赵志丹岩石地球化学微量处理精品PPT课件

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赵志丹岩石地球化学系列授课ppt

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22
(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)计算方法
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17
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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18
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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15
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。

专家讲解—岩石地球化学5-微量处理

元素原始地幔
P 95
Sm 0.444
Zr 11.2
Hf
Eu
Ti 1300
Gd
Tb
Dy
Ho
Y 4.55
Er 0.48
Tm
Yb
0.309 0.168
0.596 0.108 0.737 0.164
0.074 0.493
多元素蜘蛛图的原始文献和标准化数据 (Spider diagram)
Sun S-S & W F MacDonough, 1989
B. 过渡金属元素（Transition metal)
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
三、微量元素处理和解释 1. 微量元素处理方法
（1）多元素标准化图解
（2）元素或者元素比值投点图
（2）元素或者元素运算后投点图
包括：二元或者三角图元素对元素
V ppm 600
IAT
MORB OIB
元素比值对元素
元素比值对元素比值
元素运算后
0
0
Ti ppm
18000
（2）元素或者元素运算后投点图
包括：二元或者三角图元素对元素
元素比值对元素
元素比值对元素比值
元素运算后
（2）元素或者元素运算后投点图
包括：二元或者三角图元素对元素
元素比值对元素
元素比值对元素比值
元素运算后
2. 微量元素图解研究用途
（1）进行岩石分类（2）研究岩石成因
Sun & MacDonough, 1989
标准化顺序和数值球粒陨石原始地幔
其中有些不用，例如Tl，Sc，W ，Sn，F等
作图Cs= 0.0079

赵志丹岩石地球化学4-REE处理

微量元素行为的宏观表现
矿物——是组成地球的基本固体物质，元素赋存在矿物之中，通过矿物的形成和变化而具体体现。两相平衡共存——是控制微量元素分布和分配的主要过程，微量元素在固相－固相、熔体－熔体、熔体－固相之间分配是控制元素分布和含量变化的主要过程，也是宏观表现。
例如：Ol＋熔体系统的元素分配
金振民教授（1994）发现了橄榄岩的初始熔融物(5— 7%)在固相岩石中存在矿物三联点位置(这是静态熔融特征)，同时大量熔体在差异应力驱动下沿着橄榄石矿物颗粒边界分布，形成熔融薄膜(见nature封面照片)。
部分熔融产物 Ol＋Sp ＋ melt
The figure above is a back-scattered electron image of water-rich fluid pockets (dark), silicate melt quenched to glass (dark gray) and olivine crystals (a mantle mineral, light gray). The bright spots are another mineral (spinel) that formed when the experiment was quenched from the run conditions of 15,000 atmospheres pressure and 1050 degrees Celsius temperature. The white scale bar represents a length of 20 microns. / igpp/texture.php
微量元素行为的宏观表现
矿物——是组成地球的基本固体物质，元素赋存在矿物之中，通过矿物的形成和变化而具体体现。两相平衡共存——是控制微量元素分布和分配的主要过程，微量元素在固相－固相、熔体－熔体、熔体－固相之间分配是控制元素分布和含量变化的主要过程，也是宏观表现。

赵志丹2017-岩石地球化学1-绪论

纪念高山教授
Treatise on Geochemistry，2004, Elsevier 高山教授 (1962-20160503) 是唯一大陆作者
10卷本系列丛书
地球化学新书-2014
Treatise on Geochemistry, 2nd Edition, 2014, 16卷-P. 8015 @
中文翻译版：
赵志丹等（预计翻译此书），《岩浆岩与深部过程》，地质出版社，20XX (??)
此书图板－图件－标题表格下载：
/hebcs/Books?action=resource&bcsId=5465&itemId=0632063777&resour ceId=19565
张德会, 赵伦山(主编). 2014. 地球化学. 北京：地质出版社.
地球化学国内参考书-10年前
陈岳龙，杨忠芳，赵志丹，编著，同位素地质年代学与地球化学，地质
出版社，2005年韩吟文,马振东. 地球化学, 2003, 地质出版社.
陈俊, 王鹤年, 地球化学, 2004, 科学出版社.
赵伦山, 张本仁. 地球化学, 1988, 地质出版社. 中国科学院地球化学研究所, 高等地球化学.1998, 科学出版社
中文翻译版：杨学明等，《岩石地球化学》，合肥：中国科学技术大学出版社，2000
本课程主要参考书（第2本/共3本）
Gill Robin. 2010. Igneous Rocks and Processes: A Practical Guide. Wiley-Blackwell [ John Wiley & Sons, Ltd ], pp. 428 @
(2) 有些目前学习岩石－矿物－矿床等专业的研究生，没有系统学习过《地球化学》。

赵志丹岩石地球化学-REE处理资料

金振民教授（1994）发现了橄榄岩的初始熔融物(5— 7%)在固相岩石中存在矿物三联点位置(这是静态熔融特征)，同时大量熔体在差异应力驱动下沿着橄榄石矿物颗粒边界分布，形成熔融薄膜(见nature封面照片)。
部分熔融产物 Ol＋Sp ＋ melt
The figure above is a back-scattered electron image of water-rich fluid pockets (dark), silicate melt quenched to glass (dark gray) and olivine crystals (a mantle mineral, light gray). The bright spots are another mineral (spinel) that formed when the experiment was quenched from the run conditions of 15,000 atmospheres pressure and 1050 degrees Celsius temperature. The white scale bar represents a length of 20 microns. / igpp/texture.php
微量元素行为的宏观表现
矿物——是组成地球的基本固体物质，元素赋存在矿物之中，通过矿物的形成和变化而具体体现。
两相平衡共存——是控制微量元素分布和分配的主要过程，微量元素在固相－固相、熔体－熔体、熔体－固相之间分配是控制元素分布和含量变化的主要过程，也是宏观表现。
例如：Ol＋熔体系统的元素分配
符号 a f p n μ m c d
数值 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1

微量元素地球化学中国地质大学4微量元素在不同地质体中的分布与分配幻灯片

Bougault & Hekinian 1974 Villemant et al. 1981 Nikogosian & Sobolev 1997 Villemant et al. 1981 Villemant et al. 1981 McKenzie & O'Nions 1991 Paster et al. 1974 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 Nikogosian & Sobolev 1997 McKenzie & O'Nions 1991 Frey 1969 Nikogosian & Sobolev 1997 Frey 1969 Villemant et al. 1981 Villemant et al. 1981 Kloeck & Palme 1988
Experimental
6.6
Experimental
0.007
Experimental
0.73
Experimental
1.85
Experimental
3.1
Experimental
12.2
Phenocrysts-Matrix
0.86 0.04 0.009 0.06 0.03 0.0004 0.01 0.0008 0.0013 0.0016 0.0015 0.007 0.0016 0.009 0.021 0.018 0.04 0.03 0.7
Mineral Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine

岩石地球化学课件赵志丹

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

赵志丹2018-岩石地球化学5-微量处理

Niu Y, 2006
Ultra-K rocks in Lhasa block
Pb
Hofmann, 2004
Nb
Ti
为什么岛弧火山岩出现Nb、Ta的负异常？
——正常岛弧火山岩由源自俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔发生部分熔融而形成，这种富水的流体亏损高场强元素（HFSE），如Nb(Ta)、Ti、P等元素，这些元素的流体/岩石分配系数很小（1)，因此，在流体交代地幔楔形成的正常岛弧火山岩中出现显著的Nb（Ta）、Ti负异常（在微量元素原始地幔标准化蜘蛛图上相对于相邻元素 K 、La和Eu、Gd）。
（1）多元素标准化图解图解的基本解释
大离子亲石元素-Rb-Ba-Th-U-K-Pb HFSE
HREE
大离子亲石元素
HFSE
幔源玄武岩的成分
地壳的成分
Hofmann, 2004
Chondrite (C1) Normalized
100
N-MORB E-MORB OIB IAB C. Crust
多元素标准化数据
I 原始地幔（primitive/primordial mantle）
目前常用的元素排列顺序和数值根据 Sun & MacDonough, 1989
II 球粒陨石
Boynton W.V. 1984；Sun & MacDonough, 1989；
III MORB, Pearce, 1983 IV 沉积岩
孙贤鉥 (1943-2005)
国际著名地球化学家孙贤鉥先生1943年10月27 日出生于福建省福州市，抗日战争胜利后，随父母移居台湾省台北市。1962年被免试保送台湾大学地质系学习。 1968年，孙贤鉥先生赴美国求学，师从著名地球化学家Paul Gast，先后在纽约的哥伦比亚大学和休斯顿美国宇航局约翰逊空间中心从事铅同位素地球化学研究，1973年获得博士学位。期间，他在铅同位素地球化学等研究领域取得了诸多开创性成果。相关论文陆续发表在Nature、Science等国际知名学术刊物上并得到了广泛的引用，其中有关年轻玄武岩铅同位素的文章(Sun，1980)SCI引证次数已经超过700次，成为这一研究领域一个里程碑式的经典论文。 1973年-1975年，孙贤鉥先生在纽约大学石溪分校做博士后，随Gilbert Hanson从事碱性玄武岩的研究，在许多重要的刊物上发表了多篇高水平的论文。 1975年，孙贤鉥先生前往澳大利亚的阿德雷德大学工作，期间对太古宙科马提岩、高镁玄武岩、大洋玄武岩和蛇绿岩等岩石进行了开创性的地球化学研究，再次显示了他卓越的科研才能，相继发表了多篇至今仍被广泛引用的论文。其中有关洋中脊玄武岩地球化学的文章(Sun，Nesbitt and Sharaskin，1979)SCI引证次数已经超过500次。 1977年，孙贤鉥先生在悉尼澳大利亚联邦科学和工业研究组织矿物研究实验室工作，从事氧、硫等稳定同位素的研究。 1981他成为澳大利亚矿产资源局主任研究员，1999年退休。在此期间，他发表了一系列有关地球的化学组成、演化以及元素地球化学性质的文章，成为当代地球科学界广泛引用的经典之作。其中最为著名的是1989年他和他的学生McDonough在Geological Society Special Publication上发表的关于地幔化学和同位素体系的文章：Chemical and isotopic systematics of oceanic basaltsmplications for mantle composition and processes，迄今已被SCI论文引证超过2800次；另一篇论文：The composition of the Earth (McDonough and Sun，1995)，也已经被SCI论文引证近800次。令人称道的是在实验技术比较落后的20世纪80年代，他就以严谨细致的工作准确地排定了元素相容性顺序，为地球化学的发展作出了杰出的贡献。作为海外华人，孙贤鉥先生十分关心祖国科学和文化事业的发展。

赵志丹岩石地球化学-主量元素处理共95页

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70处理
21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。

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1968年，孙贤鉥先生赴美国求学，师从著名地球化学家Paul Gast，先后在纽约的哥伦比亚大学和休斯顿美国宇航局约翰逊空间中心从事铅同位素地球化学研究，1973年获得博士学位。期间，他在铅同位素地球化学等研究领域取得了诸多开创性成果。相关论文陆续发表在Nature、Science等国际知名学术刊物上并得到了广泛的引用，其中有关年轻玄武岩铅同位素的文章(Sun，1980)SCI引证次数已经超过700次，成为这一研究领域一个里程碑式的经典论文。
孙贤鉥 (1943-2005)
孙贤鉥博士(哥伦比亚大学, 1973)
孙贤鉥
(1943-2005)
(哥伦比亚大学, 1973)
国内设立了—孙贤鉥地球化学青年科学家奖
第一届，2006, 徐义刚；第二届，2007, 王强；第三届，2008, 杨进辉；第四届，2009, 赵子福; 第五届，2010, 袁洪林；第六届，2011, 朱弟成；
Sun S-S & MacDonough WF , 1989
Sun S-S, McDonough WF. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes. In: Saunders, A.D., Norry, M.J. (Eds.), Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society London. Special Publications, vol. 42, pp. 313–345.
Trace element concentrations normalized to chondrite (primitive mantle) of ……
Spider diagram of ……
多元素标准化数据
I 原始地幔（primitive/primordial mantle）
目前常用的元素排列顺序和数值根据
元素原始地幔
P Sm Zr
Hf Eu Ti Gd Tb Dy Ho
Y
Er Tm Yb
95 0.444 11.2 0.309 0.168 1300 0.596 0.108 0.737 0.164 4.55 0.48 0.074 0.493
ห้องสมุดไป่ตู้
不相容性质强弱
多元素蜘蛛图的原始文献和标准化数据
(Spider diagram)
Rudnick & Gao, 2004
常用的球粒陨石和原始地幔标准化数值(ppm)
Boynton W.V. 1984. Geochemistry of the rare earth elements: meteorite studies. In: Henderson P.(ed), Rare earth element geochemistry. Elsevier, pp.63-114
第二节、微量元素数据处理与解释
一、控制微量元素行为的地球化学规律二、稀土元素处理和解释
三、微量元素处理和解释
（包括稀土在内的总体微量元素特征）
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
三、微量元素处理和解释 1. 微量元素处理方法
（1）多元素标准化图解（2）元素或者运算后元素投点图
2. 微量元素的用途
McDonough WF, Sun S-S, Ringwood AF, Jagoutz E, Hofmann AW. 1992. Potassium, rubidium, and cesium in the Earth and Moon and the evolution of the mantle of the Earth. Geochimica et Cosmochimica Acta, 56(3): 1001-1012
Sun & MacDonough, 1989
II 球粒陨石
Boynton W.V. 1984；Sun & MacDonough, 1989；
III MORB, Pearce, 1983 IV 沉积岩
NASC，Gromet et al, 1984 平均地壳成分根据－－Taylor & McLennan, 1981
1. 微量元素处理方法
（1）多元素标准化图解
A 属于REE标准化图解的扩展和普及化，最早用于玄武岩，现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积岩）类型。
B 标准化数值——原始地幔、球粒陨石，或者 MORB
C 作图的意图——比较样品与标准化数据之间的偏离程度
（1）多元素标准化图解
中文表达方式————
研究生选修课，32学时
《岩石地球化学》
第三章岩石地球化学数据的处理与解释
第二节微量元素数据处理与解释（）
2018年5-6月
第三章岩石地球化学数据的处理与解释
第一节主量元素数据处理与解释第二节微量元素数据处理与解释第三节同位素数据处理与解释
32学时赵志丹
2017年5月
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第七届，2012, 黄方；第八届，2013, 彭澎；第九届，2014, 秦礼萍；第十届，2015, 惠鹤九；第十一届，2016, 张莉第十二届，2017, 李秋立
孙贤鉥 (1943-2005)
国际著名地球化学家孙贤鉥先生1943年10月27 日出生于福建省福州市，抗日战争胜利后，随父母移居台湾省台北市。1962年被免试保送台湾大学地质系学习。
原始地幔(球粒陨石)标准化多元素图解, 微量元素含量蜘蛛图
英语表达方式————
Normalized multi-element diagrams / incompatible element diagrams / spider diagrams of ......
Primitive mantle-normalized incompatible trace element variation diagrams of ……
目前常用作标准化的原始地幔顺序和成分
（primitive/primordial mantle）
元素
Rb Ba Th
U
Nb Ta
K
La Ce Pb Pr Sr Nd
原始地幔 0.635 6.989 0.085 0.021 0.713 0.041 250 0.687 1.775 0.071 0.276 21.1 1.354