微量元素地球化學(xué)課件

第四章微量元素地球化學(xué)第四章一、微量元素概念微量元素（痕量元素，traceelement)

巖石中含量<0.1%的， 用ppm(g/g,10－6),

或者ppb(ng/g,10－9)表示一、微量元素概念相對(duì)于主量元素而言在體系的礦物相中不計(jì)入化學(xué)計(jì)量式的組分不影響所在體系的物理/化學(xué)特性;近似服從稀溶液定律（Henry定律）(ai=Kbi)相對(duì)于主量元素而言Henry定律ai=Kbi分配達(dá)平衡時(shí)微量元素i在各相間的化學(xué)勢相等，其活度（ai）正比于其摩爾濃度(bi)Henry定律ai=Kbi分配達(dá)平衡時(shí)微量元素i在各相間的化微量元素測試方法

ICP-MS原子吸收發(fā)射光譜中子活化同位素稀釋法激光微區(qū)分析電子探針微量元素測試方法二、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律微觀規(guī)律——地球化學(xué)親和性、類質(zhì)同象法則、晶體場理論（對(duì)過渡金屬），歸納為：化學(xué)和晶體化學(xué)因素，包括原子（離子）的半徑、配位數(shù)、原子和離子極化、最緊密堆積等宏觀規(guī)律——體系性質(zhì)和熱力學(xué)規(guī)律的影響，如體系的化學(xué)組成、溫度、壓力、氧化還原電位等二、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律微量元素行為的宏觀表現(xiàn)礦物是組成地球的基本固體物質(zhì)，元素賦存在礦物之中，元素（主量，微量）是通過礦物的形成和變化而具體體現(xiàn)。

兩相平衡共存是導(dǎo)致微量元素分布和分配的主要過程，因此微量元素在固相－固相、熔體－熔體、熔體－固相之間分配是控制元素分布和含量變化的主要過程，也是宏觀表現(xiàn)。例如：Ol＋熔體系統(tǒng)的元素分配微量元素行為的宏觀表現(xiàn)礦物是組成地球的基本固體物質(zhì)，元素賦存部分熔融產(chǎn)物

Ol＋Sp＋meltThefigureaboveisaback-scatteredelectronimageofwater-richfluidpockets(dark),silicatemeltquenchedtoglass(darkgray)andolivinecrystals(amantlemineral,lightgray).Thebrightspotsareanothermineral(spinel)thatformedwhentheexperimentwasquenchedfromtherunconditionsof15,000atmospherespressureand1050degreesCelsiustemperature.T/igpp/texture.php部分熔融產(chǎn)物

Ol＋Sp＋meltThefigure歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律（1）地球化學(xué)過程的演化實(shí)質(zhì)是元素在共存各相（液—固，固—固）之間的分配過程。（2）自然過程趨向局域平衡，元素在相互共存各相間的平衡分配取決于元素及礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)條件。（3）在自然過程中主量元素和微量元素在各相間分配的行為是不同的。主量元素能形成自己的獨(dú)立礦物，其在各相中分配受相律（f=K-φ+2）控制；微量元素常不能形成獨(dú)立相，它們在固熔體、溶體和溶液中濃度很低，因此微量元素的分配不受相律的限制，而服從稀溶液定律（亨利定律），即在分配達(dá)平衡時(shí)在各相間的化學(xué)勢相等。且微量元素的活度正比于其摩爾濃度。歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律（1）地球化學(xué)過程的演化實(shí)能斯特分配定律表述為：在一定的溫度和壓力下，微量組份在兩其存相中的活度比為常數(shù)。三、能斯特定律

(描述微量元素在平衡共存兩相之間的分配關(guān)系)能斯特分配定律表述為：在一定的溫度和壓力下，微量組

當(dāng)一種礦物（α相）與一種溶液（β相）處于化學(xué)交換平衡時(shí)，微量元素i在兩相之間的化學(xué)勢相等，這樣它們在相Ⅰ和相Ⅱ的化學(xué)位，可寫成：μⅠ=μⅠ

0+RTln(Ⅰ)μⅡ=μⅡ

0+RTln(Ⅱ)當(dāng)一種礦物（α相）與一種溶液（β相）處于化學(xué)交換平衡時(shí)，μⅠ

0+RTln(Ⅰ)=μⅡ

0+RTln(Ⅱ)μⅠ0+RTln(Ⅰ)=μⅡ0+經(jīng)過變換得：αⅡ/αⅠ=e

（指數(shù)函數(shù)）

由于μⅠ

0、μⅡ

0是常數(shù)，R是氣體常數(shù)，所以在一定T、P下

αⅡ/αⅠ=常數(shù)=KD

對(duì)于稀溶液來說：γⅠ、γⅡ活度系數(shù)為1，

所以分配系數(shù)KD

KD=XⅡ/XⅠ=CⅡ/CⅠXⅠ、XⅡ分別為微量元素在兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)，)

KD為能斯特分配系數(shù),為溫度T的指數(shù)函數(shù)，永為正值在一定溫度,壓力下：

μⅠ0＞μⅡ0

XⅡ/XⅠ=KD＞1

該微量元素更多地進(jìn)入Ⅱ相；

μⅠ0＜μⅡ0

XⅡ/XⅠ=KD＜1

該微量元素更多地進(jìn)入Ⅰ相；

μⅠ0≈μⅡ

0

XⅡ/XⅠ=KD=1

該微量元素在Ⅰ、Ⅱ相中傾向相等。

(Ⅰ0-Ⅱ

0)RTCⅠ、CⅡ分別為微量元素在兩相中的濃度經(jīng)過變換得：αⅡ/αⅠ=e（指數(shù)函數(shù)）由于μⅠ0按照元素在巖漿作用中行為分類

相容元素：——D>>1,優(yōu)先進(jìn)入礦物相，或殘留相 例如：Ni,Co,V,Cr

不相容元素：——D<<1，優(yōu)先進(jìn)入熔體相，

D<0.1為強(qiáng)不相容元素, 例如：大離子親石元素——K,Rb,Cs,Sr,Ba

高場強(qiáng)元素——Nb,Ta,Zr,HfKD

或者D＝———C固相C液相當(dāng)巖石發(fā)生部分熔融時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熔體相和結(jié)晶相（礦物相），微量元素可以選擇性進(jìn)入這兩相。元素分配系數(shù)按照元素在巖漿作用中行為分類KD或者D＝———C固相C液不相容元素進(jìn)一步劃分：小原子半徑、高電荷的高場強(qiáng)元素 （HFSE,

highfieldstrengthelements）

REE,Th,U,Ce,Pb4+,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta低場強(qiáng)大離子親石元素（

LIL,

largeionlithophile）

它們極為活動(dòng)，尤其是有流體存在， K,Rb,Cs,Ba,Pb2+,Sr,Eu2+不相容元素進(jìn)一步劃分：高場強(qiáng)元素(HFSE，HighField-StrengthElements)元素的電荷(Z)與其半徑(r)比值稱為

場強(qiáng)，相當(dāng)于電離勢，如果Z/r>3.0,稱為高場強(qiáng)元素如果Z/r<3.0，稱為低場強(qiáng)元素。什么是HFSE高場強(qiáng)元素(HFSE，HighField-Strength元素的相容性取決于共存的礦物和熔體（玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖石中常見元素礦物/熔體分配系數(shù)）例如Ol、Pl這是指單一元素、單一礦物相元素的相容性取決于共存的礦物和熔體例如Ol、Pl這是指單一元體系中元素的總分配系數(shù)（Di）

用于研究微量元素在礦物集合體（巖石）及與之平衡的熔體之間的分配關(guān)系，常用巖石中所有礦物的分配系數(shù)與巖石中各礦物含量乘積之和表達(dá)。Di=WADiWA=巖石中礦物含量Di=元素i在礦物A中的總分配系數(shù)體系中元素的總分配系數(shù)（Di）石榴石地幔橄欖巖=60%Ol＋25%Opx＋10%Cpx＋5%Gar(wt%)計(jì)算結(jié)果：DEr=(0.6·0.026)+(0.25·0.23)+(0.10·0.583)+(0.05·4.7)=0.366計(jì)算舉例石榴石地幔橄欖巖=60%Ol＋25%Opx＋10%元素的分配系數(shù)測定方法A.直接測定法：直接測定地質(zhì)體中兩平衡共存相的微量元素濃度，再按能斯特分配定律計(jì)算出分配系數(shù)。例如，測定火山巖中斑晶礦物和基質(zhì)，或測定現(xiàn)代火山熔巖流中的礦物與淬火熔體（玻璃）或測定巖石中的共存礦物的分配系數(shù)。目前應(yīng)用最廣泛的是斑晶—基質(zhì)法，火山巖中斑晶礦物代表熔體結(jié)晶過程中的固相，基質(zhì)或淬火熔體代表熔體相—巖漿，兩相中微量元素比值即為該元素的分配系數(shù)。

B.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)；或者直接采用天然物質(zhì)（如拉斑玄武巖）作為初始物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)使一種礦物和熔體，或者兩種礦物達(dá)到平衡，并使微量元素在兩相中達(dá)到溶解平衡，然后測定在兩相中元素濃度，得出分配系數(shù)。實(shí)驗(yàn)測定分配系數(shù)的方法雖不斷改善，但仍難于證明實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到平衡以及難于選純礦物，加上為了精確測定微量元素，實(shí)驗(yàn)過程中元素的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然體系，這些都是應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究實(shí)際問題的難題。迄今以實(shí)驗(yàn)方法獲得的分配系數(shù)數(shù)據(jù)也較少見。

元素的分配系數(shù)測定方法分配系數(shù)的影響因素溫度：lnKD=-(ΔH/RT)+B壓力：在恒溫條件下，分配系數(shù)與壓力的關(guān)系為：lnKD/p=-ΔV0/RT體系的組成氧逸度結(jié)晶速度分配系數(shù)的影響因素溫度：lnKD=-(ΔH/RT)+B溫度因素Seitzetal.(1999),GCA,63:3967–3982,橄欖巖中過渡元素在cpx和opx之間的分配系數(shù)隨溫度的變化K=Ccpx/Copx溫度因素Seitzetal.(1999),橄欖巖中過渡壓力因素NimisP.,TaylorW.R.,2000.CMP,139:541-554.單斜輝石中Cr的分配系數(shù)隨壓力的變化壓力因素NimisP.,TaylorW.R.,200在1400oC、1個(gè)大氣壓下，Nb在金紅石和熔體之間的分配系數(shù)對(duì)K*的依賴性以及與Nb含量之間的關(guān)系。K*=K2O/(K2O+Al2O3)摩爾數(shù)之比HorngW.S.andHessP.S.,CMP,(2000)138:176-185在1400oC、1個(gè)大氣壓下，Nb在金紅石和熔體之間的分配系氧逸度的影響微量元素氧逸度計(jì)(Leeetal.,2003,GCA,67:3045-3064)氧逸度的影響微量元素氧逸度計(jì)(Leeetal.,200分配系數(shù)的應(yīng)用1、開辟定量研究元素分配的途徑元素分配的微觀理論只能定性地解釋元素的分配關(guān)系，至于具體分配的量是多少，微觀理論無法回答。而應(yīng)用分配系數(shù)，可以具體地計(jì)算共生平衡礦物中的分配量。例如，已知夏威夷火山熔巖中的KNi

ol/opx=3.82(1025℃,1atm),若橄欖石中CNiol=2000ppm,就可確定與橄欖石共生平衡的斜方輝石中Ni的含量：CNiol/CNiopx=KNi

ol/opxCNiopx=2000/3.82=523.6ppm分配系數(shù)的應(yīng)用2、開辟了研究巖漿、熱液和古水體中元素濃度的途徑巖漿熱液古水體KBr-NaCl/海水=0.152、開辟了研究巖漿、熱液和古水體中元素濃度的途徑3、分析判斷巖漿的結(jié)晶演化規(guī)律總分配系數(shù)DiDi>1,相容元素Di<1，不相容元素3、分析判斷巖漿的結(jié)晶演化規(guī)律4、為成礦分析提供了理論依據(jù)元素在共存相間分配的不均勻分配是元素濃集的重要機(jī)制之一。例如，超基性巖Ni的成礦問題：Kol/m=14,Kcpx/m=2.6,Kopx/m=5上述數(shù)據(jù)說明，正常的巖漿結(jié)晶，Ni不能成礦，因?yàn)镹i在這些礦物中的分配系數(shù)均大于1，表明隨著巖漿的結(jié)晶，Ni分散在造巖礦物中，在熔體中不斷貧化。若巖漿熔離成硫化物熔體，K硫化物/硅酸鹽熔體=330。由此可見，巖漿發(fā)生熔離作用是Ni成礦的主要機(jī)制。4、為成礦分析提供了理論依據(jù)5、判斷成巖和成礦過程的平衡性

在各相處于平衡時(shí)，元素在共存礦物間的分配系數(shù)，當(dāng)溫度、壓力固定時(shí)為一常數(shù)。為此，可利用來作為檢驗(yàn)自然過程是否達(dá)到平衡的標(biāo)志。方法是：①在地球化學(xué)體系不同部位(為同時(shí)同成因的產(chǎn)物)采集若干個(gè)同種共存礦物對(duì)樣品;

②測定礦物對(duì)中某微量元素的含量；③計(jì)算分配系數(shù)，視其是否為接近某固定值，即可檢驗(yàn)其過程是否達(dá)到平衡。

;5、判斷成巖和成礦過程的平衡性在各相處于平衡時(shí)，元素在共第四章微量元素地球化學(xué)課件6.微量元素分配系數(shù)溫度計(jì)

原理

當(dāng)微量元素在共存各相中分配達(dá)到平衡時(shí)，存在著lnKD=-（ΔH/RT）+ B函數(shù)關(guān)系，-（ΔH/R）為斜率，B為截距。即當(dāng)在所討論范圍內(nèi)ΔH（熱焓）可看作為常數(shù)時(shí)，分配系數(shù)（KD）的對(duì)數(shù)與溫度倒數(shù)（1/T）存在線性關(guān)系。

方法

測定待研究地質(zhì)體中共生礦物對(duì)中某微量元素的含量，算出該元素在礦物對(duì)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。

實(shí)例

利用Ni在橄欖石和單斜輝石之間的分配來計(jì)算火山巖的結(jié)晶溫度。這關(guān)系式是如何獲得的呢？哈克里等人研究了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的分配。6.微量元素分配系數(shù)溫度計(jì)第四章微量元素地球化學(xué)課件第四章微量元素地球化學(xué)課件四、巖漿演化中元素分配模型1、平衡部分熔融（Equilibriumpartialmelting)

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，這種熔融稱批次熔融(Batchmelting),又稱平衡熔融或一次熔融。四、巖漿演化中元素分配模型1、平衡部分熔融為了能夠推導(dǎo)出微量元素在產(chǎn)生的熔體中的濃度與部分熔融程度的關(guān)系，需作如下假定：（1）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；（2）整個(gè)熔融過程中殘余固相中各礦物相對(duì)形成熔體的貢獻(xiàn)比例保持不變。為了能夠推導(dǎo)出微量元素在產(chǎn)生的熔體中的濃度與部分熔融程度的關(guān)基于以上假設(shè)，在平衡部分熔融過程中，微量元素i在固相和熔體相中的濃度可由質(zhì)量平衡關(guān)系獲得：

Cio=FCil+(1-F)Cis式中:

F是熔體比例，即形成的熔體占母巖的重量百分?jǐn)?shù)，它反映部分熔融的程度。F值由0→1表明熔融程度不斷增大。

Cio是微量元素i在初始固相母體物質(zhì)中的濃度，C是微量元素i在熔體中的濃度

Cis是微量元素i在熔融后殘余固相中的濃度。

基于以上假設(shè)，在平衡部分熔融過程中，微量元素i在固相和熔體相實(shí)際上部分熔融可以看作微量元素在殘余固相和熔體相之間的分配過程，可以用總分配系數(shù)Di表示：Di=(Cis/CiL)

代入Cio=FCil+(1-F)Cis實(shí)際上部分熔融可以看作微量元素在殘余固相和熔體相之間CL=traceelementconcentrationintheliquidCO=traceelementconcentrationintheoriginal rockbeforemeltingbeganF=wtfractionofmeltproduced=melt/(melt+rock)由此得平衡部分熔融(Batchmelting)

模型的表達(dá)式：

CiL/Cio=1/[Di(1-F)+F]

CL=traceelementconcenFigure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafiunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.Di=1.0隨著F變化，CL/C0不變CC1Di(1F)FLO=-+Figure9-2.VariationintherDi?1.0(相容元素)

部分熔融的熔體中發(fā)生貧化，特別是低度部分熔融(例如F<0.1)

貧化的速度隨F的增大呈現(xiàn)出變緩的特征.Figure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafiunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.相容元素CC1Di(1F)FLO=-+Di?1.0(相容元素)Figure9-2.Var不相容元素

極大量富集在初始產(chǎn)生的極少量熔體中隨著F增加，富集程度減弱其最大的富集濃度不能超出D=0的曲線，當(dāng)D=0，CiL/Cio=1/FFigure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.不相容元素CC1Di(1F)FLO=-+不相容元素Figure9-2.Variationin強(qiáng)不相容元素對(duì)于一個(gè)強(qiáng)不相容元素Di0

應(yīng)用意義：

如果我們知道一個(gè)強(qiáng)烈不相容元素在巖漿和源巖中含量，

我們就可以估算部分熔融程度F。

Figure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafiunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.強(qiáng)不相容元素CC1Di(1F)FLO=-+CC1FLO=強(qiáng)不相容元素Figure9-2.VariationinCC1Di(1F)FLO=-+Figure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafiunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.當(dāng)F→1時(shí)CiL/Cio＝1巖石全熔，即熔體中所有元素的濃度與母巖中該元素的濃度趨于一致。CC1Di(1F)FLO=-+Figure9-2.Var當(dāng)F→0（部分熔融很?。?，CiL/Cio→1/Di，即微量元素在所形成的熔體中的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。應(yīng)用意義：

如果我們知道CL和巖漿起源于一個(gè)低度部分熔融過程，有Di,我們就可以估算此元素在源區(qū)(CO)中的含量。Figure9-2.Variationintherelativeconcentrationofatraceelementinaliquidvs.sourcerockasafiunctionofDandthefractionmelted,usingequation(9-5)forequilibriumbatchmelting.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.CC1Di(1F)FLO=-+當(dāng)F→0（部分熔融很小），F(xiàn)igure9-2.Varia批式熔融計(jì)算實(shí)例:

計(jì)算Rb和Sr在玄武巖部分熔融過程中含量Table9-2.ConversionfrommodetoweightpercentMineralModeDensityWtpropWt%ol153.6540.18cpx333.4112.20.37plag512.7137.70.45

Sum303.91.001.把礦物含量（Mode）換算為礦物重量比例(WolWcpxetc.)

2.應(yīng)用Di=WADi計(jì)算Rb和Sr的總分配系數(shù)DRb=0.045DSr=0.848批式熔融計(jì)算實(shí)例:Table9-2.ConversiTable9-3.BatchFractionationModelforRbandSrCL/CO=1/(D(1-F)+F)DRbDSrF0.0450.848Rb/Sr0.059.36.491.135.730.154.981.124.430.24.031.123.610.32.921.102.660.42.291.091.071.760.61.601.051.520.71.391.041.301.011.09FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.3.用公式計(jì)算不同部分熔融程度（F＝0-1)的Rb和Sr含量比值CL/CO

Table9-3.BatchFractionatioFigure9-3.ChangeintheconcentrationofRbandSrinthemeltderivedbyprogressivebatchmeltingofabasalticrockconsistingofplagioclase,augite,andolivine.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.投圖CL/CO對(duì)F解釋：在玄武巖批式熔融產(chǎn)生巖漿中，Rb顯示強(qiáng)烈的不相容性。Figure9-3.Changeintheconc石榴石橄欖巖批式熔融隨著F變化模式Figure9-4.RareEarthconcentrations(normalizedtochondrite)formeltsproducedatvariousvaluesofFviameltingofahypotheticalgarnetlherzoliteusingthebatchmeltingmodel(equation9-5).FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.石榴石橄欖巖批式熔融隨著F變化模式Figure9-4.R2、巖漿結(jié)晶過程的元素分配的定量模型礦物從熔體中的結(jié)晶過程主要有下列兩種：其一，礦物與熔體只是表面平衡，其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分布不均一，導(dǎo)致晶體邊總與熔體達(dá)到平衡，而晶體內(nèi)部不與熔體平衡，所以晶體與熔體只是表面平衡。其二，礦物晶體與熔體始終保持平衡，并且產(chǎn)生的晶體無環(huán)帶。2、巖漿結(jié)晶過程的元素分配的定量模型

結(jié)晶過程實(shí)際上是一個(gè)不平衡的分配過程。微量元素在晶體中擴(kuò)散比熔體或液體中慢得多，來不及取得完全平衡（只能表面平衡），則形成晶體的環(huán)帶狀構(gòu)造。

.不平衡結(jié)晶過程(瑞利分餾RayleighFractionation）

CL是分異巖漿中礦物結(jié)晶時(shí)的微量元素i瞬間濃度C0是原始熔漿中的濃度F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=1剛開始結(jié)晶

F=0完全結(jié)晶Di為微量元素在晶體與熔體間的分配系數(shù)

推導(dǎo)出瑞利分餾定律:

CL=C0·FDi-1CL是分異巖漿中礦物結(jié)晶時(shí)的微量元素i瞬間濃度巖漿結(jié)晶過程中分配系數(shù)與微量元素在熔體中濃度的關(guān)系利用瑞利分餾定律，將巖漿中某微量元素的瞬間濃度相對(duì)于該元素的原始濃度比值（CL/C0）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：

CL=C0·FDi-1CL/C0巖漿結(jié)晶過程中分配系數(shù)與利用瑞利分餾定律，將巖漿中某微量2、平衡結(jié)晶過程CLi/C0i=1/[Di(1-F)+F]2、平衡結(jié)晶過程元素分配定量模型研究意義1）定量分析元素的集中與貧化程度2）對(duì)分析成礦作用具有理論意義3）可分析巖漿源區(qū)的化學(xué)特征及巖石成因元素分配定量模型研究意義巖漿成巖過程的鑒別從前述的平衡部分熔融和分離結(jié)晶作用中微量元素定量模型的討論中可知，可以根據(jù)微量元素分配系數(shù)的研究來對(duì)成巖過程進(jìn)行鑒別。巖漿成巖過程的鑒別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：(1)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。(2)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，近于零，與0.2～0.5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。(3)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)。Allegre等人（1978）提出了判別部分熔融和分離結(jié)晶的為此對(duì)于平衡部分熔融：CHL=CHo,s/FCML=CMo,s/(DMo+F)式中CHL為超巖漿元素在液相中的濃度，CML為巖漿元素在液相中的濃度；CHo,s，CMo,s，分別為它們在原始固相中的濃度。對(duì)于分離結(jié)晶作用：

CHL=CHo,L/FCML=CMo,L/FCHL/CML=CHo,L/CMo,L=常數(shù)因此，當(dāng)用CHL/CML對(duì)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(duì)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。

為此對(duì)于平衡部分熔融：第四章微量元素地球化學(xué)課件分析成礦問題例如，超基性巖中Cr的成礦。KCropx/m=10,KCrcpx/m=8.4,KCrol/m=0.032當(dāng)橄欖巖漿結(jié)晶到35%時(shí)，CCrm=0.048×(1-0.35)0.032-1=0.072%此時(shí)，有Cr尖晶石的形成，由此說明Cr成礦條件就是需要巖漿結(jié)晶出更多的橄欖石分析成礦問題巖石成因例如，未經(jīng)混染的大洋拉斑玄武巖經(jīng)分離結(jié)晶后能形成相當(dāng)于大洋堿性玄武巖的派生巖漿嗎？已知大洋拉斑玄武巖Rb為1ppm,堿性玄武巖Rb為18ppm，Rb在玄武質(zhì)熔體中各礦物和熔體中的分配系數(shù)為：Kol/m≈0,Kopx/m≈0,Kcpx/m=0.003,Kpl/m=0.05opx:cpx:pl=0.05:0.60:0.35DRb=0.02利用瑞利方程計(jì)得F=5.2%利用巖漿平衡結(jié)晶過程模型計(jì)算得F=3.6%[請對(duì)上述結(jié)果分析]巖石成因五、稀土元素地球化學(xué)五、稀土元素地球化學(xué)57-71號(hào)：15個(gè)元素La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu稀土元素

REE(rareearthelements)稀土元素的共性：(1)它們的原子結(jié)構(gòu)相似(2)離子半徑相近(REE3＋

離子半徑1.06?～0.84?）(3)它們在自然界密切共生57-71號(hào)：15個(gè)元素稀土元素REE(rareear稀土元素＝La系＋Y稀土元素＝La系＋YREE的四個(gè)優(yōu)點(diǎn)決定了REE在微量元素地球化學(xué)研究中的重要地位REE是性質(zhì)極其相似的元素組，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)；REE的分餾作用能靈敏地反映地質(zhì)、地球化學(xué)過程（良好的示蹤劑）；除熔融作用外，其它地質(zhì)作用對(duì)REE整體組成的影響非常有限（應(yīng)變能力強(qiáng)）；REE在地殼巖石中的分布非常廣泛（廣泛性）。REE的四個(gè)優(yōu)點(diǎn)決定了REE在微量元素地球化學(xué)研究中的重要地稀土元素的主要地球化學(xué)性質(zhì)

RareEarthElement(REE)REE的組成分組(Y)兩分法：輕稀土元素（LREE）：La-Eu

重稀土元素（HREE）：Gd-Lu

（Gd以后4f電子自旋方向相反）三分法：輕稀土元素（LREE）：La-Nd

中稀土元素（MREE）：Sm-Ho

重稀土元素（HREE）：Er-Lu稀土元素的主要地球化學(xué)性質(zhì)

RareEarthElemREE的親和性、鍵性及價(jià)態(tài)REE在任何地質(zhì)體中都傾向于成組出現(xiàn)，他們具有親石性（親氧性），屬于高度不相容元素。但在一些副礦物（如鋯石、磷灰石和獨(dú)居石等）中會(huì)發(fā)生富集。REE是強(qiáng)的正電性元素，在結(jié)合性質(zhì)上以離子鍵性質(zhì)為主，只含有極少的共價(jià)成分。REE最外層的電子構(gòu)型相同，易失去6s亞層上的兩個(gè)電子，然后丟失1個(gè)5d(或4f)電子(5d或4f電子在能量上接近6s電子)。因此，REE大都呈+3價(jià)，但Ce和Eu有變價(jià)。REE的親和性、鍵性及價(jià)態(tài)REE在任何地質(zhì)體中都傾向于成組出變價(jià)的Ce和EuEu2+與Ca2+晶體化學(xué)性質(zhì)相似，容易取代Ca2+，使Eu2+脫離REE3+整體，而單獨(dú)活動(dòng)。因此，在巖漿結(jié)晶早期的結(jié)晶斜長石中含較高的Eu2+，而出現(xiàn)“正Eu異?！?對(duì)應(yīng)殘余熔體則表現(xiàn)出“負(fù)Eu異常”。

Eu4f7最穩(wěn)定，它僅失去6s層上兩個(gè)電子，呈Eu2+，（Eu3+)變價(jià)的Ce和EuEu2+與Ca2+晶體化學(xué)性質(zhì)相似，容易取代Ce具有Ce3+和Ce4+在強(qiáng)氧化條件下，Ce3+失去一個(gè)電子氧化成Ce4+，從而與REE3+整體脫離，形成所謂的“負(fù)鈰異?！薄?/p>

Ce具有最不穩(wěn)定的4f2電子充填，除f2上兩個(gè)電子外，6s層上兩個(gè)電子也可丟失，呈Ce4+，（Ce3+)Ce具有Ce3+和Ce4+Ce具有最不穩(wěn)定的4f22、稀土元素組成模式2、稀土元素組成模式太陽系元素豐度中的Oddo-Harkins效應(yīng)（或奇偶效應(yīng)）。偶奇REE太陽系元素豐度中的Oddo-Harkins效應(yīng)（或奇偶效應(yīng)）57585960626364656667686970715758596062636465666768697071第四章微量元素地球化學(xué)課件曾田－科里爾（Masuda-Coryell）圖解,以球粒隕石作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù).以某一參照物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù),例如用原始地幔、MORB等，能夠清楚地顯示不同礦物間REE的分異程度。

REE數(shù)據(jù)表示：需要標(biāo)準(zhǔn)化曾田－科里爾（Masuda-Coryell）圖解,以球粒隕石西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石稀土元素組成球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)根據(jù)Boynton（1984）將樣品含量(ppm)分別除以球粒隕石(或者其他數(shù)據(jù)，如MORB)，得到標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)14元素按照原子序數(shù)排列作為橫坐標(biāo)（注意沒有Pm和Y）縱坐標(biāo)以對(duì)數(shù)表示稀土組成圖具體作法西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石稀土元素組成球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)根為什么用球粒隕石?為什么用球粒隕石?隕石隕石是落到地球上來的行星物體的碎塊.可能起源于彗星.更可能來自火星和木星間的小行星帶.隕石可由顯微質(zhì)點(diǎn)大小到具有幾千公斤的巨塊.每年落到地球表面大約有500個(gè)隕石,總質(zhì)量可達(dá)3×106至3×107t.每年見到其殞落,又能找到的隕石僅5到6個(gè).隕石隕石是落到地球上來的行星物體的碎塊.可能起源于彗星.更可太陽系9大行星相對(duì)大小對(duì)比太陽系太陽系由太陽,行星,行星物體(宇宙塵,彗星,小行星)和衛(wèi)星組成.太陽集中了太陽系99.8%的質(zhì)量.行星劃分為兩種類型:接近太陽的較小內(nèi)行星-水星,金星,地球,火星,稱為類地行星;遠(yuǎn)離太陽大的外行星-木星,土星,天王星,海王星和冥王星.火星和木星之間存在著數(shù)以兆計(jì)的小行星,有些小行星的軌道橫切過行星軌道.在殞落到地球上來的隕石中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有兩顆的軌道曾位于小行星帶內(nèi).太陽系9大行星相對(duì)大小對(duì)比太陽系太陽系由太陽,行星,行星物體圖1.5自然界的流星雨圖1.5自然界的流星雨美國亞利桑那Barringer(orMeteor)隕石坑,直徑約1.2km由一個(gè)直徑約40m的撞擊物撞擊而成.撞擊物殘余稱為CanyonDiablo鐵隕石(國際S同位素標(biāo)準(zhǔn)).美國亞利桑那Barringer(orMeteor)隕石坑,隕石具有多種多樣的類型,從幾乎全部由金屬組成的類型,到幾乎全部由硅酸鹽組成的類型.對(duì)隕石進(jìn)行分類是困難的,并且存在許多爭論.通常根據(jù)其中的金屬含量,首先將隕石劃分為四種主要類型：石隕石球粒隕石約含10%金屬無球粒隕石約含1％金屬石鐵隕石約含50％金屬鐵隕石金屬含量大于90％隕石具有多種多樣的類型,從幾乎全部由金屬組成的類型,到幾乎全圖1.12主要類型隕石的特征圖1.12主要類型隕石的特征為什么用球粒隕石?

球粒隕石的非揮發(fā)性成分可以代表原始太陽星云的平均化學(xué)成分=地球整體成分墨西哥AllendeCI型球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對(duì)比,組成十分一致球粒隕石為什么用球粒隕石?

球粒隕石的非揮發(fā)性成分可以代表原始太陽（a）“北美頁巖組合樣”（縮寫為NASC）中REE的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化豐度。（b）哈斯金等（1968）給出的NASC中的REE真實(shí)豐度。（據(jù)Henderson,1984）為什么用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化?1.消除奇偶效應(yīng)，曲線平滑,2.利于對(duì)比,可以直觀鑒別巖石樣品相對(duì)于球粒隕石的分異程度.3.有利于直觀展示巖石的類型和成因.（a）“北美頁巖組合樣”（縮寫為NASC）中REE的球粒隕石其他標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)1.沉積巖用北美頁巖成分NASC作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)2.MORB，Mid-OceanRidgeBasalt3.原始地幔,primitivemantle其他標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)1.沉積巖用北美頁巖成分NASC作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)常用的球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值BoyntonW.V.1984.Geochemistryoftherareearthelements:meteoritestudies.In:HendersonP.(ed),Rareearthelementgeochemistry.Elsevier,pp.63-114McDonoughW.F.,SunS.,RingwoodA.F.,etal.1991.K,Rb,andCsintheearthandmoonandtheevolutionoftheearth’smantle.GeochimicaetCosmochimicaActa,,RossTaylorSymposiumvolume.常用的球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值BoyntonW.V.演示如何獲得REE圖演示如何獲得REE圖標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)原子序數(shù)增大,相容性增強(qiáng)La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)原子序數(shù)增大,相容性增強(qiáng)La,Ce,PrREE標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)ΣREE=La+….+Lu(15個(gè)元素)ΣREE能明顯反映出各類巖石的特征，例如：一般在超基性巖、基性巖中ΣREE較低，在酸性巖和堿性巖中ΣREE較高；沉積巖中砂巖和頁巖的ΣREE較高，碳酸鹽巖的ΣREE較低。因此ΣREE對(duì)于判斷巖石的源巖特征和區(qū)分巖石類型有意義。各稀土元素含量的總和，常以ppm或者10－6為單位1）稀土元素總含量ΣREEREE標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)各稀土元素含量的總和，常以ppm1）標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)比值=LREE/HREE這一參數(shù)能較好地反映REE的分異程度和指示部分熔融殘留體或巖漿早期結(jié)晶礦物的特征。LREE堿性較HREE強(qiáng)，隨巖漿作用的演化，ΣLREE/ΣHREE比值逐漸增大，即LREE在巖漿作用晚期富集。

2）輕、重稀土元素的比值原始巖漿成分演化過程中REE的分餾特征

ΣLREE/ΣHREE標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)比值=LREE/HREE2）輕、重稀土元這些是輕、重稀土元素分別對(duì)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后比值。它們均能反映REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中曲線（在接近直線的情況下）的總體斜率，從而能表征LREE和HREE的分異程度。3）稀土元素之間的比值（1）(La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N

(下標(biāo)N表示為標(biāo)準(zhǔn)化后的比值)能對(duì)LREE和HREE內(nèi)部分餾程度提供信息。例如(La/Sm)N比值越大反映LREE越富集。孫賢術(shù)等據(jù)此將洋中脊玄武巖劃分為三種類型：（La/Sm）N＞1為P型，即富集型，即地幔熱柱或異常型；（La/Sm）N≈1為T型，即過渡型；（La/Sm）N＜1為N型，即正常型，對(duì)應(yīng)的REE分布型式為虧損型。（2）(La/Sm)N、(Gd/Lu)N標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)這些是輕、重稀土元素分別對(duì)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后比值。它們[La/Yb]N=24-96舉例：西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石[La/Yb]N=24-96舉例：西藏鉀質(zhì)超鉀質(zhì)巖石標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)4）Eu異常δEu(Eu/Eu*)＝（δCe(Ce/Ce*)與此類似δEu>1 正異常δEu＜1 負(fù)異常δEu＝1 無異常標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)4）Eu異常δEu(Eu/Eu*)＝（Eu/Eu*=0.5-0.7[La/Yb]n=24-96Eu/Eu*=0.5-0.7標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)Eu異常產(chǎn)生原因例如堿性花崗巖（A型花崗巖）起源于深源，經(jīng)部分熔融、分離結(jié)晶等復(fù)雜成巖過程后，最終將形成具明顯負(fù)銪異常的“V”字型模式曲線。福建魁岐晶洞堿性花崗巖（A型花崗巖）（洪大衛(wèi)，1985）不同礦物具有不同的REE分配系數(shù)，斜長石對(duì)Eu的分配系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它REE，在各類巖漿巖中Eu異常的產(chǎn)生常與斜長石的結(jié)晶有關(guān)，如在巖漿分離結(jié)晶過程中，斜長石的大量晶出將導(dǎo)致殘余熔體中形成明顯負(fù)異常。標(biāo)準(zhǔn)化后的重要參數(shù)Eu異常產(chǎn)生原因例如堿性花崗巖（A型花崗巖Eu2+

可以與Ca和Sr類質(zhì)同象，傾向于進(jìn)入斜長石晶格其他REE為3+(例外Ce4＋）Eu2+3.不同礦物相對(duì)REE模式的控制主要依據(jù)是REE在這些元素中的分配系數(shù)玄武巖和安山巖中礦物/熔體間REE的分配系數(shù)（據(jù)Shnetzler和Philpotts,1970）有的導(dǎo)致REE分異有的不導(dǎo)致REE分異

3.不同礦物相對(duì)REE模式的控制玄武巖和安山巖中礦物/熔體斜長石/熔體對(duì)之間REE分配系數(shù)變化范圍和平均值（粗線）(a)酸性巖漿巖；(b)玄武巖和安山質(zhì)巖石（據(jù)Henderson,1982）斜長石/熔體對(duì)之間REE分配系數(shù)變化范圍和平均值（粗線）英安巖和流紋巖中礦物/熔體間REE的分配系數(shù)（據(jù)Hanson,1978）

英安巖和流紋巖中礦物/熔體間REE的分配系數(shù)如果斜長石作為分離結(jié)晶的斑晶，或者斜長石作為殘留相，則可以導(dǎo)致熔體中出現(xiàn)Eu負(fù)異常Figure9-5.REEdiagramfor10%batchmeltingofahypotheticallherzolitewith20%plagioclase,resultinginapronouncednegativeEuropiumanomaly..PrenticeHall.FromWinter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology如果斜長石作為分離結(jié)晶的斑晶，或者斜長石作為殘留相，則可以導(dǎo)4、稀土元素的地球化學(xué)應(yīng)用1）巖石成因花崗巖類：I、S、M、A型4、稀土元素的地球化學(xué)應(yīng)用玄武巖類MORBIAB玄武巖類MORBIAB

2）變質(zhì)巖原巖恢復(fù)現(xiàn)有研究表明，在角閃巖相和麻粒巖相的變質(zhì)條件下，變質(zhì)巖的稀土元素含量可能發(fā)生一些變化，但其稀土元素的組成模式不會(huì)發(fā)生變化，因此，利用稀土元素的組成模式可恢復(fù)變質(zhì)巖的原巖。另外，根據(jù)稀土元素設(shè)計(jì)的圖解來恢復(fù)變質(zhì)巖的原巖。

2）變質(zhì)巖原巖恢復(fù)第四章微量元素地球化學(xué)課件3）研究地殼演化

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)作了對(duì)比，根據(jù)稀土組成模式的特點(diǎn)探討了地殼成分及其演化：

3）研究地殼演化W.B.Nance和S.R.Tayl第四章微量元素地球化學(xué)課件六、微量元素地球化學(xué)示蹤不同元素在不同地質(zhì)作用過程的地球化學(xué)行為存在差別（相容性/活動(dòng)性變化）；地質(zhì)作用過程中的物理、化學(xué)條件對(duì)元素的地球化學(xué)行為具有影響（如P-T-X-fO2等）；部分元素具有相同或相似的地球化學(xué)行為（如REE）。六、微量元素地球化學(xué)示蹤不同元素在不同地質(zhì)作用過程的地球化學(xué)研究方法蛛網(wǎng)圖/SpiderDiagrams元素比值和含量變化圖模型計(jì)算研究方法1.微量元素處理方法（1）多元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解（2）元素或者運(yùn)算后元素投點(diǎn)圖第四章微量元素地球化學(xué)課件（1）多元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解A屬于REE標(biāo)準(zhǔn)化圖解的擴(kuò)展和普及化，最早用于玄武巖，現(xiàn)在可以用于所有巖石（巖漿巖和沉積巖）類型。B標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值——原始地幔、球粒隕石，或者M(jìn)ORBC作圖的意圖——比較樣品與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)之間的偏離程度（1）多元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解D稱呼：中文表達(dá)方式————原始地幔(球粒隕石)標(biāo)準(zhǔn)化多元素圖解,微量元素含量蜘蛛圖英語表達(dá)方式————Normalizedmulti-elementdiagrams/incompatibleelementdiagrams/spiderdiagramsPrimitivemantle-normalizedincompatibletraceelementvariationdiagrams…Traceelementconcentrationsnormalizedtochondriteof……Spiderdiagramof……D稱呼：I原始地幔（primitive/primordialmantle）目前常用的元素排列順序和數(shù)值根據(jù)Sun&MacDonough,1989II球粒隕石Sun&MacDonough,1989IIIMORB,Pearce,1983IV沉積巖NASC，Grometetal,1984平均地殼成分根據(jù)Taylor&McLennan(1981)多元素標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)I原始地幔（primitive/primordial目前常用作標(biāo)準(zhǔn)化的原始地幔順序和成分

（primitive/primordialmantle）目前常用作標(biāo)準(zhǔn)化的原始地幔順序和成分

（primitive/多元素蜘蛛圖的原始文獻(xiàn)

和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

(Spiderdiagram)SunS-S&WFMacDonough孫賢鉥澳大利亞地調(diào)局高級(jí)研究員哥倫比亞大學(xué)孫賢鉥博士多元素蜘蛛圖的原始文獻(xiàn)

和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

(SpiderdiaSun&MacDonough,1989Sun&MacDonough,1989Sun&MacDonough,1989標(biāo)準(zhǔn)化順序和數(shù)值球粒隕石原始地幔其中有些不用，例如Tl，Sc，W，Sn，F(xiàn)等Sun&MacDonough,1989標(biāo)準(zhǔn)化順序和數(shù)值Sun&MacDonough,1989Sun&MacDonough,1989Chung等，2004，EarthSci.Rev.目前常用順序Chung等，2004，EarthSci.Rev.目前常Williamsetal,2001，Geology目前常用順序Williamsetal,2001，Geology目前多元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解作圖方法：A.同REE相似，分別除以標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，再作圖B.注意其中的主量元素，特殊算法K=K2O*10000*0.83013/250Ti=TiO2*10000*0.5995/1300P=P2O5*10000*0.43646/95這里K2O、TiO2、P2O5單位均為重量百分?jǐn)?shù)多元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解作圖方法：第四章微量元素地球化學(xué)課件圖解的基本解釋圖解的基本解釋正常島弧火山巖由源自俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體交代地幔楔發(fā)生部分熔融而形成，這種富水的流體虧損高場強(qiáng)元素（HFSE），如Nb(Ta)、Ti、P等元素，這些元素的流體/巖石分配系數(shù)很?。?)，因此，在流體交代地幔楔形成的正常島弧火山巖中出現(xiàn)顯著的Nb（Ta）、Ti負(fù)異常（在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上相對(duì)于相鄰元素K、La和Eu、Gd）。

為什么島弧火山巖出現(xiàn)Nb、Ta的負(fù)異常？正常島弧火山巖由源自俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體交代地幔楔發(fā)生部分Keydistinctivefeaturesare

Additionofsubduction-mobileelements(K,Rb,Sr,Thetc.fromthesubductingplate

Increasedmeltingcausedbyfluidadditiontothemantle島弧火山巖成因Keydistinctivefeaturesare

AChung等，2004，EarthSci.Rev.巖漿巖出現(xiàn)Nb、Ta、Ti的負(fù)異常的引申含義具有大陸地殼物質(zhì)的參與Chung等，2004，EarthSci.Rev.巖漿巖（2）元素或者元素比值投點(diǎn)圖包括：二元或者三角圖元素對(duì)元素元素比值對(duì)元素元素比值對(duì)元素比值元素運(yùn)算后（2）元素或者元素比值投點(diǎn)圖包括：二元或者三角圖第四章微量元素地球化學(xué)課件第四章微量元素地球化學(xué)課件（1）進(jìn)行巖石分類（2）研究巖石成因（模擬計(jì)算反演源巖和過程）（3）鑒別巖石形成的構(gòu)造環(huán)境微量元素圖解研究用途（1）進(jìn)行巖石分類微量元素圖解研究用途重要元素對(duì)巖石成因的指示意義

（AfterGreen1980）重要元素對(duì)巖石成因的指示意義

（AfterGreen19Zr/TiactsasaproxyforSi

Nb/Yactsasaproxyfortotalalkalis.進(jìn)行巖石分類碧玄巖副長石巖Zr/TiactsasNb/Yactsasa進(jìn)行進(jìn)行巖石分類進(jìn)行巖石分類進(jìn)行巖石分類進(jìn)行巖石分類第四章微量元素地球化學(xué)課件鑒別不同源巖地球化學(xué)端元和過程Ernst&Buchan,2003,RECOGNIZINGMANTLEPLUMESINTHEGEOLOGICALRECORD鑒別不同源巖地球化學(xué)端元和過程Ernst&Buchan,Xuetal，2001，Geology巖石成因與演化過程Xuetal，2001，Geology巖石成因與演化過程Figure9-8.(a)afterPearceandCann(1973),EarthPlanet,Sci.Lett.,19,290-300.(b)afterPearce(1982)inThorpe(ed.),Andesites:Orogenicandesitesandrelatedrocks.Wiley.Chichester.pp.525-548,Coishetal.(1986),Amer.J.Sci.,286,1-28.

(c)afterMullen(1983),EarthPlanet.Sci.Lett.,62,53-62.火山巖構(gòu)造環(huán)境鑒別Figure9-8.(a)afterPearcea沉積巖類構(gòu)造環(huán)境判別沉積巖類構(gòu)造環(huán)境判別第四章微量元素地球化學(xué)課件花崗巖類構(gòu)造環(huán)境判別花崗巖類構(gòu)造環(huán)境判別第四章復(fù)習(xí)題1、微量元素概念2、能斯特分配定律與分配系數(shù)3、元素在共存相中分配系數(shù)的確定方法4、總分配系數(shù)概念5、相容元素與不相容元素概念6、微量元素地質(zhì)溫度計(jì)的原理與方法7、元素在共存相中分配定律的地球化學(xué)意義8、在巖漿分異結(jié)晶過程中元素分配的定量模型、特征及地球化學(xué)應(yīng)用9、在部分熔融過程中元素分配的定量模型、特征及地球化學(xué)應(yīng)用10、巖漿結(jié)晶過程和部分熔融過程的判別方法11、稀土元素的基本地球化學(xué)性質(zhì)12、稀土元素的數(shù)據(jù)處理方法及有關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法13、巖石中稀土元素的組成模式類型14、稀土元素對(duì)巖石成因的指示意義15、微量元素蜘網(wǎng)圖及其意義16、巖石形成構(gòu)造環(huán)境的判別及其應(yīng)注意的問題第四章復(fù)習(xí)題第四章微量元素地球化學(xué)第四章一、微量元素概念微量元素（痕量元素，traceelement)

巖石中含量<0.1%的， 用ppm(g/g,10－6),

或者ppb(ng/g,10－9)表示一、微量元素概念相對(duì)于主量元素而言在體系的礦物相中不計(jì)入化學(xué)計(jì)量式的組分不影響所在體系的物理/化學(xué)特性;近似服從稀溶液定律（Henry定律）(ai=Kbi)相對(duì)于主量元素而言Henry定律ai=Kbi分配達(dá)平衡時(shí)微量元素i在各相間的化學(xué)勢相等，其活度（ai）正比于其摩爾濃度(bi)Henry定律ai=Kbi分配達(dá)平衡時(shí)微量元素i在各相間的化微量元素測試方法

ICP-MS原子吸收發(fā)射光譜中子活化同位素稀釋法激光微區(qū)分析電子探針微量元素測試方法二、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律微觀規(guī)律——地球化學(xué)親和性、類質(zhì)同象法則、晶體場理論（對(duì)過渡金屬），歸納為：化學(xué)和晶體化學(xué)因素，包括原子（離子）的半徑、配位數(shù)、原子和離子極化、最緊密堆積等宏觀規(guī)律——體系性質(zhì)和熱力學(xué)規(guī)律的影響，如體系的化學(xué)組成、溫度、壓力、氧化還原電位等二、控制微量元素行為的地球化學(xué)規(guī)律微量元素行為的宏觀表現(xiàn)礦物是組成地球的基本固體物質(zhì)，元素賦存在礦物之中，元素（主量，微量）是通過礦物的形成和變化而具體體現(xiàn)。

兩相平衡共存是導(dǎo)致微量元素分布和分配的主要過程，因此微量元素在固相－固相、熔體－熔體、熔體－固相之間分配是控制元素分布和含量變化的主要過程，也是宏觀表現(xiàn)。例如：Ol＋熔體系統(tǒng)的元素分配微量元素行為的宏觀表現(xiàn)礦物是組成地球的基本固體物質(zhì)，元素賦存部分熔融產(chǎn)物

Ol＋Sp＋meltThefigureaboveisaback-scatteredelectronimageofwater-richfluidpockets(dark),silicatemeltquenchedtoglass(darkgray)andolivinecrystals(amantlemineral,lightgray).Thebrightspotsareanothermineral(spinel)thatformedwhentheexperimentwasquenchedfromtherunconditionsof15,000atmospherespressureand1050degreesCelsiustemperature.T/igpp/texture.php部分熔融產(chǎn)物

Ol＋Sp＋meltThefigure歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律（1）地球化學(xué)過程的演化實(shí)質(zhì)是元素在共存各相（液—固，固—固）之間的分配過程。（2）自然過程趨向局域平衡，元素在相互共存各相間的平衡分配取決于元素及礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)條件。（3）在自然過程中主量元素和微量元素在各相間分配的行為是不同的。主量元素能形成自己的獨(dú)立礦物，其在各相中分配受相律（f=K-φ+2）控制；微量元素常不能形成獨(dú)立相，它們在固熔體、溶體和溶液中濃度很低，因此微量元素的分配不受相律的限制，而服從稀溶液定律（亨利定律），即在分配達(dá)平衡時(shí)在各相間的化學(xué)勢相等。且微量元素的活度正比于其摩爾濃度。歸納：控制主量元素和微量元素的規(guī)律（1）地球化學(xué)過程的演化實(shí)能斯特分配定律表述為：在一定的溫度和壓力下，微量組份在兩其存相中的活度比為常數(shù)。三、能斯特定律

(描述微量元素在平衡共存兩相之間的分配關(guān)系)能斯特分配定律表述為：在一定的溫度和壓力下，微量組

當(dāng)一種礦物（α相）與一種溶液（β相）處于化學(xué)交換平衡時(shí)，微量元素i在兩相之間的化學(xué)勢相等，這樣它們在相Ⅰ和相Ⅱ的化學(xué)位，可寫成：μⅠ=μⅠ

0+RTln(Ⅰ)μⅡ=μⅡ

0+RTln(Ⅱ)當(dāng)一種礦物（α相）與一種溶液（β相）處于化學(xué)交換平衡時(shí)，μⅠ

0+RTln(Ⅰ)=μⅡ

0+RTln(Ⅱ)μⅠ0+RTln(Ⅰ)=μⅡ0+經(jīng)過變換得：αⅡ/αⅠ=e

（指數(shù)函數(shù)）

由于μⅠ

0、μⅡ

0是常數(shù)，R是氣體常數(shù)，所以在一定T、P下

αⅡ/αⅠ=常數(shù)=KD

對(duì)于稀溶液來說：γⅠ、γⅡ活度系數(shù)為1，

所以分配系數(shù)KD

KD=XⅡ/XⅠ=CⅡ/CⅠXⅠ、XⅡ分別為微量元素在兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)，)

KD為能斯特分配系數(shù),為溫度T的指數(shù)函數(shù)，永為正值在一定溫度,壓力下：

μⅠ0＞μⅡ0

XⅡ/XⅠ=KD＞1

該微量元素更多地進(jìn)入Ⅱ相；

μⅠ0＜μⅡ0

XⅡ/XⅠ=KD＜1

該微量元素更多地進(jìn)入Ⅰ相；

μⅠ0≈μⅡ

0

XⅡ/XⅠ=KD=1

該微量元素在Ⅰ、Ⅱ相中傾向相等。

(Ⅰ0-Ⅱ

0)RTCⅠ、CⅡ分別為微量元素在兩相中的濃度經(jīng)過變換得：αⅡ/αⅠ=e（指數(shù)函數(shù)）由于μⅠ0按照元素在巖漿作用中行為分類

相容元素：——D>>1,優(yōu)先進(jìn)入礦物相，或殘留相 例如：Ni,Co,V,Cr

不相容元素：——D<<1，優(yōu)先進(jìn)入熔體相，

D<0.1為強(qiáng)不相容元素, 例如：大離子親石元素——K,Rb,Cs,Sr,Ba

高場強(qiáng)元素——Nb,Ta,Zr,HfKD

或者D＝———C固相C液相當(dāng)巖石發(fā)生部分熔融時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熔體相和結(jié)晶相（礦物相），微量元素可以選擇性進(jìn)入這兩相。元素分配系數(shù)按照元素在巖漿作用中行為分類KD或者D＝———C固相C液不相容元素進(jìn)一步劃分：小原子半徑、高電荷的高場強(qiáng)元素 （HFSE,

highfieldstrengthelements）

REE,Th,U,Ce,Pb4+,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta低場強(qiáng)大離子親石元素（

LIL,

largeionlithophile）

它們極為活動(dòng)，尤其是有流體存在， K,Rb,Cs,Ba,Pb2+,Sr,Eu2+不相容元素進(jìn)一步劃分：高場強(qiáng)元素(HFSE，HighField-StrengthElements)元素的電荷(Z)與其半徑(r)比值稱為

場強(qiáng)，相當(dāng)于電離勢，如果Z/r>3.0,稱為高場強(qiáng)元素如果Z/r<3.0，稱為低場強(qiáng)元素。什么是HFSE高場強(qiáng)元素(HFSE，HighField-Strength元素的相容性取決于共存的礦物和熔體（玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖石中常見元素礦物/熔體分配系數(shù)）例如Ol、Pl這是指單一元素、單一礦物相元素的相容性取決于共存的礦物和熔體例如Ol、Pl這是指單一元體系中元素的總分配系數(shù)（Di）

用于研究微量元素在礦物集合體（巖石）及與之平衡的熔體之間的分配關(guān)系，常用巖石中所有礦物的分配系數(shù)與巖石中各礦物含量乘積之和表達(dá)。Di=WADiWA=巖石中礦物含量Di=元素i在礦物A中的總分配系數(shù)體系中元素的總分配系數(shù)（Di）石榴石地幔橄欖巖=60%Ol＋25%Opx＋10%Cpx＋5%Gar(wt%)計(jì)算結(jié)果：DEr=(0.6·0.026)+(0.25·