7 硅酸盐熔融体系的地球化学,,讲课重点：① 地幔岩部分熔融模型与玄武岩浆、花岗岩浆的形成；② 岩浆结晶中主要元素的地化行为和微量元素的分配定量模型主要内容：7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆的形成7.1.1 地幔的部分熔融;7.1.2 地幔岩部分熔融模型和批次熔融、分馏熔融7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因7.2.1 地壳物质形成花岗岩的证据和地壳物质部分熔融实验7.2.2 花岗岩浆的形成及成因分类; 7.2.3 部分熔融与陆壳的演化7.3 硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用7.3.1 岩浆的成分; 7.3.2 硅酸盐熔体的聚合作用与结构模型7.3.3 岩浆中主要阳离子的结构作用7.4 微量元素在岩浆结晶中的定量模型--瑞利分馏定律7.4.1 微量元素在岩浆结晶中的定量模型--瑞利分馏定律公式7.4.2 微量元素Ba、Cu、Mn、Ca、Sc、Co、Cr、Ni在岩浆结晶时的行为,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成,,7.1.1 地幔物质的部分熔融 7.1.1.1 部分熔融定义 在地球深处某些热量聚集的部位,固相岩石由冷到热慢慢升温,易熔组分先熔,形成岩浆,难熔组分残留为固相,在很大范围内处于半熔状态,称为部分熔融。
7.1.1.2 与部分熔融有关的问题: (1)热量来源——地球的内能：包括放射同位素衰变能、地球分异的位能等等 (2)岩浆产生的地质条件—构造断裂：减压带，岩浆上升通道 (3)岩浆成分—易熔组分Si、Al、K、Na和H2O， 6500C开始熔融；难熔组分Mg、Fe、Ca、Ti、P，10000C 以上熔融 (4)母岩含水和CO2————含水降低熔融温度和岩浆粘度 (5)压力___干压;水压. (6)地球没有统一的”岩浆源”——每一股岩浆都有自己的特殊性 即因部分熔融程度、构造部位、压力、温度、母岩成分等不同.,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成,,7.1.1.3 地幔岩分异出玄武岩浆的证据: 美国夏威夷和苏联勘察加半岛进行环太平洋火山活动的地球物理测量,地震波计算出的地震源为 60— 70 KM处(固体岩石),岩浆源应深于地震源，超出莫霍面,来自60—90 KM的上地幔 (2)夏威夷火山熔点测温为1000—1500 0C，用地热增温率计算大于40KMdT/dH)=10C/33M : 20KM--- 6000C； 100KM---14000C；500KM---18000C； 地心---2000-50000C。
测得火山喷出的玄武岩浆来自地下60—90 KM 处.,7.1.1.3 (3)世界各地大量玄武岩中有二辉橄榄岩包体,后者为地幔岩成分 (4)基性岩、超基性岩分布于超壳大断裂带附近——上地幔物质上侵通道 (5)同位素证据: 玄武岩中δ34S=1.3‰ ; (87Sr/86Sr)=0.701—0.706. (6)玄武岩中微量元素:Nb ＞ Ta ; Zr ＞ Hf ;U ＞ Th ; Hree ＞Lree. (7)实验证明玄武岩浆产生于: T = 1000-1200;P = 30-80 Kb;H = 30-150 KM.,岩浆产生,7.1.1.3,7.1.1.3,俯冲带岩浆产生,7.1.1.4 林伍德模式: 地幔岩 = 3橄榄岩 +1玄武岩成分:橄榄石 70% ;辉石 20% ;长石 10% .7.1.1.5 地幔岩部分熔融举例：2MgSiO3(顽火辉石) ——Mg2SiO3 (残留相)+SiO2(熔体相)1557 0C 1910 0C 690 0C 残留相—— D > 1,相容元素,难熔组分.如:橄榄石、斜方辉石等; 熔体相___ D < 1,不相容元素,易熔组分.如:酸性岩浆中的石英钾长石组分;基性岩浆中的单斜辉石等 。
7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成,,7.1.2 地幔岩部分熔融模型和批次熔融、分馏熔融7.1.2.1 定义: (1)批次熔融（又称平衡熔融）——在整个部分熔融过程中，熔体与残留固相发生连续的再平衡,直到熔体的移出——自然界可能发生的情况批次熔融又分为 : 实比熔融:按原岩实际矿物的比例熔融.非实比熔融:不按原岩实际矿物的比例熔融. (2)分馏熔融——部分熔融产生的无限小量的熔体,连续地由残余固相中移去. (3)充分混合型——部分熔融产生的无限小量的熔体,连续地由残余固相中移去,并汇聚到一个岩浆房内,混合为平均成分7.1.2.2,,,,,,,,,,,橄榄石 斜方辉石 单斜 辉石,,,橄榄石 斜方辉石单斜辉石,熔体 橄榄石 斜方辉石 单斜辉石,,熔体,,,熔体,,,,橄榄石 斜方辉石 少量单斜 辉石,实比熔融.非实比熔融,橄榄石 斜方辉石单斜辉石,非实比熔融,橄榄石 斜方辉石单斜辉石,,实比熔融,7.1.2.3,矿物消失次序,,,OL,OL+OPX,OL+OPX+CPI,,7.1.2.3,,,矿物消失次序,,,,,,,,,,,,7.1.2,4,,,,,A1,A2,A3,A,B3,B2,B1,部分熔融和结晶时,钠长石-钙长石相图(环带结构),,,,,,,,,,,,T,7.1.2.5,钠长石钙长石相图,(有水参与时熔点降低),,,,,,,,,,7.1.2.6,钠长石-钙长石相图,,,,,,钠长石 钙长石,P2 (H2O) > P1 (H2O),P1 (H2O),T,P2 (H2O),有水参与时,水压越大熔点降低越多,7.1.2.7,,,夏威夷玄武岩的稀土模式,地幔部分熔融的三元相图,,7.1.2.9,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因,,7.2.1 地壳物质形成花岗岩的证据和地壳物质部分熔融实验 7.2.1.1 证据 (1) 野外观察: A. 花岗岩只在大陆有,大陆花岗岩不与玄武岩共生; B. 海相玄武岩不与花岗岩共生;目前仅在冰岛和格凌兰发现大基性岩岩基可分异少量的花岗闪长岩,但没有真正的花岗岩.C. 有的花岗岩有层理,个别有化石,与围岩呈渐变关系.D. 花岗岩以“岩基” 、 “岩珠”出现,没有“底”和岩浆上涌通道.E. 月球和其它行星只有玄武岩,没有花岗岩.F. 构造环境:玄武岩-----拉张环境,例如洋脊玄武岩,玄武岩占喷发 岩的 98 % ; 花岗岩----挤压环境,与造山带有关.(2)同位素证据: 玄武岩 87 Sr/86 Sr =0.702----0.706 花岗岩 87 Sr/86 Sr =0.705---1.003(3) 实验证明:粘土岩 、杂砂岩熔体可以形成花岗岩成分.,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因,,7.2.1.2 地壳物质的部分熔融实验实验 (1) : 温克勒和普拉坦 (1968):原料:德国荷皮因格姆矿床的制瓦粘土;成分:伊利石--60% ; 石英--24% ; 高岭土—5-10% ;蒙脱石—少量.实验:制瓦粘土在7150C 、 PH2O =2×108 Pa时开始熔化温度 715 0C 矿物 细晶岩 熔融程度 0 %725-730 0C 花岗岩780 0C 花岗闪长岩 50-55 %实验(2) :原料:德国西捷麦列尔河谷采石场的杂砂岩;成分: 斜长石--30 % ; 石英 –34 % ; 白云母 --20 % ; 绿泥石—12 %; 碳酸岩—1 %; 金属矿物--4 %.实验结果(见下表):,地壳物质部分熔融实验,,,,,熔体组分的百分含量,,,7.2.1.2,花岗闪长岩,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因,,7.2.2 花岗岩浆形成 7.2.2.1 成因分类1) 玄武岩浆分异出花岗岩(幔源):1928年,鲍文根据对玄武岩浆结晶过程的地质观测和实验研究,提出著名反应原理—暗色矿物和浅色矿物的反应系列,并据此推断花岗岩由玄武岩浆经结晶分异而形成的.实例:格陵兰的斯盖嘠和加拿大的MUSKOX巨大侵入体分异出少量花岗闪长岩.2) 地壳物质部分熔融:已经形成地壳的固体岩石部分熔融.3) 花岗岩化:是超变质混合岩化区域变质的交代变质成因.按花岗岩形成的构造部位 成因方式和特征矿物分类:例如: I 型、S型、M 型、A型;钛铁矿型和磁铁矿型等;,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因,,7.2.2 花岗岩浆形成 7.2.2.2 成因分类的元素特征①M型—大洋岛孤型斜长花岗岩为主（与岛弧火山岩共生） （87Sr/86Sr）≤0.704； （Al／K＋Na+２Ca）＜1.0 ； 斑岩型Cu.Au矿化②活动大陆板块边缘型—科迪勒拉I型 （87Sr/86Sr）＜0.706 ； （Al／K＋Na+２Ca）＜1.05； 与辉长岩共生的英云闪长岩或二长花岗岩，斑岩型Cu、Mo矿化（或与安山岩或英安岩共生） ③造山期后隆起型—加里东I型0.705 ＜（87Sr/86Sr）＜0.709；（Al／K＋Na+２Ca）≈1； 花岗闪长岩和花岗岩为主，矿化通常不强。
7.2.2.2 ④克拉通褶皱带和大陆碰撞型—S型 （ 87Sr/86Sr）> 0.708； （Al／K＋Na+２Ca）>1.05； 过铝质花岗岩组合，云英岩型和脉型W、Sn矿化 ⑤稳定褶皱带和克拉通穹隆和裂谷型－A型 （ 87Sr/86Sr） ≈0.703～0.712，变化范围大； （Al／K＋Na+２Ca）过碱性的，相对富F Nb-Fe矿 SnO2和萤石CaF2矿化,花岗岩分类特征(续),花岗岩分类特征,7.2.2.6,7 硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因,,7.2.3 部分熔融与陆壳的演化 7.2.3.1 地壳热流值,,7.2.3.2,陆壳形成模式,大陆增生模式,地壳(体积%),年龄(109年) 陆壳增长的三种模式,,7.2.3.3,7.2.3.4,壳幔混合,全球大陆增生,7.2.3.5,北美大陆增生,7.2.3.6,北美大陆增生,7.2.3.7,中国陆壳年龄,7.2.3.8,华南陆壳年龄,,7.2.3.9,华南陆壳年龄,7.2.3.10,陆壳演化,7.2.3.11,陆壳演化,7.2.3.12,陆壳元素演化,7.2.3.13,陆壳元素演化,7.2.3.14,陆壳 元素演化,7.2.3.16,华南元素演化,7.2.3.17,华南元素演化,7.2.3.18,华南 元素演化,7.2.3.19,地壳运动(海底扩张),,7.2.3.20,地壳运动(大陆飘移),,7.2.3.20,地壳运动(大陆飘移),7.2.3.21,地壳运动(岛链),7.2.3.22,地壳运动(海底扩张),,7.2.3.23,7 硅酸盐熔融体系的地球化学7.3 硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用 7.3.1 岩浆成分,,7.3.1.1 元素成分 1) 八种造岩元素:O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K占岩浆的90%以上。
2) 微量元素：1--0.1%的有:P、Ti、H、Mn、S、Ba、Sr、Rb、Cs、Li、Sc、Zr、W、Sn、Nb、Ce、La、V、Cr、Ni、Co、Cu、Zn、Pb……<0.1%的有:其余几十种元素. 3) 挥发分:H2O（1-3%）、CO2、Cl、HCl、HF、S、SO2、CH4、N2、 H2、H2S,7 硅酸盐熔融体系的地球化学7.3 硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用 7.3.1 岩浆成分,。