1、微量元素在地質上的應用微量元素在地質上的應用主要有以下幾個方面：一、分配系數的應用1. 計算平衡時的溫度由熱力學可知： nk=-BRTK: 平衡常數 ， 在稀溶液條件下 ， K=D日二熱熔變化，可以測定， R 二氣體常數， B 為常數 ， 據此可求得溫度AIn D BT這就是微量元素的分配系數溫度計。很多溫度計已經測定，特別是稀土元素和硫化物對。2. 計算平衡時的壓力根據熱力學，在恒溫條件下，分配系數D 與壓力 P 的尖系式為：lln D '?v 5P j ” RT3. 判斷巖漿成巖過程模型A 部分熔融模型a. 平衡部分熔融C,=1Co_D （ 1 _F ） F其 CL : 兀素在熔體

2、中的濃度； 中： Co ： 初始固相母體物質中的濃度F:部分熔融特度D : 總分配體系b ： 分離熔融模型（在發生熔融時，從固相中連續移出所形成的熔體r± （1 衛）pCo D DP ：壓力c.結晶作用模型分離結晶作用過程中，微量元素的行為可用下式來描述：CL 二D'4砂Fcl ： i元素在熔體中的濃度；CO,L ： i元素在原始熔體中濃度；F :原始巖漿分離結晶作用后剩余的份額（固結度，結晶度），還有其它模型。（2）過程鑒別（3）地球化學參數的確定源區的物質成分根據地質觀察，綜合考慮巖石學、微量元素、殘留體和同位素組成等資料。e.g.基性巖和超基性巖取上地幔為源區物質，以2

3、倍左右球粒隕石的豐度為C。值;花崗巖：S型花崗巖以雜砂巖的平均成分為G, I型花崗巖源巖為下地殼和上地幔物質的混合，有人以巖體邊緣相為Go二微量元素指示劑1時巖漿演化過程的指示（1）大離子半徑親石兀素大禺子親石兀素一般有：Ba ? RbSr、K等。J元系價態半徑Sr+21.12Ca+21.00Rb+ 11.47K+ 11.33Ba+21.34S心和Sr在鈣長石一熔體中的分配系數較大（即 S?易進入含礦物中），在中酸性巖漿演化過程中，Sr隨Ca的減少而貧化，但S?的半徑比Ca?+大，C*比Sr2+B先進入晶格，隨巖漿作用的進行，Sr/Ca比值變大，若以同源不同階段巖石中的Sr和Ca作圖，可得到演

4、化線。K與Rb-1隨巖漿演化程度的升高 Rb/中K值變大（Rb+的半徑大于V）。 Rb*2 與 Sr2巖漿分異程度越好,Rb/Sr大。 B-K +2 .指示大地構造環境a.板塊移動速度分析事實表明板塊擴張或閉合速度與火山巖中KzO的含量負相尖。閉合速度：8? 9cm/a （拉斑玄武巖為主）3 ? 7cm/a （鈣堿性巖為主）<2cm/a （堿性玄武巖為主,冷0含量大）b. 俯沖帶深度和地殼厚度這里簡單介紹其方法的計算步驟： 先計算按硅標定的 K 含量在巖石化學成分中 ， 由于 K0 和 NaaO 與 SiO? 的含量呈一種明顯的線性矢系， 特別是K20的含量與 SiO2 的正相矢矢系最為

5、明顯， 且 SiO2 在自然界中最豐富，因此，就以 SiO2 的含量來標定 KO 值(這與地球化學中以 Si 原子為 106 來標定其它元素的原子數的道理一樣) ，也就是計算 SiO2 含量為 60% 寸，相應的計算值(標定值)。例如 ， 已知玄武巖中 SiO2 的含量為50% KO 的含量為 0.6%, 則標定的K2O 值為：(3 = ( 60 X 0.6/50 )X 100%= 0.72 % 康迪 (Condie) 計算公式：設 C 代表地殼厚度， Z 代表俯沖帶深度，則康迪公式為：C(km) =18.2(K 2O) 0.45 湘矢系數 丫 =0.67)Z(km)=89.3(K 2o )-

6、14.3( 相尖系數丫 =0.82)若將上述的標定的 K?O 含量 (0.72%) >代入該兩式中， 即可得：C=18.2 X 0.72+0.45=13.55(km)Z=89.3 X 0.72-14.3=50(km)c.不同性質大地構造單元微量元素地化特征 ( 陳國達 )。3. 對巖相古地理環境的指示 FeVFe? 卜法估計氧化還原環境； MnO/MgO 值與 Eh 的矢系 古海水鹽度的估算：a. 沉積物中原生水的氯離子含量來估算古海水的鹽度( S):S(%<> )=0.030+1.80500 一( 。 )正常海水的氯度為 19-4 %o, 正常海水的鹽度為 35%oob.

7、沉積磷酸鹽法：沉積物中含有磷酸鈣和磷酸鐵：海相一磷酸鈣 ， 淡水相一磷酸鐵。用 2 者的比值可確定古環境c. 粘土中的硼含量后算古水體的鹽度現代海水中硼含量為 4.77PPm, 淡水中一般不含硼，不同環境沉積的粘土 ， 其硼含量明顯不同。淡水粘土一幾十克/ 噸；海相粘土一幾百克/ 噸；咸化瀉湖粘土一1000 克/ 噸以上伊利石中的硼含量能反映古鹽度：超鹽度環境一大于400PPm正常海相一 300? 400PPm半咸水環境一200? 300PPm低鹽度環境一小于200PPm若巖石中含有較多的其它礦物，就要以伊利石的理論含鉀量 8.5%來換算成伊利石的純硼含量 ( 校正硼含量 ) 。校正硼含量二巖

8、石測量值X 8.5/K 20 古水深度沉積物中 : Mo>5, Co>40, Cu>90, Ba>1000, Ce>100,Pr>10,Nb>50,Ni>150, Pb>40PPm 同時U<1,S*3 o其環境可能深度大于 250m> 陸源4. 恢復變質巖原巖的指示作用變質過程常使得常量元素發生變化，而微量元素特別是一些惰性微量元素變化很小。正副變質巖原巖恢復方法：a. 微量元素絕對濃度法。e.g. 角閃巖正變質一 Cr 、 Ni 和 Ti 含量高副變質一 Li 和 B 等含量高。REE 的配分模式和含量等。b. 微量元素對比值

9、法用性質相似的元素 ， 或不同的環境下有不同相尖性的元素對比值， 如 REE (LREE/HREE 原子序數 相近的 REE 之比廠 Sr/Ba ， Cr/Ni 等。e.g.正變質角閃巖：Sr/Ba>1 , Cr/Ni>1副變質角閃巖：Sr/Ba>1,Cr/Ni<1 等。c. 微量元素與造巖元素比值法e.g. Dearce 和 K2O/Y 值來區別不同構造部位的玄武巖。e. 圖解法 ( 略)f. 函數判別法：e.g D. M.Shaw : 構造了一個判別函數。X=-2.69lgCr-3.18lgV-1.25lgNi+10.57lgCo+7.731 lgSc+7.5lgS

10、r-1.951 lgBa-1.991 Ig Zn-19.58 (PPm)若 X>0, 則為正斜長角閃巖，XKO ， 則為副斜長角閃巖。或： X2=3.89LGCo+3.99lgSc-8.63若 X>0 正斜長角閃巖X1<0 副斜長角閃巖恢復變質沉積巖原巖類型的方法：a. AF 圖解法A=Al2Q-(CaO-CO2+K2O+NaO) F=(FeO+FeaQ+MgO)/SiO 2 各氧化物均以分子數進行計算。分子數二含量 ()/分子量 X1OOO 用 AF 作圖 ， 可把各類沉沉積區要開來( 圖4.21 P169 ) ob. 米什金圖解法 (P170)三、微量元素溫度計，壓力計和

11、氧逸度計1. 微量元素溫度計沒元素i在人B兩相中的濃度為CA和CB。在& B相平衡時,其化學相等,即:UA=Ui B而，UiA =UiA0RTInCAuiB . uiB,。RTInC :?UjA。' RTI nC二UiB。RTInC ;UiA- A=RTInGB/C jAC AG "-RTInciB,按熱力學有：Ci.HO -T": S°-RTInC*/1 /GT 二 A B InDiA或 lnDi=BTe.g. 橄欖一單斜性年石， Ni 分配溫度計一 1680In Dn . .7.65'T LEE 在斜長石一基質間分配系數溫度計。In D

12、La 二 2000 - 6.40(1100-1400 C) 巴爾特二長溫度計 堿性長石一斜長石 )2. 穩定同位素溫度計在共生礦物對，硫同位素分館與礦物形成的溫度符合下面尖系式：A、=1000 In ： a 2B禹上二股 ，Ra為a相中重輕同位素比值，RbRb 為 b 相中重輕同位素比值，般利用實驗方法測定礦物一水體系中常數A和B,在計算時，利用下式篇上八a冰八b公，A、B常數也有變化3. 微量元素壓力計大家最熟悉的是Scott 的閃鋅礦溫( 壓)計。石榴石一斜長石 Ca 的分配壓力計在石榴石、斜長石酸堿石一石英共存條件下Ca 的分配壓力計O=(-2511.4/T)+7.1711-0.2842(P-1 )/T+lgD-0.4D X: 3 必；： 3該壓力計的精度為土 1.6Kbar還有很多。主要是用變價元素的相尖參數來進行氧化還原條件研究Eu 2+/Eu *氧逸度計lgfO2-4lg| AAEu對于基質和斜長石，氧逸度計為：IgO 2=-4.55(住17)lg(Eu 2+/Eu3+) L-10.89(0.19) lgO 2=-4.60(117)lg(Eu/Eu") PL-3.86(0.27)但實際過程中,不能分別測出Eu2+/Eu 3+所以要推導出它們的濃度：設Ef+在兩共存相斜長石和熔體間的分配系數為DEU/L,它可以在各三價REEF D的平滑曲線內插得到，E