Исследованиях, по Склярову (2001), с добавлениями
Группа | Подгруппа | Компоненты |
Главные элементы | Породообразующие оксиды | SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O, п.п.п. |
Летучие компоненты | H2O, CO2, SO2, H2S | |
Элементы-примеси | Крупные литофильные элементы | Rb, Cs, Ba, Sr |
Транзитные элементы | Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn (Ti, Mn, Mn. Fe) | |
Редкоземельные элементы | La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu | |
Благородные металлы (платиноиды и золото) | Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au | |
Высокозарядные Элементы | Y, Th, U, Pb, Zr, Hf, Nb, Ta, REE | |
Стабильные изотопы | O, C, H, S | |
Радиогенные изотопы | Радиогенные изотопные системы | K–Ar, Rb–Sr, Sm–Nd, Re–Os, U–Pb, Th–Pb, Pb–Pb, 14C–14N |
П р и м е ч а н и е. В скобках указаны элементы с промежуточными свойствами.
Главные (породообразующие) элементы определяют петрографический вид породы. Их получают при полном химическом анализе породы, а концентрацию выражают в массовых процентах оксидов. Сумма петрогенных оксидов обычно составляет 100 %. Они перечислены в табл. 2. Обычно определяют отдельно двух- и трехвалентное железо в виде Fe2O3 и FeO, а иногда их сумму (Fe2O3+ FeO), которая обозначается как Fe2O3 или Fe3O4.
Летучие компоненты также включают в состав группы главных элементов при анализе пород (Н2О, СО2, S). Вода, входящая в решетку минералов и высвобождаемая при температуре > 110 °С, обозначается как Н2О+. В ряде случаев летучие компоненты определяются не отдельно, а в составе пробы при прокаливании последней до 1000 °С и обозначаются как «потери при прокаливании» (п. п. п). В публикациях и отчетах при составлении таблиц составов пород или минералов общепринятым является порядок главных элементов, приведенный в табл. 2.
В ряде случаев возникает необходимость перехода от оксидных содержаний к концентрациям элементов и наоборот. Это легко сделать с помощью пересчета пропорции или используя коэффициенты, приведенные в табл. 3.
Элементы-примеси присутствуют в пробе в количестве <0,1 %. Их концентрации выражаются в граммах на тонну (г/т или ррm), реже в граммах на тысячу тонн (мг/т или ppb). Можно произвести переход от граммов на тонну к процентам по массе: 1 г/т соответствует 0,0001 %.
На начальных этапах геохимических исследований чтобы охарактеризовать объект в целом пробы анализируют с помощью полуколичественных методов анализа на 40–50 химических элементов. В дальнейшем, при решении конкретных задач изучают распределение в породах отдельных групп элементов, которые имеют близкие свойства и (или) характеризуются сходным поведением в геологических процессах. Элементы с близкими значениями ионных радиусов и зарядов обычно обнаруживают одинаковое поведение в геохимических процессах. Выделяются три основные группы элементов: крупные литофильные элементы – LIL (large ion lithophyls), высокозарядные элементы – HFS (high field strength elements) и переходные (транзитные) элементы.
Среди элементов-примесей выделяют группу редкоземельных элементов (rare earth elements, REE), которая включает La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Редкоземельные элементы имеют близкие химические и физические свойства и являются стабильными в трехвалентном состоянии.
Таблица 3. Коэффициенты пересчета элементных и оксидных
Содержаний
Элемент → оксид | Коэффициент | Оксид → элемент | Коэффициент |
Аl→Аl2О3 | 1,88988 | Аl2О3 →AI | 0,52913 |
Ва→ВаО | 1,11648 | ВаО→Ва | 0,89567 |
Са→СаО | 1,39920 | СаО→Са | 0,71469 |
Са→СаСО3 | 2,29726 | СаСО3 →Са | 0,40044 |
Со→СоО | 1,27146 | СоО→Со | 0,78650 |
Сг→Сг2О3 | 1,46145 | Сг2О3→Сг | 0,68425 |
Cs→CsO2 | 1,06020 | CsO2 →Cs | 0,94323 |
Fe+2 →FeO | 1,28648 | FeO→ Fe+2 | 0,77731 |
Fe+3 →Fe2O3 | 1 ,42972 | Fe2O3 → Fe+3 | 0,69944 |
FeO→ Fe2O3 | 1,11135 | Fe2O3 →FeO | 0,89981 |
FeS→Fe | 0,63327 | ||
К→K2O | 1,20462 | K2O →K | 0,83013 |
Li→Li2O | 2,15274 | Li2O →Li | 0,46452 |
Mn→MnO | 1,29128 | MnO→Mn | 0,77443 |
Mg→MgO | 1,65789 | MgO→Mg | 0,60317 |
Na→Na2O | 1,34787 | Na2O →Na | 0,74191 |
Ni→ NiO | 1,27262 | NiO→Ni | 0,78578 |
P→P205 | 2,29116 | P205 →P | 0,43646 |
Rb→Rb2O | 1,09359 | Rb2O →Rb | 0,91442 |
Si→SiO2 | 2,14041 | SiO2→Si | 0,46720 |
Sr→SrO | 1,18259 | SrO→Sr | 0,84560 |
Ti→TiO2 | 1,66806 | TiO2→Ti | 0,59950 |
Zr→ZrO2 | 1,35080 | ZrO2→Zr | 0,74030 |
Кроме того, церий проявляет валентность Сe4+, а европий – Eu2+. В ряде случаев из-за близости химических свойств в эту группу включают иттрий. Редкоземельные элементы подразделяются на легкие (LREE) с низким атомным номером (La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) и тяжелые – HREE (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Иногда отдельно рассматривается группа промежуточных REE (Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho). При построении графиков распределения REE пользуются процедурой нормализации к стандарту. Для сглаживания резкого различия концентраций используется логарифмический масштаб. На бинарные диаграммы на вертикальной оси графика откладываются не абсолютные значения концентраций, а их десятичные логарифмы отношения порода/стандарт, а по горизонтальной оси – редкоземельные элементы (рисунок).
Примеры кривых распределения редкоземельных элементов, нормированные по хондриту.
1 – горизонтальная кривая; 2 – Eu-максимум при преобладании тяжелых REE; 3 – Eu-минимум при преобладании легких REE;
4 – Eu-минимум при одинаковом уровне легких и тяжелых REE.
Точки для отдельных элементов соединяются линиями. В качестве стандарта могут быть использованы данные о распределении REE в хондритовых метеоритах, примитивных базальтах срединно-океанических хребтов (MORB) (табл. 4, 5).
В ряде случаев с целью стандартизации геохимических данных для осадочных и метаморфических пород в качестве стан
Таблица 4. Значения, используемые при нормализации содержаний
REE по хондриту, г/т.
Элемент | Bard, | Wakita e.a., 1971 | Evensen e.a., | Taylor e.a., |
La | 0,310 | 0,34 | 0,245 | 0,367 |
Се | 0,808 | 0,91 | 0,637 | 0,957 |
Рг | 0,122 | 0,121 | 0,096 | 0,137 |
Nd | 0,600 | 0,64 | 0,473 | 0,711 |
Sm | 0,195 | 0,195 | 0,154 | 0,231 |
Eu | 0,074 | 0,073 | 0,058 | 0,087 |
Gd | 0,259 | 0,26 | 0,204 | 0,306 |
Tb | 0,047 | 0,047 | 0,037 | 0,058 |
Dy | 0,322 | 0,30 | 0,254 | 0,381 |
Ho | 0,072 | 0,078 | 0,056 | 0,085 |
Er | 0,210 | 0,02 | 0,166 | 0,249 |
Tm | 0,032 | 0,032 | 0,026 | 0,056 |
Yb | 0,209 | 0,22 | 0,017 | 0,248 |
Lu | 0,032 | 0,034 | 0,025 | 0,038 |
дарта удобно использовать результаты анализа составных проб: глинистого сланца Северной Америки (NASC – North American shale composite), постархейского австралийского глинистого сланца (PAAS – Post Arhean Australian Shale) или по генеральной пробе глин Русской платформе (RPSC – Russian Platform Shale Composite) (табл. 6).
Цериевая и европиевая точки нередко отскакивают от плавной части кривой и именуются цериевой и европиевой аномалиями (рисунок). Если точка расположена выше кривой, то аномалия положительная, а если ниже – отрицательная. Для того чтобы
Таблица 5. Значения, используемые для нормализации