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岩石地球化学进展
朱弟成
2017.11.08
岩石地球化学(Petrogeochemistry ):
岩石学和地球化学的交叉学科
研究岩石的化学组成 ,包括其成分的含量、分布、种
类、来源和化学变化的一门地球科学
研究各类岩石中的主量元素、微量元素和同位素 ,用
于探讨岩石源区、岩石成因、岩石演化和岩石产出的
构造环境等方面基础理论问题。
岩浆岩岩石地球化学
岩浆岩的岩石类型和矿物组成
岩浆岩的成分多样性
主要受控于:源区 + 矿物成分 + 岩浆过程
几个重要概念:
分配系数(Partition Coefficient ) :在一定温度下,处于
平衡状态时,某种组分在固相中的浓度和在液相中的浓度之
比,以K 表示
D
相容元素(compatible element ):在矿物结晶过程中趋
向于在早期固相中富集的元素,如Cr、Ni、Co、V等;
不相容元素(incompatible element ):在矿物结晶过程
中趋向于在液相中富集的微量元素,如Li、Rb、Sr、Cs、
Be、Ba、Zr、Hf、Nb、Ta、Th、U等
分配系数对矿物组成、元素比值的影响:
Data from Rollinson (1993 )
Sr/Y: Pl + Grt 源区矿物组合
Ce/Y: Grt ( Hb Grt Pl )
La/Yb: Grt 岩浆分异过程
部分熔融 (Partial melting)
地球内部岩石的部分熔融:
源区物质→熔体(melt) + 残留物(residue)
熔体: 富集容易熔的物质(比源区要酸性或长英质更多)→
富集不相容元素(incompatible elements )
残留物: 富集难熔的物质(比源区要基性或镁铁质更多)→
富集相容元素(compatible elements )
(A) 岩石的部分熔融是其中低熔点物质的部分熔融,Mg是耐火难
熔的组分,Si -Al等是易熔组分;
(B) 部分熔融得到的熔体比原岩更偏酸性、Mg更低
部分熔融产生岩浆的3个条件:
Gill, 2010
分离结晶作用(fractional crystallization ):
一些矿物先结晶 ,不与熔浆发生反应 ,导致残余岩浆成分发生变
化 ,使岩浆向富硅、富碱的方向发展
同化混染作用(assimilation contamination ):
岩浆同化了围岩或捕虏体,使岩浆发生成分改变(常只能改变
岩浆局部的成分)。依据同化混染作用的程度,分为:
同化作用(assimilation) —— 完全
混染作用(contamination) —— 不完全
判断同化混染的标志:
岩体中捕虏体多
颜色、结构、构造不均一,如斑杂构造
有非岩浆成因的矿物,如石榴石、刚玉等是同化围岩的结果
控制岩浆岩成分的主要因素
上地幔的矿物组成和化学成分:
上地幔:由斜长石二辉橄榄岩、尖晶石二辉橄榄岩和石榴子
石二辉橄榄岩(深度→深)
斜长石→尖晶石
Mg SiO +CaAl Si O =MgSiO +CaMgSi O +MgAl O
2 4 2 2 8 3 2 6 2 6
尖晶石→石榴子石
MgAl O +4MgSiO =Mg SiO +Mg Al Si O
2 4 3 2 4 3 2 3 12
尖晶石二辉橄榄岩:Ol 66%; Opx 24%; Cpx 8%; Sp 2%
石榴子石二辉橄榄岩:Ol 63%; Opx 30%; Cpx 2%; Grt 5%
上地幔的矿物组成和化学成分:
橄榄石 + 单斜辉石 + 斜方辉石 + 富铝相矿物(尖晶石、石
榴石、斜长石) ± 角闪石 ± 金云母
其它:磷灰石、金红石等 1%
原始地幔: 二辉橄榄岩(lherzolite,
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