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

Подождите немного. Документ загружается.

Интерпретация

геохимических

данных

Рис. 1.9. Кривые распределения элемен-

тов группы платиноидов, нормированные

по

хондриту

(значения для нормализации

[197])

[220]

RiuRh

Pel

Ir-группа

Pd-группа

Уменьшение температуры

платиновой группы обычно при-

меняют собственные диаграммы

(рис. 1.9), для которых также ис-

пользуется процедура нормализа-

ции к стандарту. Наиболее часто

применяемые стандарты приведе-

ны в табл. 1.3.

плавления

Таблица

1.3

Значения для нормализации по стандартам для

ЭПГ,

ассоциирующих

благородных металлов и транзитных элементов (в мг/т)

Элемент

Со

1г

Аи

Хондриты

[232]

510

1060

510

160

[197]

514

540

690

200

1020

545

152

[114]

700

500

1000

1500

1200

170

Примитивная мантия

[103] [164]

2110000 2110000

28000 28000

3,3 4,0-5,6

3,6 3,5

4,3

7,0

4,0

1,0 0,5

0,1

Совместимые и несовместимые элементы

- При исследовании геохимических особенностей магматичес-

ких систем для элементов-примесей нередко проводится их разде-

ление на преимущественно концентрирующиеся в расплаве при

плавлении на мантийном уровне или в остаточной минеральной

Глава

Базовые

понятия и определении в геохимии

фазе. Те элементы, которые остаются в минеральных фазах, назы-

ваются совместимыми

(compatible),

в то время как элементы, пре-

имущественно

концентрирующиеся в расплаве, — несовместимы-

ми (incompatible), т.

е.,

они являются несовместимыми с решет-

кой кристаллов и при малейшей возможности переходят в рас-

плав. Несовместимые элементы нередко называются также

гидро-

магматофильными.

Если рассматривать детали конкретных примеров, то степень

совместимости и несовместимости варьирует, и элементы могут

вести себя по-разному в расплавах разного состава. Например,

фосфор является несовместимым для мантийной минералогии и

во время частичного плавления будет быстро концентрироваться

в магмах. В то же время в гранитах фосфор выступает в качестве

совместимого элемента, так как концентрируется в форме акцес-

сорного апатита.

1.1.3.

Изотопы

Изотопы подразделяются на радиогенные и стабильные. К

радиогенным относят изотопы, которые распадаются вследствие

природной радиоактивности, а также и те, которые образуются в

результате распада. Обычно к ним относят родственные пары

Rb-Sr,

Sm-Nd,

U-Pb, Th-Pb и

К-Аг.

Как правило, их содержа-

ния выражаются не в абсолютных количествах, а в соотношениях

изотопов (например,

Sr/

Sr)

или отношениях к стандарту

(eSr),

Более подробные сведения о радиогенных изотопах приведены в

гл.5.

Изучение стабильных изотопов в геологии ограничивается

встречающимися в природе изотопами легких элементов, таких

как Н, О, С, S, которые могут быть разделены в результате раз-

личия масс изотопов этих элементов. Например, изотоп

на

12,5 %

тяжелее,

чем изотоп

О,

и их можно разделить при возгон-

ке воды. Изучение стабильных изотопов вносит существенный вклад

в понимание природы флюидов и летучих компонентов. Обычно

содержание изотопов выражается в отношении к стандарту. Под-

робное описание стабильных изотопов наиболее часто использу-

ющихся элементов приведены в гл. 6.

Интерпретация

геохимических

данных

Глава

Вазовые понятия и определения в

геохимии

1.2. Общие представления о

кларках

При изучении закономерностей распределения химических

элементов в различных породах земной коры большую роль сыг-

рало понятие

«кларк»,

введенное А. Е. Ферсманом в 1923 г. Под

кларком

понимается среднее содержание элементов в земной коре.

Первые данные о среднем химическом составе земной коры были

опубликованы в 1889 г. американским химиком Ф. В. Кларком. В

определение среднего состава земной коры большой вклад внесли

И. Г. Фогт, А. Е.

Ферсман,

В. И. Вернадский, В.

Ноддак,

В. М. Голь-

дшмидт, А. Б. Ронов и А. А. Ярошевский, А. П. Виноградов, К. X.

Ведеполь и др. Значения средних содержаний некоторых

элемен-

тов уточняются до сих пор (например,

Ir,

Ge) и наиболее точные

значения были получены благодаря использованию современных

высокочувствительных аналитических методов

(ICP

MS, нейтрон-

но-активационный

и др.).

В последние десятилетия опубликовано большое число таб-

лиц со значениями

кларков

— средних содержаний элементов в

земной коре. В данной работе приведена таблица значений, со-

ставленная Л. Н. Овчинниковым в 1990 г. на основе публикаций

А. П. Виноградова, С. Р. Тейлора, К. X. Ведеполя, Д. М. Шоу,

Б. Мейсона, К. К.

Турекяна,

А. А. Беуса (табл. 1.4).

Анализ табл. 1.4 показывает, что распространенность элемен-

тов в земной коре охватывает огромный диапазон значений. Мож-

но все элементы разделить по их содержанию на несколько групп.

При этом оказывается, что вопреки распространенному мнению

в земной коре меди меньше, чем циркония, ртути меньше, чем

тория, свинца меньше, чем галлия, никеля меньше, чем руби-

дия, скандия намного больше, чем серебра. Выделяются группы

элементов, которые в кислых и основных породах распростране-

ны примерно одинаково: Ga, Ge, Se, Те, Re, Sr, Nb,

Cd,

In, Hf;

преобладают в основных породах:

Сг,

Sc, Ni, V, Со, Pt; более

характерны для кислых пород: Li, Be, Rb, Th, U,

и др.

Из анализа табл.

1.5

следует также:

1. Наиболее распространенными являются элементы с не-

большими порядковыми номерами (и соответственно малыми

атомными массами). С увеличением порядкового номера распрос-

траненность убывает. Первые 26 элементов составляют 99,74 % всей

земной коры.

2. Очень легкие элементы — литий, бериллий, бор и отчасти

углерод

обладают-очень

малой распространенностью: 0,0065 % Li;

Таблица 1.4

Средние

содержания

(кларки)

химических элементов в

земной

коре

Поряд-

ковый

номер

Эле-

менты

Не

Кларки

0,11

6-1

2,5'

2-Ю"

9-10^

2-1

46,5

6,4-1

7,7-10"

2,38

2,26

8,07

27,99

0,1

3,3-

10~

1,8-1

2,2-1

2,13

3,81

1,7-1

0,53

1,2-1

9,3-10~

9-1

5,33

3-1

7,0-

1СГ

Поряд-

ковый

номер

Эле-

менты

Си

Те

Кларки

5,3-10-

6,8-10"

1.7-10"

1,4-10"*

1,8-КГ

7,3-Ю"

2,4-10^

4,2-Ю"

1,1

-10"

3,7-1

3,2-1

1,6-1

2,1-Ю"

1,2-10~*

1,0-1

4-1

а~

5-1

9-1

7,3-1

1,7-1

1,5-1

2,3-КГ*

3-1

4.7-1Q-

3,4-10-'°

4.3-1

4,7-1

Поряд-

ковый

номер

Эле-

менты

Се

•Рг

Ец

Но

Ег

Кларки

3-1

6.1-10"

7.6-1

(Г*

3-1

7,3-10"*

1,2-Ю"

7,2-1

1,9-10^

4,7-

КГ

1,5-Ю"

3-Ю"

3,6-КГ

3.1-КГ*

9-1

2,4-Ю"*

2,2-10~*

1,4-1

К*

8-Ю"

2-1

6,5-10"

5,7-1

3,5-1

7,2-10-*

9-1

1,3-1

1.9-1

1-Ю"

2,6-1

Примеча'ние.

Содержания приведены в %

(мае.),

для благородных газов

(Не,

Ne,

Ar,

Kr, Xe) в

см

/г.

0,00035

Be; 0,0003 % В; 0,0320 % С. Это объясняется тем, что

перечисленные элементы в космическую стадию послужили ядер-

ным горючим. Из тяжелых элементов (атомная масса

119) повы-

шенную

распространённость имеют Ba, La, Се, Nd, Gd, Pb.

3. Элементы с четными порядковыми номерами более рас-

пространены (86 %

мае.),

чем с нечетными (14 %

мае.)

(закон

Оддо

и Харкинса). Четные элементы обычно более распростране-

ны, чем их нечетные соседи. Это особенно хорошо видно в группе

редкоземельных элементов. Однако на кривой кларков имеются

исключения (порядковые номера в скобках): As (33) более рас-

Интерпретация

геохимических данных

Глава

Базовые

понятия

определения

в геохимии

Таблица 1.5

Кларки главных типов изверженных горных пород

мае.)

Эле-

менты

Си

Те

Ультра-

базиты

—

7,5-10'

2-1

3-1

1-1

ТО"

43,1

1-1

0,32

21,8

1,71

20,0

8-1

2-1

4-1

2,2-Ю-

2,28

1,2-

Ю'

0,16

4,2-1

0,20

0,13

9,35

1,5-Ю"

0,2

1-1

4,6-1

2,2-1

1,3-Ю"

1,3-1

5-1

9-1

10"*

7ИЬ~*

2-1

3-1

1,3-1

3-1

ТО"

6-1

5-1

1-1

5-10'

Ю-

1-1

3-1

1-Ю"

Визиты

0,12

1,5-1

5,6-1

5-1

1,5-1

1,9-1

44,0

4-1

1,86

4,55

8,22

23,25

0,13

3-1

8-1

0,80

7,30

3-1

1,07

2,4-1

1,8-1

0,17

8,56

4,8-1

1,4-1

9,2-1

1,1-Ю"

1,6-

ТО'

1,4-

10"*

2-Ю"

7-1

3,5-1

3,7-1

,6-1

3-1

1,3-1

1,9-1

1,4-1

1,6-1

1,1-1

1,9-1

2-1

4-1

3,4-1

5-1

1-Ю"

Андезиты,

диориты

0,11

2,75-1

1,8-10"*

1,2-1

2,5-1

1-1

46,5

5-1СГ

2,78

2,15

8,95

27,1

0,135

3-1

1--18"

1,71

4,76

1,8-10"*

0,61

1,4-

ЮГ

5,4-1

0,12

5,36

1,4-1

4,1-1

4,3-

1Q-

7,4-1

1,8-1

1,4-IQ"

2,2-Ю'

9,5-1

4,5-1

8-1

4,1-1

5-1

1,7-1

1,5-1

МО"

п-10"

9-1Q-

1,5-1

3,1-1

1,2-1

2,1-1

1-1

4-1

WO"

Грано-

диориты

10-'

2,6-1

2,1-Ю"

1,25-1

48,0

5,6-10"

2,82

0,99

8,33

31,1

9,8-

ТО'

3-1

1,6-Ю"

2,52

2,49

1,3-1

0,46

9,1-1

2,2-1

7,5-1

3.07

8-1

1.6-1

2,9-1

5,9-1

1,8-1

1,3-10"*

1,8-10"*

8-Ю-

4,3-10"*

1,2-1

4-1

3,6-1

1,4-1

2-1

(Г

1-Ю"

п-10"

5,6-10"*

1,1-Ю"

1,7-1

1,9-10"*

2-1

1-Ю"

2,2-10"*

Граниты

6-10"'

ЗЛО"

3,6-1

1,25-1

3-1

2,2-Ю"

48.7

8,2-

Ю"

2,61

0,22

7,27

34,23

6-1

3-1

1,9-1

3,97

0,71

6,5-10"*

0,16

3,8-1Q-

5,6-10"*

4,2-1

1,56

1-10"*

3,5-10"*

1-Ю"

3,9-1

1,8-1

4,4-10"*

1,6-10"*

7-1

1,7-10"*

1,8-1

1,5-1

5-1

1,8-1

2.1-10"

1,5-

10"*

п-10"

3,8-1

1,7-Ю"

2,2-

10"

3-1

2-Ю"

1-1

5-1

5-Ю"

Сиениты

—

2,8-Ю"

1-1

9-1

3-1

—

0,12

4,04

0,58

8,8

29,1

8-1

3-1

4,7-1

4,8

1,8

3-1

0"*

0,35

3-1

2-1

5-1

3,67

3-1

4-1

5-1

1,3-Ю"

3-Ю"

1-1

1,4-Ю"

5-1

2,7-1

0~*

1,1-1

2-1

1,7-Ю"

5-1

3,5-Ю"

1,1-10"*

—

п-10"

1,3-1

—

2,2-1

0"*.

5-1

6-1

Степень диф-

ференциации

Kmax/K

- 18

—

1,7

218

1000

150

500

257

•

1,5

Эле-

менты

Ва

Се

Рг

Та

Ультра-

базиты

10-=

3,9-1

8,6-10"*

1.4-Ю~*

4,8-

КГ

8,3-10"

2,4'

9,3-1

2-1

2,8-1

1,6-1

3,5-1

Ю-

4,8-1

6,8-1

4,6-10"

4,1-Ю"

3-1

—

1,4-1

6-1

7-1

1,5-1

(Г

4,6-10"

4,6-1

4-1

(Г

1,4-1

Бяэиты

2,9-10"*

1,7-1

4,8-1

10"

2,2-1

5,3-10"*

1,3-10"*

5,2-1

8,3-1

5-1

9,9-1

2,2-10"*

2,5-1

2-10"*

5-1

2,6-10"*

7,4-1

8-1

6-Ю"

5-Ю"

2,6-Ю"

7-1

3,5-1

7-1

1,8-1

6-10"*

7-1

3,2-Ю"

8-1

Андезиты,

диориты

4,1-10''

1-Ю"

4,5-Ю-

4,7-КГ*

2-1

4,7-10"*

1,1-10"*

5,4-1

(Г*

9,4-

Ю"

5.2-1

1,1-Ю-

2,5-10"*

2,5-

10"

4-1

8-1

2,1-Ю-

9,5-1

1,1'Ю"

—

8-1

2,1-10"*

2,5-1

1,1-Ю'

9-1

КГ

2,2-

10~*

Продолжение табл. 1.5

Грано-

диориты

5,6-10"

5,1-Ю"

7,5-10"

6,4-10"*

2,3-1

8,2-1

1,4-10"*

1,4-1

1.3-10"*

5,2-10"*

1,9-10"*

3,8-1

3-1

3,6-Ю"

1,1-КГ

2,5-1

2,8-1

1,6-10"*

л-10"

1Q-

п-10-

—

2,8-1

6,2-10"*

8,6-1

1,5-1

1-Ю"

9,9-КГ

2,7-Ю"

Граниты

7.5-10"*

4.8-10"

7,2-1

7,4-КГ*

3,1

-10"

7,5-

10~*

1,4-1

6,8-1

0~*

1,1-10"*

5-10"*

1,3-

3,1-1

ОТ*

3-1

4-1

9-1

3,9-1

3,6-

КГ

2,2-10'*

6-Ю"*

Ю-

9-1

8-1

7-1

6-1

1,9-10"*

1,9-1

1-1(Г

1,8-1

3,9-

Сиениты

0,16

4,5-Ю"

5-1

1-Ю"

4,2-1

1-Ю"

1,8-1

1-Ю'

1,6-1

7-,1Q"*

2-1

4,4-

10"

4,4-

Ю"

4,3-10"*

1,2-10"*

1,1-Ю"

2,1-10"*

1,3-10"*

3-1

п-10-

—

2-1

п-Ю"

1,4-Ю"

1,2-1

—

1,3-1

3-Ю"

Степень диф-

ференциации

"vnax'Kmin

2000

211

333

187

4450

2771

пространен, чем Ge (32) и Se (34), Br (35) - чем Se (34) и Кг

(36) и

(3) более распространен, чем Не (2) и Be (4).

4. Согласно А. Е. Ферсману, если сгруппировать все элементы

по атомной массе

4(?

(где q — целое число), то наиболее распрос-

транены четные элементы с атомной массой, делящейся на 4.

Наиболее характерны элементы ультраосновных магм, а именно

Mg (24), Са (40), Ti (48), Fe (56), а также О (8) и Si (28) (в

скобках — атомные массы).

5. Р. А. Зондером в 1930 г. была установлена периодичность

наиболее распространенных элементов через 6 номеров: О, Si,

Са, Fe и соответственно их порядковые номера 8, 14, 20, 26. Это

частично подтверждает закон

Оддо

и Харкинса, а кроме того,

Интерпретация

геохимических данных

Глава

1. Базовые

понятия

и определения в

геохимии

соответствуя «химической» периодичности 6 (а не 8, обусловлен-

ной строением электронных

оболочек),

свидетельствует о ядер-

ной периодичности.

6. Некоторые аномально повышенные

кларки

элементов

объясняются их предысторией. Так, относительно очень высокое

содержание свинца объясняется тем, что

он

состоит не только из

атомов «первозданного» свинца, но и из атомов свинца, образо-

вавшихся в результате радиоактивного распада урана (свинец 206

и свинец 207) и тория (свинец

208).

Висмут, состоящий всего лишь из одного изотопа

209

со-

держит также атомы висмута, образовавшиеся в результате ра-

диоактивного распада америция — нептуния — франция — астата

— скелеты вымерших элементов. На это указывает более высокий

кларк

висмута (2 •

10~

%),

чем стоящих в его

ряду

золота, ртути и

полония. Значительно более высокое содержание аргона, чем дру-

гих инертных газов, объясняется тем, что большая часть аргона

произошла вследствие

«К-захвата»

при радиоактивном распаде

К,

тогда как за счет

[3-распада

образовался кальций, присоеди-

нившийся к уже существовавшему кальцию. То же самое можно

сказать и о

"Sr,

образовавшемся при

р-распаде

Rb.

7. Поскольку распространенность элементов обусловлена ус-

тойчивостью атомных ядер, она не зависит от их химических

свойств.

Кларки элементов рассчитаны для земной коры в целом. Бо-

лее точную информацию для конкретных горных пород дают сред-

ние содержания химических элементов в главных типах извержен-

ных и осадочных пород (табл. 1.5, 1.6). Общую картину усреднен-

ных значений дополняет таблица среднего химического состава

океанической воды (табл. 1.7).

1.3. Коэффициенты разделения

Очень важным при изучении и описании магматических про-

цессов являются коэффициенты разделения (или распределения),

которые характеризуют распределение элементов-примесей меж-

ду фазами. Коэффициент разделения

определяется как отно-

шение содержания элемента в минерале к содержанию элемента в

расплаве. Например, если содержание

стронция

в фенокристе пла-

гиоклаза составляет 500 г/т, а в стекловатой основной массе —

125

г/т, то

будет равно 4. Подобные коэффициенты распреде-

ления могут быть высчитаны для пар

минерал—флюид

и мине-

Таблица 1.6

Кларки главных типов осадочных пород

мае.)

Эле-

менты

Глубоко-

водные

глины

—

7.4-1Q-

2,6-

10"*

3-1

—

0,13

4,0

2,1

8,4

25,0

0,15

0,13

2,1

2,5

2,9

1,9-1

0,46

1.2-1

0,67

6,5

7,4-1

2,25-1

5-1

1,65-1

2-1

10-*

1,3-1

1,7-1

7-1

1,1-Ю"

1,8-Ю"

9-1

1,5-1

1,4-1

2,7-1

—

1,1-Ю"

4,2-

Ю"

7,5-10-*

Глинис-

тые

сланцы

0,4

6,5-1

3-1

1-Ю'

1.1

5,8-1

50,3

7-1

1,0

1,5

7,72

21,5

7-Ю"

0,26

1,8-1

2,64

2,1

1,3-1

0,44

1,3-1

9,4-1

8-1

4,42

1,9-Ю"

7,4-Ю"

4,8-1

9,3-Ю"

2,2-1

1,7-1

1,2-1

5,8-1

4-1

1,5-1

3,3-Ю"

3-Ю"

1,7-1

1,8-1

2,6-10"*

п-10"

л-10'

7,2-

10"*

4,2-1

8,2-10""

Песча-

ники

0,25

2-1

л-10'

3,5-1

1,3

6,1

-КГ

51,5

2,4-1

0,53

0,7

2,63

36,1

2,5-1

2,3-1

1-Ю"

1,15

3,5

1-Ю"

0,2-,

2-Ю"

3,5-1

4-1

1,59

3-1

2-1

1-10"*

2,1-Ю'

1-Ю"

9,1

-Ю"

1-Ю*

5-1Q-

1-Ю"

5-1

2-1

4-1

2,2-1

п-10-

2-Ю-

—

п-10"

л-

10"*

гкИГ

Грау-

вакки

—

5,1-Ю-

—

3,5-

10"

0,43

1,8-1

49,4

—

2,15

1,27

7,15

31,1

6,2-1

0,12

1-1

1,66

1,78

1-Ю'

0,38

6.7-1Q-

5-Ю'

7,5-10~

3,86

2,3-1

4-10~

4,5-

Ю"

6-1Q-

1,4-1

1,4-Ю"

—

8-1

210"

3-1

5-1

—

2-1

—

Степень

диффе-

ренциа-

ции

—

1,7

2100

247

112

250

700

135

—

Глубоко-

водные

карбо-

наты

—

5-Ю"

л-

10*

5,5-1

—

5,4-1

2,0

0,4

2,0

3,2

3,5-

Ю'

0,13

2,1

0,29

31,2

2-Ю"

7,7-1

2-Ю'

1,1-Ю'

0,1

0,9

7-10"*

3-1

3,5-1

1,3-

Ю"

2-1

1-1Q-*

1,7-1

7-1

1-1

2-1

4,2-1

2-Ю"

4,6-Ю"

3-Ю"

—

я-

10*

л-10"

л-10"*

Карбо-

натные

породы

Э-Ю^

6,9-1

6-1

1,8-1

О*

—

3,9-1

49,2

3,3-1

0,14

3,97

0,8

3,1

4-1

0,12

1,5-1

0,34

31,4

Й-10Г

6-1

1,9-1

1.1-1Q-

8,3-Ю'

0,9

1,6-1

1,2-1

6,8-1

2,2-1

2,6-1

1,8-10"*

1,6-10"*

8-10*

4,9-1

0""*

5-1

5,4-1

2-1

3-Ю"

5-1

—

3,6-Ю"

—

Почвы

—

4,8-1

6-1

2,4-1

2,0

0,1

49,0

2-1

0,63

0,52

7,12

33,0

7,3-

Ю"

7,8-1

1-Ю"

1,38

1,37

—

0,49

1,5-1

—

8,5-1

3,8

1,3-1

1,1

3-1

8,4-

Ю"

2,3-1

1-Ю"

1,2-1

7,4'

1 0'

4-Ю"

5-1

3,8-1

5-Ю"

3-Ю"

—

2-Ю"

—

1-1

5,2-1

—

Интерпретация

геохимических

данных

Эле-

менты

Те

Ва

Се

Рг

Та

Глубоко-

водные

глины

1.5-1

(Г*

1-1СГ

—

КГ

е-

кг*

0,23

1.2-

КГ

3,5-10"

3,3-1

1,4-10"

3,8'

6-1

3.810"

6-1

7-1

7,5-10"*

1,5-1

1,2-10"*

1.5-1СГ

4,5-

КГ*

4.1-10"*

КГ*

—

л-

10"'

п-1(Г

7-Ю"

8-1

—

7-10"*

1,3-1

Глинис-

тые

сланцы

6,4-1

1,5-1

О"

1,9-1

(Г*

6,5-Ю"

6,6-

КГ

1.4-1

6.3-1

6,4-1

0"*

2,7-КГ

6,5-

1(Г*

1,1-10"*

6,5-10"*

1-10^

4,8-10-*

1,4-1

(Г*

2,7-1

3-1

3-Ю"

6,6-1

3,5-1

1,5-10"*

п-КГ*

п10~

п-10"

3,3-1

4,2-1

1.1

-КГ*

2-1

9,7-КГ*

1,2-1

3,7-10"*

Песча-

ники

п-10"

—

1,7-Ю"*

п-10"

1,8-1

3-1

9,2-1

8,8-10"*

3,7-1

1-1

1,6-10"*

1-Ю"

1,6-1

7,2-1

2-1

0~*

4-1

(Г*

3-1

4-Ю"

1,2-10~*

3.9-1

Л-КГ*

1.6-1

(Г*

—

-10"

3-1

8-1

7-1

1,7-1

5-1

Грау-

вакки

7-10"*

—

3,8-1

3,3-1

6,2-1

7,7-

10~*

3,1-1

5,1-10"*

1,3-1

8-1

4,5-10~

1,1-10"*

3,3-Ю"

—

5-Ю"

—

6,7-Ю"

—

3-Ю"

—

1,8-10"*

Степень

диффе-

ренциа-

ции

Kmax/Kmin

364

—

Продолжение табл. 1.6

Глубоко-

водные

карбо-

наты

п-10"

1,5-1

5-1

4-1

1,9-1

1-Ю"

3,5-1

3,3-10"*

1,4-1

Of*

3,810"*

6-1

3,8-10"*

6-1

2.7-10"*

1,5-10"*

МО'

1,5-10"*

5-1

1-1

п-10"

П-10"

—

п-10'

/НО"

1,6-1

9-1

—

Карбо-

натные

породы

—

2,31

1,2-10"*

—

5,3

5-1

1-10"*

1,2-1

(Г*

1,5-1

1,2-10"*

9-1

1,7-1

7.5-10"

2,3-1

4,7-1

2.7-10"

3,5

1,7-1

3.5-10f

л-10"

5,3-Ю"

4-1

4.3-1

0"*

5-1

8,8-10"*

1,3-1

1,8-10"*

2,3-10"*

Почвы

1-1

5-1

5,7-10"*

—

5-1

—

6-10"*

—

2-1

1-1

4-1

8-10"*

1-10"*

Глава

Базовые понятия и определения в

геохимии

Таблица 1.7

Средний

химический

состав воды океанов (по А. П. Виноградову

и Д. Г.

Гольдбергу)

Элементы

Содержание, %

(мае.)

10,8

Не

5-1

Li 1,5-210

6-1

4,6-1

2,8-

10~

5-1

85,7

F 1,3-10"*

1-1

,04

0,13

1-10"

3-1

7-Ю"

S 0,089

1,93

Аг

0.038

Са

0,04

410"

1-10"

2-Ю"

Сг

510"

Мп

2-1

1-10"

Со

б-Ю"

2-1

Си

3-1

МО"

7-10"

3-1

4-1

Вг

6,5-1

Элементы

Кг

Содержание.

(мае.)

3-1

1,2-1

8-10"'

3-1

1-ю-

1-1

3-1Q-

1,1-10-"

2-10"

(1-10"

)

10"*

(3-1

)

5-10"

Sm -

™

6-1

1-10"

4-1

2,5-1

3-10"

(2,9-10~

)

4-10"

(1,3-10"

)

2,3-1

4,2-1

1,1-1

6-Ю"

7,3-1

2,2-1

(НО"

1-ю-

Ю-

3-Ю"

МО*

-КГ*

610"

МОГ

7-10

рал—минерал.

минерал—расплав,

равный единице, указывает

на то, что элемент распределяется одинаково в расплаве и крис-

талле. Значение > 1 указывают на предпочтительность концентри-

рования элемента в минерале, и в рассматриваемой системе рас-

плав-минерал этот элемент является совместимым (compatible).

Если же коэффициент распределения < 1, то элемент предпочти-

тельно концентрируется в расплаве и является несовместимым

(incompatible).

Интерпретация

геохимических

данных

Можно рассчитать и общий коэффициент разделения какого-

либо элемента в породе. Для этого необходимо знать процентное

содержание минералов в породе. Например, если порода содержит

50 % оливина, 30 % ортопироксена и 20 %

клинопироксена,

то

общий коэффициент разделения для элемента х будет составлять:

0,5tf

Q,3K

Opx

Q,2K

Cpx.

Коэффициенты разделения можно определять в природных

системах, используя анализ кристаллов минералов и стекловатой

основной массы. Многие коэффициенты в системе

минерал—рас-

плав были измерены именно таким способом. Существует и аль-

тернативный путь измерения коэффициентов, который заключа-

ется в экспериментальном моделировании системы с соответству-

ющими измерениями. Эксперименты можно проводить при раз-

личных температурах и давлениях, поэтому этот способ более пер-

спективен.

Выбор коэффициентов распределения для построения рас-

четных моделей является очень не простым делом, поскольку они

зависят от

большого

числа факторов, роль которых оценена ниже.

1. Состав расплава является самым важным фактором, оп-

ределяющим коэффициенты распределения. В таблицах

1.8—1.10

коэффициенты распределения сгруппированы по типам пород и

содержанию кремнезема в породе.

2. Температура. Многие эксперименты показали, что коэф-

фициенты распределения являются функцией температуры (см. рис.

1.5).

Но иногда бывает трудно отдельно оценить значение темпе-

ратуры или состава, поскольку эти параметры взаимозависимы.

Давление.

В ряде работ было показано, что изменение дав-

ления существенно влияет на коэффициенты распределения. Осо-

бенно важно учитывать фактор давления при изучении процессов

на мантийном уровне, где давление достигает

20—40

кбар. В то же

время давление влияет на коэффициенты распределения проти-

воположным образом по отношению к температуре, и иногда эти

факторы могут «гасить» друг друга.

4. Летучесть кислорода. Наиболее ярким примером влияния

летучести кислорода является разпределение европия между пла-

гиоклазом и расплавом. При высоком окислительном потенциале

европий находится в трехвалентном состоянии, а при низком — в

двухвалентном. Поведение же этих двух фаз существенно различа-

ется, поскольку двухвалентный европий является гораздо более

совместимым, чем трехвалентный. По этой причине при низкой

Глава

Вазовые понятия и

определения

в геохимии

фугитивности кислорода коэффициенты распределения достаточно

высоки,

в то время как при низкой фугитивности европий ведет

себя аналогично другим редкоземельным элементам.

5. Химизм

кристаллов.

Экспериментально показано, что струк-

тура кристаллов имеет существенное влияние на коэффициенты

распределения.

Поскольку состав расплава наиболее существенно влияет на

коэффициенты распределения, то при их выборе и надо учиты-

вать прежде всего этот фактор, а затем для данного состава под-

бирать коэффициенты соответствующих

^Г-условий.

1.4.

Геохимические особенности основных

геологических процессов

Рассмотрим теперь некоторые геохимические особенности

основных геологических процессов. На рис.

1.10—1.12

продемонст-

рированы основные процессы, которые приводят к конкретной

геохимической специализации изучаемых магматических, осадоч-

ных и метаморфических породных комплексов.

•

1.4.1 Факторы, определяющие геохимическую

специфику магматических пород

Геохимические особенности

магматических

пород в значи-

тельной степени зависят от химического состава и минералогии

родоначальных

пород или расплавов. Содержание главных и при-

месных элементов в расплаве определяется типом и степенью плав-

ления, хотя состав магмы может существенно изменяться по мере

продвижения к поверхности. Наиболее важной характеристикой

источника магм является соотношение радиогенных изотопов, так

как оно не изменяется в процессе плавления и последующих про-

цессов в магматической камере. В свою очередь, состав этого ис-

точника зависит от соотношения различных типов пород в регио-

не. Наиболее важным здесь является изучение мантии: за после-

дние годы в результате изотопного изучения океанических базаль-

тов мантийного происхождения достигнут значительный прогресс

в понимании динамики мантии. Большое влияние на состав ман-

тийных выплавок, кристаллизующихся впоследствии в виде раз-

нообразных магматических тел, играют

?7-условия

выплавок и

степень

плавления. В зависимости от температуры и давления со-

став

расплава может изменяться в широких пределах. Степень плав-

Интерпретация

геохимических

данных

Эле-

мент

Ва

Та

Се

Коэффициенты

распределения

минерал-

Оливин

0,0098

0,0140

0,0099

0,0068

0,010

0,020

0,012

0,013

0,010

0,002

[88]

0,0069

0,0066

0,0068

0,0077

0,0096

0,0110

0,0140

0,0160

5,9-29

6,60

0,06

0,70

0,17

1,45

Орто-

пироксен

0,022

0,040

0,013

0,014

0,18

0,10

0,18

0,15

[139]

0,0067

0,0060

0,0059

0,0070

0,0074

0,0100

0,0130

0,0256

0,0481

0,0454

Клинопироксен

0,031

0,060

0,026

0,038

0,900

0,400

0,100

0,263

0,005

0,013

[88]

0,02

0,03

0,05

0,09

0,15

0,23

0,34

0,42

2-4

0,6

1,2

1,4

[88]

0,15

0,31

0,50

0,51

0,61

0,68

0,65

0,62

0,56

1,5-14

0,5-2,0

1,35

,7-3,2

0,3-1,2

расплав для

Роговая

обманка

0,29

0.46

0.42

0,96

1,00

1,50

0,50

0,80

[139]

0,056

0,092

0,230

0,445

0,474

0,556

0,570

0,582

0,583

0,542

0,506

0,50

0,10

[88]

0,20

0,33

0,52

0,40

0,63

0,64

0,55

0,49

0,43

6,8

2,0

3,4

12,5

2,2-4,2

[139]

(андезито

базальты)

1.5640

,5335

[139]

0,5442

0,8430

1,3395

1,8035

,5565

2,0165

2,0235

1,7400

,6420

1,5625

•

ления

также может быть причиной достаточно широкого разно-

образия состава выплавляемых магм.

Большинство магматических пород обязаны разнообразием

своих составов процессам в магматической камере до внедрения

блисповерхностные

уровни. Эти процессы могут значительно из-

менять состав

родоначальных

магм, образующихся при

парциаль-

ном плавлении первичного источника, в результате фракциони-

рования кристаллов, смешения магм, контаминации или различ-

Глэва

ё§эой

ыё

понятий

эпредегший

геохимии

базальтовых и

андезито-

базальтовых

расплавов

Флогопит

3,060

0,081

1,090

0,03

0,90

0,60

1,00

[88]

0,034

0,032

0,031

0,030

0,034

0,042

0,046

[

Плагиоклаз

0,071

1,830

0,230

0,170

0,030

0,040

0,048

0,051

0,010

[88]

0,120

0,081

0,067

0,340

0,063

0,055

0,063

0,067

0,060

[139]

(андезито-

базальты)

0,0121

0,0115

[139]

0,1477

0,0815

0,0551

0,0394

1,1255

0.031

0,0228

0,0202

0,0232

0,0187

[220]

Гранат

0,042

0,012

0,023

0,015

9,00

0,30

0,65

0,45

0,02

0,06

[88]

0,03

0.07

0,29

0,49

0,97

3,17

6,56

11,5

11,9

0,7-1,8

0,6-2,9

[161]

(базальты)

(гаваиты)

0,14

[161]

0,001

0,007

0,026

0,102

0,243

0,680

0,705

1,940

1,675

4,700

6,167

6,950

0,955

1,345

8,500

0,25

[161]

0,026

0,051

0,600

1,000

2,100

4,100

13,200

35,600

41,000

0,66

0,06

2,60

Таблица 1.8

Магнетит

0,2

7,5

0,1

2,0-4,0

0,4

1,0-10

[223]

1,5-3,0

1,3-3,0

1,0-3,0

1,1-2,2

0,6-1,5

1,0-2,0

0,9-1,8

29,0

7,40

26,00

153,00

ных

комбинаций этих процессов. Оценка роли различных процес-

сов в образовании имеющихся составов требует анализа главных

и примесных элементов, а также определения радиогенных и ста-

бильных изотопов.

При последующем внедрении или извержении магматичес-

кие породы могут изменять свой состав как в результате дегаза-

ции, так и при взаимодействии с флюидами. При дегазации изме-

няется главным образом соотношение стабильных изотопов, в то

2 -

1998

Интерпретация

геохимических

даннь

Коэффициенты

распределения

минерал—расплав

мент

гчи

Ва

т^

Оливин

[141

, 211, 245]

0,01

0,03

0,01

Ортопироксен

[211]

0,450

0,250

0,046

0,051

0,350

[214]

0,02

0,03

0,01

Клинопироксен

[211]

1,500

0,400

0,162

0,173

0,300

[14Г;

245]

0,02

0,08

0,02

[141

;

245]

0,27

0,25

[214]

0,013

0,033

0,040

0,011

Се

Рг

0,01

[139]

0,031

0,028

0,039

0,076

0,153

0,254

0,323

[214]

0,030

0,047

0,082

0,069

0,132

0,212

0,314

0,438

0,646

[139]

0,047

0,084

0,183

0,377

0,583

0,774

0,708

0,633

0,665

0,01

[14Г

245]

0,25

0,75

0,80

0,90

[214]

0,508

0,645

0,954

0,681

1,350

1,460

1,330

1,300

Со

[14Г;245]

ПГ|

0,08

34,00

0,30

[14Г;

245]

6,00

3,00

1,10

30,00

3,00

время как при флюидной переработке могут изменяться концен-

трации всех элементов. В идеальном случае анализируемые магма-

тические породы должны быть абсолютно свежими, но нередко

это невозможно. Например, образцы базальтов океанического дна

ва

Вазовые

понятии

определения

геохимии

Таблица 1.9

тля

андезитовых

расплавов [220]

"роговая

обманка

[144; 214]

0,04

0,2-0,4

о,ю

0,33

[141

;

245:211]

2,50

3,00

1,40

1,30

0,15

[144]

0,5

1,2-3,0

1,5-3,0

1,2-2,1

[14Г;

245]

10,00

13,00

32,00

30,00

_ИЩ_

•

Плагиоклаз

[125]'

[214]

0,053

2,820 1,600

0,503 0,115

0,117

[211] [125]"

0,060 0.013

0,050

0,013

0,015

0,025

[139]

[125]"

[214]

0,302 0,228

0,221

0,136 0,186

0,149 0,115 0,143

0,102 0,077 0,117

1,214

0,079

0,376

0,067 0.056 0.050

0,050 0,045 0,126

0,045 0,040 0,034

0,041 0,029

0,039

0,046

0,031

[ИГ;

245]

0,07

1.80

0,16

0,11

[141

;

245]

0,01

Гранат

[141"';

245]

0,01

[141;

245;

211]

11,00

0,50

0,57

Магнетит

[14Г;

245]

0,01

[141

;

211;245]

0,50

9,00

0,20

1,00

•

0,01

[141;

245]'

0,20

0,11

0,31

0,05

[141

;

245]

0,01

[161]

0,076

1,25

1,52

5,2

7,1

23,8

[141*

;

161;

245]

0,60

1,80

8,00

22,00

3,90

0,10

[141;

245]'

0,20

0,30

0,25

Сфен

[143;

144]

0,06

[143; 144]

6,10

17,00

[143; 144]

2,00

10,00

;

10,00

0.25

[141;

245]'

10,00

8,00

30,00

32,00

2,00

•

6,00

клинопироксене.

Ей

как Еи

11143]-

РЗЭ; [145]

Nb, Та.

Интерпретация геохимических данных

Коэффициенты распределения

минерал—расплав

Эле-

мент

Ва

РЬ

Та

Ортопироксен

[88'

;

]

0,003

0,009

0,003

0,002

•3

0,605

1,00

0,40

0,20

0,80

0,150

0,220

0,270

0,170

0,340

0,460

0,650

0,860

0,900

0,200

0,165

0,130

0,145

0,780

0,930

1,250

1.600

0,825

1,850

1,800

2,200

2,250

18,000

45,500

[139]

0,033

0,031

0,015

0,016

0,017

0,027

0,041

0,072

0,115

0.154

Клинолироксен

[88'';

]

0,032

0,516

0,131

0,037

4,00

0.70

0,60

0,80

0,50

1,11

1,67

1,56

1,85

1,93

1,80

1,58

1,54

•з

0,633

0.263

0,150

1,110

1,833

3,300

5,233

4,100

7,533

7,300

6,367

5.933

53,00

32,67

[139]

0,184

0,247

0,015

0,044

0,166

0,457

0,411

0,703

0,776

0,699

0,640

0.683

Роговая

[88

;

245"

]

0,310

0,899

2,890

3,990

3,440

5,480

6,200

5,940

4,890

4,530

обманка

[88

;

211

0,014

0,022

0,044

0,081

•

6,000

7,000

4,000

1,520

4,260

7,770

5,140

10.000

13,000

12,000

8,380

5,500

•

вэ

Базовые

понятия

и определения [

геохимии

Таблица 1.10

дацитовых

риолитовых

расплавов [220]

Биотит

;

245"

]

3,26

0,12

6,36

0,037

0,044

0,058

0,145

0.082

0,097

0,162

0,179

0,185

[88"';

211

2,24

9,70

0,03

0,32

0,29

0,26

0,24

0.28

0,29

0,35

0,44

0,33

3,200

0,447

23,533

3,000

0,767

1,233

1,197

0,703

6,367

1,567

0,997

0,773

5,713

4,357

2,560

2,117

2,020

1,957

1,720

1,473

1,617

19,650

13,633

124,530

•6

4,200

5.367

2,300

0,600

1,340

1,227

0,167

3,180

2,803

2,233

1,550

0,867

1,053

0,823

0,537

0,613

88,667

5,233

15,567

10,367

Гранат Магнетит

[88'";

245"

]

[161]

[88

;

211^]

0,009 2,00

0,015 12,50

0,017 0,80

0,200

2,50

35,000 2,00

1.200 12,50

,200

0,80

3,300

2,50

0,390

0,350 0,690

0,530 0,603

2,660 2,035

1,500 0.-515

10,500 6,975

11,900

28,600

28,030

42,800

39,9 43,475

29,6 39,775

2,625

3,7

•

15,95

Интерпретация геохимических данных

Эле-

мент

Ва

Та

Ильменит

1,883

3,167

0,463

0,517

1,223

1,640

2.267

2,833

1,013

3,267

2,633

1,467

1,203

109.000

10,633

32,000

•з

3,10

106,00

7,50

3,20

7,10

7.80

7,60

6,90

2,50

'6,50

4,90

4,10

3,60

3,00

5,90

115,00

Кварц

•э

0.041

0,022

0,013

0,029

0,038

0,030

0,008

0,009

0,025

0,015

0,014

0,016

0,014

0,056

0,017

0,015

0,017

0,014

0,012

0,039

Плагиоклаз

[88'";

245'

]

0,048

2,840

0,360

0.263

•

0,240

0,170

0,130.

2,110

0,900

0,086

0,084

0,077

0,062

[88'";

245'

]

0,041

4,400

0,308

0,100

0,050

0,100

0,060

0,270

0,210

0,013

2,150

0,097

0,064

0,055

0,049

0,046

__-3

0,105

15,633

1,515

0,105

0,972

0,130

0,135

0,148

0,035

0,048

0,093

0,380

0,267

0,203

0,165

5,417

0.125

0,112

0,090

0,092

0,053

0,365

Базовые

понятия

и определения в геохимии

РЬ-К,

РЗЭ (риолиты)

Y-Nb.

Nash. Crccraft, 1985.

Rb-K, РЗЭ

(дациты).

и роговой обманке.

Mahood

Hildi-eth,

1983

РЗЭ.

Nb-Ta (трахиты).

Калиевый полевой

шпат

ТЯГ"

["".с

245

]

0,34 1,750 0,487

3^87

5,400 3,760

6,12 11,450 4,300

0,195 0,032

2,473

0,030

0,033 0.017

0,010 0,019

0,023 0,018

0,048 0,021

0,08 0,072

0,044 0,037 0,046

0,025 0,035 0,038

0,018 0,025 0,025

1,130 4,450 2,600

0,011

0,025 0,033

0,006 0,055 0.052

0,006

0,012 0,030 0,150

0,006 0,033 0,031

0,240

0,023 0,040

___

0,022

Апатит

[88

; [139]

245

]

•

40,0

0,1

0,64

0,73

0,1

14.5

34,7 21,1

57,1 32,8

62,8 46.0

30.4 25,5

56,3 43,9

50,7 34,8

37,2 22,7

23,9 15,4

20,2 13,8

Циркон

Сс

<в

[139]

[14

3,15

3193,50 977,50

47,50 1

76,80

340,50

16,90 4,18

*•

16,75 4,31

13,30 4,29

14,40 4,94

16,00 3,31

12,00 6,59

37.00

101.50 47,40

135,00 99,80

527,00 191,00

641,50 264,50 1

16,00

189,50

68,65

1,52

Продолжение табл. 1.10

эен

Алланит

;

[102]

Э"

]

18,9

3,5 3,1

484,0 168,0

15,5

6,7

,0 2594,5 820,00

2278,5 635,00

1620,0 463,00

1,0

866,5 205,00

111,0 81,00

130,00

273,0 71,00

136,5

9,0

30,8 8,90

0.0

33,0 7,70

42,5

380,0

55,9

18,1

претерпели изменения в процессе выветривания или гидротер-

мальной переработки с участием морской воды. Многие интру-

зивные тела при внедрении инициируют гидротермальную цир-

куляцию

грунтовых вод во вмещающих породах, которая в свою

очередь приводит к изменению состава самих магматических по-