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稀土元素組成數據的表示

為了示蹤地球化學分異,更清楚地表明各種巖石的成因,往往在地質體稀土元素含量分析數據的基礎上,通過計算得到壹些參數或圖表。目前,地球化學常用的稀土元素組成參數和圖解如下:

5.3.4.1稀土元素組成模式圖

稀土元素組成模式有兩種圖解方法。它們都是用壹種標準物質來標準化樣品中相應的稀土元素含量,即用樣品中的稀土元素含量除以標準物質中的稀土元素含量,得到標準化的數據。然後以標準化數據的對數為縱坐標,原子序數為橫坐標。

(1)增田-柯瑞爾圖(圖5.7)。

這個圖是由A. Masuda (1962)和C. D. Coriell (1963)提出的。它是顯示稀土元素組成模式最常用的圖表,稀土元素含量標準化的參考物質是球粒隕石(表5.5)。這個圖的好處是消除了元素豐度奇偶定律引起的稀土元素豐度隨原子序數增加的鋸齒狀變化,因為壹般公認球粒隕石中輕、重稀土元素之間沒有分餾作用,這個圖可以清楚地顯示樣品中稀土元素之間的任何分離。從這些圖解的應用可以看出,不同成因、不同類型或不同部位的地質體具有不同的稀土球粒隕石標準化分布模式。比如不同構造位置的大洋拉斑玄武巖→高鋁玄武巖→大陸堿性玄武巖,稀土類型不同。在圖上,大洋拉斑玄武巖是壹條相對平坦的線,大陸堿性玄武巖是壹條富含輕稀土的右斜線,而高鋁玄武巖則處於過渡狀態(圖5.8)。

圖5.7增田-科瑞爾圖(根據亨德龍,1984)。

(2)以研究系統的壹部分作為參考資料的標準化圖表。所選擇的參照物可以是特殊的巖石或礦物。例如,礦物中的稀土元素含量可以用由這些礦物組成的巖石中相應的稀土元素含量來標準化。這種方法或圖解可以清楚地顯示不同礦物之間的稀土元素分異程度。

5.3.4.2表征稀土元素組成的參數

(1)稀土元素總含量∑REE:稀土元素含量的總和,通常以10-6為單位。大多數情況下是鑭系元素和Y16元素的含量,但也有學者只參考鑭系元素15元素的含量。∑REE可以清楚地反映各種巖石的特征,如:壹般情況下,∑REE在超基性巖和基性巖中較低,而在酸性巖和堿性巖中較高;沈積巖中砂巖和頁巖的∑REE較高,而碳酸鹽巖的∑REE較低。因此,∑REE對判斷烴源巖特征和區分巖石類型具有重要意義。

(2)w(LREE)/w(HREE)[或∑w(Ce)/∑w(Y)]是輕、重稀土元素之比,

表5.5標準球粒隕石和“北美頁巖組合”的稀土豐度

註:目前國際上采用的球粒隕石標準稀土元素含量並不統壹,差異較大。Henderson (1984)認為Wakita等人(1971)和Haskin等人(9個球粒隕石樣品的平均值)提供的數據更常見,彼此相似;* 1984的最新測量數據。

圖5.8三類玄武巖中稀土球粒隕石的標準化分布形式(引自袁忠信,1981)

圖5.9原始巖漿成分演化過程中的稀土元素分餾特征

該參數能很好地反映稀土元素的分異程度,指示巖漿的某些熔融殘余物或早期結晶礦物的特征。∑Ce的堿性比∑ Y強,隨著巖漿作用的演化,∑w(Ce)/∑w(Y)的比值逐漸增大,即∑Ce在巖漿作用後期富集(圖5.9)。

(3)[w(La)/w(Yb)]N,[w(La)/w(uL)]N和[w(Ce)/w(Yb)]N(下標N是標準化的)。這些是標準化後輕、重稀土元素與球粒隕石的比例。它們都能反映稀土球粒隕石標準化圖解中曲線的總體斜率(在接近直線的情況下),從而代表輕稀土和重稀土的分異程度。此外,[w(La)/w(Sm)]N和[w(Gd)/w(Lu)]N的比值可以分別提供輕稀土元素和重稀土元素內部分餾程度的信息。例如,[w(La)/w(Sm)]N的比值越大,LREE越豐富。在此基礎上,孫等人將洋中脊玄武巖劃分為三種類型:[w(La)/w(Sm)]N & gt;1為P型,即富集型,即地幔柱或異常型;[w(La)/w(Sm)]N≈1是T型,即過渡型;[w(La)/w(Sm)]N & lt;1為n型,即正常型,對應的稀土元素配分類型為虧損型。

上述比值和類似比值對表征稀土球粒隕石標準化豐度曲線的特征具有重要意義。

5.3.4.3異常系數(指數)

壹些特殊的元素比值,如δEu[w(Eu)/w(Eu*)]和δCe[w(Ce)/w(Ce*)],可以靈敏地反映體系的某些地球化學特征。

圖5.10球粒隕石歸壹化豐度的REE圖,顯示Eu異常的計算。

(1)δEu,反映Eu異常的程度。Eu是變價元素,壹般為Eu3+,在還原條件下部分Eu3+被還原成Eu2+。由於Eu2+和REE3+的堿度相差很大,在稀土球粒隕石標準化圖解中銪的位置會出現“峰”(Eu過剩,正異常)或“谷”(Eu虧損,負異常)(圖5.65438)。“峰”或“谷”偏離曲線的程度反映了異常的強度。Eu異常的程度常用δEu[或w(Eu)/w(Eu*)]來衡量。計算基於增田-科瑞爾圖。當沒有Eu異常時,Eu的含量應為EU *,EU *由標準化曲線上Sm和Gd的豐度值插值得到。δEu[w(Eu)/w(Eu*)]可根據以下公式計算:

地球化學

其中:w(Eu)N,w(Sm)N,w(Gd)N都是球粒隕石的歸壹化值,δEu[w(Eu)/w(Eu *)]& gt;1是正異常,δ EU [w (EU)/w (EU *)]

圖5.11福建洞堿性花崗巖(A型花崗巖)球粒隕石標準化稀土元素模式(根據David Hong,1985)

(2)δCe[w(Ce)/w(Ce *)]是表征樣品中Ce與其他稀土元素分離程度的參數。在氧化條件下,Ce可以是Ce4+,其離子電位與REE3+相差很大,所以相互分離。在風化過程中,Ce4+在弱酸性條件下易水解並停留在原地,使淋溶溶液貧鈰,形成鈰負異常。鈰在海水中的保留時間最短,只有50年,而其他稀土元素的保留時間為200~400年。因此,海洋沈積物中Ce有很強的虧損,呈現負鈰異常。δCE的計算原理與δEU類似,可通過以下公式求解:

地球化學

5.3.4.4稀土參數圖

這樣的圖解很多,可以用來討論巖石的形成機制或成因分類。現在只給出兩個常見的圖:

(1)w(La)/w(Sm)-w(La)圖。其原理和應用見5.4.1。

(2)w(La)/w(Yb)-w(REE)圖,以w(La)/w(Yb)為縱坐標,稀土總量為橫坐標,可用於區分不同類型的玄武巖、花崗巖和碳酸鹽巖(圖5.12)。

圖5.12 w(La)/w(Yb)-w(REE)地球巖石圖解(根據C.J. Allegri等人,1974)。

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