Скляров Е.В. (ред.) Интерпретация геохимических данных

Подождите немного. Документ загружается.

^-f

Федеральная целевая программа

l/l

"Государственная поддержка интеграции

высшего образования и фундаментальной

науки'

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

ГЕОХИМИЧЕСКИХ

ДАННЫХ

сО

СП

•<

Научный редактор

чл.-кор.

РАН

Е.В.

Скляров

•

Москва

"ИНТЕРМЕТ

ИНЖИНИРИНГ"

2001

УДК

551.1/4 (07)

ББК26.3я73

И73

Издание осуществлено при финансовой поддержке Фе-

деральной целевой программы «Государственная под-

держка интеграции высшего образования и фундамен-

тальной науки»

Авторы: Е.В. Скляров (гл.

6),

Д.П.

Гладкочуб (гл. 2), Т.В. Донская

(гл. 2,

4),

А.В.

Иванов (гл. 5), Е.Ф.

Летникова

(гл.

3),АТ.

Миронов

(гл.

1,2),

ИГ Бараш (гл.

1,6),

RА.

Буланов (гл. 7),

А.И.

Сизых (гл. 7).

Рецензенты: акад. РАН Ф.А. Летников (Институт земной коры СО РАН)

докт.

геол.-мин.

наук А.И.

Альмухамедов

(Институт геохимии СО

РАН)

Интерпретация геохимических данных: Учеб. пособие /

И73 Е. В. Скляров и др.; Под ред. Е. В. Склярова. -

М:

Интернет

Инжи-

ниринг,

2001- 288

с.:

ил.

ISBN 5-89594-063-3

В учебном пособии приведены основные методы и приемы ис-

пользования геохимических данных в геологических исследованиях.

Дана характеристика основных групп используемых

элементов,

спо-

собов обработки и отображения результатов

анализа,

а также факто-

ров, контролирующих геохимическую специфику

магматических,

осадочных и метаморфических пород. Рассмотрены области приме-

нения геохимических данных при изучении магматических, осадоч-

ных и метаморфических процессов. Приведены классификационные

и дискриминационные диаграммы для разных типов пород, а также

справочные таблицы.

Описаны

изотопные исследования

(радиоген-

ные изотопы, стабильные изотопы) и возможности их применения в

геологических построениях. Основной акцент сделан на геохроноло-

гию и выяснение природы магматических расплавов. Проанализиро-

вано влияние состава вмещающих пород и физико-химических усло-

вий кристаллизации или метаморфизма на состав основных породо-

образующих минералов.

Для студентов и специалистов геохимического профиля.

УДК

551.1/4

(07)

ББК

26.3я73

ISBN 5-89594-063-3

«Интеграция)),

2001

Е.В.,

Гладкочуб Д.П.

Донская Т.В и др., 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 6

Глава!.

Базовые понятия и определения

геохимии 8

1.1. Основные группы элементов, используемые в геохимических

исследованиях 8

1.1.1. Главные элементы 9

1.1.2.

Элементы-при

меси 10

1.1.3. Изотопы 21

1.2.

Общие

представления о

кларках

1.3. Коэффициенты разделения 26

1.4. Геохимические особенности основных геологических процессов... 31

1.4.1. Факторы,

определяющие

геохимическую специфику

магматических пород 31

1.4.2.

Факторы, определяющие геохимическую специфику

осадочных пород

1.4.3.

Факторы, определяющие геохимическую специфику

метаморфических пород

1.5.

Основные источники некорректности геохимических данных 42

Глава

2. Использование геохимических данных при изучении

магматических пород 45

2.1. Классификация магматических пород 45

2.1.1.

Классификации магматических пород в целом 46

•2.1.2. Классификации пород основного состава 49

2.1.3. Классификации

гранитоидов

2.2. Изучение особенностей эволюции магматических пород 66

2.2.1. Характеристика геохимических процессов на основе

интерпретации вариационных диаграмм 66

2.2.2. Интерпретация трендов распределения РЗЭ 68

2.2.3. Интерпретация

мультиэлементных

диаграмм 70

2.2.4. Численное моделирование геохимических процессов

2.3. Определение геодинамических обстановок формирования

магматических комплексов 75

2.3.1. Дискриминационные диаграммы для пород базальтового и

андезитового состава 75

2.3.2. Дискриминационные диаграммы, использующиеся для

определения геодинамических обстановок формирования

гранитоидов 92

Глава

3. Использование

геохимических

данных при изучении осадочных

пород 102

3.1. Петрохимические генетические модули, используемые при

изучении осадочных пород 102

Интерпретация

геохимических

данных

3.1.1.

Гидролизатный

модуль (ГМ)

(А1

ТЮ

+ FeO)/SiO

103

3.1.2.

Алюмокремневый

модуль (AM):

O./SiO

104

3.1.3.

Фемический

модуль (FM) FeO +

MgO/SiO

104

3.1.4. Титановый модуль

(ТМ)

ТЮ

/А1

105

3.1.5.

Натриевый модуль (НМ)

Na.,O/Al

106

3.1.6.

Калиевый модуль (КМ)

О/А1

106

3.1.7.

Щелочной модуль (ЩМ)

O/K

107

3.1.8.

Общая нормативная щелочность или сумма модулей

(НМ + KM)

О\А1

107

3.1.9.

Железный модуль (ЖМ) FeO +

MnO/AI

+ТЮ

108

3.1.10.

Плагиоклазовый

модуль

(ПМ)

СаО +

O/K

108

3.2. Элементные

фациальные

индикаторы 109

3.2.1. Индикатор

Fe/Mn

109

3.2.2. Индикатор Ti/Zr ПО

3.3. Диаграммы, используемые при изучении осадочных пород

Ill

3.3.1. Генетические диаграммы

111

3.3.2. Вариационные диаграммы для осадочных пород

120

3.3.3. Индикаторная диаграмма

постседиментационных

изменений карбонатных пород 122

3.4. Геохимические исследования

хемогенных

и органогенных

. отложений 123

3.5. Изучение распределения РЗЭ в осадочных отложениях 130

Г л я в а 4. Использование геохимических данных при изучении

метаморфических пород 135

4.1.

Диаграммы А. Н. Неелова

136

4.2. Диаграмма

РАК

141

4.3. Диаграмма ФМ — сумма

щелочей

142

4.4. Диаграмма Н.

деЛя

Роша и М. Рубо 145

4.5. Диаграммы

Н.

А.

Доморацкого

146

Г л а в я 5. Использование радиогенных изотопов 149

5.1.

Базовые принципы и понятия 149

5.2.

Масс-спектрометрические

измерения 154

5.3. Методы абсолютной геохронологии 159

5.3.1. Методы датирования, основанные на принципе

изохронных

построений

(Rb—Sr,

Sm~Nd

Re—Os)

159

5.3.2. Методы датирования, основанные на радиоактивном

накоплении свинца

(U—РЬ

РЬ-РЬ)

165

5.3.3. Эволюция изотопного состава

Земли-и

модельные

возрасты 172

5.3.4.

К-Аг

Аг/""Аг

методы датирования 180

5.3.5. Концепция температур закрытия (термохронология) 189

5.3.6. Методы датирования по

космогенным

изотопам

{'"Сидр.) 198

5.4. Изотопная геохимия

201

5.4.1. Радиогенные изотопы в магматическом процессе 201

5.4.2. Радиогенные изотопы в осадочном процессе

210

Оглавление^

;

Г л а в

• Использование стабильных изотопов 215

6.1. Общие положения 215

6.2. Использование изотопов кислорода 217

6.3. Использование изотопов водорода 2!9

6.4. Использование изотопов углерода 220

6.5. Использование изотопов серы 222

Г л я в я 7 . Использование геохимических данных при изучении

породообразующих

минерялов 227

7.1.

Геохимия породообразующих минералов 227

7.2.

Типохимизм

оливинов 229

7.3. Типохимизм гранатов 235

7.4. Типохимизм

пироксенов

244

7.5. Типохимизм амфиболов 251

7.6. Типохимизм слюд 260

7.6.1.

Триоктаэдрические слюды 262

7.6.2. Диоктаэдрические слюды 269

Библиографический список 274

•

ВВЕДЕНИЕ

С развитием новых технологий исследования

вещества

и со-

зданием новых поколений аналитических приборов геохимичес-

кие методы исследований стали по праву занимать ведущее место

в геологических исследованиях. Роль геохимии никогда не прини-

жалась и ранее, однако именно наличие хороших аналитических

возможностей вывело ее на качественно новый уровень. Сейчас

без геохимических данных невозможно практически ни одно гео-

логическое исследование, так или иначе затрагивающее вещество.

Можно без всякого преувеличения сказать, что геохимические

методы исследований в

большой

степени способствуют переводу

геологии (в широком смысле этого слова) из разряда «описатель-

ной» науки в «строгую» науку, имеющую соответствующую мето-

дологическую основу. Изучение разнообразных геологических

объектов геохимическими методами позволило выявить неизвест-

ные ранее закономерности и, главное, показало важность геохи-

мических данных при разнообразных геологических построениях.

Многие тектонические модели опираются на геохимические

особенности магматических, осадочных или метаморфических ком-

плексов. Геофизические модели внутреннего строения Земли

так-

же опираются на геохимические характеристики мантийных ксе-

нолитов и метеоритного вещества. Совершенно очевидно, что гео-

химические исследования являются важнейшим инструментом в

геологии, поэтому подготовка

специалистов

на современном уров-

не требует знания современных достижений в геохимии и пони-

мания того, каким образом геохимические данные можно прак-

тически использовать. Между тем наблюдается явный парадокс:

без качественного геохимического образования нельзя выпускать

специалистов геологического (любых, а не только тех, кто пред-

полагает заниматься веществом!) профиля, а учебники по геохи-

мии современного уровня практически отсутствуют. Книги кори-

феев по геохимии (Щербина, 1972; Сауков; 1976, Перельман, 1989

и др.) крайне важны для понимания геохимических процессов,

но безнадежно устарели для общего геохимического образования

студентов. Они не учитывают ни современного уровня аналити-

ческих исследований, ни тех

возможностей,

которые дает

геохи-

Веедение

мия

для геологических построений. Это и послужило основной

причиной подготовки предлагаемого учебного пособия. Анализ со-

временной и зарубежной литературы показал, что для учебных

целей

на современном уровне великолепным учебником является

книга Г. Р. Роллинсона «Использование геохимических данных»

(Н.

Rollinson, 1994 «Using of

geochemical

data»).

Если бы эта кни-

га была переведена на русский

язык,

то проблема хорошего учеб-

ника по геохимии была бы снята. Но, поскольку переводное изда-

ние этой книги не предвидится в ближайшем будущем, возникла

мысль о подготовке учебника на русском языке. В качестве базово-

го варианта будущего учебника была выбрана книга Г. Р. Роллин-

сона, поскольку трудно придумать более уравновешенные струк-

туру и стиль подачи материала. При этом предлагаемый учебник

ни в коем случае не является простым переработанным перевод-

ным вариантом упомянутого издания. Его структура и рассматри-

ваемые материалы существенно отличаются. Но основная идея,

положенная в основу учебника Г. Р. Роллинсона, сохранилась. Суть

ее состоит в том, чтобы показать, как можно использовать геохи-

мические данные в геологических построениях. Хотелось бы, что-

бы учебник стал путеводителем специалистов, оперирующих гео-

химическими данными.

Учебное пособие построено следующим образом. В гл. 1 рас-

смотрены базовые понятия и определения в геохимии. Основное

внимание уделяется характеристике различных групп элементов,

используемых в геохимических исследованиях. Гл.

2—4

посвящены

возможностям использования геохимических данных при изуче-

нии магматических, осадочных и метаморфических пород в целях

классификации и определения геодинамических обстановок их

формирования. В гл.

6 рассматриваются возможности использо-

вания радиогенных и стабильных изотопов при изучении геологи-

ческих процессов. В гл. 7 обсуждаются вопросы типохимизма ос-

новных породообразующих минералов. В подготовке учебного по-

собия приняли участие специалисты разного профиля.

Учебное пособие подготовлено при финансовой поддержке

программы ФЦП «Интеграция», проект №

188,

а также РФФИ

проект 00-15-98576, 98-05-15105, 00-05-64585,

00-05-64142,

00-

05-64628,

01-05-64000.

Чл.-кор.

РАН Е. В. Скляров

Глава

БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В ГЕОХИМИИ

Прежде чем обсуждать закономерности распределения хи-

мических элементов в горных породах и их поведение в геологи-

ческих процессах необходимо кратко охарактеризовать основные

группы элементов, используемые при геохимических исследова-

ниях.

1.1.

Основные группы элементов, используемые

в геохимических исследованиях

базовые

понятия

определения

в геохимии

Для практических целей можно выделить четыре главные груп-

пы элементов: главные элементы,

элементы-примеси,

радиогенные

изотопы и стабильные изотопы.

Существуют

различные подходы в

выделении разных групп элементов, и авторы не ставили задачу

рассмотреть все предлагаемые варианты. Более важным казалось

кратко охарактеризовать группы элементов, которые наиболее ча-

сто рассматривают и цитируют в современной литературе. Такие

группы могут выделяться в соответствии с физическими свой-

ствами элементов (ионный радиус, заряд и т.п.), распространен-

ностью в природе (главные и примесные элементы), методами

исследований (стабильные и радиогенные изотопы), поведением

в геологических процессах (совместимые и несовместимые эле-

менты) и т.д. Сразу следует оговориться, что не пытались опреде-

лить строгую иерархию в понятиях (группа, подгруппа и т.п.),

поскольку такое разделение оказалось достаточно сложным, и для

всех выделяемых сообществ элементов используют термин «груп-

па». Группировка основных элементов, наиболее часто используе-

мых в геохимических исследованиях, показана на рис. 1.1.

Главные

элементы

Ti.AI.Fe,

Mn,

Mg,

Са, Na, К, Р

•

—

•

Рад

lit

K-Ar, A

Летучие компоненты

О,

ССЬ,

Радиогенные

изотопы

-Аг,

Rb-Sr,

Sm-Nc

U-Pb-Th

Стабильные

изотопы

Н, О, С, S

Крупноионные

литофилы

Cs, Rb, К, Ва, Sr

Благородные металлы

Ru.

Rh.

Pd,

Os,

lr.

Pi,

Au,

Cu, Ni

Элементы-примеси

Транзитные элементы

Sc,Ti,V,Cr,

Mn. Fe,

Co, Ni,

Cu,Zn

Высокозарядные элементы

Sc, Y,

Th,

Pb. Zr, Hf, Ti,

Nb,

Та.

РЗЭ

Элементы платиновой

группы

Ru, Rh,

Pd.Os,

lr,

Pt,

Редкоземельные элементы

U, Се, Pr, Nd,

Pm,

Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er,

Tm,

Yb,

Иридиевая

группа

Os,

Ir,

Палладиевая

группа

Rh, Pt, Pd

Легкие РЗЭ

La,

Се, Рг, Nd,

Prn,

Sm, Eu

Про

меж

уточные РЗЭ

Sm, Eu, Gd.Tb, Dy.

Тяжелые РЗЭ

Gd, Tb. Dy, Ho,

Er, Tm, Yb, Lu

Рис. 1.1. Группы элементов, используемые при геохимических исследованиях

1.1.1.

Главные элементы

Главные элементы — это те, которые преобладают практи-

чески во всех породных анализах: Si, Ti,

Al,

Fe, Mn, Mg, Ca, Na,

К, Р. Концентрации этих элементов обычно выражаются в массовых

процентах оксидов. Сумма главных элементов составляет ~ 100

т. е. суммарное количество главных элементов можно использовать

Как показатель качественности анализа. Железо может определяться

в виде FeO или

но иногда выражается в виде суммарного

железа

(FeO

или

3(y]

Летучие

компоненты, такие как

О,

СО

S, обычно вклю-

чают в состав группы главных элементов при анализе пород. Вода,

входящая в решетку минералов и высвобождаемая при температу-

ре >

ПО

"С,

обозначается как

Н,О*.

Вода поровая, которая удаля-

ется

при температуре <

110

"С,

обозначается как

и не вклю-

чается в анализ. Иногда общее количество воды определяется при

Прокаливании до 1000

°С

и обозначается как «потери при прока-

Интерпретация

геохимических данных

ливании»

(п.п.п).

В публикациях и отчетах при составлении таблиц

составов пород или минералов общепринятым является порядок

главных элементов, приведенный ниже.

SiO

TiO

FeO

MnO

MgO

CaO

К/)

Сумма

или

Глава

Базовый понятия и определения в

геохимии

SiO

FeO,

MnO

MgO

CaO

п.п.п.

1.1.2. Элементы-примеси

Сумма

Элементы-примеси — это элементы, которые присутствуют в

количестве < 0,1

и их концентрации выражаются в граммах на

тонну (г/т, а в английском варианте ррт), реже в граммах на

тысячу тонн (мг/т или ppb). В некоторых породах элементы-при-

меси присутствуют в больших количествах. Соотношение между

содержанием элемента в процентах по массе и граммах на тонну

следующее: 1 г/т = 0,0001

Некоторые элементы можно рассматривать в качестве глав-

ных для одних типов пород и примесных для других. Например,

калий, который является главным для риолитов и входит в такие

минералы, как

ортоклаз,

биотит, мусковит и др. Его содержание

может превышать 4 %. Однако в некоторых базальтах концентрация

калия очень низка, а

калийсодержащие

минералы отсутствуют.

Если количество главных элементов ограничено, то элемен-

ты-примеси представлены практически всей

оставшейся

частью

Периодической системы элементов. При геохимических исследо-

ваниях используют не все элементы, но обычно изучают распре-

деление в породах от 20 до 40 элементов. Среди последних для

удобства выделяют группы, объединяющие элементы со сходны-

ми свойствами или поведением в геологических процессах. Эле-

менты с близкими ионными радиусами и зарядами обычно обна-

руживают одинаковое поведение в геохимических процессах. Рас-

смотрим вкратце

основные

группы элементов, при выделении

которых очень показательной является диаграмма валентность —

ионный радиус (рис. 1.2). На диаграмме отчетливо выделяются три

основные группы элементов: крупноионные

литофилы

(английс-

кая аббревиатура

LIL

— large ion lithophyls), высокозарядные эле-

менты (HFS — high field strength elements) и переходные (тран-

зитные) элементы.

2,0

1,6 -

1,4

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Крупноионные

C?s.

литофилы

4(LFS,

Ва

Высокозарядные

элементы

(HFS)

Транзитные

элементы

Совместимые

элементы

Сг Элементы платиновой

группы (PGEs)

• Р

2 3 4

Валентность

Рис. 1.2.

Диаграмма

ионный радиус — ионный заряд для элементов-примесей:

ионный потенциал (отношение заряда к радиусу), равный 2, разделяет поля круп-

ноионных литофилов и высокозарядных элементов

Группа крупноионных литофилов (LIL)

К крупноионным

литофилам

относятся Cs,

Rb,

К, Ва. К ним

добавляются также Sr, двухвалентные

Eu,

Pb. Эти элементы ха-

рактеризуются большим ионным радиусом и низким зарядом (ва-

лентность 1, реже 2) и наибольшей подвижностью в разнообраз-

ных геологических процессах.

Группа высокозарядных элементов

(HFS).

Группа высокозаряд-

ных элементов наиболее многочисленна и включает такие элемен-

ты как

Sc,

Th,

Pb,

Zr,

Hf,

Ti,

Nb,

Та, а также группу

редкоземельных элементов

(РЗЭ)

или в английском варианте REE

Интерпретация геохимических данных

(rare earth elements). Последние включают La, Се, Pr, Nd, Pm,

Sm, Eu, Gd,

Tb,

Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Иногда в эту группу

включают иттрий, атомный радиус которого близок к РЗЭ. Высо-

козарядные элементы являются наименее подвижными при раз-

личных наложенных процессах, а их распределение позволяет су-

дить о природе различных магматических пород.

Группа

редкоземельных,

элементов (РЗЭ). РЗЭ являются наи-

более полезными среди элементов-примесей для изучения геохи-

мических процессов в магматической, осадочной и метаморфи-

ческой петрологии. Обычно элементы этой подгруппы подразде-

ляются на легкие с низким атомным номером (La, Се, Рг, Nd,

Pm, Sm, Eu) и тяжелые (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Иног-

да отдельно рассматривается группа промежуточных РЗЭ (Sm, Eu,

Gd, Tb, Dy,

Ho).

Все редкоземельные элементы имеют близкие химические и

физические характеристики и являются стабильными в трехва-

лентном состоянии, а ионный радиус их весьма близок. Некото-

рые различия химического поведения определяются незначитель-

ным, но постоянным увеличением ионного радиуса с увеличени-

ем атомного номера. Эти различия и используют при моделирова-

нии тех или иных геологических процессов. Некоторые элементы

могут иметь степень окисления, отличающуюся от 3, но геологи-

ческую важность имеют всего два иона

Се

Еи

Важной особенностью РЗЭ является то, что элементы с чет-

ными номерами более стабильны, чем нечетные, поэтому

встре-

чаются в природных объектах в более высоких концентрациях.

Вследствие этого на рис. 1.3 кривая распределения элементов име-

ет зигзагообразный вид. Главным образом поэтому при построе-

нии графиков распределения РЗЭ пользуются процедурой

норма-

лизации к стандарту. Эта процедура используется очень широко,

и не только для редкоземельных элементов, поэтому остановимся

подробнее на ее описании. Вторая причина применения нормали-

зации связана с тем, что при отображении геохимических данных

нередко возникает ситуация, когда на одном графике нужно по-

казать концентрации элементов, отличающиеся на несколько по-

рядков. При детальной масштабной линейке график окажется очень

громоздким, при грубой масштабной линейке могут быть не вид-

ны различия при малых концентрациях, которые иногда имеют

принципиальное значение. Для сглаживания резкого различия

концентраций нередко используется логарифмический масштаб

Глава

Базовые

понятия

определения

в геохимии

La Се Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho

ErTmYb

Атомный номер элемента

Рис. 1.3. Диаграмма

концентрация

редкоземельного

элемента (логарифмический

масштаб) — атомный номер элемента [220]

(см. рис. 1.3), при котором на одной из осей графика откладыва-

ются не абсолютные значения концентраций, а их десятичные

логарифмы, что позволяет на одном рисунке с достаточной сте-

пенью детальности показывать концентрации элементов, разли-

чающихся на

3—4

порядка. При изучении же некоторых природ-

ных объектов различия в концентрациях индикаторных элементов

могут достигать

5—6

порядков (в миллионы раз).

Итак, в чем же заключается процедура нормализации и в

каких графиках она используется? Начнем с последнего. Процеду-

ра нормализации используется, если по одной из осей дивариан-

тных

графиков показывается серия элементов, например, все ред-

коземельные элементы. По другой же оси показываются не абсо-

лютные концентрации элементов, а отношения концентраций

элементов в исследуемом образце к концентрациям в каком либо

стандарте, которые и называются нормализованными

значениями

обозначаются приставкой

например

Се^.

В случае РЗЭ в каче-

стве стандарта используются

хондритовые

метеориты или

прими-

тивные базальты срединно-океанических хребтов

(MORB)

для

магматических и метаморфических (по магматическим) пород и

Интерпретация геохимических данных

Глав

Базовые понятия и

определения

геохим!-

среднее значение в глинистых

сланцах

Северной Америки (NASC

—

North

American shale composite) для осадочных и метаморфи-

ческих

(метаосадочных)

пород. Стандарт

хондритовый

метеорит

используется наиболее часто и выбран потому, что, по существу-

ющим представлениям, он представляет собой

недифференциро-

ванное протопланетное вещество после зарождения Солнечной

системы. Стандарт MORB используется реже и представляет со-

бой примитивный недифференцированный базальт.

Диаграммы атомный номер ~

нормализованное

содержание эле-

мента имеют логарифмический масштаб. Точки для отдельных

элементов соединяются линиями (рис.

1.4).

Легко видеть, что со-

единенные линиями кривые нормированных содержаний имеют

достаточно плавный вид в отличие от зигзагообразных кривых

абсолютных содержаний (сравните рис. 1.3 и 1.4), что делает го-

раздо более наглядным различие или сходство содержаний РЗЭ в

различных образцах. Для магматических пород исключение может

составлять только европий. Европиевая точка нередко отскакива-

ет от кривой и именуется европиевой аномалией. Если точка рас-

положена выше кривой (см. рис. 1.4, линия 2), то аномалия поло-

жительная, а если ниже - отрицательная (см. рис. 1.4, линия 3).

Для характеристики таких аномалий применяется отношение

Eu/Eu'=

EuyiSm^x

GdJ

1/2

т. е. это отношение измеренного зна-

чения к ожидаемому в случае нормального распределения. При

интерпретации геохимических данных важны как уровень абсо-

лютных содержаний РЗЭ, так и форма кривой нормированных

содержаний, которая может быть примерно параллельна оси X

(см. рис. 1.4, линия

/),

иметь положительный (см. рис. 1.4, линия

2), отрицательный (см. рис. 1,4, линия 3) наклон или иметь

V-образную

форму (см. рис. 1.4, линия

4].

Во втором случае можно

говорить об обогащении тяжелыми лантаноидами относительно

легких, в третьем об обеднении тяжелыми РЗЭ, а в четвертом об

обеднении промежуточными РЗЭ.

Следует подчеркнуть еще один важный момент. Содержания

РЗЭ даже в одном и том же стандарте (например, хондритовый

метеорит) могут

незначительно

различаться у разных авторов,

поэтому на графиках, приводимых в публикациях или отчетах,

обязательно указывается, по какому конкретно варианту стан-

дарта была проведена нормализация. Содержания РЗЭ в наиболее

часто используемых стандартах по данным разных авторов приве-

дены втабл. 1.1.

•

La Се Pr Nd

PmSm

ТЪ

Dy Ho

ErTmYb

Элементы

Рис.

1.4.

Кривые распределения редкоземельных элементов, нормированные по

хондриту(пояснения

в тексте)

РЗЭ являются одними из наименее подвижных элементов,

на которые слабо влияют процессы гидротермального изменения

и низкотемпературного метаморфизма, поэтому их содержания

наиболее корректно отражают состав первичных магматических

или осадочных пород и степень плавления мантийного вещества.

Содержания РЗЭ в магматических породах зависят от состава

первичного вещества (протолита), из которого выплавляется маг-

ма; РТ-условий плавления процессами дифференциации выплав-

ленной магмы, контаминации расплавом вмещающих пород или

смешения разных по составу магм.

Группа транзитных элементов

Группа транзитных элементов включает: Sc, Ti,

Cr, Mn,

Fe,

Co, Ni,

Cu,

Zn, эти элементы являются более подвижными

при различных геологических процессах по сравнению с высоко-

Интерпретация

геохимических данных

Таблица

1.1

Значения,

используемые

при нормализации содержаний РЗЭ по

хондриту

Глава

Эле-

мент

Се

Рг

[242]

0,340

0,910

0,121

0,640

0,195

0,073

0,260

0,047

0,300

0,078

0,020

0,032

0,220

0,034

[155]

0,330

0,880

0,112

0,600

0,181

0,069

0,249

0,047

0,070

0,200

0,030

0,200

0,034

[184]

0,378

0,976

0,716

0,230

0,087

0,311

0,390

0,255

0,249

0,039

[196]

0,329

0,865

0,630

0,203

0,077

0,276

0,343

0,225

0,220

0,034

[133]

0,245

0,637

0,096

0,473

0,154

0,058

0.204

0,037

0,254

0,056

0,166

0,026

0,017

0,025

[92]

0,310

0,808

0,122

0,600

0,195

0,074

0,259

0,047

0,322

0,072

0,210

0,032

0,209

0,032

[237]

0,367

0,957

0,137

0,711

0,231

0,087

0,306

0,058

0,381

0,085

0,249

0,056

0,248

0,038

2,100

[188]

0,708

1,833

0,278

1,366

0,444

0,168

0,595

0,108

0,737

0,163

0,479.

0,074

0,048

0,074

зарядными элементами, особенно медь и

цинк.

Для транзитных

элементов используется та же процедура нормализации к стан-

дарту и собственный график (рис. 1.5). Но гораздо чаще использу-

ются диаграммы с более широким спектром элементов, которые

называются

нормализованными

мультэлементными

диаграммами или

спаидер-диаграммами

(от английского слова spider — паук). Суще-

ствуют несколько вариантов таких диаграмм с различными вари-

ациями

элементов и их порядком на диаграммах. Наиболее обыч-

ной является диаграмма с 13 элементами, чьи концентрации срав-

нительно высоки в породах основного состава (рис. 1.6). Значения

для нормализации даны в табл. 1.2.

Существуют три наиболее обычных способа нормирования

концентраций элементов для представления их на спайдер-диаг-

раммах. В двух из них в качестве стандарта используются прими-

тивный состав мантии и хондрит (рис. 1.6, 1.7), в обоих случаях

подразумевается сравнение с недифференцированным примитив-

ным веществом Земли. При третьем способе (рис. 1.8) концентра-

ции элементов нормализуются по отношению к составу базальтов

срединно-океанических хребтов (MORB). Каждая версия спайдер-

диаграмм имеет несколько отличный порядок элементов. Кроме

того, порядок элементов конкретной диаграммы определяется

имеющимся набором проанализированных элементов и качеством

сО

С57

(X)

Si V

Co Cu

Ti Cr Fe Ni

Элементы

Рис. 1.5. Графики содержаний транзитных эле-

ментов в базальтах срединно-океанических хреб-

тов, нормированные по примитивной мантии

(а) и по хондриту (б)

Ti V

CrMnFeCoNi

Элементы

о.

100

Верхняя

континентальная

кора

RbTh

К La Sr P Zr.Ti Y

Ва U 1Mb Се Nd HfSm

ТЪ

Элементы

RbTh

К La Sr P Zr Ti Y

Ba U Nb Ce Nd

NfSm

Элементы

Рис. 1.6.

Слайдер-диаграммы,

нормированные по составу примитивной мантии

(значения для нормализации,

McDonough,

1992) для средних составов нижней и

верхней

континентальной коры

(и)

и для средних составов базальтов срединно-

океанических хребтов и океанических островов (б)

[220]

определения. Нормализованные

мультиэлементные

диаграммы

Первого

и второго типов основаны на группировке несовмести-

Мых

элементов в соответствии с мантийной минералогией. По су-

ществу,

эти диаграммы являются расширенным вариантом нор-

Интерпретация

геохимических

данных

Таблица 1.2

Значения для нормализации по стандартам для построения

спаидер-диаграмм

[220]*

Глава

Базовые

понятия

определении

в геохимии

Примитивная мантия

Ва

'и

Та

Се

[251]

0,019

0,860

7,560

0,096

0,027

252,0

0,043

0,620

0,710

1,900

23,00

1,290

90,40

0,350

11.00

0.385

1200

0,099

4,870

[188]

0,023

0,635

6,990

0,084

0,021

240,0

0,041

0,713

0,708

1,833

21,10

1,366

0,309

11,20

0,444

1280

0.108

4,550

0,071

[237]

0,018

0,550

5,100

0,064

0,018

180

0,040

0,560

0,551

1,436

17,80

1,067

0,270

8,300

0,347

960

0,087

3.400

Хондриты

Та

[238)

6,900

0,350

0,042

120

0,350

0,020

0,329

0,865

11,80

0,630

46,00

0,203

6,840

0,200

620

0,052

2,000

0,034

0,220

Та

[253]

1,880

850

0,040

0,022

0,560

3,600

0,328

0,865

10,50

0,190

9,000

500

610

0,203

2,000

0,034

5,210

49,00

1720

265000

2300

470

9500

Та

[233]

0,188

2,470

2,320

2,410

0,029

0,008

0,014

0,246

545

0,237

0,612

7,260

0,467

1220

0,153

3,870

445

1,570

MORB

Та

TiO

[95]

1,00

12,00

0,15

0,20

0,17

136

3,00

10,00

2,50

8,00

0,12

2,50

88,00

1,20

1,50

0,71

35.00

3,50

138

290

* Здесь и далее. Над столбцами приведен литературный источник.

мализованных

по хондриту диаграмм для РЗЭ, к которым добав-

лены другие элементы. Особенно полезны такие диаграммы для

базальтов, однако их можно применять и для других магматичес-

ких и даже осадочных пород.

Группа платиноидов

(ЭПГ)

Для группы платиноидов (Ru, Rh, Pd, Os, Jr, Pt) нередко

используется аббревиатура ЭПГ (элементы платиновой группы)

или в английском варианте — PGE (platinum group elements). В

некоторых классификациях группу платиноидов, к которой до-

бавляют золото, медь и никель, относят к

благородным

металлам.

По характеру своего поведения в глубинных процессах (плавле-

ние на мантийном уровне) нередко выделяют две подгруппы: ири-

диевую (Os,

Ir,

Ru) и

палладиевую

(Rh, Pt, Pd). Для элементов

Ва Th Nb La Sr P Zr Ti Y

Rb К Та Се

NdSmHfTbTm

Элементы

Ba Th Nb La

P Zr Ti Y Yb

Rb К Та Се

NdSmHfTbTm

Элементы

Рис. 1.7.

Слайдер-диаграммы,

нормированные по хондриту (значения для норма-

лизации

по Thompson,

1982)

для средних составов нижней / и верхней 2 конти-

нентальной

коры (а) и для средних составов базальтов

срединно-океанических

хребтов и океанических островов (б) [220]

Rb Th Nb P Hf Ti Yb

К Ва Та Се Zr

Элементы

Sr Rb Th Nb P Hf Ti

К Ва Та Се Zr Sm

Элементы

Рис. 1.8.

Слайдер-диаграммы,

нормированные по MORB (значения для нормали-

зации,

Saunders,

Tarney,

1984, с дополнениями,

Sun,

1980) для средних составов

Нижней

/ и верхней 2 континентальной коры (а) и для средних составов базаль-

тов

срединно-океанических хребтов и океанических островов (б) [220]