橄榄石微量元素:分析、地球化学行为与地球科学应用

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,总结了橄榄石中微量元素的分配系数与扩散系数等地球化学行为,分析了全球不同岩石单元的橄榄石微量元素特征,重点介绍了岩浆铜镍矿床中橄榄石微量元素的研究进展。实验岩石学表明,控制元素在橄榄石中分配系数的主要因素有温度、压力、岩浆成分等,且不同微量元素行为的主控因素各不相同。在确定的温压条件下,橄榄石中多数元素的配分可由晶格应变模型预测,而Ni、Co和轻稀土元素主要受晶体场效应和结晶动力学控制。橄榄石中元素的扩散速率由快到慢依次为:H和Li(快)→Fe-Mg-Ni(中等)→Ca(较慢)→P-O-Si(慢)。对比全球不同岩石单元中橄榄石微量元素得出:(1)火山岩系列的科马提岩-苦橄岩-玄武岩中橄榄石的Fo值和Ni、Cr、Al、Mn等元素呈演化趋势,但在二元相关性图中不同岩石类型间存在较大重叠区域,机器学习等多维分析手段可大大提升分类准确率;(2)地幔橄榄岩与侵入岩系列(地壳堆晶岩)中的橄榄石微量元素特征相近,难以使用单元素指标区分,例如常用的Ca亏损;(3)碳酸岩中橄榄石的Ni、Mn含量有别于其他岩石,可能与其来源和元素在橄榄石-碳酸岩熔体中特殊的分配行为有关;(4)石榴子石地幔橄榄岩与尖晶石地幔橄榄岩的橄榄石微量元素存在一定差异,橄榄石V/Sc比值和Fe-Mg-Mn-Ca-Ni含量是判别地幔橄榄岩类型和来源深度的重要变量。岩浆铜镍矿床橄榄石微量元素的研究进展有:(1)堆晶-后堆晶阶段再平衡作用驱使Ca-Cr-Al元素向其他矿物迁移,使橄榄石普遍亏损上述元素;(2)橄榄石Ni-Co变化可记录其与硫化物的元素交换反应,Ni-Co正相关可用于指示岩体深边部的找矿潜力;(3)与硫化物共生橄榄石的Ni富集(>5000×10^(-6))或亏损(<500×10^(-6))可能与较高或较低氧逸度有关。未来橄榄石重点研究与突破方向有:堆晶-后堆晶阶段元素行为、多元素-多矿物扩散联合限定岩浆时空演化、机器学习判别橄榄石成因类型与镁铁-超镁铁岩体含矿性、挥发份与新兴非传统金属稳定同位素等。

赣东上水桥萤石矿床萤石微量元素地球化学特征及其对矿床成因的指示

赣东黎川上水桥萤石矿床位于华南褶皱系武夷成矿带北端,产于燕山期黑云母花岗岩的断裂破碎带内。笔者对该矿床的地质特征、不同颜色萤石及围岩黑云母花岗岩的微量元素地球化学特征进行了研究。结果表明,萤石整体上呈现Eu正异常和Ce负异常,但不同颜色的萤石REE配分模式特征有差异,浅绿色、深绿色和紫色萤石为轻稀土富集型,白色萤石为重稀土富集型。围岩的REE配分模式为轻稀土富集型,整体呈现Eu负异常。Y/Ho-La/Ho关系图和REE配分模式图显示,萤石成矿过程中Y-REE发生了分馏,白色萤石成矿时期最晚。Tb/Ca-Tb/La关系图显示,研究区萤石矿床为热液成因。围岩黑云母花岗岩的微量元素配分曲线变化趋势与萤石基本一致,且围岩和萤石的Sm/Nd值十分接近。越靠近矿体的围岩F含量越高,且近矿围岩发生硅化、绢云母化等蚀变,推测萤石矿中的Ca和F主要来自围岩。矿区内萤石形成于中低温氧化环境,矿床成因类型为多期次的中低温热液充填型萤石矿床。

黑土农业区常量和微量元素环境地球化学特征

黑土常量元素组成表明黑土化学组成比较均匀,但Fe、Al在剖面中发生分异,有风化脱Si作用,黑土亚类间地球化学组成特征的差异与其分布区地势不同有关。对黑土中微量元素B、Cu、Fe、Mn、Mo和Zn的全量、有效态含量、它们在土壤剖面中的迁移分布等环境地球化学特征及其影响因素进行了研究,指出需要施用微量元素肥料,增加黑土中微量元素的含量,以促进该地区农业的可持续发展。

珲春市苹果梨果品基地土壤常量、微量元素地球化学特征研究

[目的]探明珲春市苹果梨基地土壤元素的地球化学特征。[方法]从吉林珲春市苹果梨果品基地采集32个表层土样,分析了样品中7种常量元素和10种微量元素的土壤地球化学特征。[结果]土壤常量元素MgO(K=0.470)、CaO(K=0.300)含量平均值低于全国土壤平均值,Fe2O3(K=1.000)、K2O(K=1.040)、Al2O3(K=1.060)、SiO2(K=1.070)含量平均值与全国平均值基本相当,Na2O(K=1.140)含量平均值高于全国平均值。土壤微量元素Cr(K=0.894)和Co(K=0.904)与全国土壤平均值基本相当;As(K=0.341)、Hg(K=0.550)、Cu(K=0.659)、Ni(K=0.677)、Se(K=0.702)、Cd(K=0.774)和Zn(K=0.812)含量低于全国土壤平均值;只有Pb(K=1.029)的平均含量高于全国土壤平均值。[结论]该研究为延边地区主要苹果梨种植区合理施肥,提高苹果梨的产量和品质提供科学依据。

顺平县耕园地表层土壤微量元素地球化学特征与丰缺评价

为了解顺平县土地质量现状,查明影响土地质量的微量元素地球化学指标分布特征,本研究通过开展1:5万表层土壤土地质量地球化学调查,获取了顺平县耕园地表层土壤微量元素的分析数据。本文选取TFe2O3等9种微量元素为主要研究对象,分析了顺平县耕园地表层土壤中微量元素的地球化学分布特征及丰缺状况。统计结果显示,顺平县耕园地表层土壤微量元素含量除I外,整体处于较高水平;土壤微量元素丰缺评价中,除Mo含量以中等和较缺乏等级为主,其余元素含量以较丰富和中等等级为主,Se、I含量以适量等级为主,F含量以高等级为主;微量元素变异系数均较小,空间分布比较均匀。微量元素丰缺及分布与成土母质的关系最为密切。此次调查的分析结果为顺平县农业生产中土壤微量元素的合理利用及特色农业土地资源开发等提供了科学参考。

陕西商县-丹凤地区丹凤群变质玄武岩的微量元素和同位素地球化学

丹凤祥变质玄武岩可以分为两类：一类是ＬＲＥＥ富集型的钙碱性玄武岩，另一类是ＬＲＥＥ平坦型的拉斑玄武岩。ＬＲＥＥ富集型的变质玄武岩［（Ｃｅ／Ｙｂ）Ｎ为５～２０］贫Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ，Ｔｈ＞Ｔａ，Ｎｂ／Ｌａ＜０．８，Ｈｆ／Ｔｈ＞８，Ｚｒ／Ｙ＜３，表明其形成于消减带之上的洋内岛弧环境。该玄武岩的εＮｄ（ｔ）＝＋４．９～＋７．３，εＳｒ（ｔ）＝３．０～＋３２，可能是亏损地幔端元（ＤＭＭ）与第二类富集地幔端元（ＥＭⅡ）混合形成的。大多数玄武岩的（２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ）ｉ比值（１６．５～１７．６）较低，（２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ）ｉ和（２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ）ｉ比值（分别为３６．２～３６．９和１５．３～１５．５）较高，ε１８Ｏ变化较大（５．５‰～９．２‰）。因此，根据微量元素和同位素地球化学资料，丹凤群变质玄武岩的源区可能包括下述组分：１）亏损的软流圈地幔（ＤＭ）；２）富集地幔（ＥＭ）；３）洋内岛弧下地壳（镁铁和超镁铁质岩）；４）消减带岩片带入的组分。而ＬＲＥＥ亏损的拉斑玄武岩具ＭＯＲＢ的特征，Ｔｈ／Ｔａ和Ｌａ／Ｔａ比值近似等于１，ＴｉＯ２＝１．６５％，Ｔｉ／Ｖ＝２２，指示来自亏损的软流圈地幔。

拉拉铜矿黄铁矿微量元素地球化学特征及其成因意义

四川会理拉拉铜矿床是我国著名大型富铜矿床，针对该矿床中黄铁矿的微量元素、稀土元素地球化学分析表明：拉拉铜矿经历了早期火山喷发成岩成矿和晚期变质成岩成矿作用。条带状矿石中的黄铁矿Co／Ni比值集中于4．92～79．2之间，落入火山成因黄铁矿区，稀土元素分布具有Eu正异常和轻稀土富集的特征，反映矿床具有伴随河口群火山喷流沉积成岩过程的同生沉积成矿作用。脉状矿石中的黄铁矿Co／Ni比值集中于1．10～3．45，落在热液成因黄铁矿区，稀土元素较河口群岩石及其他典型块状硫化物矿床矿石稀土元素更加富集轻稀土元素，稀土含量变化范围更大，显著的负Eu异常，则又说明，矿床形成的主要成矿作用是伴随新元古代晋宁运动而发生的大规模的变质作用。

黄铁矿微量元素地球化学特征及其对成矿流体性质的指示

姚安金矿床两个成矿阶段矿石矿物黄铁矿的REE和高场强元素(HFSE)研究结果表明,REE总量高,LREE富集、HFSE和REE比值(Th/La、Hf/Sm)小于1,成矿流体为富Cl的流体体系。

新疆西天山松湖铁矿床稀土和微量元素地球化学特征及其意义

松湖铁矿床位于新疆西天山阿吾拉勒成矿带中段,赋存于石炭系大哈拉军山组火山-沉积岩系中。矿体呈似层状、透镜状,主要受近EW向、NWW向高角度逆断层控制。矿石主要呈块状、条带状、团块状构造,结构主要为半自形-他形粒状;矿石矿物主要为磁铁矿,其次为赤铁矿、黄铁矿及黄铜矿,脉石矿物主要为钾长石、绿泥石、方解石、绿帘石及阳起石等。围岩蚀变发育,在垂向和水平方向上具有分带性。矿区围岩是阿吾拉勒地区早石炭世岛弧火山岩的组成部分,不同岩性具有类似的稀土元素配分模式,均为轻稀土元素富集的右倾型,发育弱的负铈异常,中到弱的负铕或正铕异常。矿石中磁铁矿的∑REE值变化于20.75×10^-6~65.41×10-6,配分模式为轻稀土元素富集的右倾型,发育中到弱的负铈及负铕异常。磁铁矿与围岩的稀土元素特征表明二者具有成因联系,与岛弧火山作用有关。磁铁矿微量元素特征表明成矿物质来源于深部,磁铁矿为火山热液交代成因。结合矿床地质特征,认为松湖铁矿床为海相火山热液型矿床。

枣庄煤田太原组煤中微量元素地球化学特征

采用中子活化法测定了山东枣庄煤田晚古生代太原组高硫煤层中的微量元素质量分数 ,用数理统计方法取得了高硫煤中微量元素的浓度分布范围、平均值和变异系数 ,用逐步聚类分析法和相关分析法分析了微量元素的共生组合关系 ,并用扫描电镜 -能谱分析了不同煤岩组分的微量元素浓度 ,在此基础上结合形态硫分析结果和沉积相分析结果 ,讨论了高硫煤中微量元素的富集因素、聚集机理和成因背景 ,指出受海水影响的沼泽沉积环境不但对煤中形态硫的分布和含量有控制作用 ,同时对煤中微量元素的浓度和共生组合特点也有影响。太原组高硫煤中的微量元素按其成因可分成两组 ,一组是陆源碎屑富集型 ,其含量直接与煤中灰分产率呈正相关关系 ;另一组为盆地内部沉积 -生物作用富集型元素 ,海水的入侵和盆地介质的停滞还原条件和陆源碎屑物质输入量的减少最有利于沉积 -生物作用型元素的富集 ,并以有害元素 Cu、As、 U、 Pb、 Mo、 Sr和 Co的富集为特征。煤中黄铁矿及其他硫化物是许多有害元素的重要载体 ,充分凝胶化的富氢镜质体比其他组分承载和吸附有更多的有害元素。深入研究不同煤层的有害元素的有机亲和性有利于指导煤的合理利用和采用有效的有害元素的去除措施 。

云南省富乐铅锌矿床闪锌矿中微量元素地球化学特征——兼论深色闪锌矿富集Cd的原因

富乐铅锌矿床位于川滇黔铅锌多金属成矿域东南部,其闪锌矿中Cd含量居全国前列。单矿物常量分析表明闪锌矿内w(Fe)低,平均0.23%。微量分析和电子探针微区分析显示,微量元素w(B)主要为Cd 16 183×10-6,Cu 1 514×10-6;Ni 414×10-6;As215×10-6;Se 163×10-6;Ge 135×10-6;Ga 86×10-6;Sb 35×10-6;Ag 16×10-6,其次为Cr,Co,Mn,Ba,Ti,Sr,Mo等,其含量一般1×10-6～10×10-6。Cd与Cu,Ag,Sb,As,Ni等呈正相关。闪锌矿的颜色由这些微量元素共同引起,Ni使闪锌矿呈紫色,Cu使闪锌矿呈红色,Ga使闪锌矿呈黄色。Cd不影响闪锌矿颜色,Cd之所以在深色闪锌矿中相对富集,是因为Cd与引起闪锌矿颜色改变的这些微量元素含量正相关,它们同步进入闪锌矿的晶格。Fe因为含量过低,对闪锌矿颜色影响不明显。

宝应钻孔沉积物的微量元素地球化学特征及沉积环境探讨

沉积物微量元素特征对指示沉积盆地演化历史、沉积环境及沉积物的物质来源具有十分重要的示踪作用。宝应沉积物的微量和稀土元素地球化学特征印证了苏北平原物质来源具有多源性,与黄河、长江具有类似的物源,并可能受基底碱性火山岩和黄土高原粉尘物质的影响。钻孔沉积物具有轻稀土适度富集、缓右倾斜型的稀土元素配分模式,呈现Ce正异常的总体特征;海侵段的稀土含量比陆相沉积段略低。δEu在陆相沉积中为1.16,呈微小的正异常;在海侵沉积中为0.99,基本不显示异常。稀土元素含量与沉积物粒度之间存在一定相关性:随着粒度由粗变细,稀土元素含量增加;ΣREE的高值段对应粘土含量较高,反之亦然。沉积物REE及Rb/Sr比值的纵向变化反映了海陆交互过渡带古气候环境的波动:ΣREE的高值段与δEu和δCe的低值段代表了冷湿的气候环境;ΣREE和δCe的低值与δEu的高值段反映了暖湿润的环境信息。结合地貌、岩性及微体古生物,综合分析表明苏北平原在第四纪曾遭受了多次海水淹覆,海-陆交互堆积作用明显,从古海湾逐渐发育堆积最后由河流冲积物覆盖成陆。

湖南黄金洞金矿床的稀土与微量元素地球化学——矿石成因证据

矿床的矿石与围岩具有相同的稀土元素组成,稀土参数和稀土模式也非常接近,且有一致的微量元素比值和分布形式,冷家溪群地层为金的矿源层,金从围岩中被活化和迁移出来,沉淀于断裂破碎带中,形成沉积改造金矿床。

华北晚古生代煤系高岭岩微量元素和稀土元素地球化学研究

通过华北晚古生代煤系高岭岩微量元素和稀土元素研究，以及利用Ti／Al、Cr／Al、Zr／Al、M／Al和Zr／Hf比值，探讨了研究区煤系高岭岩形成时的地质条件和成岩（矿）物质来源。研究表明，研究区煤系高岭岩成矿母质主要来源于酸性岩石，包括源区花岗岩类和酸性火山灰，局部有中性和基性火山灰。

北祁连九个泉玄武岩的形成环境及地幔源区特征:微量元素和Nd同位素地球化学制约

北祁连九个泉蛇绿岩中的玄武岩为 MORB,根据其地质产状和地球化学特征又可以分为两部分 ,剖面下部的玄武岩为 N - MORB,上部的玄武岩主要为 E- MORB。玄武岩多数具有 Nb负异常。从下向上 ,九个泉玄武岩的 Th,Nb,L REE,Zr等含量及 (L a/ Yb) N,(L a/ Sm ) N,Ce/ Zr,Zr/ Y,Th/ L a,Th/ Yb比值逐渐增加 ,并伴随着 Y,Yb,L u,Sc含量、Zr/ Nb和L a/ Nb比值以及εNd(t)的逐渐减小。不相容元素比值及εNd(t)之间具有很好的相关性。上述特征反映不均一地幔部分熔融过程中 N- MORB源区和富集地幔之间的混合作用。微量元素和 Nd同位素地球化学特征表明九个泉蛇绿岩形成于弧后盆地中的海山环境 ,玄武岩的化学成分在垂向上的变化记录了海山生长并逐渐远离扩张脊的动态的地质过程。

云南省临沧市勐托新近系褐煤的微量元素地球化学特征

为研究云南临沧勐托新近系褐煤的微量元素地球化学特征,共采集了11个褐煤样品,采用ICP-MS和ICP-CCT-MS（As和Se）对煤中微量元素进行了测试。结果表明：与中国煤相比,勐托褐煤中Rb（96.1mg/kg）、Sb（15.3mg/kg）和Cs（25.9mg/kg）显著富集,W（10.6 mg/kg）和U（20.2 mg/kg）富集,Be（7.84 mg/kg）、Ga（16.1mg/kg）、As（11.6mg/kg）、Cd（0.67mg/kg）、Sn（6.66mg/kg）、Pb（34.6mg/kg）、Bi（3.86mg/kg）和Th（28.2mg/kg）稍富集,微量元素组成与大寨富锗煤不同,与酸性花岗岩物源供应有关。勐托褐煤中REY含量范围为121~420mg/kg,平均251mg/kg,均较大寨富锗褐煤高,且以Ce显著正异常和Eu显著负异常为特征,明显区别于大寨褐煤,Eu负异常和上陆壳标准化的REY分配模式均表明勐托褐煤中稀土元素受盆地周边花岗岩风化陆源碎屑供应影响。

河台金矿矿山土壤-植物系统微量元素地球化学和生物地球化学特征

在广东省河台金矿矿山采取土壤、植物样品,并对其中的微量元素含量采用ICP-MS法测定,研究了金矿矿山土壤、植物的根、茎、叶微量元素地球化学和生物地球化学特征。结果表明:在成矿和表生地球化学过程中金矿土壤各层的微量元素发生迁移和分异,在表土层和心土层含量高于底土层;土壤各剖面层中Au及Au的伴生元素As、Hg、Cu、Pb明显高于背景对照区和中国土壤背景值;植物体内微量元素的含量特征受所处土壤环境影响,同时表现出每种植物独特的生物地球化学特征和对金矿环境的耐性机制;运用微量元素的生物吸收系数和生物转移系数表征植物对微量元素的吸收富集能力以及在各个器官的迁移状况。

个旧塘子凹锡多金属矿床微量元素地球化学特征

塘子凹矿床位于个旧老厂矿田的西北部,矿体按产出方式可分为接触带原生硫化矿和脉状氧化矿。本文着重从微量元素地球化学和矿物地球化学角度探讨了本区脉状氧化矿的成因问题,认为该区脉状氧化矿与接触带原生硫化矿具有同源性,而与围岩大理岩没有成因联系;在成矿后期,地表流体对脉状矿体中多种微量元素特别是V、As、Sb、Bi等有强烈的富集作用。

吉林省小石人金矿区微量元素地球化学特征

以吉林省小石人金矿区内不同类型岩(矿)石微量元素测试结果为基础,从数据结构和空间结构两方面,对微量元素的地球化学特征进行探讨。统计参数表明:所观测元素在矿区内具有明显的浓集、富集特点,在不同类型岩(矿)石中元素的分布分配也不尽相同。依据分布分配特点,可将矿区内的岩(矿)石分为正常岩石、弱蚀变岩石和强蚀变/矿化岩石3类。多元统计分析成果揭示:所观测元素都参与了金的成矿活动,但行为特点有所差异。依据多元统计特征,可将微量元素分为3个组合类型:Au、As、Sb、Bi、Hg、Mn,Cu、Pb、Zn、Ag,Co、Ni、V;第一组合为成矿成晕组合,第二组合为金的多金属矿化组合,第三组合为黄铁矿化蚀变组合;元素组合也对应于不同的矿化阶段,指示金的成矿活动及特征。土壤、岩石地化剖面显示所观测的元素间存在空间相关性,但Mn与Au相异,其异常出现在矿化蚀变带的外侧。

金平龙脖河铜矿区变钠质火山岩系地球化学研究:Ⅰ.主微量元素特征和形成环境探讨

云南龙脖河铜矿区浅变质火山岩、辉绿岩与火山碎屑岩均具明显富钠贫钾特征；从各种岩石化学分类图解可得到互相不同的判别结果。轻稀上从略富集到略亏损的分配模式及低的RB、Sr含量表明具从洋中脊至岛弧拉斑玄武岩过渡的特征。各种火山岩TiO2与Nb、Th、Y、重稀土元素之间存在好的正相关关系，稀土模式具平移的特征均表明存在强的钠交代细碧岩化作用。钠交代作用与铁矿化同时发生。上述地球化学特征和大红山群变钠质火山岩系相一致。