微量元素在地質(zhì)中的應(yīng)用

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1、微量元素在地質(zhì)中的應(yīng)用?一、基本概念?微量元素(minor?elements)依不同學(xué)者給出了不同的定義。蓋斯特(Gast,?1968)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

2、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10-6或10-9表示。?二、微量元素地球化學(xué)指示劑?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，

3、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，隨著巖漿分異作用的進(jìn)行，Sr/Ca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Sr/Ca值和最低的Ca含量。因此，利用Sr/Ca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Rb/Sr比值是巖漿演化過(guò)最明顯的指示劑，巖漿分異程度愈好，Rb/Sr比值愈大。?1.2?指示構(gòu)造部位?大離子半

4、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1-1)。?表1-1??不同構(gòu)造環(huán)境火山巖某些微量元素的參數(shù)?Rb(PPm)Sr(PPm)Ba(PPm)K/Rb?Rb/Sr島弧拉斑玄武巖3-10100-20050-15010000.01-0.05島弧鈣堿性巖系30380?270400-5000.05-0.10大洋拉斑玄武巖0.2-5.070-1506-3010000.02?從表中可見島弧拉斑玄武巖的Rb和Sr豐度比大洋拉斑玄武巖的要高，但Rb/Sr和K/Rb比值卻近似。?1.3?指示地殼厚度?利用Rb/Sr比值還可確定地殼

5、的厚度，K、C、Condie研究表明與消之帶有關(guān)的的年輕火山巖中的Rb、Sr的分布對(duì)地殼厚度很靈敏，利用環(huán)太平消帶年輕火山巖中Rb-Sr的變化曲線與可靠的地殼厚度資料，繪制了Rb-Sr地殼厚度。?2.?放射性生熱元素指示地殼生成熱?放射性元素在地質(zhì)作用過(guò)程中自然地放出射線，即能量，或熱從而使地球具有很豐富的熱能，甚至有人認(rèn)為地球中的高溫主要是由放射性元素衰變過(guò)程而引起。?放射性元素含量還可用來(lái)估算巖石釋放的放射性蛻變熱，其計(jì)算公式為：?A=ρ×10(-2)×(3.48K+2.56Th+9.52U）式中：A為生成熱；ρ為巖石密度，單位為g/cm3，利用

6、公式計(jì)算的各類巖石的生成熱。?根據(jù)這類元素隨深度遞減的規(guī)律，Haack計(jì)算得到了大陸地殼中這些元素的濃度，K為2.09%，Th為443PPm，U為0.66PPm，利用計(jì)算了地球平均生成熱為0.69UW/m3。?3.?過(guò)渡元素的指示意義?過(guò)渡族元素是地質(zhì)作用中最有意義的元素。這些元素最大共同特點(diǎn)是離子半徑相差不大。且價(jià)態(tài)多為+2價(jià)和+3價(jià)。因此，其地球化學(xué)性質(zhì)也有相似性。一般情況下，過(guò)渡族元素多是相容元素，在分離結(jié)晶時(shí)，優(yōu)先進(jìn)入結(jié)晶相，所以分離結(jié)晶作用的定量模型計(jì)算中，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，在部分熔融過(guò)程中易進(jìn)入熔體，所以

7、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?？砂l(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/Ta比值可作為形成條件的指示劑，超基性巖Nb/Ta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C

8、a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