中国地质大学北京地球化学复习题

1、微量元素：将各种地质体系中呈微量或痕量（0.1wt%）的元素称为痕量或微量严格定义：只要元素在所研究的客体（地质体，岩石，矿物等）中的含量低到 可以近似地用稀溶液定律描述其行为，即可称为微量元素。Major elements （主量或常量元素）：大多数地质物质中含量大于0.1%的元素：O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg。造岩矿物的基本组成。用氧化物质量百 分比表示。Minor elements （少量元素）：不太丰富的主量元素 ：Ti, Mn , P等。常量元素：SiO2、TiO2 、 Al2O3、TFe2O3 、 FeO MnO、 MgO、CaO Na20、 K20 、

2、 P2O5、烧失量；Trace elements （微量或微迹元素）：大多数地质作用中含量小于 0.1%的元 素。除主量和少量（总重量丰度占99%左右）以外呈微量或痕量（0.1wt%）的元素。相容元素(Compatible elements)岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱矿物相 的微量元素；不相容元素(Incompatibleelements):岩浆结晶或固相部分熔融过程 中偏爱熔体或溶液相的微量元素。也称为亲岩浆元素 (hygromagmatophile)高场强元素(high field strength elements-HFSE离子半径小的高电荷阳离子 (离子电位3.0)。Zr, Hf

3、, Nb, Ta, Th, U, Ti, REE低场强元素(low field strength elements-LHSE)离子半径大的低电荷阳离子(离 子电位3.0)。又称大离子亲石元素(large ion lithophile elements-LILE)如 K, Rb, Cs, Sr, Ba。此组元素更活泼，特别在涉及流体相的体系中。场强:微量元素离子电荷/离子半径比值称为场强(field strength)o指阳离子每 单位表面积的静电荷，也称为离子电位，即离子在化学反应中吸引价电子的能 力能斯特分配定律：在给定溶质、溶剂及温度和压力下，微量元素i在两相间的浓度比值为常数KD,它与温

4、度和压力有关，与i的浓度无关(在一定浓度范围内)。两相中的 浓度比值就是能斯特分配系数。只适用于稀溶液或微量元素的分配。n总分配系数D=Wi KDi 1in为含元素i的矿物数，Wi为每种矿物在集合体中所占的重量百分数，KDi为元素在每种矿物与熔体间的简单分配系数。某体系i元素的总分配系数D为元素i在所有矿物中的简单分配系数加权 和。复合分配系数：亦称变换分配系数，或亨德森分配系数，它既考虑微量元 素在两相中的比例，也考虑与微量元素置换的常量元素在两相中的浓度比例， 能较真实的反映两者之间类质同像交换对微量元素分配的影响。表达式为：晶体-熔体分异：晶出矿物和残余熔浆两相。不混溶熔体的物理分离(P

5、hysical separation ofimmiscible melts)岩浆或流体分 异成两种以上互不相溶的液相，通常可能是硫化物+硅酸盐两相，或富硅 +富铁 的两种硅酸盐熔体相等。如果分离出的两相都为熔体，称为岩浆熔离作用。熔体-流体分离(Melt-fluid separation):岩浆活动过程中挥发分的逸出。由于压 力突然降低或温度下降到流体饱和以下。REE两分法或三分法两分法：(1)轻稀土(LRE或铀族稀土，La到Eu原子序数小，质量小；(2)重稀土(HREE) Gd到Lu:原子序数大，质量大，有时把亿(Y池列入 HREE Gd至U Lu+Y为亿族稀土；三分法:轻稀土(LREE:L

6、a-Nd)中稀土(MREE: Sm-Ho)口重稀土(HREE:Er-Lu)原始地幔标准化蛛网图：原始地幔指大陆地壳形成之前的地幔。 Wood et al.(1979»古计了原始地幔的组成。并利用它作为比较基性熔岩之间组成变异的手 段。19种元素以相对于小量地幔熔体的相容性增加的顺序排列。元素丰度以对 数坐标表示，横坐标元素以从左向右相容性增大的顺序排列。平均 N-MORB形 成一个相对舒缓的曲线，亏损大部分不相容元素。.球粒陨石标准化蛛网图：Thomptson（1982混出，球粒陨石组成是直接测定 而不是估计的，因此对球粒陨石组成值的标准化比对原始地幔标准化更好。元 素的排列顺序与

7、Woodetal.（1979）的稍有不同。一定程度上是随机的。横坐标元 素从左向右以相容性增大的顺序排列。微量元素在矿物中的主要存在形式：1）表面吸附（surfaceadsorption）：外来离子被吸附在晶体表面的扩散层内，与 那些化学键不完全饱和的表面原子呈静电相互作用；（2）吸留（occlusion）：在晶体的增生中吸附在晶面的杂质被后来增生的晶层所 圈闭；（3）在固溶体中呈类质同象替代主要组分：在晶体晶格的规则位置微量元 素替代主要组分；（4）间隙固溶体（interstitial solid solution）：与上类似，只是微量 元素占据的是晶格中的间隙位置。分配系数测定方法：直接测

8、定法和实验测定法。直接测定法：斑晶-基质法直接测定地质体中两平衡共存相中元素浓度，并按能斯特分配定律计算元 素的分配系数。测定火山岩中斑晶矿物和基质（代表与矿物平衡的熔体），或测定现代火山熔 岩流中矿物与淬火熔体（玻璃）以及测定岩石中共存矿物（求得元素的矿物/矿物分 配系数）实验测定法通过实验使一种矿物和一种液体（熔体或溶液）处于平衡，或使两种矿物达到 平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定该元素在两相中的浓 度，得出分配系数。分为两类:化学试剂合成和直接采用天然物质为初始物质法影响分配系数的因素：1、体系化学成分的影响SiO2:决定岩浆的性质（酸性/基性）岩浆体系化学成分变化，取决

9、于硅酸盐 熔体的结构。酸性岩浆熔体结构与基性岩浆熔体结构的Si: O分子比率不同。决定熔体中桥氧（Si-O-Si ,非桥氧（Si-O-Me），自由氧（Me-O-Me）比例；Si-O四面体 结构团的聚合作用的程度。酸性岩浆熔体与基性岩浆熔体中，微量元素的分配 系数有明显差别。熔体中挥发分和含量对分配系数也有明显影响。水使硅酸盐熔体中SiO4四面体聚合程度降低；水含量增加导致分配系数降低。岩浆条件下，许多微量元素如稀土元素，可以与氯化物形成配合物，使稀 土元素在气相/熔体之间分配系数随氯化物浓度增加而增加微量元素分配系数常随矿物成分而改变，所以相容和不相容元素也非固定 不变；2、温度对分配系数的影

10、响分配系数是温度的函数。随温度升高分配系数减小。温度效应在很大程度 上取决于所考虑的元素和矿物相。3、压力对分配系数的影响微量元素在凝聚相间的分配系数对压力的变化不敏感，因为微量元素的溶 解能引起的相体积变化极小。压力对分配系数的影响是伴随地幔乃至地核压 力，成分及状态的实验进行的4、氧逸度对分配系数的影响对变价元素Eu和Ce,氧逸度影响体系中Eu2+/Eu3+和 Ce3+/Ce2+比值，也影响它们的分配系数。分配系数的应用检验成岩、成矿过程的平衡性；判别岩浆作用过程中微量元素的地球化学行为；利用微量元素的特征来反演地质作用过程；微量元素分配系数温度计；(判断共存相形成的温度)REES成数据的

11、表示方法：21 REES成模式图示常用的REES成模式图示有两类。包括对样品中 REE浓度以一种选定的参 照物质中相应REE浓度进行标准化。即将样品中每种 REE浓度除以参照物质中 各REE浓度，得到标准化丰度。然后以标准化丰度对数为纵坐标，以原子序数为横坐标作图。(1)曾田彰正-科里尔(Masuda-Coryell)图解是地球化学中常用来表示RE臣口其它微量元素组成模式的图解。元素浓度 标准化参照物质为球粒陨石。由曾田彰正和科里尔创制，称为曾田彰正一科里 尔图解。(2)用所研究体系的一部分作参考物质进行标准化参考物质可以用某种特定的岩石或矿物。22 表征REES成的参数(1)稀土元素总量-E

12、REE为各稀土元素含量的总和，以 ppm为单位。多数情况下指从La到Lu和Y 的含量之和。有些学者用火花源质谱法分析稀土元素含量，其 Z2REE据不包括Y。EREE 对于判断某种岩石的母岩特征和区分岩石类型均为有意义的参数。(2)LREE/HRE 或 E Ce/ E Y)为轻和重稀土元素比值。这一参数能较好地反映REE元素的分异程度以及指示部分熔融残留体和岩浆结晶矿物的特征。(3)(La/Yb)N、(La/Lu)N 和(Ce/Yb)N均为个别轻和重稀土元素对球粒陨石标准化的丰度比值，均能反映 REE求 粒陨石标准化图解中曲线(在接近直线的情况下)的总体斜率。从而能表征LREE 与HREE勺分异

13、程度。(La/Sm)N 和(Gd/Lu)N则分别能为LREE口 HRE的部彼此比较提供信息。(4) E4Nd> ESmHo> EELu参数(La-Nd为轻稀土-LREE Sm-Ho为中稀土- MREE Er-Lu为重稀土)和图解这种参数见于前苏联文献，用于表征样品中轻， 中和重稀土元素的相对比例和分异程度。*(5) 5 或(Eu/Eu):表示Eu异常程度。稀土元素大多呈三价态，但 Eu特殊，既可以呈三价， 也可呈二价。三价态时，Eu和其它REE性质相似，二价态则性质不同，固地质 体中Eu经常发生与其它三价REE®子的分离，造成在REEt粒陨石标准化丰度 图解的Eu位置上出

14、现 峰"(Eu±乘U)或 谷"(EuT损)5 Eu Eu/Eu*)可以度量Eu的异常程度。计算以曾田彰正-科里尔图解为根据，无Eu异常 时，Eu的应有含量值为标准化曲线上旁侧两个元素 Sm和Gd的丰度值以内差法 求得。SEu俄 Eu/Eu*)按下式得出：EuN*8Eu=Eu/Eu= Sm Gd()N2EuN, SmN和GdN均为相应元素实测值的球粒陨石标准化值。？Eu域Eu/Eu)>1为正异常，氾u<1为负异常，8Eu= 1无异常。6 ) S(M(Ce/Ce*)表征样品Ce相对于其它RE扮离程度的参数。除3价外，氧化条件Ce呈 4价与其它RE由离。计算

15、原理与SEu类似：*2 +S Ce Ce/Ce=CeNLa Pr()N24 +风化过程中，在弱酸性条件下，Ce极易水解留在原地，淋出溶液贫 Ce,河 水和海水继承这种特征。海水中 Ce停留时间最短-50a,其它REE200-400a现 代海水强烈亏损Ce,海洋褐色粘土中等Ce负异常，深海沉积物弱亏损 CeoREE分配系数的一般规律：(1)对于任何一种稀土元素和矿物/熔体对来说，其分配系数值均在较宽范围 内变化。有时可达一个数量级或更大(如Yb),这是由于温度，压力和成分变化 效应以及矿物不纯的结果。(2)虽然RE睢一给定矿物/熔体对之间的分配系数值可以有很大变化，但对 该矿物说，RE扮配系数的

16、模式形态一般固定不变，因此，一种特定的矿物将对 熔体中REES成模式施以特征影响，并且根据这种影响可以推断在部分熔融残 余熔体中或分异结晶早期析出物中该矿物的存在。(3)REE&矿物/熔体之间的分配系数一般倾向为富硅体系高于基性体系。对 许多造岩矿物说来，除Eu之外，RE评士匀KD值常常小于1。然而在硅酸盐中REE的单斜辉石/熔体和角闪石/熔体分配 系数均大于1。(4)副矿物对于稀土元素分配起重要作用。REE的副矿物/熔体分配系数均很 大(>>1,最高达n*100),并能造成RE或此间的强烈分异。对褐帘石说来，KLa(= 820)约比 KLu(= 7.7)高两个数量级。某些

17、副矿物优先富集 LREEW帘石)，有些则优先富 集HREE如钻石，石榴子石)，还有的优选富集MREE如磷灰石，单斜辉石，普 通角闪石)。(5)相对于三价REE®子，Eu在斜长石和钾长石中是相容元素，斜长石和钾 长石结晶或斜长石在部分熔融残余体中的存在可以在熔体中造成Eu亏损或负异常，即Eu异常主要受长石特别是长英质岩浆的控制。因此由结晶分异长石从长 英质熔体中移出，或岩石部分熔融长石保留在源区，都会在熔体中产生Eu负异常；微量元素分配研究的地球化学意义：(1)使元素分配研究跨入定量和动态阶段；(2)为确定地质-地球化学过程的物理化学条件提供了新方法；(3)开辟了根据岩石和矿物中微量元素含量探讨岩浆，热液和古沉积盆地水 介质化学成分，