专家讲解—岩石地球化学8地球化学端元99页PPT

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(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)计算方法
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Nd同位素地球化学——特征和意义
③年轻火山岩Nd同位素研究表明，143Nd /144Nd与87Sr/86Sr比值之间呈现良好的负相关 关系。
因此，Nd同位素在探讨地幔、地壳演化、壳幔 交换、岩石成因和物质来源等方面有十分重要的 作用。
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地幔Nd同位素演化——
若岩石的（87Sr/86Sr）0比
值落于“玄武岩区”，则表 明形成它们的物质来自上地 幔源区；
若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大
陆壳增长线和“玄武岩源区”之间， 则表明它们的物源可能是多样的， 或来自壳幔混合的源区，或来自地 壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相， 麻粒岩相高级变质岩等。
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地壳演化——
2.7Ga年前，地幔分异形成大陆地 壳，继承地幔初始比值0.7014. 但 是其Rb/Sr=0.15，现今大陆壳的 (87Sr/86Sr)0平均为0.7211，连接 2.7Ga的地幔(87Sr/86Sr)0值到现今 大陆壳的(87Sr/86Sr)0值得到一条直 线，该直线为平均大陆壳随时间的 (87Sr/86Sr)0演化线。
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）。
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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， S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。

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a. 硅碱图 b. AFM c. FeO*/MgO 对SiO2
~ 30岛弧和大陆弧的1946个 分析数据，主要是火山岩
Data compiled by Terry Plank (Plank
and Sci.
LLeatnt.g, m90u,i3r,4199-38780).Earthh
Planet.
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现代大洋玄武岩可以按照产出的构造环境分为5类
1 MORB (Mid-Ocean Ridge Basalts)，洋壳上部的主体，包括 熔岩和岩墙，并代表大洋辉长岩的初始岩浆。
2 BABB (Back-Arc Basin Basalts)，形成于弧后扩张脊。弧后 盆地宽度60－1000km。
3 OPB (Ocean Plateau Basalts)，发育于大洋板内环境，形成 范围巨大的、厚的海底熔岩堆积。
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大陆地壳的流变学结构
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大陆地壳的成分结构
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大陆上地壳的组成
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大陆下地壳的主元素组成
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典型地壳的稀土元素组成
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问题一
大陆下地壳的主元素、微量元素和同位素组成特征
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第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
3、上地壳主要岩类的地球化学特征
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第四章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
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岛弧岩浆活动
岛弧岩浆活动的时空变化
1) 岛弧火山岩存在成分极性，从俯冲带向岛弧方向，依次 出现拉斑玄武岩浆系列、钙碱性岩浆系列和碱性岩浆系列
2) 岛弧岩浆岩的岩石类型多样，主元素有较大的变化范围。

计算参数 （1）储层岩石含油气总量ST(mg烃/g岩石)：
ST=S′0+S′1-1+S′2-1+S′2-2+S′2-3+（10RC′/0.9）
（2）凝析油指数P1： （3）轻质原油指数P2： （4）中质原油指数P3： （5）重质原油指数P4：
（6）原油轻重烃比指数LHI： （7）含气率GR（％）： （8）含汽油率GSR（％）： （9）含煤油柴油率KDR（％）： （10）含蜡重油率WHR（％）： （11）含沥青率AR（％）： （12）含残余油率ROR（％）：
薄层色谱：将吸付剂研成粉末，再压成或涂成 薄膜。然后将样品溶液在其上展开以达到分离 的目的。 3．按物理化学原理分类 吸付色谱：用固体吸付剂作固定相，利用它对 混合物中不同物质的吸付性差异达到分离目的。 分配色谱：利用不同组分在给定的两相中有不 同的分配系数使之分离。
油气地化研究中应用最为广泛的是气相色谱： 气相色谱可对混合物进行多组分定性、定量
二、分离和纯化 抽提出来的沥青是十分复杂的混合物，视
研究目的进一步进行组分的分离和纯化。 柱色层法：利用硅胶和氢化钻作吸付剂。使混 合物分离以满足分析需要。柱色层重复性好， 可以定量，但流柱长。如碳即用此方法测定。 薄层色谱法：对于分离量少，多组分的混合物 十分方便。能检出0.1-0.005μg物质。
2
B．主峰碳 指相对百分含量最高值的正烷烃碳数。
•藻类为主，nC15~nC21；陆源高等植物nC25~ nC39；双峰型的谱图是多物源有机质或差异成 熟的反应。 C．轻重烃比值（∑nC-21/∑nC+22）
水生生物为主的母质类型，一般轻重烃比 值较高；反之，则与陆源高等植物有关。
D．（nC21+nC22）/（nC28+nC29） •陆源有机质为主，比值为0.6-1； •海洋有机质为主，比值为1.5-5.0； 湖生低等生物为主，比值1.5-5.0。 E．奇偶优势（CPI ，OEP值）

3
分析测试
通过化学分析、同位素测量等方法，获得岩石样品的化学组成和同位素比值。
岩石地球化学在地质学中的应用
岩石演化
通过岩石地球化学分析，揭示地壳岩石的形成 和演化过程。
油气勘探
岩石地球化学可用于指导油气勘探，判断勘Biblioteka 区域的油气藏条件。矿产勘探
岩石地球化学可用于找矿预测和矿产资源勘探。
环境研究
通过岩石地球化学研究，了解环境中的污染物 来源、分布和迁移规律。
2 资源勘探
岩石地球化学对矿产资源勘探具有重要意义，可以指导找矿工作，提高勘探效率和发现 新的矿产资源。
3 环境保护
通过研究岩石地球化学，可以了解地质环境和地球系统的演化过程，为环境保护和可持 续发展提供科学依据。
岩石地球化学的研究内容
元素地球化学
研究岩石中化学元 素的含量、分布和 变化规律。
同位素地球 化学
岩石地球化学的发展与前景
1 多学科交叉
岩石地球化学将与地质 学、矿物学、环境科学 等学科交叉发展，拓展 研究领域。
2 新技术应用
利用新的仪器设备和分 析技术，提高岩石地球 化学研究的精确性和效 率。
3 资源与环境
岩石地球化学将为资源 勘探和环境保护提供更 多的科学依据。
总结与展望
岩石地球化学是一门重要的地学学科，通过对岩石的化学成分和同位素组成进行研究，可以揭示地球的 演化历史、资源勘探和环境变化等问题，为可持续发展提供科学支持。
研究岩石中同位素 体系的组成和变化， 揭示地球演化过程。
矿物地球化学
研究地球内矿物的 成因、特征和分布 规律。
示踪地球化学
利用特定元素或同 位素示踪地质过程、 环境变化等。
岩石地球化学的方法和技术

2) 原子(离子)结合时的几何关系
化学键性相同时，是否发生类质同象取决于 原子 (离子)结合时的几何关系－半径，配位数等。同价类质 同象发育程度主要取决于离子半径差，差值增大， 类质同象臵换范围减小； r1和r2分别代表较大离子和较小离子的半径，当: (r1-r2)/r2<10~15％, 形成完全类质同象，端元组分 间无限混溶； (r1-r2)/r2=10到20~40％, 高温下完全类质同象，低 温时形成不完全类质同象，固溶体发生分解； (r1-r2)/r2>25~40％, 高温下只能形成不完全类质同 象，低温下不能形成类质同象；
1.戈尔德斯密特类质同象法则 戈尔德斯密特(1937)在研究岩浆结晶过程中元素 在矿物间分配的基础上，总结出元素发生类质同 象臵换的规律； 1)小离子优先法则:两种离子电价相同，半径相似， 小半径离子优先进入矿物晶格，集中于早结晶矿 物中，大半径离子集中于晚结晶矿物中。 Mg2+、Fe2+、Mn2+和 Ca2+离子半径分别为0.078nm， 0.083nm，0.091nm，0.099nm，因此Mg2+、Fe2+ 集中在早期结晶橄榄石等矿物中， Mn2+和Ca2+集 中在晚期晶出的辉石，角闪石， 斜长石和黑云母 等矿物中；
同样Ca2+和Hg2+，二者半径相近 (rCa2+=1.05A, rHg2+=1.12A)，电荷也相同， 但因二者电负性相差较大(Ca1.0，Hg1.9)， 也不能相互臵换。硅酸盐造岩矿物中不易 发现Cu和Hg等元素，反之赋存Cu和Hg等元 素的硫化物中也不易发现Na、Ca等元素；
键性接近是类质同象置换的首要条件。
当两种元素数量差异很大时一种元素以分散量进入另一元素晶格主导和伴生元素地球化学参数相近伴生元素隐藏在主导元素晶格中称为内潜同晶内潜同晶置换可以使许多地球化学行为相同或相地球化学行为相同或相近的元素依次进入晶格形成内潜同晶链近的元素

6.这里所讨论的构造环境是自大约1.8 Ga 以来板块构造体制下的，不应直接搬用于 地球出现板块构造体制之前，尤其太古宙 构造。例如，一些太古宙的岩石也显示 SZC的化学特征，但不应说它们就与洋壳 俯冲消减有关，就是产于岛弧环境，因为 那时如果发生下地壳拆沉也可能造成类似 SZC的特征。
7.各类岩石形成机制、条件等的复杂程度 不同，用于板块构造环境判别的研究深度 也有差异。一般火山岩，尤其玄武岩研究 最多，应用最广；其次为花岗岩类，研究 较多，应用也较广；而沉积岩则相对研究 得弱些，但也有一定的应用。应分别了解 它们在各种构造环境中的地球化学特征和 鉴别标志，以便较好地应用。
4. S型花岗岩：为具有化学成分变化不大的淡色花岗岩，Ba、 Ti、P亏损 中等，SZC变化不定， Al2O3/(Na2O+K2O+CaO) > 1.1， δ18O > 10；主要
为变沉积岩部分熔融产物，产出于碰撞造山带中同构造到后构造期。
由于I和S型花岗岩类可产出于多种构造环境，必需进一步鉴别它们形 成的具体环境，下列地球化学判别标志与方法是较有效的：
物质来源：复杂，早阶段有俯冲消减物质， 甚至地幔柱物质加入，晚期主要来自亏损 地幔。
玄武岩的化学特征：早期的类似岛弧玄武 岩，晚期的与N-MORB相同。
图10 二郎坪群变玄武岩Zr-Ti-Sr图解(据Pearce & Cann., 1973)和Zr/Y-Zr图解(据Pearce, 1982) (引自邱家骧和张珠福, 1994)
图2 各类玄武岩N-MORB标准化微量元素组成模式 N-MORB-正常洋脊玄武岩； IAB-岛弧拉斑玄武岩； CABI-岛弧钙碱性玄 武岩； CABM-陆缘弧钙碱性玄武岩；WPB-板内玄武岩。据BVTP(1981)数 据。

1 温度升高（外来热源使地温线改变，俯冲） 2 压力降低（地劈上升） 3 流体加入（地幔楔）
什么叫固相线？什么叫液相线？
岩浆的起源与部分熔融
Hale Waihona Puke 俯冲洋壳温度升高发生部分熔融 洋中脊减压熔融
地壳深部和上地幔为什么会发生部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
底劈上升与减压熔融
为什么会发生底劈上升？ 减压过程为什么会 造成部分熔融？
地幔的形成
地球早期的核幔分离
不同深度地幔的矿物组成和密度
上地幔 过渡带 下地幔
上地幔的化学和标准矿物组成 - 地幔包体资料 二辉橄榄岩
上地幔的矿物相关系
亏损地幔的贡献－大洋地壳的形成
拉斑玄武岩
富集地幔的贡献－大洋岛的形成
碱性玄武岩
地幔柱构造 Plume Tectonics
第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
2 BABB (Back-Arc Basin Basalts)，形成于弧后扩张脊。弧后 盆地宽度60－1000km。
3 OPB (Ocean Plateau Basalts)，发育于大洋板内环境，形成 范围巨大的、厚的海底熔岩堆积。
4 OIB (Ocean Island Basalts)，形成海山、大洋岛、或岛链
岛弧及活动大陆边缘主要岩石组合类型及其地球化学特征
板块构造与火成岩成因
1. 洋中脊玄武岩MORB 2. 陆内裂谷 3. 岛弧火山岩IAV、IAB 4. 活动大陆边缘
5. 弧后盆地
6. 洋岛玄武岩OIB
7. 各种陆内岩浆活动
金伯利岩，碳酸盐岩，斜 长岩
53
1
6
4
7
2
200 km
400

岩石地球化学课件赵 志丹
推荐软件和参考书
1.
计算CIPW的软件，Norm3
2.
Geokit, 路远发编写
3.
A TEXTURAL ATLAS OF MINERALS IN THIN SECTION, 软件, 编写者为Daniel J. Schulze,
University of Toronto.
4.
霞石正 长岩响岩类
花 岗 岩 -流 纹 岩 类
SiO2
< 45 %
45-53 %
53-66 %
> 66 %
<3.3 3.3-9 >9 <3.3 3.3-9
>9 <3.3 3.3-9
Na2O+K2O <3.5
>3.5 平均3.6 平均4.6 平均7 平均5.5
平均9
平 均 14
平 均 6-8
(N2O aK2O2)
代表性岩浆岩的化学成分
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O H2O+
Total
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
98.75
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
玄武岩
花岗闪长岩
花岗岩
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。
SiO2过饱和岩石

Nd同位素用于火成岩成因研究：
常用εNd(t)表示Nd同位素组成，εNd(t)反映了岩石 在其形成时的143Nd/144Nd初始值与原始未熔融的 地幔的相对偏离。
火成岩的εNd(t)<0，表明它们来源于地壳物质，或 至少它们形成的过程中与地壳物质发生过相当明 显的混染，混染程度越明显，其负值越大； εNd(t)>0，表明它们来源于亏损地幔，正值越大 ，表明它们来源于轻稀土亏损越是明显的地幔源 区。
测定对象主要为超基性、基性岩；全岩等时线样一般采 6~10块样，每块1kg左右，要保证样品的同源、同期、同 一封闭体系；全岩—单矿物等时线样采1块即可，单矿物 测定对象常为云母类、角闪石类、辉石类、钾长石类、海 绿石、伊利石、霞石及火山玻璃、玄武岩、隐晶质全岩； 样品要新鲜。
三、数据整理及相关图解
沉积岩REE模式：1.反映物 源岩石成分；2.反映物源区 风化程度。
（2）不相容元素图解（蜘蛛图解）
标准化：原始地幔、球粒陨石、MORB 火成岩：1.源区地球化学特征；2.岩石演化过程中
晶体/熔体的平衡关系 ；3.构造环境对比分析。 沉积岩（常用平均页岩数值标准化）：对比？
（3）铂金属组元素（PGE）图解 Ru，Rh，Pd，Os，Ir、Pt及Au、Cu、Ni等
（2）主要用途 用一组同源、同期的中酸性岩及沉积岩的全岩样品，测定、计算岩石的生成 年龄；用一组遭受同期变质的单矿物样或变质矿物样，测定、计算变质年龄 。
（3）采样要求 A．测定对象主要为中、酸性岩的生成年龄；全岩等时线样一般采6~10块样
，每块1kg左右（对于不均匀的岩石，样品重量可加大到10kg），要保证样品 的同源、同期、同一封闭体系；全岩—单矿物等时线样和矿物等时线采1块即 可，单矿物测定对象常为云母类、角闪石类、辉石类、钾长石类、海绿石、 伊利石、霞石及火山玻璃、玄武岩、隐晶质全岩；样品要新鲜，避开外来包 体及脉体。 B．测定沉积岩生成年龄，采同层位的海绿石或泥质页岩标本10~30 块。海绿 石样重1g，纯度>90%；全岩样重1kg。尽量避免混有陆屑成分及后期风化蚀 变。 C．测定变质年龄，采同地点、同变质期的数种单矿物3-6 个，每个单矿物样 重lg，纯度>98%。 D．全岩样需研磨至200 目，缩分至30-50g 送样。为防止样品污染，样品加工 最好由测试单位进行。 E．送样时需附选样单，内容同Ar 法。

大洋地幔源区的主要端元
Sr－Pb
1. DM （DMM） 2. HIMU 3. EM I 4. EM II 5. PREMA 6. BSE
大洋地幔源区的主要端元
143Nd/144Nd-87Sr/86Sr
1. DM（DMM） 2. HIMU 3. EM I 4. EM II 5. PREMA 6. BSE
Figure 13-12. Data from Ito et al. (1987) Chemical Geology, 62, 157-176; and LeRoex et al. (1983) J. Petrol., 24, 267-318.
大洋中脊玄武岩2种类型（N-, E-MORB）成因模式：
大洋地幔主要地球化学端元
普通地幔（PREMA） 产生的玄武岩——E-MORB
大洋中脊玄武岩（MORB）2种类型：
同位素特征
• N-MORB: 87Sr/86Sr < 0.7035，143Nd/144Nd > 0.5030, ——来 源于亏损地幔源区DM
• E-MORB：更加富集Nd、Sr同位素，表明N-MORB和EMORB确实起源于不同的地幔源区——来源于亏损地幔源区 DM＋PREMA
什么是高
= 238U/204Pb
可以作为衡量U富集程度的参数
• HIMU 端元具有非常高的206Pb/204Pb比值，表明源区富 U, 但是不富集Rb, 并具有足够老的年龄(> 1 Ga)来得到 高的观察到的 206Pb/204Pb比值
• HIMU端元成因模式: 俯冲再循环的洋壳（可能被海水蚀 变），局部地幔的Pb丢失后进入洋壳，并可能由此交代 流体导致Rb的丢失，使得HIMU具有高Pb、低Sr特征。