地球化學(xué)講義量元素地球化學(xué)課件

1、地球化學(xué)講義量元素地球化學(xué)地球化學(xué)講義量元素地球化學(xué)第四章 微量元素地球化學(xué)本章內(nèi)容基本概念微量元素在共存相中的分配巖漿作用過程中微量元素的定量分配模型稀土元素地球化學(xué)微量元素的示蹤意義中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新第四章 微量元素地球化學(xué)本章內(nèi)容中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地 微量元素地球化學(xué)是研究微量元素在地球及其子系統(tǒng)中的分布特征、化學(xué)作用及化學(xué)演化的一門分支學(xué)科。它根據(jù)系統(tǒng)的特征和微量元素的特性，闡明他們在地球系統(tǒng)中的分布分配，在自然體系中的性狀以及在自然界的運(yùn)動(dòng)過程和演化歷史。 微量元素可以作為地質(zhì)地球化學(xué)作用的示蹤劑，其特色之處就是能近似定量地解決問題，

2、使實(shí)際資料與模型設(shè)計(jì)結(jié)合起來。 為此，他們在解決當(dāng)代地球化學(xué)的基礎(chǔ)理論問題如天體、地球、生命和元素的起源，為人類提供充足資源和 良好生存環(huán)境等方面正發(fā)揮著重要作用。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 微量元素地球化學(xué)是研究微量元素在地球及其子系統(tǒng)中的分一、基本概念 什么叫微量（minor）或痕量（trace）元素 人們常常相對于地殼中的主量元素而言，為此有人把地球化學(xué)體系中低于0.1%的元素，通稱為微量元素。 然而，所謂主量和微量元素在自然界不同體系中是相對的概念，常因所處的體系不同而異，如K在地殼整體中是主量元素，但它在隕石中卻被視為微量元素。 1968年Gast

3、對微量元素的定義是：指的是不作為體系中任何相的主要化學(xué)計(jì)算組分存在的元素。 有的學(xué)者根據(jù)元素在所研究的地球化學(xué)體系中的濃度低到可以近似服從稀溶液定律（亨利定律）的范圍，則稱該元素為微量元素。 微量元素地球化學(xué)是地球化學(xué)的一個(gè)重要分支，它研究在各種地球化學(xué)體系中微量元素的分布、分配、共生組合及演化的規(guī)律，其特色之處就是能夠近似定量地解決問題，使實(shí)際資料和模型計(jì)算結(jié)合起來。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新一、基本概念 什么叫微量（minor）或痕量二、微量元素在共存相中的分配 在一定的環(huán)境（物理化學(xué)條件）中，一切自然作用體系均趨向于平衡。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，常量元素微量元素

4、體系中的濃度很高極低獨(dú) 立 礦 物能形成獨(dú)立礦物不能形成獨(dú)立礦物，但在平衡共存的礦物之間（或液相固相之間）進(jìn)行分配控 制 因 素受相律控制(f=k-+2)，遵從化學(xué)計(jì)量原則受自身及礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境的物理化學(xué)條件控制，服從稀溶液定律，即在平衡共存的各相之間化學(xué)位相等 微量元素分配的微觀理論只是定性地說明問題。二十世紀(jì)三十年代的戈?duì)柕率┟芴仡愘|(zhì)同像法則； 五十年代林氏電負(fù)性法則；六十年代用晶體場理論討論過渡族元素的分配規(guī)律；七十年代用分子軌道學(xué)說對共價(jià)鍵性質(zhì)化合物元素分配的解釋；八十年代引入了量子力學(xué)，量子化學(xué)觀點(diǎn) 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新二、微量元素

5、在共存相中的分配 在一定的環(huán)境（物理化學(xué) 1.前提條件：一定的溫度、壓力下，微量元素在兩相中可以形成液態(tài)（或固態(tài)）的稀溶液； 2.微量元素在兩相中的化學(xué)位計(jì)算 u：離子化學(xué)位； u：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)位（25，1atm） ：離子活度（當(dāng)溶液中離子的濃度趨近于0時(shí)，活度與濃度成正比，比例系數(shù)k即亨利系數(shù)： k ）；T：體系的絕對溫度； R：氣體常數(shù)（8.314J/molK)；1和2：兩個(gè)相。 3.微量元素在兩相中分配達(dá)到平衡時(shí)： 常數(shù) 這就是能斯特分配定律： 一定溫度壓力下,微量元素在平衡共存的兩相之間進(jìn)行分配,其分配系數(shù)KD是一常數(shù),其大小等于微量元素在兩相中濃度的比值。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地

6、球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 1.前提條件：一定的溫度、壓力下，微量元素在兩相中可 4.進(jìn)一步的討論： 可見，微量元素在某相中的化學(xué)位越低，它的含量就會(huì)越高，就像是水往低處流一樣的道理 5.微量元素在巖石與熔體之間的分配系數(shù)：常用巖石中所有礦物的分配系數(shù)與巖石中各礦物含量的乘 積之和一表達(dá)。 即 n：含量微量元素i的礦物數(shù) Wj：第j種礦物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) KDi：第j種礦物對微量元素的簡單分配系數(shù)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 4.進(jìn)一步的討論：中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系 6.分配系數(shù)的測定：以巖漿作用過程中微量元素在結(jié)晶相（固相）和熔體相（液相）

7、中的分配系數(shù)測定 為例，目前有兩種測定方法： 直接測定法：直接測定地質(zhì)體中兩平衡共存相如火山巖中的斑晶和基質(zhì)中的微量元 素濃度，再按分配定律進(jìn)行計(jì)算。斑晶代表熔體結(jié)晶過程中形成的礦 物，基質(zhì)代表熔體相。 實(shí)驗(yàn)測定法：用化學(xué)試劑合成與天然巖漿成分相似的玻璃物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)使一種礦物與 之達(dá)到微量元素的分配平衡，然后測定元素在兩相中的濃度，計(jì)算得 到分配系數(shù)。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 6.分配系數(shù)的測定：以巖漿作用過程中微量元素在結(jié)晶相 7.分配系數(shù)的影響因素： 體系組分的影響巖漿巖化學(xué)成分的變化在很大程度上取決于硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)，不同硅酸鹽熔體共存時(shí)微量元素分配情

8、況明顯不同；如斜長石中鈣長石含量增多，稀土元素Eu在斜長石與熔體間的分配系數(shù)趨于減 小。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 7.分配系數(shù)的影響因素：如斜長石中鈣長石含量 體系溫度的影響由能斯特定律可以導(dǎo)出： lnKD=-(H/RT)+B 式中：H表示微量元素在兩相中的熱焓變化，B是積分常數(shù)。 可見分配系數(shù)與體系溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系，這也就是微量元素溫度計(jì)的基本原理。 體系壓力的影響目前對壓力影響的研究報(bào)道甚少，但有一點(diǎn)已通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)： 在相當(dāng)上地幔的壓力條件下，稀土元 素在富水的蒸汽和石榴子石、單斜輝石、斜方輝石、橄欖石之間的分配系數(shù)為1200之間，分配系數(shù)隨壓力（

9、PH2O）的增大而迅速地增加。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 體系溫度的影響由能斯特定律可以導(dǎo)出： lnKD= 8.分配系數(shù)的應(yīng)用： 檢驗(yàn)成巖、成礦過程的平衡性一定溫度、壓力下各相處于平衡時(shí)，元素在共存礦物間的分配 系數(shù)為一常數(shù)，可據(jù)此來檢驗(yàn)自然過程是否達(dá)到平衡。方法是： 在體系的不同部位(為同時(shí)同成因的產(chǎn)物)采集若干個(gè)同種共存礦物對樣品； 測定礦物對中某微量元素的含量； 計(jì)算分配系數(shù)，若接近某固定值，即則可視成巖、成礦過程達(dá)到了平衡。 如加拿大魁北克變質(zhì)巖地區(qū)，在其不 同區(qū)塊成對地采集若干組共生的黑云母和角閃石樣品，分析其中V2O3含量，并將其投入到黑云母-

10、角閃石的V2O3（%）含量。圖中，結(jié)果每對礦物的數(shù)據(jù)點(diǎn)幾乎落在一條直線上，這反映微量元素V在角閃石和黑云母間的分配系數(shù)KD角/黑1.2，為一個(gè)常數(shù)，從而證明了在變質(zhì)過程中角閃石和黑云母是平衡反應(yīng)的產(chǎn)物。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 8.分配系數(shù)的應(yīng)用： 如加拿大魁北克 判別巖漿結(jié)晶過程中微量元素的地球化學(xué)行為利用瑞利分餾定律，將巖漿結(jié)晶中某微量元素 的瞬間濃度相對于該元素的原始濃度比值（XTr熔體/XoTr熔體）作為縱坐標(biāo)，以反映巖漿 結(jié)晶程度的F為橫坐標(biāo)，并賦于KD不同的值， 就可做出反映元素行為的圖解： KD1的微量元素： 都隨著F值從1到0（代表結(jié)晶程

11、度不斷提高）的變化，而在殘余的熔體中逐步富集起來，這些元素稱為不相容元素(incompatible element),如W、Sn、Mo、Cu等(微觀角度：殘余富 集)； KD1的微量元素： 則傾向在結(jié)晶礦物中富集。隨著礦物 不斷晶出，在殘余熔漿中逐漸貧化， 這些元素即相容元素（compatible elements），如Ni、Co、Cr等（微觀角度：晶體化學(xué)分散）。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 判別巖漿結(jié)晶過程中微量元素的地球化學(xué)行為利用瑞 微量元素分配系數(shù)溫度計(jì)當(dāng)微量元素在共存各相中分配達(dá)到平衡時(shí)，有l(wèi)nKD =-(H/RT)+B 的函數(shù)關(guān)系，以-（H/R）

12、為斜率，B為截距，即當(dāng)在所討論范圍內(nèi) H（熱焓）可看作為常數(shù)時(shí)，分配系數(shù)（KD）的對數(shù)與溫度倒數(shù)（1/T）存在線性關(guān)系。 方法是：測定待研究地質(zhì)體中共生礦物對中某微量元素的含量，算出該元素在礦物對的分 配系數(shù)，利用以上關(guān)系式即可計(jì)算出礦物結(jié)晶溫度。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 微量元素分配系數(shù)溫度計(jì)當(dāng)微量元素在共存各相中分樣品號溫度()橄欖石Ni單斜輝石NiKD(橄/輝)1116015552556.102112013102455.35310759552403.98410709352353.98510508402203.82 lnKD=-(70340/RT)+7

13、.65 H=70340 J/mol，B=7.65 如哈克里等人對夏威夷活火山中玄武巖漿與正在結(jié)晶的橄欖巖和單斜輝石之間Ni元素的分配進(jìn)行的研究：在火山熔巖不同溫度時(shí)取樣，測定橄欖石和單斜輝石中Ni的濃度，并計(jì)算了Ni的分配系數(shù)，將測得的一組數(shù)據(jù)用lnKD對1/T作圖，由圖求出H和B值。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新樣品號溫度()橄欖石Ni單斜輝石NiKD(橄/輝)1116三、巖漿作用過程中微量元素的定量分配模型巖漿結(jié)晶分異作用模型巖石形成巖漿的部分熔融模型中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新三、巖漿作用過程中微量元素的定量分配模型巖漿結(jié)

14、晶分異作用模型（一）巖漿結(jié)晶分異作用模型 1. 結(jié)晶礦物與熔體只是表面平衡： 原因：是微量元素在晶體中的擴(kuò)散要比在熔體中慢得多，使得微量元素在晶體邊緣和晶體核部的分布不均一，導(dǎo)致晶體邊緣與熔體能達(dá)到平衡，而晶體內(nèi)部則不能與熔體平衡，形成的晶體具環(huán)帶狀構(gòu)造。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（一）巖漿結(jié)晶分異作用模型 1. 結(jié)晶礦物與熔體只是表 定量模型（瑞利分餾定律）： XTr(熔體)是分異巖漿中礦物結(jié)晶時(shí)的熔體瞬間濃度，XoTr(熔體)是原始熔體中的濃度，F(xiàn)為殘留熔體與原始熔體的百分?jǐn)?shù)，反映巖漿結(jié)晶程度，F(xiàn)=1剛開始結(jié)晶，F(xiàn)=0完全結(jié)晶，KD為微量元素在晶體與熔體

15、間的分配系數(shù)。 意義：利用模型可以分析元素在巖漿不平衡結(jié)晶過程中的地球化學(xué)行為，在此基礎(chǔ)上對不相容元素作進(jìn)一步討論。 不相容元素常常具過大或過小的離子半徑或離子電荷，他們對自然作用過程中的示蹤意義中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 定量模型（瑞利分餾定律）： 中國 大離子親石元素（large ion lithophile element）：如K、Rb、Cs、Sr、Ba等，他們的離子半 徑大，離子電荷低，離子電位3，難溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，為 非活動(dòng)性元素，可以作為“原始”物質(zhì)組成的示蹤劑。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 大離子親石元素

16、（large ion lithophi 2. 平衡結(jié)晶過程： 礦物與熔體連續(xù)再平衡：形成無環(huán)帶晶體，用于描述平衡部分熔融的方程式也適用于該過程： Coi是微量元素i在初始固相母體物質(zhì)中的濃度，CLi是微量元素i在熔融后在熔體中的濃度F=0熔融開始，F(xiàn)=1熔融完全。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 2. 平衡結(jié)晶過程： 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)（二）巖漿部分熔融作用模型平衡部分熔融 1 平衡部分熔融：巖漿形成最常見也是最可能的熔融模式。在整個(gè)部分熔融過程中，熔體與殘留固體始終保持平衡，直到熔體離去，這種熔融又稱批次熔融、平衡熔融或一次熔融。 2. 定量模型假設(shè)：為了推導(dǎo)

17、微量元素在產(chǎn)生的熔體中的濃度與部分熔融程度的關(guān)系，需假定：在整個(gè)部分熔融過程中微量元素在固相和液相之間的總分配系數(shù)始終保持不變；整個(gè)熔融過程中殘余固相中各礦物相對形成熔體的貢獻(xiàn)比例保持不變， 3. 定量模型：如前所述 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（二）巖漿部分熔融作用模型平衡部分熔融 1 平衡部 4.討論：當(dāng)F0(部分熔融很小)CiL/Cio1/Di，即微量元素在所形成的熔體中富集或貧化程度最大。隨著F的增大，則熔體中微量元素的富集和貧化程度逐漸減少。當(dāng)巖石全部熔融，即F1時(shí)，熔體中元素的濃度與母巖中該元素的濃度趨于一致； 總分配系數(shù)Di1的不相容元素：在形成

18、的熔體中富集，但其最大的富集濃度不能超出Di=0的曲線，當(dāng)Di=0，CiL/Cio=1/F，這與巖漿結(jié)晶分異過程中的情況相同。 總分配系數(shù)Di1的相容元素：在部分熔融形成的熔體中發(fā)生貧化，但其貧化的速度隨F的增大呈現(xiàn)出較緩慢的特征，這與mdf uqi 結(jié)晶分異過程中，隨結(jié)晶程度增大(F值減小)表現(xiàn)為在殘余巖漿中 濃度的急劇貧化有較顯著的差別，這種差別可以作為判別某個(gè)巖漿系列是巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，還是由部分熔融所造成的標(biāo)志。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 4.討論：當(dāng)F0(部分熔融很小)CiL/Cio1四、稀土元素地球化學(xué)稀土元素的主要性質(zhì) 稀土元素在地殼中的分配

19、稀土元素在自然界的分異稀土元素?cái)?shù)據(jù)的整理方法中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新四、稀土元素地球化學(xué)稀土元素的主要性質(zhì) 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué) 稀土元素地球化學(xué)在微量元素地球化學(xué)中占據(jù)很重要的地位，這是由稀土元素以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)所決定的： 1.他們是性質(zhì)極相似的地球化學(xué)元素組，在地質(zhì)、地球化學(xué)作用過程中作為一個(gè)整體而活動(dòng)集體觀念強(qiáng)； 2.他們的分餾作用能靈敏地反映地質(zhì)、地球化學(xué)過程的性質(zhì)指示功能強(qiáng)； 3.稀土元素除受巖漿熔融作用外，其它地質(zhì)作用基本上不破壞它的整體組成的穩(wěn)定性應(yīng)變能力強(qiáng)； 4.他們在地殼巖石中分布較廣廣泛性。 在目前測試技術(shù)水平大大提高的前提下（JA1600

20、電感耦合體發(fā)射光譜法測量精度可達(dá)10-9），他們得以廣泛應(yīng)用。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 稀土元素地球化學(xué)在微量元素地球化學(xué)中占據(jù)稀土元素在周期表中的位置 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新稀土元素在周期表中的位置 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)（一）稀土元素的主要性質(zhì) 1.什么是稀土元素 以往由于分析技術(shù)水平低，誤認(rèn)為他們在地殼中很稀少，另外它們一般發(fā)現(xiàn)于富集的風(fēng)化殼上，呈土狀，故名稀土。實(shí)際上稀土并不稀，REE（稀土元素）的地殼豐度為0.017%，其中Ce、La、Nd的豐度比W、Sn、Mo、Pb、Co還高。中國是稀土大國，

21、我國的稀土礦尤為豐富 。我國內(nèi)蒙白云鄂博稀土礦 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（一）稀土元素的主要性質(zhì) 1.什么是稀土元素 57La 58Ce 59Pr* 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu 39Y 鑭 鈰 鐠 釹 鉅 釤 銪 釓 鋱 鏑 鈥 鉺 銩 鐿 镥 釔 *鐠具有放射性 Ce 族稀土:LaEu輕稀土(LREE) Y 族稀土:GdY 重稀土(HREE) 輕稀土:LaNd 中稀土:SmHo 重稀土:ErLu+Y 2.稀土分類（兩分法和三分法）中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系

22、制作，2022年9月9日更新 57La 58Ce 59Pr* 60Nd 3.稀土元素的主要性質(zhì) 稀土元素屬新增電子充填在4f亞層的“4f型元素”：4f亞層電子因受5s2和5p6亞層中8個(gè)電子的屏蔽，很少參與化學(xué)反應(yīng)，故這15個(gè)元素 的化學(xué)性質(zhì)相似，在自然界密切共生，成組進(jìn)入礦物晶格； 在化學(xué)反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移：稀土元素原子易失去6s25d1或6s24f1三個(gè)電子，故均呈三價(jià)產(chǎn)出； Y元素 ：是第5周期過渡元素的起點(diǎn)，次外層d型充填，外電子排布為5s24d1，與稀土元素性質(zhì)相似，也呈三價(jià)陽離子存在； 稀土元素中最穩(wěn)定的三個(gè)元素：La（f 0）代表輕稀土，Eu（f 7）和Lu（f 14）代表重稀土；

23、中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 3.稀土元素的主要性質(zhì) 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué) 稀土元素中的變價(jià)元素：Eu、Yb有+2價(jià)（Eu2+具穩(wěn)定的半充滿4f7亞層，Yb2+具穩(wěn)定的全充滿4f14亞層），Ce、Tb有+4價(jià)（Ce4+具穩(wěn)定的Xe電子構(gòu)型，Tb4+具 穩(wěn)定的半充滿4f7亞層）。在自然體系中，確有Eu2+和Ce4+存在，但Yb2+的存在需極還原的條件，一般在地殼條件下不存在，Tb4+尚未發(fā)現(xiàn)； Eu3+ +e Eu2+，Eh0= -0.43v：由于Eu2+與Ca2+晶體化學(xué)性質(zhì)相似，往往可以使Eu2+脫離REE3+整體而單獨(dú)活動(dòng)，這樣在巖漿早期富Ca2+的環(huán)境中

24、，斜長石一般含較高的Eu2+ ，形成斜長石的“正銪異?！保?Ce3+Ce4+e，Eh0=1.61v：在強(qiáng)氧化條件下，Ce4+與REE3+整體脫離，形成所謂的“負(fù)鈰異?！保?絡(luò)合物是稀土元素的主要遷移形式：稀土元素離子電位居中，在堿性條件下易形成絡(luò)陰離子。稀土元素的碳酸鹽、硫酸鹽、氟化物的絡(luò)合物易溶于水而進(jìn)行遷移，如 Na3REEF6，Na3REE(CO3)3，Na3REE(SO4)3等。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 稀土元素中的變價(jià)元素：Eu、Yb有+2價(jià)（Eu2（二）稀土元素在地殼中的分配 1.超基性巖基性巖中性巖酸性巖堿性巖 REE是逐漸增加的；稀土元素在

25、自然界的分異稀土元素在地殼中的分配從地幔到地殼：REE增加了20多倍，Ce/Y增加了三倍多； 地幔、超基性巖、基性巖中Y占優(yōu)勢，隨著分異，陸殼及酸性巖、堿性巖以Ce占優(yōu)勢； 2.15個(gè)稀土元素在地殼中 明顯呈現(xiàn)出偶數(shù)元素高于相鄰奇數(shù)元素的豐度（奇偶效應(yīng)）的現(xiàn)象，為了便于對比研究，需消除奇偶效應(yīng)，數(shù)據(jù)需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即將巖石、礦物中某稀土元素含量除以球粒隕石的含量，例如La玄武巖/La球粒隕石 = 7.28/0.32 = 22.75；中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（二）稀土元素在地殼中的分配 1.超基性巖基性巖 3.地殼中各類巖石稀土元素相對豐度曲線，根據(jù)Eu和

26、Ce的分布可分為五種類型 花崗巖 斜長巖 大洋拉斑玄武巖 海水 錳結(jié)核 Eu Eu Eu Ce Ce 銪虧損型 銪富集型 平坦型鈰虧損型 鈰富集型 按LREE和HREE的含量比例不同，又可以分為: 右傾型：LREEHREE；平緩型：LREEHREE；左傾型：LREEHREE三種。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 3.地殼中各類巖石稀土元素相對豐度曲線，根據(jù)Eu和C 4.各類地質(zhì)體對稀土含量及配分模式控制的差 如不同構(gòu)造環(huán)境的玄武巖：大洋拉斑玄武巖高鋁玄武巖大陸拉斑玄武巖。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 4.各類地質(zhì)體對稀土含量及配

27、分模式控制的差中國地質(zhì)（三）稀土元素在自然界的分異 1.溶液酸堿性的控制 雖然稀土元素性質(zhì)相似，但是從La到Lu，離子半徑不斷減小，離子電位（=W/R）不斷增大，堿性減弱，氫氧化物溶解度減小。因此開始沉淀時(shí)溶液的pH值由86，并產(chǎn)生下列的分異：稀土元素在地殼中的分配 堿性巖：La、Ce、Pr、Nd等和Sr、Ba、Ca、K共生，堿性花崗巖：相對富集Sm、Gd、Tb、Dy，鈣堿性花崗巖：以Y、Ho、Er、Tm、Lu等重稀土，與Sc、Mn等元素共生。 2.氧化還原條件控制 某些稀土元素的變價(jià)性，對外界氧化還原條件變化反應(yīng)敏感：Ce3+Ce4+：離子半徑R1.070.94，Eu3+Eu2+：R0.98

28、1.24 ，由于離子價(jià)態(tài)變化，導(dǎo)致半徑和酸堿性的變化，致使與REE3+整體分離。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（三）稀土元素在自然界的分異 1.溶液酸堿性的控制 3.絡(luò)離子穩(wěn)定性的差異:稀土元素在自然界的分異 REE可與F-、Cl-、CO32-、PO43-、SO42-等形成絡(luò)陰離子，但不同元素穩(wěn)定性各異，Y絡(luò)離子穩(wěn)定性Ce絡(luò)離子穩(wěn)定性，這樣Ce礦物沉淀后，Y元素尚可呈絡(luò)合物形式在溶液中遷移，在較晚的階段沉淀，導(dǎo)致Ce與Y的分異。 4.被吸附能力的差異 Ce被膠體、有機(jī)質(zhì)和粘土礦物吸附能力大于Y。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 3

29、.絡(luò)離子穩(wěn)定性的差異:稀土元素在自然界的分異 5.結(jié)晶礦物和熔體中的分異 巖石中稀土元素主要賦存在副礦物中，分配系數(shù)是采用火山巖中斑晶/基質(zhì)法進(jìn)行測定。由圖可見：不同礦物中稀土元素的含量有著明顯的不同；同一礦物中輕重稀土元素的含量有一定的差異；元素Eu在圖中所涉及的礦物里相對虧損；除Eu以外，不同稀土元素對同種礦物的分配系數(shù)比較接近，而Eu則明顯偏大。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 5.結(jié)晶礦物和熔體中的分異 中國地質(zhì)大學(xué)地球（四）稀土元素?cái)?shù)據(jù)的整理方法 1.稀土總量和輕重稀土比值 稀土元素在自然界的分異稀土總量：REE；稀土元素在地殼中的分配 輕重稀土比值：C

30、e/Y，La/Yb，La/Lu； 2.某些特殊元素比值（Eu，Ce） 負(fù)銪指數(shù)Eu，用來指示銪異常的大?。褐袊刭|(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（四）稀土元素?cái)?shù)據(jù)的整理方法 1.稀土總量和輕重稀土中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月4日更 3.曾田彰正科里爾圖解 樣品中每種稀土元素濃度除以參照物質(zhì)(常為球粒隕石)中各稀土元素濃度，得到標(biāo)準(zhǔn)化豐度。有人將研究體系的一部分作為參考物質(zhì)作標(biāo)準(zhǔn)化圖解。例如，各種不同構(gòu)造環(huán)境的玄武巖用大洋拉斑玄武巖作為參考物質(zhì)，它能較清楚顯示出不同玄武巖稀土彼此分異的

31、程度和數(shù)量； 4.稀土配分三角圖解 a.把總量做分母，每個(gè)分量做分子，乘100%，算出各元素在總量中所占百分?jǐn)?shù)； b.把各分量分成輕、中、重三部分作三角圖解； c.把各樣品投在三角圖解，分析巖石（礦物）輕、中、重稀土?xí)r空變化趨勢。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 3.曾田彰正科里爾圖解 b.把各分量分成輕、 5.稀土參數(shù)圖解 這類圖解很多，可用于探討巖石形成機(jī)理或成因分類。如W(La)/W(Yb)-W(REE)圖解，用以區(qū)分不同類型的玄武巖、花崗巖和碳酸鹽巖。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 5.稀土參數(shù)圖解中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院

32、地球化學(xué)系制五、微量元素的示蹤意義 在現(xiàn)代分析和計(jì)算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)勁支持下，近二十年來微量元素地球化學(xué)理論迅速發(fā)展，開辟了地球化學(xué)研究向定量、動(dòng)態(tài)過程方向發(fā)展的新途徑。 微量元素在地球系統(tǒng)中不是獨(dú)立存在的，他們與各種地球物質(zhì)的地質(zhì)過程相聯(lián)系。微量元素參與各種地球化學(xué)作用，作用過程中體系物理化學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，作用物質(zhì)的質(zhì)量遷移，能量的輸運(yùn)與動(dòng)量的傳遞等，必然在微量元素組成上打上作用隨時(shí)間演化的烙印。為此，通過觀察、捕捉微量元素提供的地球化學(xué)作用的時(shí)空信息，可用來解釋各種復(fù)雜的地質(zhì)作用的原因和條件，追蹤作用演化歷史，使為地球科學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展，為人類提供充足資源和良好生存環(huán)境等作出貢獻(xiàn)成為可能。中國地質(zhì)

33、大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新五、微量元素的示蹤意義 在現(xiàn)代分析和計(jì)算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)勁 根據(jù)平衡部分熔融和分離結(jié)晶作用中微量元素分配的定量模型，可以對成巖過程進(jìn)行鑒別。Allegre 等人（1978）提出了判別部分熔融和分離結(jié)晶的方法。他們認(rèn)為： 固液相分配系數(shù)高的相容元素：如Ni,Cr等，在分離結(jié)晶作用過程中它們的濃度變化很大，但在部分熔融過程中則變化緩慢； 固液相分配系數(shù)低的微量元素：如Ta、Th、La、Ce等（稱為超巖漿元素），它們總分配系數(shù)很低，近于0，與0.20.5比較可忽略不計(jì)。在部分熔融過程中這些元素濃度變化大，但在分離結(jié)晶作用過程中則變化緩慢； （一）巖漿成

34、巖過程的鑒別中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 根據(jù)平衡部分熔融和分離結(jié)晶作用中微量元素分配的定量模 固液相分配系數(shù)中等的微量元素：如HREE、Zr、Hf等（稱親巖漿元素），它們的總分配系數(shù)與1比較可忽略不計(jì)。為此： 對于平衡部分熔融：CHL=CHo,s / F和CML=CMo,s / ( DMo+F )，式中CHL為超巖漿元素在液相中的濃度，CML為親巖漿元素在液相中的濃度；CHo,s和CMo,s分別為它們在原始固相中的濃度； 對于分離結(jié)晶作用：CHL=CHo,l / F、CML=CMo,l /F、CHL/CML=CHo,l /CMo,l =常數(shù)。 因此，當(dāng)用CH

35、L/CML對CHL作圖時(shí)，即用某超巖漿元素（H）與親巖漿元素（M）濃度比值對超巖漿元素濃度作圖時(shí)，平衡部分熔融的軌跡為一條斜率為DMo/CMo的直線，因?yàn)镠元素的DHo可以忽略不計(jì)，而M元素DMo值就不能不予考慮；而分離結(jié)晶作用的軌跡則構(gòu)成一條水平線。中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新 固液相分配系數(shù)中等的微量元素：如HREE、Zr如趙振華（1982）通過研究獲知：我國西藏岡底斯花崗巖的斑狀黑云母花崗巖主要通過分異結(jié)晶形成，而閃長巖、花崗閃長巖和二云母花崗巖屬于平衡部分熔融的產(chǎn)物。 圖中1為西藏岡底斯巖帶燕山晚期花崗巖類,2為岡底斯巖帶斑狀黑云母花崗巖.中國地質(zhì)大學(xué)

36、地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新如趙振華（1982）通過研究獲知：我國西藏岡底斯花崗巖的斑狀（二）各類玄武巖對構(gòu)造環(huán)境的鑒別 Pearce等（1982）根據(jù)構(gòu)造環(huán)境與各類玄武巖之間的時(shí)空關(guān)系，將玄武巖劃分為三種主要類型，并以標(biāo)準(zhǔn)洋脊玄武巖為基準(zhǔn)對他們的微量元素成分進(jìn)行作圖： 在板塊邊緣深海環(huán)境下噴發(fā)的洋中脊玄武巖(MORB)：拉斑質(zhì)玄武巖曲線呈平坦型，堿性玄武巖在Rb、Ba、Th、Ta、Nb處局部隆起，其后的元素與拉斑質(zhì)玄武巖一致；快速擴(kuò)張的洋中脊玄武巖與MORB的比值大于1，緩慢擴(kuò)張的洋中脊玄武巖則小于1； 遠(yuǎn)離板塊邊緣噴發(fā)的板內(nèi)玄武巖(WPB)：拉斑質(zhì)玄武巖除Y、Yb、S

37、c、Cr等元素外，其他元素均呈隆起；堿性玄武巖中Ba、Th、Ta、Nb和Hf、Zr、Sm兩組元素呈雙隆起的曲線形式； 在匯聚板塊邊緣噴發(fā)的火山弧玄武巖(VAB)：拉斑質(zhì)玄武巖除Sr、K、Rb、Ba為選擇性富集外，從Ta到Y(jié)b所有元素以低豐度為特征；堿性玄武巖中Sr、K、Rb、Ba、Th等元素有較強(qiáng)富集和Ce、P、Sm等元素富集，呈現(xiàn)峰谷迭起的曲線形式； 過渡型玄武巖兼有相應(yīng)端元組分特征。 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新（二）各類玄武巖對構(gòu)造環(huán)境的鑒別 Pearce等（1MORB: 1.堿性的；2.拉斑-堿性的；3.拉斑質(zhì)緩慢擴(kuò)張洋脊；4.拉斑質(zhì)快速擴(kuò)張洋脊 WPB: 1.堿性的；2.拉斑-堿性的；3.拉斑質(zhì) VAB: 1.堿性的；2.鈣堿性的；3.拉斑質(zhì) 過渡型:1.鈣堿性-堿性的；2.拉斑質(zhì)（MORBWPB)；3.拉斑質(zhì)（MORB-VAB）中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2022年9月9日更新MORB: 1.堿性的；2.拉斑-堿性的；3.拉斑質(zhì)緩慢擴(kuò)（三）稀土元素探討地殼的演化 W.B.Nance和S.R.Taylor等人系統(tǒng)研究了澳大利亞從太古代元古代三迭紀(jì)的沉積巖(頁巖)的稀土組成及演化特征，并與世界其它地區(qū)作了