微量元素在地質(zhì)中的應(yīng)用

1、微量元素在地質(zhì)中的應(yīng)用微量元素在地質(zhì)中的應(yīng)用一、基本概念微量元素(minelements)依不同學(xué)者給出了不同的定義。蓋斯特(Gast1968)定義微量元素“不作作系內(nèi)任何相主要組份存的非化學(xué)計(jì)量的分散元素”。按此定義，微量元素是相對(duì)的，在一個(gè)體系中為微量元素，而在另一個(gè)體系中可能為常量元素。比如，K、Na在超基性巖中可做微量元素。在長(zhǎng)石類巖石中不能做微量元素。Zr在鋯英石中不是微量元素，但在長(zhǎng)石中都是微量元素。Fe一般情況下不是微量元

2、素，但閃鋅礦中Fe都是微量元素。所以根據(jù)含量來(lái)劃分微量元素是不準(zhǔn)確的。所以有人從熱力學(xué)角度來(lái)定義微量元素：在研究的對(duì)象中元素的其含量低到可可近似地用稀溶液定律來(lái)描述其行為，則該元素可稱為微量元素。一般的，將地殼中除O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等9種元素（它們的總重量豐度占99％左右）以外的其它元素統(tǒng)稱為微量元素，它們?cè)趲r石或礦物中的含量一般在1％或0.1％以下，含量單位常以106或109表示。二、微量元素地球化學(xué)指示

3、劑1.大離子親石元素的指示意義1.1指示巖漿演化過(guò)程大離子半徑親石元素主要指的是Ba、Rb、Sr、Ca和K。由于Sr的性質(zhì)與此同時(shí)Ca相似，當(dāng)它的為2價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，其離子半徑分別為1.17和1.0。在巖漿演化過(guò)程中，Sr長(zhǎng)石—熔體間的分配系數(shù)大，也就是說(shuō)Sr2易進(jìn)入含Ca2礦物中，因此在中酸性巖漿演化過(guò)程中，Sr一般也隨Ca的減少而貧化。但是，Sr2的半徑比Ca2略大，按類質(zhì)同象規(guī)律，Ca2、Sr2優(yōu)先進(jìn)入晶格中，所以Sr2貧化較慢，隨著

4、巖漿分異作用的進(jìn)行，SrCa值逐漸增加。這就決定了殘余巖漿最后結(jié)晶的斜長(zhǎng)石。具有最高的SrCa值和最低的Ca含量。因此，利用SrCa比值可判斷巖漿的演化分異程度。綜合Rb、Sr地球化學(xué)行為一般認(rèn)為RbSr比值是巖漿演化過(guò)最明顯的指示劑，巖漿分異程度愈好，RbSr比值愈大。1.2指示構(gòu)造部位大離子半徑親石元素除了指示巖漿的演化分異以外，還可用來(lái)區(qū)分同大地構(gòu)造部的巖石類型(表11)。中，常用這些元素的數(shù)據(jù)。與之相反，親石元素為不相容元素，在

5、部分熔融過(guò)程中易進(jìn)入熔體，所以常用親石元素進(jìn)行部分熔融作用的定量模型計(jì)算。為此，常用一個(gè)過(guò)渡元素與一個(gè)親石元素對(duì)來(lái)研究巖漿的形成和演化特征。值得指出的是過(guò)渡族元素由于具有不同的地球化學(xué)親和性或價(jià)態(tài)，從而在不同的地質(zhì)環(huán)境，它們之間顯示了不同的相關(guān)性。4.非活動(dòng)性元素的指示意義Nb、Ta、Zr、Hf等其活動(dòng)性較小。它們之間常可發(fā)生類質(zhì)同象交換。Nb和Ta地球化學(xué)性質(zhì)非常相近，所以在地質(zhì)作用中，密切伴生，但二者在地球化學(xué)性質(zhì)上略有差，從而Nb

6、Ta比值可作為形成條件的指示劑，超基性巖NbTa約為16左右，花崗巖約為4.8，花崗巖中Na、Ta的地球化學(xué)行為取決于巖漿中Ti和Ca濃度。若漿巖中富Ca，則Nb、Ta分散于含鈣礦物，特別是含鈣的鈦礦物如榍石，褐簾石和鈣鈦礦等礦物中。利用Nb、Zr豐度可金伯利巖和鉀鎂煌斑巖分開(kāi)，Zr和Hf在地質(zhì)作用過(guò)程中，也緊密伴生。鐵鎂質(zhì)巖石中Zr變化與巖石產(chǎn)出的構(gòu)造位置有關(guān)。島弧玄武巖中Zr的含量多1060PPm，而大洋玄武巖中Zr的含量為1203

7、00PPm。此外，Zr的分布與巖石的成因也有關(guān)，地幔成因的巖石含Zr低。在熔融及結(jié)晶過(guò)程中，Zr為不相容元素，傾向于富集在深相中。ZrHf比值隨巖漿演而降低，因此，ZrHf可指示巖漿演化程度。大陸玄武巖比洋殼拉斑玄武巖的Hf含量較高，而海島玄武巖比洋中脊拉斑玄武巖的Hf含量高。這反映了地幔成分，構(gòu)造環(huán)境，部分熔融程度和分離結(jié)晶作用的差異。三、求地質(zhì)溫度與壓力及氧逸度微量元素地質(zhì)溫度計(jì)和壓力計(jì)是微量元素在地球化學(xué)中的另一重要應(yīng)用。利用微量

8、元素在平衡兩相中的分配的溫壓計(jì)比用主成分的分配作為溫壓計(jì)較為簡(jiǎn)便，因?yàn)槲⒘吭胤峙浞暮嗬?，不需要考慮組份濃度和活度的關(guān)系。已經(jīng)用天然物質(zhì)和人工配制物質(zhì)制作了各種類型地質(zhì)溫度計(jì)。比較理想和靈敏的地質(zhì)溫度計(jì)應(yīng)該選用有較大的ΔH的平衡礦物對(duì)。常用的微量元素溫度計(jì)有：Ni在橄欖石和輝石中的分配，主要用基性巖石的結(jié)晶溫度計(jì)算。利用黑云母和鉀長(zhǎng)石間的復(fù)合分配系數(shù)（RbK）可以減少組份對(duì)分配關(guān)系的影響。地質(zhì)壓力計(jì)是基于微量元素分配的方程式中產(chǎn)物