微量元素地球化學(xué)

1、關(guān)于微量元素地球化學(xué)第1頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三巖漿巖中主要造巖礦物和副礦物的分子式Q/Qtz石 英QuartzSiO2Kf 鉀長石OrthoclaseKAlSi3O8Ab鈉長石AlbiteNaAlSi3O8An鈣長石AnorthiteCaAl2Si2O8Ne霞 石 Nepheline NaAlSiO4Bi黑云母BiotiteK2Fe6Si6Al2O20(OH)2Hb/Amp角閃石Hornblende(Ca,Na)23(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5(Al,Si)4O112(OH)2Cpx單斜輝石 ClinopyroxeneCaMgSi2O6Opx斜方輝石

2、Orthopyroxene(Mg,Fe)2Si2O6Ol橄欖石Olivine(Mg,Fe)2SiO4Mt磁鐵礦MagnetiteFe3O4Ilm鈦鐵礦IlmaniteFeTiO3Ap磷灰石ApatiteCa5PO43(F,Cl,OH)Sph/Ti榍 石TitaniteCaTiSiO4(O,OH,Cl,F)Sp尖晶石SpinelMgAl2O4Grt石榴石Garnet(Fe,Mg,Ca)3Al2Si3O12Zr鋯 石Zircon ZrSiO4第2頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三1 微量元素地球化學(xué)的一些基本理論問題2 巖漿過程的微量元素定量模型3 稀土元素地球化學(xué) 第六章

3、 微量元素地球化學(xué)第3頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三Gast（1968）不作為體系中任何相的組分存在的元素伯恩斯（晶體場理論的礦物學(xué)應(yīng)用）只要某元素在體系中的含量低到可以用稀溶液定律來描述其行為，即可稱微量元素1 微量元素地球化學(xué)的一些基本理論問題一、微量元素的概念第4頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 微量元素的概念是相對的 K：花崗巖中常量元素，超基性巖中微量元素 Ni：地殼巖石中微量元素，隕石中常量元素 Li，B：偉晶巖中常量元素 對于地殼，O，Si，Al，F(xiàn)e，Mg，Ca，Na，K，Ti常量元素，其他是微量元素 第5頁，共89頁，20

4、22年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三獨(dú)立礦物 U、Hf ZrSiO4類質(zhì)同像替代 ! Sr、Eu Ca Pb、Ba K二、 微量元素在地質(zhì)體中的賦存型式MgNi第6頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三晶格缺陷吸附第7頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三Goldschmidt分類三、 微量元素分類第8頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三地球的組分分異，由元素的性質(zhì)決定。元素在周期表中的位置：親鐵元素: 地核親石元素: 地幔與地殼親氣元素: 大氣圈和水圈第9頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三常用分類主元素

5、（major elements）過渡(族)元素（transition elements）稀土元素(REE)鉑族元素(PGE)惰性氣體元素(Noble gas)高場強(qiáng)元素(HFS) 離子半徑小，電價(jià)高 Zr、Hf、Nb、Ta、Ti大離子親石元素(LIL) 離子半徑大，電價(jià)低 K、Rb、Sr、Ba、Pb不相容元素(uncompatible)： K或D1，傾向于富集在熔體相相容元素(compatible) ： K或D 1，傾向于富集在結(jié)晶相 Ni、Cr、Co1 2 3 4 5 6電價(jià)離子半徑10-10m1.00.21.80.61.4第10頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三定律

6、一兩個(gè)離子，如果他們具有相同的電價(jià)和離子半徑，則易于交換，并以與他們在整個(gè)體系中相同的比例進(jìn)入固熔體正因?yàn)槿绱?，許多微量元素，會以類質(zhì)同像替代的方式，和與各自電價(jià)和離子半徑相近的常量元素（主元素）一起進(jìn)入固體相。例如：Sr、Eu CaRb、Pb、Ba KNi Mg四、支配微量元素地球化學(xué)行為的主要定律類質(zhì)同象（Goldschmidt定律） 揭示結(jié)晶過程中微量元素的行為第11頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三Fo20406080Fa13001500170018901205T oC OlivineLiquid1900鎂橄欖石 wt%定律二兩個(gè)離子，如果他們具有相同的電價(jià)，和

7、相似的離子半徑，則較小的離子傾向于進(jìn)入固體相Mg2+ 比Fe2+ 的離子半徑小，因此，在橄欖石與熔體的平衡體系中，橄欖石中Mg的含量高于熔體Nb, TaZr, Hf第12頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三定律三兩個(gè)離子，如果他們具有相似的離子半徑，但是電價(jià)不同，那么，電價(jià)高的離子傾向于進(jìn)入固體相如，相對于Fe2+、Mg2+，Cr3+、Ti4+總是傾向于進(jìn)入固體相第13頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三化學(xué)勢化學(xué)勢：物質(zhì)的克分子Gibbs自由能對于實(shí)際氣體溶液體系，組分i的化學(xué)勢為： i = i0 + RTLnfi fi 為逸度 對于溶液和固熔體體

8、系，組分i的化學(xué)勢為： i = i0 + RTLnai ai 為活度 ai = i x i i 為活度系數(shù)，代表實(shí)際溶液對理想溶液的偏差，與系統(tǒng)的組分、熔體的結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等有關(guān)。能斯特分配定律研究共存相中微量元素的分配第14頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三固熔體：一般采用研究溶液體系發(fā)展出來的理論模型來處理固體 微量元素在不同相內(nèi)的存在猶如溶質(zhì)溶于溶劑之中。由于微量元素的含量很低，則對于微量元素而言，可以把這種溶液看作稀溶液。 第15頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三亨利定律當(dāng)組分i的含量xi無限小時(shí)，其活度ai正比與組分含量xiai =

9、i xi i是組分i的亨利常數(shù)，與組分含量xi無關(guān)，與P、T條件有關(guān)第16頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 Nernst分配定律與分配系數(shù)考慮微量元素在固體相和液體相之間的分配關(guān)系，這2相的關(guān)系是地質(zhì)過程中最主要的關(guān)系。微量元素j，溶質(zhì)，在稀溶液體系中；2相，相，相元素j在2相中的分配達(dá)到平衡時(shí)，他們的化學(xué)勢相等 元素j在相有：j = j0, + RTLnaj 元素j在相有：j = j0, + RTLnaj 達(dá)到兩相平衡： j = j 則有： j0, + RTLnaj = j0, + RTLnaj 得到： Ln( aj/aj )= ( j0, - j0, ) / RT

10、由于：aj = j xj 因此有 aj/aj = ( xj/ xj ) ( j/ j ) 故得到： xj/ xj = ( j/ j ) EXP ( j0, - j0, ) / RT = KD(P，T)第17頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三顯然，在P、T恒定的條件下， xj/ xj是一個(gè)常數(shù)能斯特(Nernst)分配定律：在給定的P、T條件下，微量元素j在2相間達(dá)到平衡時(shí)，其在2相的濃度比不隨組分含量改變，為一個(gè)常數(shù)KD(P，T)。例如，假設(shè)：體系中 C(Ni) = 20 ppm 橄欖石中C(Ni) 100 ppm 斜長石中C(Ni) 1 ppm 熔體中C(Ni) 10

11、 ppm 如果：體系中C(Ni) 40 ppm，則： 橄欖石中C(Ni) 200 ppm 斜長石中C(Ni) 2 ppm 熔體中C(Ni) 20 ppm第18頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三當(dāng)為固相（礦物和巖石），為熔體相時(shí)，上述常數(shù)就是分配系數(shù)，一般表達(dá)為： Ki = cis/ cil 用C而不用X來代表組分i在固相s和液相l(xiāng)中的濃度。因?yàn)閷τ跓崃W(xué)的目的，mol比值方便；而對于地球化學(xué)，重量比值更簡便總體分配系數(shù)D：如果與溶液相平衡的結(jié)晶相（礦物相）超過一個(gè)，組分i在結(jié)晶相和液相間的分配系數(shù)Di為所有種類的結(jié)晶相與液相間分配系數(shù)Ki的加權(quán)和 Di = Ki x 這

12、里： Ki / l 是組分i在結(jié)晶相和液相l(xiāng)間的分配系數(shù) x是結(jié)晶相在整個(gè)固相中所占的比例 第19頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（一） 分配系數(shù)的含義分配系數(shù)可以淺略理解成在晶體/溶體的體系中，元素進(jìn)入晶體的能力不相容元素： K或D1，其特點(diǎn)是在巖漿過程中傾向于富集在熔體相中。相容元素： K或D 1，其特點(diǎn)是在巖漿過程中傾向于富集在結(jié)晶相不相容元素可以分為2組高場強(qiáng)元素(HFSE)，有：REE, Th, U, Ce, Pb4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta等大離子親石元素(LILE)，有：K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+等。LIL

13、E活動性更強(qiáng)，特別是有流體參與的系統(tǒng)第20頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三微量元素的相容或不相容，取決于所涉及的體系，取決于礦物與熔體的類型?？纯聪旅孢@些微量元素，哪些相容元素，哪些不相容元素第21頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第22頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三(二） 影響分配系數(shù)的主要因素影響分配系數(shù)Ki的主要外部因素有：離子半徑體系的組分溫度壓力氧逸度第23頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三1、離子半徑的影響La系收縮造成稀土元素（REE）離子半徑遞減，相應(yīng)的單斜輝石/玄武質(zhì)巖漿之間

14、的分配系數(shù)遞增KREE單斜輝石/玄武質(zhì)巖漿第24頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三2、體系組分的影響體系組分對分配系數(shù)的影響主要反映在熔體(巖漿)的組分變化上隨著巖漿組成從基性向中酸性演化，稀土元素在角閃石和巖漿之間的分配系數(shù)漸次升高，變化幅度極大。各類巖漿中，角閃石REE的分配系數(shù)第25頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三3、溫度壓力的影響溫度升高，分配系數(shù)降低，表明高溫下離子傾向于進(jìn)入溶體壓力升高，分配系數(shù)升高，表明高壓下離子傾向于進(jìn)入固相LnDHo輝石第26頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三4、氧逸度的影響氧逸度升高，

15、 Eu在斜長石/玄武質(zhì)巖漿間的分配系數(shù)KEu降低KEu斜長石/玄武質(zhì)巖漿第27頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（三） 分配系數(shù)的測定 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）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)。第28頁，共89

16、頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第29頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（四） 分配系數(shù)的應(yīng)用1、定量了解共生礦物相中微量元素的分配行為傳統(tǒng)的元素分配理論只能定性地解釋元素的分配規(guī)律，而難以對體系中微量元素在具體礦物中的含量以及平衡礦物相中的分配比例提供信息。而應(yīng)用分配系數(shù)，可對共生的平衡礦物中微量元素的分配特征進(jìn)行定量計(jì)算。第30頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第31頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三2、為研究巖漿、熱液和古水體中元素濃度提供了途徑例如，已知元素Br在NaCl與海水間的分配系數(shù)為0.15

17、，通過對剖面蒸發(fā)巖地層或鹽湖沉積物中NaCl所含Br的含量分析，可反演出沉積水體中Br的演化特征及其對古鹽度演化趨勢的指示。第32頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 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。3、檢驗(yàn)成巖、成礦過程的平衡性第33頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 如加拿大魁北克變質(zhì)巖地區(qū)，在其不

18、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-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。 第34頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 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）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

19、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。4、微量元素分配系數(shù)溫度計(jì)第35頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第36頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第37頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第38頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第39頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三2 巖漿過程的微量元素定量模型一、部分熔融過程（一）對部分熔融過程的理解 部分熔融過程很重要。地球的圈層分異，地殼的生長和演變，在物質(zhì)上，主要是通過

20、巖漿作用來實(shí)現(xiàn)的。巖漿發(fā)生的唯一方式，是先存巖石的部分熔融。若在整個(gè)部分熔融過程中，熔體與殘留固體(源區(qū)巖石)間始終保持化學(xué)平衡，直到熔體離開源區(qū)。這種熔融作用稱為平衡熔融。第40頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三如果熔體一產(chǎn)生就很快離開熔融區(qū)，而移至別處匯聚，那么，在熔融區(qū)，與殘留相平衡共存的熔體始終只是剛剛產(chǎn)生那一小部分。這樣的過程，稱為分離部分熔融過程?，F(xiàn)在的上地幔接近分離部分熔融的殘留相。如果隨著部分熔融的發(fā)展，產(chǎn)生熔體的量，每達(dá)到一定程度，就離開熔融區(qū)，而移至別處匯聚。這樣的過程，稱為批式部分熔融過程(batch partial melting)。這樣的過程，

21、接近地質(zhì)實(shí)際。第41頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（二） 平衡部分熔融過程的定量模型假設(shè)，產(chǎn)生的全部熔體與殘留相保持平衡源巖殘留相巖漿F1-Fciocil cis考慮源巖中微量元素i的量和巖漿+殘留相中的量相等，可得下列方程： cio = Fcil + (1-F) cis 第42頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三變換方程：cio = Fcil + (1-F) cis 用 cil 除方程兩邊，得： cio/ cil = F + (1-F) (cis/cil) 由于(cis/cil) 就是元素i的總體分配系數(shù)Di，因此得到： cio/ cil =

22、 F + (1-F)Di講方程兩邊上下掉換，得到： cil 1 1 cio F+(1-F)Di Di+(1-Di)F =第43頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三說明：上述過程的一個(gè)假設(shè)條件是，殘留相中的礦物種類和比例（例如：a，b，c三種礦物）與源巖的礦物種類和比例相同。或者說，在熔融過程中，源巖的礦物組分等比例地進(jìn)入熔體。第44頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三對平衡部分熔融過程中，微量元素的變化情況作如下簡單的分析： cil 1 1 cio F+(1-F)Di Di+(1-Di)F =如果Di = 1，則： cil/ cio = 1如果Di

23、1，則： cil/ cio 1/F（三）平衡部分熔融過程微量元素的變化規(guī)律第45頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三cis Dicio Di+F(1-Di)=cil 1cio Di(1-F)+F=溶體殘留體溶體增加的方向0.01FFcil cio cis cio 0.10.525D = 1020.10.5D = 0.015D = 10第46頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三平衡部分熔融過程微量元素變化的主要特征不相容元素在溶體中富集，分配系數(shù)越小，富集程度越高；部分熔融程度越低，富集程度越高不相容元素在殘留體中虧損分配系數(shù)越小，虧損程度越高；相容元

24、素在溶體中的含量低于源巖分配系數(shù)越大，虧損程度越高第47頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第48頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第49頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第50頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第51頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三二、分離結(jié)晶過程（一）對分離結(jié)晶過程的理解 結(jié)晶過程傾向于導(dǎo)致巖漿全部結(jié)晶，即100變成結(jié)晶相；礦物結(jié)晶過程中，礦物表面與殘余巖漿之間可以一直保持平衡；但是，礦物內(nèi)部與殘余巖漿脫離接觸，難以繼續(xù)保持平衡。因此，平衡結(jié)晶過程很少實(shí)現(xiàn)

25、。實(shí)際的結(jié)晶過程是一種保持表面平衡的過程，接近分離結(jié)晶過程。在巖漿結(jié)晶過程中存在礦物結(jié)晶次序的差別，一些礦物先結(jié)晶，一些礦物后結(jié)晶，如鮑文反應(yīng)序列所示。由于重力等作用，先結(jié)晶的礦物可能發(fā)生堆積，與殘余巖漿分離。這也會造成分離結(jié)晶作用。第52頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三巖漿噴出地表之前，結(jié)晶作用已經(jīng)在進(jìn)行，可以形成斑晶斑晶礦物的環(huán)帶指示了表面平衡過程角閃石斑晶斜長石斑晶第53頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三斜長石先結(jié)晶，輝石晚結(jié)晶第54頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三巖漿比重、礦物比重的差別，以及重力、巖漿動力等因

26、素造成分離結(jié)晶作用輝石巖方輝橄欖巖純橄欖巖第55頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（二） 分離結(jié)晶過程的定量模型設(shè)結(jié)晶的礦物與殘余巖漿保持表面平衡，因此，結(jié)晶過程符合Rayligh分餾定律。殘余巖漿原始巖漿ciocil ciRF瞬時(shí)結(jié)晶相cis1-F平均結(jié)晶相第56頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三cilcio= F(D-1)ciRcio= DF(D-1)微量元素i在殘余巖漿、瞬時(shí)結(jié)晶相，平均結(jié)晶相中的濃度分別記為： cil、ciR、cis。 根據(jù)Rayligh分餾定律，得到下列方程：cis 1-FDcio 1-F= 第57頁，共89頁，2022

27、年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三分離結(jié)晶過程微量元素的變化規(guī)律cilcio= F(D-1)ciRcio= DF(D-1)溶體減少FFF晶體增加晶體增加 殘余巖漿中 瞬時(shí)結(jié)晶相中 平均結(jié)晶相中0.010.10.5D = 10520.010.10.510520.010.10.51052cis 1-FDcio 1-F= 第58頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 分離結(jié)晶作用的早期殘余巖漿瞬時(shí)結(jié)晶相平均結(jié)晶相D1迅速降低開始特高，迅速降低開始特高，緩慢降低D1略升極低極低 分離結(jié)晶作用的晚期D1幾無幾無緩降至1D1驟升驟升緩升至1分離結(jié)晶過程中微量元素變化的主要特征第59頁

28、，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三(1) 將微量元素分為3類，其行為存在明顯差別：相容元素G， D1。Ni、Cr、Co、PGE（某些情況下，如存在石榴石）分離結(jié)晶過程中，濃度變化大部分熔融過程中，濃度變化小超巖漿元素H(親濕巖漿元素)，高不相容，D1。Zr、Hf、Ta、Th、LREE分離結(jié)晶過程中，濃度變化小部分熔融過程中，濃度變化大巖漿元素M，中等到弱不相容，D0.20.5。HREE是典型兩類過程中，濃度變化都比較平緩三、巖漿過程的鑒別第60頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三(2) 相容元素G與超巖漿元素H的關(guān)系第61頁，共89頁，2022年，5

29、月20日，18點(diǎn)30分，星期三(3) 分離結(jié)晶和部分熔融過程中，巖漿元素M和超巖漿元素H的關(guān)系超巖漿元素H，D1，與0.20.5相比可以不計(jì)；巖漿元素M，D0.20.5，與1 相比，可以不計(jì)。第62頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三(a)對于分離結(jié)晶作用， 有： cHl/cHo= F(D-1)， 1/F （D1） cMl/cMo= F(D-1)， 1/F （D 1）故： cHl/cHo cMl/cMo 變換得到：cHl/cMl = cHo/cMo =常數(shù)如果選擇H = La, M = Sm 則有右圖顯示的關(guān)系第63頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期

30、三(B)對于平衡部分熔融作用， 有：cHl 1 1cHo F+(1-F)DH F =cMl 1 1cMo DM+F(1-DM) DM+ F =（D1）（D 1）cHocHlF =cMocMl= DM+ F可以變?yōu)椋?和 cMocMl= DM+cHocHl兩式合并可得：cHlcMo兩邊同乘以 ，得到：第64頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三cHlcMl= cHl +cHocMoDMcMo這一方程實(shí)際上是一個(gè)斜率B 的直線方程：cHlcMl= BCHl + ADMcMo=如果選擇H = La, M = Sm 則有右圖顯示的關(guān)系第65頁，共89頁，2022年，5月20日，18

31、點(diǎn)30分，星期三3 稀土元素地球化學(xué)一、 稀土元素的組成二、 稀土元素的分類三、 稀土元素的地球化學(xué)特性第66頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 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 稀土分類（兩分法和三分法）第67頁，共89頁，20

32、22年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 稀土元素在元素周期表中占一個(gè)格，化學(xué)性質(zhì)基本相似。但是，隨著原子序數(shù)的增加，電子充填次外層(4f)，其余各層不變。第68頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三RE3+ = 1.14 0.85REE的結(jié)構(gòu)決定，離子一般呈+3價(jià)，但是，Ce4+、Eu2+除外。第69頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三四、 稀土元素?cái)?shù)據(jù)處理1、 標(biāo)準(zhǔn)化2、 稀土元素配分模式圖第70頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第71頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 按照稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化豐度

33、特征，可將各類樣品的分布模式分成三類：1.輕稀土富集型2.輕稀土虧損型3.平坦型（或球粒隕石型）第72頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第73頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三典型地殼的稀土元素配分型式第74頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 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 第75頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三 （1）稀土元素總量用符號REE表示，代表全部REE元素含量的累加結(jié)果，常以ppm或者106為單位

34、。 由于稀土元素屬不相容元素，故總體上表現(xiàn)為從超基性巖、基性巖、中性巖至酸性巖，REE值逐漸增高。相對于碳酸巖，沉積巖中細(xì)粒碎屑巖和砂巖REE值較高，應(yīng)主要反映了富集REE的副礦物和粘土礦物選擇性的結(jié)果。因此，對于變質(zhì)巖和殼源巖漿巖，REE能對其原巖或源巖的性質(zhì)進(jìn)行定性的指示。3、 描述稀土元素組成的相關(guān)參數(shù)第76頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（2）輕-重稀土元素比值 根據(jù)REE的分組，分別對LREE和HREE兩組稀土元素的含量進(jìn)行累加后相除獲得，可表達(dá)為LREE/HREE或Ce/Y。第77頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三（3）反映稀土元素

35、之間分異程度的比值 (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N比值 可用于指示REE配分曲線的斜率，即LREE和HREE的相對分異程度。 (La/Sm)N、(Gd/Lu)N、(Gd/Yb)N 對LREE和HREE內(nèi)部發(fā)生分餾的程度進(jìn)行指示。 Sun等(1989)根據(jù)洋中脊玄武巖中(La/Sm)N比值，將MORB劃分出三種類型： (La/Sm)N 1：P型，即富集型，即地幔熱柱或異常型，對應(yīng)的REE配分型式為LREE富集型； (La/Sm)N 1：T型，即過渡型； (La/Sm)N 1：N型，即正常型，對應(yīng)的REE配分型式為LREE虧損型。第78頁，共89頁，2022年，5月20日，1

36、8點(diǎn)30分，星期三（4）Eu、Ce異常Eu 可作為劃分巖石成因類的標(biāo)志：斜長巖 Eu正異常玄武巖 Eu異常不明顯花崗巖 Eu 負(fù)異常Ce可以區(qū)分不同沉積相類型，海水中存在的Ce4+ 容易水解，海水中Ce表現(xiàn)出強(qiáng)虧損。第79頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第80頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第81頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三第82頁，共89頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)30分，星期三1. 地球上，REE的豐度并不低，也不稀，比許多貴金屬高；2. 一般說來，REE傾向于富集于含Ca的礦物中3. 超基性巖基性巖中性巖中酸性巖酸性巖堿性巖 在巖石的上述變化序列中，稀土元素總量升高；超基性巖相對富集HREE，而堿性巖相對富集LREE4. REE可形成的獨(dú)立礦物主要有： 獨(dú)居石 (Ce,La,N