种氧化物。
2. 用SiO2含量是岩浆岩4大类划分的依据
3. 酸性程度就是指SiO2含量高低
4. SiO2饱和度决定矿物组合教学ppt
7
SiO2用于岩浆岩的4大类划分
玄武岩教学pp安t 山岩 粗面岩 流纹岩
碱性 碱性岩 53-66
无 钾长石为 主，含似
长石
碱性辉石 和碱性角
闪石， <40%
霞石正长 岩
霞石正长 斑岩
响岩 8
酸性 增强
SiO2 (wt.%) <45 45-53 53-66 >66
岩石大类 超基性 基性 中性 酸性
典型岩石 橄榄岩-科马提岩 辉长岩-玄武岩 闪长岩-安山岩 花岗岩-流纹岩
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2
关于岩石化学/显微结构英文参考书 （可供）
(1) MacKenzie W. S. and Adams A. E. A color atlas of rocks and minerals in thin section. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1993, 192p (2) MacKenzie W. S., Donaldson C. H., and Guilford C. Atlas of igneous rocks and their textures. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1982 (3) Best M. G. Igneous and metamorphic petrology. 2nd edition. Blackwell Science Ltd, 2003 (有扫描件) (4) Le Maitre (ed), Igneous Rocks: A classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【书号360/L46/2】
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第三节、同位素数据处理与解释
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1
推荐软件和参考书
1. 计算CIPW的软件，Norm3 2. A TEXTURAL ATLAS OF MINERALS IN THIN
SECTION, 软件, 编写者为Daniel J. Schulze, University of Toronto. 3. Ragland P. C. Basic analytical Petrology. Oxford University Press, New York, 1989. 【书号： 350 R12】 4. Wilson M. Igneous Petrogenesis. Kluwer Academic Publishers,London. 2001
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5
代表性岩浆岩的化学成分
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO
MnO
MgO
CaO
Na2O K2O H2O+
橄榄岩 42.26
0.63 4.23 3.61 6.58 0.41 31.24 5.05 0.49 0.34 3.91
玄武岩 49.20
1.84 15.74
3.79 7.13 0.20 6.73 9.47 2.91 1.10 0.95
岩浆岩分类表
岩石系列 岩石类型 Si O2含 量 (%) 石英含量
长石种类和含量
超基性岩 <45 无
一般无长 石
橄榄石， 暗色矿物种类和含量 辉石，
>90%
深成岩 浅成岩 喷出岩
中粗粒/似 橄榄岩 斑状结构 辉岩 细粒/斑状 苦橄玢岩
结构 金伯利岩 班状/玻璃 苦橄岩 质/隐晶质 科马提岩
钙 基性岩 45-53 无或很少