第六章.微量元素地球化学课件

1、第六章 微量元素地球化学原理,微量元素地球化学原理,概述 地球化学的手段(宏观性质) 研究意义: 示踪 物理化学条件 地球化学过程(结合年龄数据),微量元素地球化学原理,元素含量与热力学量之间的关系问题（G,H, S等）: = o +RT ln = o +RT ln 即 、与组分(摩尔分数)之间的关系可否描述？,微量元素地球化学原理,一、微量元素地球化学应用的理论基础 (一)基本概念和定律 1.微量元素的概念：0.1% 2.溶质和溶剂的概念 溶质：物质中含量较少的部分 溶剂：物质中较多的部分,微量元素地球化学原理,(二)稀溶液的性质 例：混合物或固溶体的性质，如盐水溶液的冰点降低，沸点升高；混

2、合气体的蒸气压降低以及热力学性质等 稀溶液的性质(=理想溶液) ：溶质与溶质之间的相互作用可以忽略,微量元素地球化学原理,1.溶剂性质遵守拉乌尔定律(理想溶液)： 溶剂的活度(逸度)等于纯溶剂的活度与其摩尔分数的乘积： aj = aoj Xj (fj = foj Xj); (Pj = Poj Xj) 2.稀溶液溶质的性质遵守亨利定律(实际溶液)： 即溶质的活度与溶质的摩尔分数成正比： ai = i Xi (fi = i Xi); (Pi= i Xi),因此,只有符合亨利定律时,元素的含量才与热力学量有确定的关系,微量元素地球化学原理,二、微量元素的分配系数 (一)能斯特分配系数,（二）分配系数

3、的测定 1.天然样品： 利用地质体中两种平衡相中元素.如火山岩中斑晶和玻璃. 缺点:温度未知 2.人工实验： 岩石或矿物在高温高压进行熔融后,测量不同相中元素的含量以得到分配系数 缺点:是否平衡?,微量元素地球化学原理,(二)分配系数的影响因素 1.温度,微量元素地球化学原理,2.压力的影响：,微量元素地球化学原理,3.熔体的总成分（溶剂）影响,氧逸度影响 仅对变价元素产生影响,稀土元素在斜长石与玄武岩浆之间的分配系数与氧逸度的关系,微量元素地球化学原理,（三）岩浆过程微量元素的定量模型 1.岩浆结晶作用模型 Cl/C0=F(D-1) ClH = C0H /F, ClM = C0M /F Cl

4、H/ ClM = CoH/ CoM =常数 2.岩石部分熔融模型(批次部分熔融模型) Cl/C0 = 1/D(1-F)+F ClH = C0H /F, ClM = C0M /(F +DoM) ClH/ ClM ：不等于常数,微量元素地球化学原理,(四)微量元素分配系数的应用 1.地质温度计,微量元素地球化学原理,2.研究地球化学过程的平衡程度 根据两种相，如矿物与矿物、矿物与熔体（玻璃）等之间微量元素的分配特征进行研究,微量元素地球化学原理,3.研究地质作用过程 沉积盆地演化历史的研究 例：德国司塔斯福特的策克斯泰因岩系中盐层的成因。实测25C时获得：,微量元素地球化学原理,4.岩浆结晶作用研

5、究 例:岩浆组成变化的原因研究（向量图） 根据结晶分异作用模型: Cl/Co=F(D-1),分配系数 Ba Sr Opx 0.003 0.009 Cpx 0.131 0.516 Hbl 0.044 0.022 Bi 6.360 0.120 Plag 0.360 2.840 Ksp 6.120 3.870,5.构造环境的地球化学识别,不同构造环境沉积盆地杂砂岩的微量元素判别图 A.大洋岛弧；B.大陆岛弧；C.活动大陆边缘；D.被动大陆边缘,洋壳-俯冲带（岛弧）-大陆地壳的地球化学作用及其成分极性。,微量元素地球化学原理,三、稀土元素的地球化学及其应用 (一)稀土元素的地球化学性质 原子序数：57

6、-71 电子构型：4f0-14 价态：主要为三价， Eu2+ (Yb2+) Ce4+ (Tb4+),其中Ce和Tb可以有+4价,它们的电子层构型分别为:Xe4f0和Xe4f7,微量元素地球化学原理,1.稀土:REE(rare earth element)的划分： (1)两分： 轻稀土（LREE）La-Eu 重稀土（HREE）Gd-Lu (2) 三分： 轻稀土（LREE）La-Nd 中稀土（MREE）Sm-Ho 重稀土（HREE）Er-Lu,微量元素地球化学原理,(二)REE组成数据的表示方法 1.数据的标准化 2.REE组成模式的图示,微量元素地球化学原理,3.表征REE组成的参数 (1)稀土

7、元素总量（REE） (2)比值 LREE/HREE (La/Yb)N, (La/Lu)N , (Ce/Yb)N, (La/Sm)N, (Gd/Lu)N (3)异常值 Eu/Eu*(Eu)，Ce/Ce*(Ce),微量元素地球化学原理,稀土元素中Eu异常值的计算原理,微量元素地球化学原理,(三)稀土元素地球化学的应用 1.岩浆岩成因模拟,利用稀土元素研究岩浆的部分熔融程度,岩浆岩的平衡部分熔融和结晶分异作用识别,福建魁岐晶洞碱性花岗岩（A型花岗岩）的球粒陨石标准化稀土元素丰度模式图（据洪大卫，1985）.可以看出,它们经历了斜长石的结晶分异作用. 15：钠闪石晶洞碱性花岗岩；6：钠长石化的钠闪石晶

8、洞花岗岩,.各种构造环境岩浆岩的REE丰度特征 洋中脊玄武岩 特点： 多数为轻稀土亏损型,微量元素地球化学原理,大陆酸性岩 特点： 宽的变化范围 多数为高的轻重稀土比值,微量元素地球化学原理,大洋岛 特点： 由拉斑玄武岩、碱性玄武岩组成 高的和低的轻/重稀土元素比值高存 部分存在负Eu异常,微量元素地球化学原理,金伯利岩 特点： 具有极富集的稀土元素丰度 较大的轻重稀土比值 部分有负Eu异常,微量元素地球化学原理,海水,微量元素地球化学原理,四、微量元素蛛网图及其应用 1.图的类型及原理 （1）元素标准化 （2）元素的排列方式 按元素不相容性强弱排列(Sun,1982;Thompson,198

9、2) 按元素六次配位的阳离子半径的减小顺序(Pearce,1983) 2.岩浆岩的微量元素蛛网图及其意义,微量元素地球化学原理,五、微量元素比值及其应用 原理：地质地球化学作用中元素的比值变化与不变化的信息 1.应用于岩浆过程和指示原岩特征的元素对 方法: 两元素为中等和强的不相容元素(D1),微量元素地球化学原理,2.应用于表生作用的元素对 方法:用表生环境不活动的元素,如高场强元素:Zr、Hf、Nb、Ta、Th等 例:沉积岩沉积环境和物源研究： 选择不易通过水而迁移的元素，如离子电位介于中间的元素,不同构造环境沉积盆地杂砂岩的微量元素判别图(据Bhatia,1981) A:大洋岛弧;B:大陆岛弧;C:活动大陆边缘;D:被动大陆边缘,3.应用于变质和热液作用的元素对 (1)指示原岩性质 方法:用高场强元素: