《5岩石地球化学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5岩石地球化学（163页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1、是地球化学的一个分支、是地球化学的一个分支2、是以地球和地外天体中广泛存在的、是以地球和地外天体中广泛存在的岩石岩石作为研究对象，作为研究对象，3、以地球化学中元素和同位素的基本理论为依据、以地球化学中元素和同位素的基本理论为依据4、以现代分析测试技术为依托，、以现代分析测试技术为依托，5、揭示岩石在岩浆、沉积、变质、成矿等作用过程中的地、揭示岩石在岩浆、沉积、变质、成矿等作用过程中的地球化学性质、成因、演化及其反映的地球动力学过程。球化学性质、成因、演化及其反映的地球动力学过程。岩岩 石石 地地 球球 化化 学学参考材料参考材料1.1.英文版原著：英文版原著：RollisonRollis
2、on, HR. 1993. Geochemical , HR. 1993. Geochemical data: evaluation, presentation and data: evaluation, presentation and interpretation.interpretation.中文翻译版：中文翻译版：杨学明等，岩石地球化学，合肥：中杨学明等，岩石地球化学，合肥：中国科学技术大学出版社，国科学技术大学出版社，200020002 2、Wilson M. Igneous Wilson M. Igneous PetrogenesisPetrogenesis. . KluwerKl
3、uwer Academic Academic Publishers,LondonPublishers,London. 2001. 20013 3、邓晋福，罗照华，苏尚国，等、邓晋福，罗照华，苏尚国，等. . 岩石成因、构造环岩石成因、构造环境与成矿作用。地质出版社，境与成矿作用。地质出版社，20042004岩石地球化学的研究方法岩石地球化学的研究方法野外室内野外室内与地球化学研究方法一致，强调野外工作为基础、室内与地球化学研究方法一致，强调野外工作为基础、室内工作是关键工作是关键包括：包括：观察和记录观察和记录GPSGPS定点，定点，地质产状，结构，构造，地质产状，结构，构造，分布分布常用的手
4、段和方法常用的手段和方法记录，素描，照相，录像，记录，素描，照相，录像，野外制图，露头观察描野外制图，露头观察描述，采集样品述，采集样品一、野外研究一、野外研究是基础，获取可靠的第一手材料，是基础，获取可靠的第一手材料，获得样品获得样品（1 1）研究基础：）研究基础： A 岩相学鉴定（了解岩石的显微结构） B 矿物成分 （X光，EPMA），包裹体成分 二、室内研究二、室内研究- -是获取先进研究成果的关键是获取先进研究成果的关键（2 2）研究内容：）研究内容： C 岩石地球化学：岩石的物质成分（元素，同位素） D 同位素年代学 （3 3）研究成果及应）研究成果及应用：用： E 模拟（数值模拟和
5、实验模拟） F岩石的成因与大陆动力学过程研究1 1、室内研究基础及内容、室内研究基础及内容2 2、室内研究工作步骤、室内研究工作步骤A A 切取岩石，磨制薄片切取岩石，磨制薄片/ /探针片探针片/ /包裹体片包裹体片C C 测试分析测试分析B B 粉碎岩石样品粉碎岩石样品根据研究内容根据研究内容粉碎至不同粒度粉碎至不同粒度D D 数据分析、解释数据分析、解释E E 高温高压实验高温高压实验A A 切取岩石，磨制薄片切取岩石，磨制薄片/ /探针片探针片/ /包裹体片包裹体片岩相学岩相学B B 粉碎岩石至一定粒度粉碎岩石至一定粒度- -根据研究内容不同，粉碎至根据研究内容不同，粉碎至不同粒度大小不
6、同粒度大小中国中国常用常用筛网筛网目数目数与粒与粒径关径关系系美国常用筛网目数与粒径关系美国常用筛网目数与粒径关系C C 测试分析：根据研究目的选择不同的测试方法和测试分析：根据研究目的选择不同的测试方法和实验室进行测试实验室进行测试如：如：矿物成分矿物成分 （X X光，光，EPMAEPMA）包裹体特征包裹体特征岩石元素及同位素岩石元素及同位素同位素测年同位素测年放射性放射性同位素同位素Sm-Nd, Rb-Sr，Pb，Re-Os, Ru-Hf 稳定同位素稳定同位素C, H, O，S，气体同位素气体同位素 He, Ne，Ar此为进行此为进行放放射性射性同位素同位素测定的测定的VG54质谱仪质谱仪
7、同位素方法同位素方法可以示踪和测年可以示踪和测年D D 数据分析、解释数据分析、解释岩石类型、岩浆来源岩石类型、岩浆来源FAMCalc-alkaline Tholeiitic岩浆演化趋势，岩石系列划分岩浆演化趋势，岩石系列划分岩石类型划分岩石类型划分岩浆结晶分离趋势岩浆结晶分离趋势E高温高压技术模高温高压技术模拟地球内部的温度压拟地球内部的温度压力条件力条件此为日本筑波材料科学此为日本筑波材料科学研究所研究所3 3万吨高压仪器万吨高压仪器实验岩石学和实验岩石学和实验地球化学实验地球化学岩石地球化学常用元素的分类岩石地球化学常用元素的分类（按照含量和放射性特征）（按照含量和放射性特征） 主量元素
8、（主量元素（ major elements） 岩石中占绝对多含量的，岩石中占绝对多含量的，0.1%微量元素微量元素 （痕量元素，（痕量元素，trace elements)岩石中含量岩石中含量1000 C，才逸出，才逸出吸附水吸附水矿物裂隙和缺陷中水，不进入晶格，不写入矿物矿物裂隙和缺陷中水，不进入晶格，不写入矿物的化学式，的化学式，T100 C，可以逸出。，可以逸出。进行主量元素分析时，用进行主量元素分析时，用XRF方法，先烘干样品，之后进方法，先烘干样品，之后进行灼烧，到行灼烧，到T1000 C，再称重。，再称重。胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。矿物中
9、水的赋存状态矿物中水的赋存状态一、主量元素一、主量元素3. 烧失量与烧增量烧失量与烧增量岩石样品岩石样品 (称重称重m1)灼烧到灼烧到1100 C (再称重再称重m2)出现出现2种情况：种情况：m2m1烧增量，烧增量，FeO Fe2O3烧失量烧失量LOIloss on ignition化学方法化学方法可以给出可以给出H2O，CO2XRF方法方法统一用统一用LOI表示，不再仔细区分表示，不再仔细区分4 FeO +O2 = 2 Fe2O3一、主量元素一、主量元素4. 岩浆岩的主量元素变化，岩浆岩的主量元素变化，矿物与主量元素的对应关系矿物与主量元素的对应关系各类岩浆岩中主要造岩矿物种类的变化规律各
10、类岩浆岩中主要造岩矿物种类的变化规律 岩石地球化学研究中元素的分类岩石地球化学研究中元素的分类（按照含量和放射性特征）（按照含量和放射性特征）1. 主量元素（常量元素、主要元素主量元素（常量元素、主要元素, major elements）2. 岩石中占绝对多含量的，岩石中占绝对多含量的，0.1%2. 微量元素微量元素 （痕量元素，（痕量元素，trace elements)岩石中含量岩石中含量1, 优先进入矿物相，或残留相优先进入矿物相，或残留相例如：例如：Ni, Co, V, Cr 不相容元素：不相容元素：D1，优先进入熔体相，优先进入熔体相，D0.1%2. 微量元素微量元素 （痕量元素，（痕
11、量元素，trace elements)岩石中含量岩石中含量0.1%的，的，用用ppm ( g/g, 106), ppb (ng/g, 109)表示，表示，3. 放射性同位素放射性同位素 (radiogenic isotopes)4.稳定同位素（稳定同位素（stable isotopes）5.(凡是原子可以稳定存在时间大于凡是原子可以稳定存在时间大于1017年的就称为稳定同年的就称为稳定同位素，反之就是放射性同位素位素，反之就是放射性同位素)A. A. 原子（原子（atomatom）原子核核外电子原子核核外电子例如：例如：FeFe原子、原子、O O原子等原子等B. B. 核素核素(Nuclide
12、)(Nuclide)是由一定数量的质子（是由一定数量的质子（Z, Proton, Z, Proton, atomic numberatomic number）和中子（和中子（N, NeutronN, Neutron）构成的构成的原子核原子核。例如核素例如核素1616O O就是具有就是具有8 8个质子个质子8 8个中子，即个中子，即1616个核子的氧原子核。个核子的氧原子核。 C. C. 核素具有质量、电荷、能量、放射性、丰度五种主要性质。核素具有质量、电荷、能量、放射性、丰度五种主要性质。丰度举例：见下页丰度举例：见下页D. D. 元素元素(element)(element)具有相同质子数的核
13、素称为元素，就是具有相同质子数的核素称为元素，就是元素周期表中列出的元素。元素周期表中列出的元素。关于同位素的基本知识（关于同位素的基本知识（1）同位素同位素丰度举例丰度举例E. E. 同位素同位素 (isotope)(isotope)是具有相同质子数和不同中子数的一组核素。是具有相同质子数和不同中子数的一组核素。由于核素具有相同的质子数，它们属于同一元素，具有相同的核外电由于核素具有相同的质子数，它们属于同一元素，具有相同的核外电子排布结构和非常相似的化学性质，但由于中子数不同因而质量数不子排布结构和非常相似的化学性质，但由于中子数不同因而质量数不同。同。F. F. 同一元素的不同核素在周期
14、表上占据相同的位置，这也就是同位素命同一元素的不同核素在周期表上占据相同的位置，这也就是同位素命名的基础。名的基础。G. G. 同位素标记同位素标记 （上标的）质量数元素符号。（上标的）质量数元素符号。 例如：一个元素常有多个同位素组成，如氧有三种稳定同位素，它们例如：一个元素常有多个同位素组成，如氧有三种稳定同位素，它们的中子数（的中子数（N N）分别为分别为8 8、9 9、1010，因而原子的质量数（，因而原子的质量数（A A）分别为分别为1616、1717、1818，各同位素标记为，各同位素标记为1616O O、1717O O、1818O O，其它同位素均采用这种表示其它同位素均采用这种
15、表示方法。方法。关于同位素的基本知识（关于同位素的基本知识（2）H. 自然界的同位素按其原子核的稳定性可以分为放射性同位素自然界的同位素按其原子核的稳定性可以分为放射性同位素和稳定同位素两大类。和稳定同位素两大类。I. 放射性同位素放射性同位素原子核是不稳定的，它们以一定方式自发原子核是不稳定的，它们以一定方式自发地衰变成其它核素的同位素。例如：地衰变成其它核素的同位素。例如：87Rb 87Sr + a beta particle (衰变常数衰变常数l = 1.42 x 10-11 a-1)147Sm143Nd+E J. 稳定同位素的原子核是稳定的，或者其原子核的变化不能被稳定同位素的原子核是
16、稳定的，或者其原子核的变化不能被觉察。觉察。K. 目前认为，凡原子能稳定存在的时间大于目前认为，凡原子能稳定存在的时间大于1017年的就称为稳年的就称为稳定同位素，反之则称放射性同位素。定同位素，反之则称放射性同位素。关于同位素的基本知识（关于同位素的基本知识（3）L. L. 严格说来，自然界中可能不存在完全稳定的同位素。严格说来，自然界中可能不存在完全稳定的同位素。M. M. 目前已发现的目前已发现的天然同位素约有天然同位素约有340340种种，其中放射性同位素，其中放射性同位素有有6767种（人工合成的放射性同位素已达种（人工合成的放射性同位素已达12001200多种），稳定多种），稳定同
17、位素同位素274274种（其中一部分具有弱放射性）。种（其中一部分具有弱放射性）。N. N. 这两类同位素在原子序数和质量数上具有明显的区别：凡这两类同位素在原子序数和质量数上具有明显的区别：凡是原子序数大于是原子序数大于8383，质量数大于，质量数大于209209的同位素都是放射性的同位素都是放射性同位素；在原子序数小于同位素；在原子序数小于8383、质量数小于、质量数小于209209的同位素中，的同位素中，除除1414C C、4040K K、8787RbRb具放射性外，其余都是稳定同位素。具放射性外，其余都是稳定同位素。关于同位素的基本知识（关于同位素的基本知识（4）3. 放射性同位素放射
18、性同位素 (radiogenic isotopes)常用同位素衰变体系常用同位素衰变体系轻稳定同位素轻稳定同位素C C、H H、O O、S S， 原子量小，同一元素的各同位素间的相对质量差异较大；原子量小，同一元素的各同位素间的相对质量差异较大； 同位素组成变化的主要原因是同位素分馏作用所造成的，同位素组成变化的主要原因是同位素分馏作用所造成的，其反应是可逆的。其反应是可逆的。与环境条件有关，可以指示温度等。与环境条件有关，可以指示温度等。4. 稳定同位素（稳定同位素（stable isotopes）轻稳定同位素轻稳定同位素C、H、O、S，重稳定同位素重稳定同位素206Pb、207Pb、208
19、Pb、87Sr、143Nd重稳定同位素重稳定同位素206206PbPb、207207PbPb、208208PbPb、8787SrSr、143143NdNd 原子量大，同一元素各同位素间的相对质量差异小（原子量大，同一元素各同位素间的相对质量差异小（0.70.71.2%1.2%），环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定），环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变；同位素组成改变； 同位素组成的变化主要是由放射性同位素衰变造成的。这同位素组成的变化主要是由放射性同位素衰变造成的。这种变化在地球历史的演变中是单方向进行的、不可逆的种变化在地球历史的演变中是单方向进行的、不可逆的。
20、例如，放射成因稳定同位素例如，放射成因稳定同位素206206PbPb、207207PbPb、208208PbPb、8787SrSr、143143NdNd分别由分别由238238U U、235235U U、232232ThTh、8787RbRb、147147SmSm经衰变形成，因而地质体中铅、锶、铷的同位素经衰变形成，因而地质体中铅、锶、铷的同位素组成常受地质体年龄的大小及其中放射性母体同位素丰度的制约。组成常受地质体年龄的大小及其中放射性母体同位素丰度的制约。这这种组成变化常常用来研究地球、地质体的演化和成岩成矿作用等，是一个种组成变化常常用来研究地球、地质体的演化和成岩成矿作用等，是一个极为
21、重要的地球化学参数和示踪剂。极为重要的地球化学参数和示踪剂。 4. 稳定同位素（稳定同位素（stable isotopes）一、主量元素数据处理与解释一、主量元素数据处理与解释1、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分2、 CIPW计算后用于岩石分类和系列划分计算后用于岩石分类和系列划分3、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程4、主量元素应用于实验岩石学、主量元素应用于实验岩石学 代表性岩浆岩的化学成分代表性岩浆岩的化学成分 橄榄岩橄榄岩玄武岩玄武岩 安山岩安山岩 流纹岩流纹岩 响岩响岩SiO242.2649
22、.2057.9472.8256.19TiO20.631.840.870.280.62Al2O34.2315.7417.0213.2719.04Fe2O33.613.793.271.482.79FeO6.587.134.041.112.03MnO0.410.200.140.060.17MgO31.246.733.330.391.07CaO5.059.476.791.142.72Na2O0.492.913.483.557.79K2O0.341.101.624.305.24H2O+3.910.950.831.101.57Total98.7599.0699.399.5099.23(引自引自Winter
23、, 2001)岩浆岩分类表岩浆岩分类表SiO2用于岩浆岩的用于岩浆岩的4大类划分大类划分SiO2 (wt.%)岩石大类岩石大类典型岩石典型岩石66酸性酸性花花岗岗岩岩-流流纹纹岩岩酸性酸性增强增强玄武岩玄武岩花岗闪长岩花岗闪长岩花岗岩花岗岩橄榄岩橄榄岩1. 火山岩的火山岩的TAS图解图解(Total Alkalis-Silica diagram)（引自（引自La Maitre等，等，1989）火山岩的火山岩的TASTAS图解图解是是国际地科联（国际地科联（IUGS）岩浆岩分类学分会推岩浆岩分类学分会推荐的火山岩分类图解荐的火山岩分类图解, 参见新书参见新书Le Maitre (ed), Ign
24、eous Rocks: A Classification and Glossary of Terms (2nd edition). Cambridge University Press, 2002. 【书号书号360/L46/2】火山岩的火山岩的TASTAS图解使用方法图解使用方法1. 1. 适用于新鲜的、无蚀变和未变质的火山岩（因为适用于新鲜的、无蚀变和未变质的火山岩（因为K K和和NaNa活泼活泼易于带入带出），不适合于高易于带入带出），不适合于高MgMg岩石（另外图）。岩石（另外图）。2. 2. 计算投图：主量元素数据中，先剔除计算投图：主量元素数据中，先剔除H H2 2O O，COCO
25、2 2，LOILOI。再。再重重新计算到新计算到100100，之后投图。，之后投图。3. TAS3. TAS图中，有些是图中，有些是2 2个岩石个岩石类型，成分一致，但是根据类型，成分一致，但是根据特征矿物细分，例如是粗面特征矿物细分，例如是粗面岩还是粗面英安岩，需要根岩还是粗面英安岩，需要根据据CIPWCIPW计算结果，确定计算结果，确定Q Q含量，含量，若若Q20Q20Q20为为粗面英安岩粗面英安岩 。火山岩的火山岩的TASTAS图解使用图解使用：注意高镁岩石分类注意高镁岩石分类TASTAS投点之前需要先剔投点之前需要先剔除高镁的样品，如果是除高镁的样品，如果是高镁的，用右边的图解。高镁的
26、，用右边的图解。强调：强调：MgOMgO和和TiOTiO2 2含量含量火山岩的火山岩的TASTAS图解使用图解使用：注意注意NaNa2 2O O与与K K2 2O O的的相对含量相对含量原因：在原因：在TASTAS图解中，仅仅是图解中，仅仅是NaNa2 2O O与与K K2 2O O的加和，没有考虑它的加和，没有考虑它们相对的含量不同，岩石类型们相对的含量不同，岩石类型也不同。也不同。火山岩火山岩TAS图解边界点图解边界点火山岩火山岩TAS图解边界点和作图方法图解边界点和作图方法（个人作法个人作法）A. A. 先在绘图软件先在绘图软件( (如如Photoshop, CorelDraw,Phot
27、oshop, CorelDraw,我用我用IllustratorIllustrator画图画图) )中画好一个空白的有所有边界和中画好一个空白的有所有边界和名称的名称的TASTAS图图. .C. C. 把把ExcelExcel中投点图中投点图粘贴到绘图软件中粘贴到绘图软件中, , 叠合之后形成自己样叠合之后形成自己样品的品的TASTAS投点图投点图. .其他各类地球化学投点图均如此作图其他各类地球化学投点图均如此作图.B. B. 在在ExcelExcel中处理数据中处理数据, ,画好二维画好二维TASTAS投点图投点图, ,做好图做好图形花纹符号修饰形花纹符号修饰见举例演示见举例演示.举例举例
28、：TAS图解应用图解应用西藏钾质超钾质岩石西藏钾质超钾质岩石具体作法具体作法：1. 先检验先检验MgO含量是含量是否符合否符合TAS作图要求作图要求 【见数据表和右图见数据表和右图,符合符合】2. 去除去除LOI计算到计算到100，得到全碱和得到全碱和SiO2含量，含量，投图。投图。【见演示见演示】应用举例：西藏钾质超钾质岩石应用举例：西藏钾质超钾质岩石举例：举例：TAS图解应用图解应用西藏钾质超钾质岩石西藏钾质超钾质岩石3. 由于样品投入玄武粗安岩由于样品投入玄武粗安岩和粗安岩区域，需要进一步和粗安岩区域，需要进一步鉴别名称：鉴别名称：【见举例数据计算见举例数据计算】鉴别结果均为鉴别结果均为
29、Na2O-2.0 3%K2O/Na2O2MgO3%FAMCalc-alkaline TholeiiticFigure 8-14. AFM diagram showing the distinction between selected tholeiitic rocks from Iceland, the Mid-Atlantic Ridge, the Columbia River Basalts, and Hawaii (solid circles) plus the calc-alkaline rocks of the Cascade volcanics (open circles). Fr
30、om Irving and Baragar (1971). After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, 523-548.6. AFM图解用于拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩划分图解用于拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩划分用途：区别亚碱性岩石系列用途：区别亚碱性岩石系列中的拉斑玄武岩和钙碱性中的拉斑玄武岩和钙碱性岩石岩石AFMAFM图解作图方法图解作图方法 属属于于三三变变量量图图解解，需需要要把把三三个个变变量量进进行行归一化计算到归一化计算到100 图解直接应用主量元素分析结果图解直接应用主量元素分析结果A=Na2O+K2OF=FeOT=F
31、eO+0.8998 Fe2O3M=MgO计算计算A+F+M=100%补充：三角图的作图方法补充：三角图的作图方法三变量三变量A+B+C=100A+B+C=100举例：举例：一、主量元素数据处理与解释一、主量元素数据处理与解释1、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分2、 CIPW计算后用于岩石分类和系列划分计算后用于岩石分类和系列划分3、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程4、主量元素应用于实验岩石学、主量元素应用于实验岩石学模式矿物与标准矿物模式矿物与标准矿物模式矿物含量模式矿物含量（ModeMode）是观
32、是观察到的矿物体察到的矿物体积百分数积百分数橄榄玄武岩橄榄玄武岩OlCpxPl （MacKenzie等，等，1982标准矿物计算（标准矿物计算（NormNorm）是岩石经过计算的理想是岩石经过计算的理想化的矿物组成，肉眼无化的矿物组成，肉眼无法鉴定具体矿物含量，法鉴定具体矿物含量，如火山岩类如火山岩类橄榄岩橄榄岩CIPWCIPW标准矿物计算方法标准矿物计算方法（CIPW NormCIPW Norm）名称由来：名称由来：2020世纪初四位美国岩石学和地球化学家世纪初四位美国岩石学和地球化学家设计的，设计的，C Crossross，I Iddingsddings，P Pirrsonirrson，
33、W Washingtonashington岩石的岩石的CIPWCIPW标准矿物与实际矿物含量是有出入的，标准矿物与实际矿物含量是有出入的，主要是主要是CIPWCIPW计算是以无水岩浆中矿物结晶顺序，按计算是以无水岩浆中矿物结晶顺序，按照标准矿物理想分子式进行计算，得到岩石中各种照标准矿物理想分子式进行计算，得到岩石中各种标准矿物的质量分数，简化了很多内容，如标准矿标准矿物的质量分数，简化了很多内容，如标准矿物是无水的，不考虑含水矿物黑云母、角闪石等。物是无水的，不考虑含水矿物黑云母、角闪石等。计算之后可以进行一系列的岩石分类计算之后可以进行一系列的岩石分类1. 1. AbAb-An-Or-An
34、-Or图解用于花岗岩分类图解用于花岗岩分类 根据根据O OConnor( 1965), Connor( 1965), 应用应用CIPWCIPW计算之后的计算之后的AbAb-An-An-OrOr，三个标准矿物，换算三个标准矿物，换算100100后投图。后投图。AbAb-An-Or-An-Or图解用于花岗岩分类特点与要求图解用于花岗岩分类特点与要求 用于标准矿物用于标准矿物Q10Q10的的酸性岩分类，为简便方法酸性岩分类，为简便方法 可以有效地区分英云闪可以有效地区分英云闪长岩、更长花岗岩、花岗岩长岩、更长花岗岩、花岗岩和花岗闪长岩。和花岗闪长岩。 也可以谨慎地用于也可以谨慎地用于变形和变质的花岗
35、质变形和变质的花岗质岩石，判断原岩类型岩石，判断原岩类型2. 玄武岩玄武岩Ne-Di-Ol-Hy-Q分类图分类图Thompson (1984)Thompson (1984)紫苏辉石紫苏辉石三个三角区域分别代表三个三角区域分别代表SiOSiO2 2不不饱和、饱和和过饱和玄武岩饱和、饱和和过饱和玄武岩三、三、CIPW计算后用于岩石分类和系列划分计算后用于岩石分类和系列划分其他分类其他分类：火山岩和侵入岩多阳离子火山岩和侵入岩多阳离子R1-R2分类分类Jenson分类分类科马提岩，拉斑质和钙碱性岩石分类科马提岩，拉斑质和钙碱性岩石分类沉积岩陆源砂岩分类沉积岩陆源砂岩分类请参考请参考岩石地球化学岩石地
36、球化学一、主量元素数据处理与解释一、主量元素数据处理与解释1、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分、主量元素数据直接用于岩石分类和系列划分2、 CIPW计算后用于岩石分类和系列划分计算后用于岩石分类和系列划分3、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程、主量元素用于判别岩浆（地球化学）作用过程4、主量元素应用于实验岩石学、主量元素应用于实验岩石学依据的原理依据的原理判别岩浆（地球化学）作用过程，主要是看判别岩浆（地球化学）作用过程，主要是看一系列岩石的一系列岩石的主量元素主量元素成分的变化趋势成分的变化趋势使用的方法使用的方法双变量、三变量图解法双变量、三变量图解法双变量图解法双变量图解法又
37、称为又称为哈克图解法哈克图解法A Harker，1909年开始使用年开始使用SiO2作为横坐作为横坐标标(x) / 其他元素作为纵坐标其他元素作为纵坐标(y)的双变量的双变量图，后来称为图，后来称为哈克图解哈克图解。Bivariate (x-y) diagramsHarker diagram For Crater Lake双变量图解哈克图解After Winter， 2001Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Casc
38、ades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). 三变量图解三变量图解 例如例如: AFM 图解，图解， (alkalis-FeO*-MgO)After Winter， 2001Figure 8-2. AFM diagram for Crater Lake volcanics, Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). From Winter (2001).1. 哈克图解的做法以以SiOSiO2 2为横坐标，其他氧为横坐标
39、，其他氧化物为纵坐标，投出一组化物为纵坐标，投出一组样品的结果，得到不同氧样品的结果，得到不同氧化物对化物对SiOSiO2 2的散点图。的散点图。推广：任意两个组分之间推广：任意两个组分之间的二元投点都可以称为的二元投点都可以称为哈哈克图解克图解意义：如果一组岩石样品意义：如果一组岩石样品具有成因和演化关系，则具有成因和演化关系，则全部样品将显示正的或者全部样品将显示正的或者负的相关关系。负的相关关系。哈克图解横坐标表示分异结晶横坐标表示分异结晶过程，过程，SiOSiO2 2为横坐标，可以为横坐标，可以指示从基性到酸性，指示从基性到酸性，范围宽，范围宽，如果主要是基性熔岩，如果主要是基性熔岩，
40、可以用可以用MgOMgO、或者或者ZrZr为横坐标为横坐标(After Wilson, 2001)原始岩浆成分原始岩浆成分原始岩浆成分原始岩浆成分(After Wilson 2001)SiOSiO2 2为横坐标为横坐标哈克图解作法哈克图解作法(After Wilson 2001)MgO为横坐标为横坐标哈克图解作法哈克图解作法From Winter (2001).2. 哈克图解代表的过程哈克图解代表的过程SiO2变化代表：变化代表：分异系数分异系数趋势代表：趋势代表：部分熔融作用、分异结部分熔融作用、分异结晶作用、岩浆混合作用、晶作用、岩浆混合作用、地壳混染作用地壳混染作用From Winter
41、 (2001).(1) (1) 分离结晶作用分离结晶作用是指岩浆中，某个矿物持续是指岩浆中，某个矿物持续从岩浆中结晶出去，剩余的从岩浆中结晶出去，剩余的岩浆就会发生成分的有规律岩浆就会发生成分的有规律变化。变化。总体为液相总体为液相固相固相可以把岩石中斑晶矿物作为可以把岩石中斑晶矿物作为分离结晶的矿物，例如分离结晶的矿物，例如OlOl，各种岩浆作用过程如何从主量元素变化各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？趋势中显示出来？(2) (2) 同化作用和分离结晶作用同化作用和分离结晶作用在矿物分离结晶作用发生的同时，还存在矿物分离结晶作用发生的同时，还存在围岩或者外来物质的加入和混合，导
42、在围岩或者外来物质的加入和混合，导致主量元素图解不显示明显的连续变化致主量元素图解不显示明显的连续变化趋势。趋势。各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？各种岩浆作用过程如何从主量元素变化趋势中显示出来？(3) (3) 部分熔融作用部分熔融作用是指岩石从固相是指岩石从固相到液相的过程，固相的矿物不断到液相的过程，固相的矿物不断加入到液相中，使得液相的成分发生有规律的变化。加入到液相中，使得液相的成分发生有规律的变化。但是，部分熔融与分离结晶这但是，部分熔融与分离结晶这2 2个作用过程是
43、互为可个作用过程是互为可逆的过程，因此显示在主量元素哈克图解上，难于区逆的过程，因此显示在主量元素哈克图解上，难于区分。分。可能的区分是，在深部阶段为部分熔融，为某些矿物可能的区分是，在深部阶段为部分熔融，为某些矿物加入岩浆，而到浅部结晶时，另一些矿物发生分离结加入岩浆，而到浅部结晶时，另一些矿物发生分离结晶。晶。2 2个过程，可能被区分出来。个过程，可能被区分出来。(After Wilson 2001)转折点的含义转折点的含义3. 哈克图解的解释哈克图解的解释转折点或者曲折趋转折点或者曲折趋势，表示结晶作用势，表示结晶作用过程出现一个新的过程出现一个新的矿物相，或者在部矿物相，或者在部分熔融
44、的过程中消分熔融的过程中消耗了一个矿物相。耗了一个矿物相。需要掌握不同矿物需要掌握不同矿物的成分特征。的成分特征。(After Wilson 2001)3. 哈克图解的解释哈克图解的解释一相或者多相矿物一相或者多相矿物分离结晶中岩浆演分离结晶中岩浆演化趋势化趋势需要掌握不同矿物需要掌握不同矿物的成分特征。的成分特征。哈克图解转折点的含义哈克图解转折点的含义当当MgO高于高于7，CaO和和MgO呈呈现负相关，主要是单独由橄榄石现负相关，主要是单独由橄榄石分离结晶控制岩浆作用过程分离结晶控制岩浆作用过程当当MgO低于低于7，CaO与与MgO呈现呈现正相关性，表明斜正相关性，表明斜长石和单斜辉石同长
45、石和单斜辉石同时从岩浆熔体中结时从岩浆熔体中结晶出来。晶出来。(AfterRollison 1993）(After Wilson 2001)不同矿物分离结晶过程中哈克图解特征不同矿物分离结晶过程中哈克图解特征AFMAFM图解图解也可以反映结晶分离演化趋势也可以反映结晶分离演化趋势A=Na2O+K2OF=FeOT=FeO+0.8998 Fe2O3M=MgO计算计算A+F+M=100%二、微量元素数据处理与解释二、微量元素数据处理与解释1、控制微量元素行为的地球化学规律、控制微量元素行为的地球化学规律2、微量元素分类、微量元素分类3、微量元素处理和解释、微量元素处理和解释4、稀土元素处理和解释、稀
46、土元素处理和解释微量元素（微量元素（trace elementstrace elements）：岩石中含量）：岩石中含量0.1%1, 优先进入矿物相，或残留相优先进入矿物相，或残留相例如：例如：Ni, Co, V, Cr 不相容元素不相容元素：D1，优先进入熔体相，优先进入熔体相，D3.0 (2.0), Z/r3.0 (2.0), 称为高场强元素称为高场强元素如果如果Z/r 3.0Z/r 1 正异常正异常Eu1负异常负异常Eu1无异常无异常EuEu异常产生原因异常产生原因碱性花岗岩（碱性花岗岩（A A型花岗岩）起源于深型花岗岩）起源于深源，经部分熔融、分离结晶等复杂源，经部分熔融、分离结晶等复
47、杂成岩过程后，最终将形成具明显负成岩过程后，最终将形成具明显负铕异常的铕异常的“V”V”字型模式曲线。字型模式曲线。不同矿物具有不同的不同矿物具有不同的REEREE分配系数，分配系数，斜长石对斜长石对EuEu的分配系数远远大于其它的分配系数远远大于其它REEREE，在各类岩浆岩中在各类岩浆岩中EuEu异常的产生异常的产生常与斜长石的结晶有关，如在岩浆分常与斜长石的结晶有关，如在岩浆分离结晶过程中，斜长石的大量晶出将离结晶过程中，斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形成明显负异常。导致残余熔体中形成明显负异常。Eu2+ 可以与可以与CaCa和和SrSr类质同象，类质同象，倾向于进入倾向于进入斜长石晶
48、格斜长石晶格其他其他REEREE为为3+3+( (例外例外CeCe4 4）5. 5. 不同矿物相对不同矿物相对REEREE模式的控制模式的控制主要依据是主要依据是REEREE在这些元素中的分配系数在这些元素中的分配系数玄武岩和安山岩中玄武岩和安山岩中矿物矿物/ /熔体间熔体间REEREE的的分配系数分配系数（据（据ShnetzlerShnetzler和和Philpotts,1970Philpotts,1970）有的导致有的导致REEREE分异分异有的不导致有的不导致REEREE分异分异 标准化后的重要参数标准化后的重要参数5. 不同矿物相对不同矿物相对REE模式的控制模式的控制主要依据是主要依
49、据是REE在这些元素中的分配系数在这些元素中的分配系数斜长石斜长石/熔体对之间熔体对之间REE分配分配系数变化范围和平均值（粗线）系数变化范围和平均值（粗线）(a)酸性岩浆岩；酸性岩浆岩；(b)玄武岩和安山质岩石玄武岩和安山质岩石（据（据Henderson,1982） 标准化后的重要参数标准化后的重要参数5. 不同矿物相对不同矿物相对REE模式的控制模式的控制主要依据是主要依据是REE在这些元素中的分配系数在这些元素中的分配系数英安岩和流纹岩中矿英安岩和流纹岩中矿物物/熔体间熔体间REE的分的分配系数配系数（据（据Hanson,1978） 如果斜长石作为分离结晶的斑晶，或者斜长石作如果斜长石作
50、为分离结晶的斑晶，或者斜长石作为残留相，则可以导致熔体中出现为残留相，则可以导致熔体中出现Eu负异常负异常REE diagram for 10% REE diagram for 10% batch melting of a batch melting of a hypothetical hypothetical lherzolitelherzolite with 20% plagioclase, with 20% plagioclase, resulting in a resulting in a pronounced negative pronounced negative Europium anomaly. Europium anomaly. Prentice Hall.Prentice Hall.From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic PetrologyFrom Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology
