論稀土微量及微量元素對(duì)比值的相關(guān)分析在物質(zhì)來(lái)源中的應(yīng)用

曾憲科

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三○六大隊(duì),湖南衡陽(yáng) 421008)

論稀土微量及微量元素對(duì)比值的相關(guān)分析在物質(zhì)來(lái)源中的應(yīng)用

曾憲科

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三○六大隊(duì),湖南衡陽(yáng) 421008)

稀土及微量元素在地球化學(xué)“相”(固、熔、溶)的分配服從“稀溶液定律”。據(jù)此,可用于地質(zhì)(相)體物質(zhì)來(lái)源的研究,不同地質(zhì)(相)體的稀土及微量元素對(duì)比值的相關(guān)分析,其相關(guān)系數(shù)值較之稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化后的配分曲線(型式圖)對(duì)比及稀土元素“四分組效應(yīng)”的對(duì)比研究,更能準(zhǔn)確地反映其同源程度和同一體系不同“相”間的平衡程度。從黑曜巖中褐簾石斑晶與其玻璃質(zhì)和大義山超單元-單元巖體中稀土、微量元素對(duì)比值的相關(guān)分析及其對(duì)比研究結(jié)果,顯證了其物源示蹤和“相”平衡程度研究的可靠性和可行性。

稀土;微量元素對(duì)比值;相關(guān)分析;相關(guān)系數(shù)值;物質(zhì)來(lái)源

微量元素在地球化學(xué)“相”(固、熔、溶)的分配不受“相律”和化學(xué)計(jì)量的限制,而服從“稀溶液定律”(亨利定律),即當(dāng)分配達(dá)平衡時(shí),在各“相”間的化學(xué)勢(shì)相等,其活度正比于其摩爾濃度(條件為摩爾濃度極稀C→0),此時(shí)其濃度比為一常數(shù)(KD),稱為分配系數(shù)或稱能斯特分配系數(shù)[1],它僅適用于服從“稀溶液定律”[2]的微量元素。據(jù)此利用微量元素的配分比或配分模式研究物質(zhì)來(lái)源就成為可能。

稀土元素的配分模式及其有關(guān)參數(shù)早已被人們用于巖石成因、成礦物質(zhì)來(lái)源、成巖成礦物理化學(xué)條件,甚至地殼和地球等天體的形成和演化等研究。這不僅是因?yàn)橄⊥猎仉娮訕?gòu)型的特殊而具有相似的地球化學(xué)性質(zhì),除受巖漿熔融外基本不破壞它們的整體組成特征,并且由于它們的分餾能靈敏地反映地質(zhì)地球化學(xué)作用而具有明顯的示蹤效果,更重要的是除成礦作用的非平衡體系外,它們都屬于典型的稀有分散元素,即微量元素范疇而服從“稀溶液定律”和“能斯特定律”。據(jù)此,利用微量元素對(duì)比值的相關(guān)分析,便可對(duì)比研究地質(zhì)(相)體之間的物質(zhì)來(lái)源,且能相對(duì)定量地查找它們間的親緣程度以及各“相”間的平衡程度?，F(xiàn)以珍珠黑曜巖中褐簾石斑晶與其玻璃質(zhì),以及湘南大義山花崗巖體不同超單元-單元巖體分別作為已知的同一體系不同礦物、熔體“相”和不同體系或同一體系不同地質(zhì)體(相)進(jìn)行稀土元素、微量元素對(duì)比值的相關(guān)分析[3]為例,以對(duì)比其定量示蹤研究的效果,并論證其在物質(zhì)來(lái)源研究中的可靠性和可行性。

1 珍珠黑曜巖中褐簾石斑晶與其玻璃質(zhì)中稀土元素配分及其元素對(duì)比值的相關(guān)系數(shù)分析

黑曜巖中褐簾石斑晶與其玻璃質(zhì)是典型的同一體系的不同“相”,即“固相”和“熔體相”,其礦物相(固相)和玻璃質(zhì)(熔體相)的稀土元素含量(見(jiàn)表1),可視為同一體系不同“相”間的(動(dòng)態(tài))平衡分配。分別將其用球粒隕石平均含量標(biāo)準(zhǔn)化并分別作稀土元素配分曲線(如圖1)。從圖1中可以看出褐簾石與其玻璃質(zhì)的稀土元素配分型式極為一致,表明它們?yōu)橥惑w系的不同(固、熔)兩相。

將褐簾石與玻璃的對(duì)應(yīng)稀土元素含量及對(duì)應(yīng)元素對(duì)的比值作相關(guān)分析,求得相關(guān)系數(shù)值分別為0.980 3和0.704 6,呈顯著正相關(guān)(α=0.05時(shí),前者n=9,檢驗(yàn)值F=0.602[3]和后者n=36,F= 0.324)。其相關(guān)系數(shù)值的大小可定量反映它們之間的平衡程度,0.980 3接近1,即接近平衡。而0.704 6遠(yuǎn)大于其檢驗(yàn)值0.324,亦接近平衡,且后者樣品數(shù)量多,可信度更高。表明礦物相與熔體相處于動(dòng)態(tài)平衡,與實(shí)際相符合。

表1 黑曜巖中褐簾石、玻璃質(zhì)稀土元素含量表[1]

圖1 黑曜巖中褐簾石斑晶與玻璃質(zhì)稀土元素型式圖

2 大義山超單元-單元巖體微量元素、稀土元素及元素對(duì)比值相關(guān)性分析

2.1 大義山超單元-單元巖體劃分簡(jiǎn)介

大義山復(fù)式巖體中超單元-單元的劃分及時(shí)代演化特征見(jiàn)圖2和表2[4]。從圖2和表2中可以看出,大義山復(fù)式巖體由南東向北西巖體時(shí)代從早到晚,巖石化學(xué)具有從中性→酸→偏堿性的演化特征,尤其是超單元巖體特征之間。由于殼?；烊鄢潭炔煌?幔源成分遞減)而尤為明顯。據(jù)其殼?；烊鄢潭柔Ｔ闯煞钟啥嗟缴佟r(shí)代由老到新共劃分為觀音閣(T3)、湯市鋪(J2)、泥板田(J3)三個(gè)超單元;每個(gè)超單元又依其巖石演化特征從早階段到晚階段劃分為四個(gè)單元(表2)。超單元之間的演化主要為殼?；烊艹潭任镔|(zhì)來(lái)源的差異演化而決定(可視為不同體系,即不同源),其中后兩個(gè)(湯市鋪與泥板田)超單元由于混溶程度(幔源成分)差異不大,空間和時(shí)間關(guān)系較相近而具較多的共同特征。超單元內(nèi)的各單元巖體的演化是以同源結(jié)晶分異為主形成的演化差異(可視為同一體系的同源演化)。

圖2 湘南大義山巖體地質(zhì)略圖

2.2 超單元-單元巖體微量元素、稀土元素及元素對(duì)比值的相關(guān)分析

依據(jù)大義山復(fù)式巖體超單元巖體及湯市鋪超單元中各單元巖體平均微量、稀土元素含量,分別作超單元和單元巖體之間的相關(guān)分析。由于大義山各超單元巖體成礦專屬性基本相同,故微量、稀土元素全元參與統(tǒng)計(jì)分析,而元素對(duì)剔除成礦元素,僅選取了21對(duì)參與統(tǒng)計(jì)分析(見(jiàn)表3)。現(xiàn)按超單元和單元分別討論如下。

2.2.1 超單元巖體相關(guān)性計(jì)算及分析

表4和表5分別是大義山三個(gè)不同超單元(J3、J2、T3)巖體19種微量元素,15個(gè)稀土元素及剔除成礦元素組合后的21對(duì)微量元素對(duì)比值的相關(guān)系數(shù)值。

從表4中可以看出,組成大義山復(fù)式巖體的三個(gè)超單元均有一定同源關(guān)系(均有同一地區(qū)的地殼成分)。三種類型的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到不同程度的顯著相關(guān)(均大于各自的相關(guān)檢驗(yàn)值F值),但由于超單元間主要為幔源成分混合程度不同而形成的差異演化,故相關(guān)系數(shù)值不高;但三種類型表中J2和J3的相關(guān)系數(shù)均較高,與其幔源混合程度相近時(shí)空關(guān)系較為密切的實(shí)際情況一致。三種類型的相關(guān)系數(shù)值由大到小基本反映其時(shí)空關(guān)系的緊密程度,即J3與J2高于J3與T3,T3與J2高于 T3與J3的密切程度。

表2 大義山巖體巖石譜系單位劃分[4]

表3 大義山不同超單元巖體微量元素對(duì)比值表

表4 大義山不同超單元巖體稀土、微量元素對(duì)相關(guān)系數(shù)值表

2.2.2 超單元巖體中不同單元巖體相關(guān)性計(jì)算及分析

表5為大義山巖體湯市鋪超單元(J2)中4個(gè)單元巖體(從早到晚依次為J2Y、J2D、J2SH、J2J)微量、稀土元素及微量元素對(duì)比值的相關(guān)系數(shù)值。前已述及超單元巖體中不同單元巖體基本為同一巖漿體系由結(jié)晶分異作用演化的結(jié)果。因此,微量、稀土元素及元素對(duì)比值的相關(guān)系數(shù)值均呈極顯著的正相關(guān),清楚地表明它們是同一體系的同源演化產(chǎn)物。其中以稀土元素及微量元素對(duì)比值的相關(guān)系數(shù)能進(jìn)一步顯示其空間和時(shí)間的密切程度;尤其是微量元素對(duì)比值的相關(guān)系數(shù)值,從早到晚顯示出J2Y與J2D,J2D與J2SH,J2SH與J2J等相鄰單元巖體演化的密切關(guān)系和結(jié)晶分異的程度;其相關(guān)系數(shù)值從早到晚依次增高(由0.9244→0.9463→0.9974)。表明從早到晚,每相鄰的兩單元巖體同源演化程度增高,而分異程度降低。

表5 湯市鋪超單元不同單元巖體稀土、微量元素對(duì)相關(guān)系數(shù)值表

3 討 論

稀土元素四分組效應(yīng)[5]在對(duì)巖漿巖,尤其是花崗巖的成因類型、成巖環(huán)境、殼幔混熔程度(混熔比例)、巖漿演化方向、演化程度以及該巖體的成礦性[6～8](成礦能力),以及礦物、巖石、礦床的成因[9]等研究中均有較廣闊的前景。

地質(zhì)體包括礦物和巖石微量元素、稀土元素對(duì)的比值的相關(guān)分析,其相關(guān)系數(shù)的大小可相對(duì)定量地指示地質(zhì)體之間、礦物與巖石之間的同源程度和在物質(zhì)成分上的繼承程度,亦可研究同一體系中不同“相”之間(固-固、固-液、固-熔,如珍珠黑耀巖中褐簾石-玻璃質(zhì))的平衡程度,可省去稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化及作圖,只須在計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)地輸入分析數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)單位要統(tǒng)一),應(yīng)用相關(guān)程序[3]就能較快較準(zhǔn)確地顯示所需要的相關(guān)系數(shù),并可根據(jù)系數(shù)的高低進(jìn)行巖體單元-超單元組合(如大義山巖體中的三個(gè)超單元和每一個(gè)超單元中的四個(gè)單元巖體),以檢驗(yàn)野外劃分的準(zhǔn)確性,還可以對(duì)巖石、礦物類型進(jìn)行歸并。這是一種物質(zhì)來(lái)源,尤其是成礦流體的物質(zhì)來(lái)源[10,11]以及體系中“相”平衡程度對(duì)比研究的簡(jiǎn)單、直觀而有效的方法。

4 結(jié) 論

綜上所述,無(wú)論是稀土元素還是除成礦元素之外的微量元素對(duì)的比值,均可用于不同地質(zhì)體(相)的物源示蹤或成因?qū)Ρ群脱莼卣鞯难芯?且以微量元素對(duì)的比值指示性更強(qiáng),其相關(guān)系數(shù)值的大小可定量的顯示地質(zhì)體(相)的同源程度和同體系不同“相”間的平衡程度。相關(guān)系數(shù)值越大(接近1),就表明越接近同源,體系中相與相越接近平衡。微量元素的絕對(duì)含量由于較易受地質(zhì)及地球化學(xué)成礦作用的影響而具有隨機(jī)性大、誤差大,不適用于相關(guān)分析研究。

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On the Application of Correlation Analysis in the Contrast Ratio between Rare Earth and Trace Elements for Material Source Research

ZENG Xian-ke

(Group306of Hunan Geological Bureau of N uclear Industry,Hengyang421008,China)

The rare earth and trace elements in geochemistry(solid,melting,soluble)are complied with“The Dilute Soluble”.According to the law,various in the contrast ratio between rare earth and trace elements,coMPares the related numerical with the standardized rare earth elements’curve type chart and does the research in the rare earth elements’“tetrad effect”.Correctly,it reflects the different balance degree between the homologous source degree and the same system.As a result of the related analysis and research,the rare earth,trace elementsof related numerical of various Super-ceu mass in the DaYi Mountain granite body agree to the studies in the trace and manifestation balance degree,which is authentic and feasible.

rare earth;trace elements of ratio;correlation analysis;related numerical;material source

TD167

A

1003-5540(2011)05-0005-04

曾憲科(1965-),男,高級(jí)工程師,主要從事礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作。

2011-08-20