稀土元素地球化學(xué)

1、第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)Rare earth element geochemistryRare earth element geochemistry第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 稀土元素的豐度稀土元素的豐度第三節(jié)第三節(jié) 稀土元素的地球化學(xué)行為稀土元素的地球化學(xué)行為第四節(jié)第四節(jié) 稀土元素在地質(zhì)中的應(yīng)用稀土元素在地質(zhì)中的應(yīng)用第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 稀土元素是稀有元素的一部分，稀土元素是稀有元素的一部分，“稀有元素稀有元素”這一這一名稱是歷史原因造成的，并不十分科學(xué)。大約在名稱是歷

2、史原因造成的，并不十分科學(xué)。大約在1919世世紀(jì)中葉起，人們將某些發(fā)現(xiàn)較晚且應(yīng)用有限的元素稱紀(jì)中葉起，人們將某些發(fā)現(xiàn)較晚且應(yīng)用有限的元素稱之為之為“稀有元素稀有元素”以后就一直沿用下來。以后就一直沿用下來。 稀有元素稀有元素：是一類克拉克值低或極低且不易富集成：是一類克拉克值低或極低且不易富集成礦、而為現(xiàn)代工業(yè)、國防與尖端技術(shù)所必需的金屬或礦、而為現(xiàn)代工業(yè)、國防與尖端技術(shù)所必需的金屬或非金屬元素。非金屬元素。 各國對稀有元素分類的標(biāo)準(zhǔn)稍有不同，有些國家將各國對稀有元素分類的標(biāo)準(zhǔn)稍有不同，有些國家將W W、SnSn、MoMo、BiBi列為稀有元素，有的國家將列為稀有元素，有的國家將TiTi、B

3、B、SrSr、BaBa等也列為稀有元素。等也列為稀有元素。 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)稀土元素稀土元素：鑭系元素：鑭系元素+ +Y Yv稀有元素類型的劃分稀有元素類型的劃分主體稀有元素主體稀有元素：LiLi、RbRb、CsCs、BeBe、NbNb、TaTa、ZrZr、HfHf （8 8個(gè)親石元素）個(gè)親石元素）LiLi氫彈材料、宇航固體燃料添加劑氫彈材料、宇航固體燃料添加劑BeBe航天工業(yè)；航天工業(yè)；NbNb、TaTa鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)分散元素分散元素：InIn、GaGa、GeGe、CdCd、SeSe、TeTe、TlTl、ReRe、ScSc （主要是親硫元素）主要是親硫元素）

4、InIn2 2O O3 3液晶顯示器液晶顯示器放射性元素放射性元素：U U、ThTh、PoPo、AtAt、RnRn、FrFr與錒系等元素。與錒系等元素。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)v稀土元素名稱的由來稀土元素名稱的由來 以往由于分析技術(shù)水平低，誤認(rèn)為它們在地以往由于分析技術(shù)水平低，誤認(rèn)為它們在地殼中很稀少，另外它們一般發(fā)現(xiàn)于富集的風(fēng)化殼殼中很稀少，另外它們一般發(fā)現(xiàn)于富集的風(fēng)化殼上，呈土狀，故名稀土。實(shí)際上稀土并不稀，上，呈土狀，故名稀土。實(shí)際上稀土并不稀，REEREE的地殼豐度為的地殼豐度為0.017%0.017%，CeCe、LaLa、NdNd的豐度比的豐度比W W、SnSn

5、、MoMo、PbPb、CoCo還高。中國是稀土大國，我國的還高。中國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富（贛南、白云鄂博）。稀土礦尤為豐富（贛南、白云鄂博）。 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)中國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富中國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富 。 我國內(nèi)蒙白云鄂博稀土礦我國內(nèi)蒙白云鄂博稀土礦第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 稀土元素氧化物是一種含量稀少的不溶氧稀土元素氧化物是一種含量稀少的不溶氧化物，于是便得名化物，于是便得名rare earth element（REE）。此外，此外，TR=terres rares 在拉丁文里也代表稀在拉丁文里也代

6、表稀土元素。土元素。 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 1968 1968年國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)學(xué)會(huì)建議年國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)學(xué)會(huì)建議“稀土元稀土元素素”代表周期表上的代表周期表上的B B族元素即族元素即ScSc、Y Y、LnLn（鑭系鑭系元素）、錒系元素。但這一用法沒有為地球化學(xué)文元素）、錒系元素。但這一用法沒有為地球化學(xué)文獻(xiàn)所采納。獻(xiàn)所采納。 一般認(rèn)為，稀土元素包括一般認(rèn)為，稀土元素包括Ln+YLn+Y共共1616個(gè)元素。個(gè)元素。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)La 鑭

7、蘭 Ce 鈰 市 Pr 鐠 普 Nd 釹 女 Pm 钷 迫 Sm 釤 三 Eu 銪 友 Gd 釓 軋 Tb 鋱 特 Dy 鏑 敵 Ho 鈥 伙 Er 鉺 爾 Tm 銩 丟 Yb 鐿 肄 Lu 镥 路 LREE：La EuHREE：GdLu，YLREE：La SmMREE：Eu DyHREE：HoLu，YYCe和稀土元素的分類稀土元素的分類第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)表征表征REEREE組成的參數(shù)組成的參數(shù)（1 1）稀土元素總量）稀土元素總量REEREE；（2 2）輕重稀土元素比值）輕重稀土元素比值 CeCe/Y/Y；LREE/HREELREE/HREE；（3 3）（）（La/

8、La/YbYb）N N、(La/(La/Lu)Lu)N N、( (Ce/Yb)Ce/Yb)N N （4 4）Eu/EuEu/Eu* *( (EuEu) )和和Ce/CeCe/Ce* *（CeCe）：）： EuEu=Eu=EuN N/(Sm/(SmN N+Gd+GdN N)/2 )/2 EuEu11為正異常為正異常 EuEu11為負(fù)異常為負(fù)異常 EuEu=1=1為無異常為無異常 CeCe=Ce=CeN N/(La/(LaN N+Pr+PrN N)/2)/2第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)NNNNGdSmEuEuEuEu2*NNNNLaCeCeCeCePr2*110100/ La C

9、e Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石2Ce*Eu*CeEuNN第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)稀土元素的主要性質(zhì)稀土元素的主要性質(zhì) （1 1）57577171號(hào)號(hào)“鑭系元素鑭系元素”屬電子充填在第屬電子充填在第三層三層“4f4f型元素型元素”, ,易失去易失去6s6s2 25d5d1 1或或6s6s2 24f4f1 1三個(gè)三個(gè)電子，呈三價(jià)，這十五個(gè)元素在自然界密切共電子，呈三價(jià)，這十五個(gè)元素在自然界密切共生，成組成串進(jìn)入礦物晶格。生，成組成串進(jìn)入礦物晶格。Y Y是第是第5 5周期過渡周期過渡元素的起點(diǎn)，次外層元素的起點(diǎn)，次外層d

10、d型充填，外電子排布為型充填，外電子排布為5s5s2 24d4d1 1 ，呈三價(jià)陽離子。，呈三價(jià)陽離子。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)（2 2）二個(gè)變價(jià)元素及其形成條件二個(gè)變價(jià)元素及其形成條件：Eu4fEu4f7 7最穩(wěn)定，它最穩(wěn)定，它僅失去僅失去6s6s層上兩個(gè)電子，呈層上兩個(gè)電子，呈EuEu2+2+（EuEu3+3+），）， EuEu3+3+e+e還原為還原為EuEu2+2+，EhEh0 0 = - 0.43 = - 0.43伏特。伏特。 由于由于EuEu2+2+與與CaCa2+2+晶體化學(xué)性質(zhì)相似，往往可以使晶體化學(xué)性質(zhì)相似，往往可以使EuEu2+2+脫離脫離REEREE

11、3+3+整體，而單獨(dú)活動(dòng)，這樣在巖漿早期富整體，而單獨(dú)活動(dòng)，這樣在巖漿早期富CaCa2+2+的環(huán)境中，斜長石一般含較高的的環(huán)境中，斜長石一般含較高的EuEu2+2+，形成斜長，形成斜長石的石的“正銪異常正銪異?！?。 CeCe正好相反，具有最不穩(wěn)定的正好相反，具有最不穩(wěn)定的4f4f2 2電子充填，除電子充填，除f f2 2上二個(gè)電子，還有上二個(gè)電子，還有6s6s2 2二個(gè)電子都可丟失，故呈二個(gè)電子都可丟失，故呈CeCe4+4+（CeCe3+3+），）， 在強(qiáng)氧化條件下，在強(qiáng)氧化條件下，CeCe3+3+氧化為氧化為CeCe4+4+， Ce4+與與REEREE3+3+整體脫離，形成所謂的整體脫離，形

12、成所謂的“負(fù)鈰異常負(fù)鈰異?！薄５谖逭碌谖逭?稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)（3 3）稀土元素離子電位居中，在堿性條件）稀土元素離子電位居中，在堿性條件下，形成絡(luò)陽離子。稀土元素的碳酸鹽、下，形成絡(luò)陽離子。稀土元素的碳酸鹽、硫酸鹽、氟化物的絡(luò)合物易溶于水，絡(luò)合硫酸鹽、氟化物的絡(luò)合物易溶于水，絡(luò)合物是稀土元素的主要遷移形式：物是稀土元素的主要遷移形式：NaNa3 3（TRFTRF6 6）、）、NaNa3 3TRTR（CO3CO3）3 3 、NaNa3 3TRTR（SOSO4 4）3 3 。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)稀土元素的測試方法稀土元素的測試方法等離子光譜法（等離子光譜法

13、（ICPICP）：）：（JA-1600JA-1600電感耦合體發(fā)射光譜法精度可達(dá)電感耦合體發(fā)射光譜法精度可達(dá)ppbppb十十億分之一）億分之一） 國內(nèi)較常用，國內(nèi)較常用，1515個(gè)元素，測定下限：個(gè)元素，測定下限：0.10.11 1 ppmppm。中子活化法（中子活化法（NAANAA）：）： 測定測定LaLa、CeCe、NdNd、SmSm、EuEu、TbTb、YbYb、LuLu 8 8個(gè)元素。個(gè)元素。同位素稀釋質(zhì)譜法（同位素稀釋質(zhì)譜法（IDMSIDMS）：）： 能測能測LaLa、CeCe、NdNd、SmSm、EuEu、GdGd、DyDy、ErEr、YbYb、LuLu 10 10個(gè)個(gè)元素，準(zhǔn)確度

14、很高。元素，準(zhǔn)確度很高。X X熒光光譜法（熒光光譜法（XRFSXRFS）：）：檢測限一般為檢測限一般為101020 20 ppmppm原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（AASAAS）：）：1515個(gè)元素，測個(gè)元素，測LREELREE精度較差。精度較差。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)v稀土元素的存在形式稀土元素的存在形式被吸附狀態(tài)被吸附狀態(tài)：含量很低時(shí)，不能進(jìn)入礦物晶格，只是：含量很低時(shí)，不能進(jìn)入礦物晶格，只是為礦物缺陷、解理等部位吸附。為礦物缺陷、解理等部位吸附。類質(zhì)同象：類質(zhì)同象：與與REEREE發(fā)生類質(zhì)同象的元素有發(fā)生類質(zhì)同象的元素有BaBa2+2+、SrSr2+2+、ThT

15、h4+4+、CaCa2+2+、U U4+4+、MnMn2+2+、HfHf4+4+、ZrZr4+4+、ScSc3+3+、FeFe2+2+。獨(dú)立礦物獨(dú)立礦物：REEREE含量大于含量大于5.8%5.8%的礦物可以看成是稀土元的礦物可以看成是稀土元素的獨(dú)立礦物，目前共發(fā)現(xiàn)約素的獨(dú)立礦物，目前共發(fā)現(xiàn)約6565種稀土元素礦物。具有種稀土元素礦物。具有工業(yè)價(jià)值的稀土礦物如獨(dú)居石（工業(yè)價(jià)值的稀土礦物如獨(dú)居石（含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物 ）（REO=55REO=5560%60%）、）、氟碳鈰礦（氟碳鈰礦（ REO=60REO=6070%70% ）、磷釔）、磷釔礦（礦（REO=42REO=42

16、51%51%）等等1010余種。余種。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)v研究稀土元素的意義研究稀土元素的意義 自從自從18831883年開發(fā)出煤氣燈白織紗罩（含有稀土和氧化年開發(fā)出煤氣燈白織紗罩（含有稀土和氧化鋯）以來，世界上有許多研究機(jī)構(gòu)正在不斷開發(fā)稀土元鋯）以來，世界上有許多研究機(jī)構(gòu)正在不斷開發(fā)稀土元素的新用途。目前世界上每年消耗的稀土總量約素的新用途。目前世界上每年消耗的稀土總量約5 5萬噸，萬噸，他們主要集中在西方國家。他們主要集中在西方國家。 一個(gè)國家的稀土元素消耗量大體上反映了該國的科技一個(gè)國家的稀土元素消耗量大體上反映了該國的科技發(fā)展水平，如美國年消耗量約發(fā)展水平，

17、如美國年消耗量約25002500噸。我國的稀土儲(chǔ)量噸。我國的稀土儲(chǔ)量居世界第一，約占總儲(chǔ)量的居世界第一，約占總儲(chǔ)量的90%90%，且品種齊全。目前已，且品種齊全。目前已成為氟碳鈰礦和稀土元素的主要生產(chǎn)國，但產(chǎn)量不高，成為氟碳鈰礦和稀土元素的主要生產(chǎn)國，但產(chǎn)量不高，其中大部分用以出口創(chuàng)匯。其中大部分用以出口創(chuàng)匯。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 稀土元素的用途廣泛，從原子能、冶金、石油、航稀土元素的用途廣泛，從原子能、冶金、石油、航空、航天、電子與電氣工業(yè)、化學(xué)紡織、照明、照相、空、航天、電子與電氣工業(yè)、化學(xué)紡織、照明、照相、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)直至生活中常用的打火石都玻璃、陶瓷

18、、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)直至生活中常用的打火石都要用到稀土。要用到稀土。 目前消耗最多的是目前消耗最多的是石油和裂化催化行業(yè)石油和裂化催化行業(yè)41-45%41-45% （作為催化劑，只要在石油中加入少量的稀土，就能作為催化劑，只要在石油中加入少量的稀土，就能加速裂化，處理能力可提高加速裂化，處理能力可提高2424，汽油產(chǎn)率增長，汽油產(chǎn)率增長1313，并能分離出高級(jí)汽油并能分離出高級(jí)汽油）冶金應(yīng)用冶金應(yīng)用33-37%33-37%，陶瓷和玻璃工業(yè)陶瓷和玻璃工業(yè)16-19%16-19%，磁、電等研究方面的應(yīng)用磁、電等研究方面的應(yīng)用4-8%4-8%。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) SmSm-Co-

19、Co金屬互化物可制成永久磁鐵（第二代），而金屬互化物可制成永久磁鐵（第二代），而NdNd-Fe-B-Fe-B永久磁鐵的磁性很強(qiáng)（第三代）。永久磁鐵的磁性很強(qiáng)（第三代）。 含稀土的銀鎂合金質(zhì)輕堅(jiān)固，是飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭含稀土的銀鎂合金質(zhì)輕堅(jiān)固，是飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭的良好結(jié)構(gòu)材料。的良好結(jié)構(gòu)材料。 一些稀土元素的同位素具有放射性，可用于探傷、一些稀土元素的同位素具有放射性，可用于探傷、醫(yī)療和科研中。如銩的同位素可用于制造輕便的手提醫(yī)療和科研中。如銩的同位素可用于制造輕便的手提X X光機(jī)，僅光機(jī)，僅2 2千克重，且不需要電源，攜帶方便。千克重，且不需要電源，攜帶方便。 Pr Pr和和PmPm的同位素可用

20、于制造微型原子電池，其應(yīng)用的同位素可用于制造微型原子電池，其應(yīng)用范圍甚廣，如高空或洋底測量用的半導(dǎo)體儀表，精微范圍甚廣，如高空或洋底測量用的半導(dǎo)體儀表，精微的助聽器等都可用其作電源。的助聽器等都可用其作電源。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 玻璃工業(yè)對稀土拋光粉、脫色劑和著色劑的需求量也玻璃工業(yè)對稀土拋光粉、脫色劑和著色劑的需求量也逐年增加。平板玻璃和顯象管熒光屏拋光需要逐年增加。平板玻璃和顯象管熒光屏拋光需要氧化鈰拋氧化鈰拋光粉光粉；玻璃著色和脫色需要氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、；玻璃著色和脫色需要氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化鉺和氧化鈥；氧化鉺和氧化鈥； 高級(jí)照相機(jī)鏡頭需要高級(jí)照相

21、機(jī)鏡頭需要氧化鑭氧化鑭。有時(shí)鏡頭中含氧化鑭高。有時(shí)鏡頭中含氧化鑭高達(dá)達(dá)4040。 陶瓷工業(yè)對陶瓷工業(yè)對鐠鐠的需求量也較大。的需求量也較大。 稀土元素的摻入可制造一些特殊玻璃，如含稀土元素的摻入可制造一些特殊玻璃，如含CeOCeO2 2的耐的耐高溫玻璃、防紫外線的眼鏡片玻璃等。高溫玻璃、防紫外線的眼鏡片玻璃等。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 一種內(nèi)壁涂有稀土粉末的新型燈泡，它能把紫外一種內(nèi)壁涂有稀土粉末的新型燈泡，它能把紫外線變成可見光而使其效率增加線變成可見光而使其效率增加4 4倍。倍。 一種用一種用Y Y Tb Tb Tm Tm FeFe2 2O O3 3作原料的儲(chǔ)存器已廣作

22、原料的儲(chǔ)存器已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中，其特點(diǎn)是最適合于二進(jìn)制信息的泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中，其特點(diǎn)是最適合于二進(jìn)制信息的存取，即使斷電時(shí)也不會(huì)把信息丟失。存取，即使斷電時(shí)也不會(huì)把信息丟失。 稀土元素可以用作超導(dǎo)材料，如稀土元素可以用作超導(dǎo)材料，如 LaLaBaBaCuCu氧化物氧化物在在3636K K時(shí)達(dá)到超導(dǎo)，時(shí)達(dá)到超導(dǎo)，Y YBaBaCuCu氧化物在氧化物在100100K K時(shí)達(dá)時(shí)達(dá)到超導(dǎo)。到超導(dǎo)。 幾乎所有的稀土金屬都可用作激光材料，其中最重幾乎所有的稀土金屬都可用作激光材料，其中最重要的是要的是NdNd。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 在農(nóng)業(yè)上，合理地施用稀土在農(nóng)業(yè)上，合理地施用稀

23、土“微肥微肥”，促進(jìn)植物，促進(jìn)植物對磷的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)，有助于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。對磷的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)，有助于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。 大量實(shí)驗(yàn)研究表明，在一定濃度范圍內(nèi)，大量實(shí)驗(yàn)研究表明，在一定濃度范圍內(nèi)，REEREE對動(dòng)對動(dòng)植物生長有促進(jìn)作用，但超過一定濃度后便起抑制作植物生長有促進(jìn)作用，但超過一定濃度后便起抑制作用甚至使動(dòng)物死亡（用甚至使動(dòng)物死亡（LaLa2 2O O3 3與與CeOCeO2 2幾乎無毒）。就幾乎無毒）。就LREELREE與與HREEHREE比較而言，前者的營養(yǎng)作用優(yōu)于后者，毒害作比較而言，前者的營養(yǎng)作用優(yōu)于后者，毒害作用隨離子半徑的減小而增加，其毒性增加順序?yàn)椋河秒S離子半徑的減小而增加

24、，其毒性增加順序?yàn)椋?LaCePrNdSmEuYTmYbLaCePrNdSmEuYTmYb。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 稀土元素的豐度稀土元素的豐度球粒隕石中的稀土元素的豐度球粒隕石中的稀土元素的豐度 球粒隕石的豐度值通常被用來研究其它地質(zhì)體時(shí)球粒隕石的豐度值通常被用來研究其它地質(zhì)體時(shí)作標(biāo)準(zhǔn)用，并不是任何球粒隕石都具有所謂的球粒隕作標(biāo)準(zhǔn)用，并不是任何球粒隕石都具有所謂的球粒隕石豐度值，它們中大多數(shù)在該值石豐度值，它們中大多數(shù)在該值5 510%10%范圍內(nèi)波動(dòng)。范圍內(nèi)波動(dòng)。 任何用于標(biāo)準(zhǔn)化的球粒隕石值都應(yīng)得到國際上公任何用于標(biāo)準(zhǔn)化的球粒隕石值都應(yīng)得到國際上公認(rèn)，然

25、而，到目前為止還沒有做到這一點(diǎn)，不同的人認(rèn)，然而，到目前為止還沒有做到這一點(diǎn)，不同的人采用不同的數(shù)值來標(biāo)準(zhǔn)化采用不同的數(shù)值來標(biāo)準(zhǔn)化( (其結(jié)果相差不大其結(jié)果相差不大) )。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)球粒隕石球粒隕石北美頁巖北美頁巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的北美頁巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的北美頁巖第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)高鋁玄武巖高鋁玄武巖三類玄武巖的稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布形式三類玄武巖的稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布形式 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)地殼和地幔中的稀土元素的豐度地殼和地幔中的稀土元素的豐度第五章

26、第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 由表可見，地球上由下地幔向上至由表可見，地球上由下地幔向上至地殼稀土元素豐度大大增加。地幔中的地殼稀土元素豐度大大增加。地幔中的稀土元素分異不明顯，與球粒隕石相似。稀土元素分異不明顯，與球粒隕石相似。由地幔分熔形成的地殼由地幔分熔形成的地殼REEREE含量增加并且含量增加并且有明顯的分異，輕稀土在有明顯的分異，輕稀土在REEREE總量中的比總量中的比例增加。另外，地殼的不同構(gòu)造單元中例增加。另外，地殼的不同構(gòu)造單元中稀土元素的分布模式也有所不同，大陸稀土元素的分布模式也有所不同，大陸殼比大洋殼更富輕稀土元素。殼比大洋殼更富輕稀土元素。第五章第五章 稀土

27、元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)0.11/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石250.2阿爾卑斯型橄欖巖（虧損地幔）阿爾卑斯型橄欖巖（虧損地幔）第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)0.11/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石250.2純橄巖純橄巖第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)0.11/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石250.2石榴二輝橄欖巖石榴二輝橄欖巖第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元

28、素地球化學(xué)火成巖中的稀土元素的豐度火成巖中的稀土元素的豐度 超基性巖 基性巖 中性巖 酸性巖 堿性巖 REE 1060 10700 20500 81997 1154613 LREE/HREE 0.36 0.615 122 0.7140 10120 酸性巖漿巖常常具有明顯的負(fù)銪異常特征。產(chǎn)生過酸性巖漿巖常常具有明顯的負(fù)銪異常特征。產(chǎn)生過巖漿的地幔巖一般具有明顯的稀土元素虧損（即豐度巖漿的地幔巖一般具有明顯的稀土元素虧損（即豐度值比球粒隕石還低），但在產(chǎn)生堿性巖漿的地幔源區(qū)，值比球粒隕石還低），但在產(chǎn)生堿性巖漿的地幔源區(qū)，其地幔巖石通常具有輕稀土富集型特征，這是由于地其地幔巖石通常具有輕稀土富集型

29、特征，這是由于地幔交代作用的結(jié)果。幔交代作用的結(jié)果。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)原始巖漿成分演化過程中原始巖漿成分演化過程中REEREE的分餾特征的分餾特征 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)福建福建A A型花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化型花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REEREE型式型式 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)北美平均頁巖（北美平均頁巖（NASCNASC）豐度：豐度：La 32；Ce 73；Pr 7.9；Nd 33；Sm 5.7；Eu 1.24；Gd 5.2；Tb 0.85；Dy 5.8；Ho 1.04；Er 3.4；Tm 0.50；Yb 3.1；Lu

30、0.48。92. 6)/(NLuLa68. 0Eu沉積巖中的稀土元素的豐度沉積巖中的稀土元素的豐度第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)北美頁巖通常用作沉積巖的標(biāo)準(zhǔn)化值北美頁巖通常用作沉積巖的標(biāo)準(zhǔn)化值頁巖、硬砂巖、砂巖、灰?guī)r頁巖、硬砂巖、砂巖、灰?guī)r中中REEREE含量順序減少。含量順序減少。 太古代 沉積巖 元古代 沉積巖 古生代 沉積巖 中生代 沉積巖 REE 132 162 224 282 ppm Nd/Sm 大 小 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)水體中稀土元素的豐度水體中稀土元素的豐度 REEREE主要存在于巖石中，從母巖和土壤中溶出進(jìn)入水體。主要存在于巖石中，從

31、母巖和土壤中溶出進(jìn)入水體。 海水中海水中REE=11.5REE=11.5毫微克毫微克/ /升，相當(dāng)于升，相當(dāng)于0.013 0.013 ppbppb。LREE/HREE LREE/HREE = 2= 2，具有明顯的負(fù)具有明顯的負(fù)CeCe異常，用北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后，明顯富集異常，用北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后，明顯富集HREEHREE。 元素被帶入海水后，元素被帶入海水后，CeCe只能停留只能停留5050年，而其它元素可以停留年，而其它元素可以停留200200400400年。超過這個(gè)時(shí)間后，年。超過這個(gè)時(shí)間后，CeCe以以Ce(OH)Ce(OH)4 4形式沉淀下來。形式沉淀下來。 河水的稀土元素含量與海水類似，

32、但不具有負(fù)鈰異常。天然河水的稀土元素含量與海水類似，但不具有負(fù)鈰異常。天然和人工礦泉水的總體稀土元素含量也差不多，似乎是更富集輕和人工礦泉水的總體稀土元素含量也差不多，似乎是更富集輕稀土元素，因?yàn)橐欢康妮p稀土元素對人體有益無害。稀土元素，因?yàn)橐欢康妮p稀土元素對人體有益無害。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)生物中稀土元素的豐度生物中稀土元素的豐度 稀土元素通過吸收方式進(jìn)入植物，通過環(huán)境接觸稀土元素通過吸收方式進(jìn)入植物，通過環(huán)境接觸和食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和人體。和食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和人體。 植物中植物中REEREE含量與其生長的土壤中稀土元素豐度呈含量與其生長的土壤中稀土元素豐度呈正相關(guān)關(guān)

33、系，總體上看，植物相對富集輕稀土元素。正相關(guān)關(guān)系，總體上看，植物相對富集輕稀土元素。 在干燥的山核桃葉中，在干燥的山核桃葉中，REE=3REE=32300 2300 ppmppm。 現(xiàn)代魚骨中現(xiàn)代魚骨中REE100 REE100 ppmppm；而古代魚骨中而古代魚骨中REEREE可達(dá)可達(dá)9500 9500 ppmppm，原因至今不明。原因至今不明。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)某些植物及土壤的球粒隕石某些植物及土壤的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化REEREE分布型式分布型式1 1大麥土壤；大麥土壤；2 2油頁巖；油頁巖；3 3豆類；豆類； 4 4小麥；小麥；5 5稞麥；稞麥； 6 6大麥

34、；大麥；7 7水稻水稻第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 一定量的稀土元素有助于農(nóng)作物產(chǎn)量的提高，但高一定量的稀土元素有助于農(nóng)作物產(chǎn)量的提高，但高含量的稀土量會(huì)使植物具有中毒的特征。因此，我國含量的稀土量會(huì)使植物具有中毒的特征。因此，我國早在早在19921992年就制定了主要食品的稀土元素國家標(biāo)準(zhǔn)。年就制定了主要食品的稀土元素國家標(biāo)準(zhǔn)。 人體中的稀土含量與器官有關(guān)，食物中的稀土元素人體中的稀土含量與器官有關(guān)，食物中的稀土元素多數(shù)通過人體排出體外；重稀土主要富集于內(nèi)臟器官，多數(shù)通過人體排出體外；重稀土主要富集于內(nèi)臟器官，而輕稀土元素主要富集于骨骼中。而輕稀土元素主要富集于骨骼中。第五

35、章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 稀土元素的地球化學(xué)行為稀土元素的地球化學(xué)行為REEREE的分配系數(shù)的分配系數(shù)第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)分配系數(shù)分配系數(shù)某些造巖礦物的稀土元素分配系數(shù)某些造巖礦物的稀土元素分配系數(shù)第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)玄武巖和安山巖中玄武巖和安山巖中礦物礦物/ /熔體間熔體間REEREE的分配系數(shù)的分配系數(shù) 英安巖和流紋巖中英安巖和流紋巖中礦物礦物/ /熔體間熔體間REEREE的分配系數(shù)的分配系數(shù) 第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)從圖中曲線特征可知：從圖中曲線特征可知： 1.1.不同礦物中稀土元素的

36、含量有著明顯的不不同礦物中稀土元素的含量有著明顯的不同；同； 2.2.同一礦物中輕重稀土元素的含量也有一定同一礦物中輕重稀土元素的含量也有一定的差異；的差異； 3.3.元素元素EuEu在圖中所涉及的礦物里相對虧損。在圖中所涉及的礦物里相對虧損。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)斜長石斜長石/ /熔體熔體對之間對之間REEREE分配系數(shù)變化范圍和平均值分配系數(shù)變化范圍和平均值酸性巖漿巖酸性巖漿巖玄武巖和安山質(zhì)巖石玄武巖和安山質(zhì)巖石花崗巖常見明顯的負(fù)銪異常，而某些基性巖又表現(xiàn)出花崗巖常見明顯的負(fù)銪異常，而某些基性巖又表現(xiàn)出正銪異常特征，為什么正銪異常特征，為什么? ?從上圖可以得出，斜

37、長石與基性、中性和酸性巖漿從上圖可以得出，斜長石與基性、中性和酸性巖漿保持平衡時(shí)，稀土元素保持平衡時(shí)，稀土元素EuEu主要集中在斜長石晶體中，主要集中在斜長石晶體中，因而巖漿中的因而巖漿中的EuEu含量明顯低了很多，這種趨勢又以酸含量明顯低了很多，這種趨勢又以酸性巖最為突出。性巖最為突出。在花崗巖漿的形成以及巖漿向上運(yùn)移和侵位過程中，在花崗巖漿的形成以及巖漿向上運(yùn)移和侵位過程中，總有部分斜長石保留在巖漿源區(qū)（未熔完的斜長石）總有部分斜長石保留在巖漿源區(qū)（未熔完的斜長石）或者因分離結(jié)晶而離開巖漿，導(dǎo)致花崗巖漿由于斜長或者因分離結(jié)晶而離開巖漿，導(dǎo)致花崗巖漿由于斜長石的損失而顯示出明顯的負(fù)石的損失而

38、顯示出明顯的負(fù)EuEu異常特點(diǎn)。異常特點(diǎn)。在基性巖漿演化的早期，橄欖石、斜長石等礦物首在基性巖漿演化的早期，橄欖石、斜長石等礦物首先結(jié)晶，這些礦物通常聚集在巖漿房的底部，形成有先結(jié)晶，這些礦物通常聚集在巖漿房的底部，形成有堆晶結(jié)構(gòu)的基性、超基性巖。由于這部分巖石中相對堆晶結(jié)構(gòu)的基性、超基性巖。由于這部分巖石中相對富集斜長石，因而常常表現(xiàn)出某種正銪異常特征。富集斜長石，因而常常表現(xiàn)出某種正銪異常特征。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 稀土元素的分配系數(shù)受溫度、壓力、氧逸度稀土元素的分配系數(shù)受溫度、壓力、氧逸度和成分的控制?？傮w上看，分配系數(shù)和成分的控制。總體上看，分配系數(shù)D D一般

39、小于一般小于1 1，HREEHREE分配系數(shù)常常大于分配系數(shù)常常大于LREELREE。一般情況下，巖漿一般情況下，巖漿巖的巖的La/La/YbYb比值小于比值小于9 9，而一些極高，而一些極高La/La/YbYb比值的比值的巖漿巖往往被認(rèn)為是其巖漿源區(qū)存在石榴石相的巖漿巖往往被認(rèn)為是其巖漿源區(qū)存在石榴石相的緣故（石榴石中富集重稀土元素，且石榴石未熔緣故（石榴石中富集重稀土元素，且石榴石未熔完）。完）。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué) 造巖礦物中造巖礦物中CaCa2+2+與與REEREE3+3+的地球化學(xué)性質(zhì)相近，易的地球化學(xué)性質(zhì)相近，易于發(fā)生類質(zhì)同象。所以，巖漿作用中于發(fā)生類質(zhì)同

40、象。所以，巖漿作用中REEREE在某種程度上，在某種程度上，主要取決于主要取決于CaCa在巖漿中的原始濃度。在巖漿中的原始濃度。 在巖漿作用過程中，稀土元素中只有在巖漿作用過程中，稀土元素中只有EuEu才有才有EuEu2+2+離離子存在，其含量高低主要受氧逸度的控制。由于子存在，其含量高低主要受氧逸度的控制。由于EuEu2+2+（1.121.12）與與CaCa2+2+ （1.03 1.03 ）的離子半徑相近，因此，）的離子半徑相近，因此，自然界中自然界中EuEu常常富集在富鈣的礦物中，斜長石通常具常常富集在富鈣的礦物中，斜長石通常具有正銪異常特征就是這個(gè)緣故。有正銪異常特征就是這個(gè)緣故。第五章

41、第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)風(fēng)化沉積過程中風(fēng)化沉積過程中REEREE行為行為在海底風(fēng)化過程中，洋脊玄武巖的稀土元素含量變在海底風(fēng)化過程中，洋脊玄武巖的稀土元素含量變化極小，不過，玄武質(zhì)玻璃可能有部分化極小，不過，玄武質(zhì)玻璃可能有部分LaLa和和CeCe的丟失。的丟失。在濕熱的（大陸）氣候條件下，稀土元素可以活化，在濕熱的（大陸）氣候條件下，稀土元素可以活化，HREEHREE元素易于形成重碳酸鹽和有機(jī)配合物而優(yōu)先遷移，元素易于形成重碳酸鹽和有機(jī)配合物而優(yōu)先遷移，而而LREELREE則主要通過植物吸收的方式來遷移。則主要通過植物吸收的方式來遷移。在干旱或冷凍條件下，在干旱或冷凍條件下，

42、REEREE基本不遷移。基本不遷移。第五章第五章 稀土元素地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)在酸性條件下，在酸性條件下，LREELREE易于從粘土中遷移出來，有時(shí)可易于從粘土中遷移出來，有時(shí)可能隨雨水向土壤底層遷移并富集成礦。能隨雨水向土壤底層遷移并富集成礦。在沉積過程中，部分稀土元素溶解進(jìn)入海水中，在海在沉積過程中，部分稀土元素溶解進(jìn)入海水中，在海洋環(huán)境下，洋環(huán)境下，CeCe3+3+氧化為氧化為CeCe4+4+進(jìn)而以進(jìn)而以CeOCeO2 2沉淀下來，特別是沉淀下來，特別是為鐵錳氫氧化物所吸附，于是在海相的鐵錳結(jié)核中常常為鐵錳氫氧化物所吸附，于是在海相的鐵錳結(jié)核中常常特別富集鈰。特別富集鈰。在成巖過程中，在成巖過程中，REEREE基本保持不變。如果基