火成岩微量元素与同位素地球化学

火成岩微量元素与同位素地球化学微量元素3中存在形式：类质同象、气液包裹体、吸附在矿物表面或晶体缺陷。地质样品分析3个方面：准确度、精确度、仪器检测限。精确度往往比准确度重要，因为能体现出相对差异。常用测试方法简称原理对象检测限优缺陷X射线荧光光谱XRFX射线激发二次射线硅酸盐全岩ppm不能测比Na小的元素电子探针分析EMPA电子束激发二次射线矿物的主量元素、隐晶质/玻璃质ppm微区分析、无损电感耦合等离子体原子发射光谱ICP-AES原子吸收，原子发射主量/稀土/少量微量元素低检测限低、精确度高、测定迅速电感耦合等离子体质谱ICP-MS离子透镜聚焦，四级杆分离大量微量元素非常低精确度准确度高/化分时间长热表面电离同位素稀释质谱ID-TIMS加入同位素示踪剂主要是同位素非常低最精确最灵敏/昂贵费时离子探针SIMS高度聚焦O离子轰击样品，发射二次离子同位素、微量元素、矿物元素扩散非常低精确准确度高空间分辨率高/费时费力仪器维护复杂微量元素的分配系数在一定的温度压力条件下，微量元素在两个平衡相之间遵循能斯特定律。Kd=Ci/CjKd＞1，相容元素；反之为不相容元素；Kd=1，认为均一的分配到矿物和熔体之中；固态熔融的模式两种模式：Rayleigh分离熔融作用、批式熔融作用。分别代表自然熔融的两种极端方式，熔融方式取决于源区物质的渗透性。一般粘度高的岩浆渗透性较差。批式熔融方程未熔融前：𝐶𝐿𝐶0=1[D𝑅𝑆+F(1−D𝑅𝑆)]熔体抽出之后：𝐶𝑆𝐶0=D𝑅𝑆[D𝑅𝑆+F(1−D𝑅𝑆)]当总分配系数很小，CL/C0=1/F；当F很小时，右边为1/D0对于不相容元素，即使熔融程度小，也能造成严重亏损。对于相容元素，小程度的部分熔融造成含量与源岩差异不大。Rayleigh分离熔融作用分为只考虑单一熔体的方程和考虑多个单一熔体聚集的熔体的方程。在后一种方程中，又分为熔体按照在/不在源岩中的比例的方程，后者更接近于实际情况。在熔融程度0-10%时，不相容元素在熔体中的变化与源岩中的比值更加极端，随着熔融程度的增大急剧下降。相容元素在二者中的变化不大。对于熔融程度很小的分离熔融作用，不相容元素的亏损比批式熔融更强。稀土元素REE配分型式图解：用样品对球粒陨石的标准化来消除REE之间的奇偶丰度变化，获取平滑的丰度-成分曲线。其坐标轴刻度为对数坐标。稀土配分型式在探讨岩石成因和岩石演化方面具有重要意义。Eu副异常：长石的结晶或残留。Eu正异常：普通角闪石、榍石、单斜辉石、斜方辉石、石榴石。REE分馏程度：一个轻稀土比一个重稀土，进行标准化，如（La/Yb）N。重稀土亏损：（La/Yb）N＞1，源区中存在石榴石、普通角闪石。轻稀土亏损：（La/Yb）N＜1，橄榄石、单斜辉石、斜方辉石。中稀土：（Gd/Yb）N。其富集主要受控于普通角闪石。长英质熔体汇总，副矿物因分配系数非常大，对REE型式影响较大。锆石、石榴石的分离造成HREE亏损；榍石、磷灰石造成MREE亏损、独居石、褐帘石造成LREE亏损。四分组效应：从La到Lu分为4组，每一组内部4个元素的配分曲线呈向上凸的形状。第二、三组公用Gd。火成岩中微量元素的应用元素比值常常使用两个元素的丰度比值来描述岩石特征、成岩过程。所选的比值元素往往具有相似的地球化学特征、或互为子体母体关系。优点：消除由于岩石成因的复杂性导致元素丰度变化范围大，没有规律。利用元素丰度比值，可以区分玄武岩构造环境、判断岩浆源区、岩石混染程度，对于不新鲜、年代较老的样品，要小心使用活泼元素对。异常值常用的是Nb*、K*、Sr*Nb*负异常：大陆拉斑玄武岩、俯冲带岛弧玄武岩浆。K*正异常：玄武岩源区可能受到消减作用影响。K*＜1，与消减作用无关。Sr*负异常：度量分离结晶程度，或指示岩石抗交代蚀变的能力。比值图解类似于主量元素的harker图解。有对数坐标、自然数坐标两种表示形式。多选择两个地球化学性质相似的元素进行构图，应用较多的是大离子亲石元素、放射性热元素。Pearce图解在单一岩浆源区的情况下，X/Z-Y/Z成分点有较好的线性相关性，利用最小二乘法可确定其回归方程，在空白区域附矿物分离结晶矢量。利用pearce图解可以：判别岩浆同源性。不同斜率的直线，说明是不同原始岩浆经分离结晶作用形成。分析分离结晶作用特征。岩浆结晶作用受控因素。蛛网图基于一组地幔不相容元素进行标准化图解。3中流行的方法进行微量元素标准化：原始地幔（基性超基性）、原始MORB（洋中脊蛇绿岩、分异的玄武岩、安山岩、地壳岩石）、球粒陨石。横坐标：按照元素在地幔低程度部分熔融熔体相容性增加的顺序排列。纵坐标：岩石样品元素含量与储库标准化值，用对数表示。构造环境判别图解3种构图元素A非活动性元素：高场强元素，低离子位能，对分离结晶、同化混染反应不明显，故可以反映源区信息。B活动性不同的元素：活动性强的元素富集与消减作用火山岩中。C相容性不同的元素：高度相容元素与不相容元素的比值不会受到部分熔融、分离结晶作用的影响，可反映源区的性质。不相容元素的丰度变化却与之密切相关。构造判别图不具有绝对性。火成岩中同位素的应用稳定同位素用来研究流体性质、水岩作用过程、示踪岩浆物质来源、古温度计、地质过程扩散和反应机制。稳定同位素比值往往相对一个标准进行，表示为δ，单位千分率。正为富集、负为亏损。自然界3种同位素分馏形式：同位素交换反应、动力学过程、物理化学过程。一个同位素分馏系数表示为α，与1非常接近，不同矿物的分馏系数一般只在小数点后第三位发生变化。氢同位素比值通常表示为δ2H或δD，氧同位素比值通常表示为δ18O。二者都以SMOW为标准表示。氧同位素是重要的地质过程示踪剂，可区别地壳、地幔源区，鉴别岩浆混染作用。地幔δ18O的富集，可能来源于俯冲再循环的低温蚀变洋壳物质，或者陆壳物质混染。相反，δ18O的亏损，可能受到了再循环的高温蚀变洋壳、或低δ18O陆壳物质混染，或来自于核幔边界起源的地幔柱。氢氧同位素在水岩相互作用的研究中非常关键。也应用于超高压变质、气候变迁、成矿物质来源研究。碳同位素，δ13C，测量标准为PDB，可示踪CO2来源，研究地幔去气作用，水岩反应。岛弧钙碱性火山岩通常比MORB富集δ34S，具有较宽的变化范围，与俯冲到地幔的地壳物质有关。放射成因同位素大部分已知的原子核是放射性的，火成岩中常用的放射性同位素体系有5种。同位素体系K-ArRb-SrSm-NdU-Th-PbLu-Hf常用矿物黑云母长石角闪石锆石、斜锆石锆石注意事项Ar丢失/过剩改进方法Ar-Ar常用对象中酸性岩浆岩基性超基性中酸性岩浆岩优点同时给出岩浆结晶年龄和初始Sr同位素比值可测定因Rb/Sr值低或Rb-Sr不再封闭的岩石的年龄；计算壳幔分离时间Pb同位素比值常常与Sr-Nd结合，揭示岩浆源区和结晶过程星体增生、壳幔演化、地幔形成