稀土元素地球化学
第四章 稀土元素地球化学
1. 稀土元素的主要地球化学性质
Rare Earth Element (REE)
REE的组成分组
两分法：轻稀土元素（LREE）：La-Eu 重稀土元素（HREE）：Gd-Lu (Y) （Gd以后4f电子自旋方向相反） 三分法：轻稀土元素（LREE）：La-Nd 中稀土元素（MREE）：Sm-Ho 重稀土元素（HREE）：Er-Lu (Y)
3.纵坐标以对数表示；
为什么用球粒陨石?
球粒陨石的非挥发性成分可以代表原始太阳星 云的平均化学成分=地球整体成分
球粒陨石
墨西哥Allende CI型球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比,组成十分一致
为什么用球粒陨石标准化?
1. 消除奇偶效应，曲线平滑, 2. 利于对比,可以直观鉴别岩石样品相对于球粒陨 石的分异程度. 3. 有利于直观展示岩石的类型和成因.
(2)离子半径相近(REE3＋ 离子半径1.06Å ～0.84 Å）
(3)它们在自然界密切共生
REE的优点决定了REE在微量元 素地球化学研究中的重要地位
1.
2.
3.
REE是性质极其相似的元素组，在地质、地球化 学作用过程中作为一个整体而活动； REE的分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过 程（良好的示踪剂）； REE在各类岩石和矿物中的分布非常广泛。
其他标准化数据
常用的球粒陨石和原始地幔标准化数值
REE描述的重要参数
1） 稀土元素总含量ΣREE
各稀土元素含量的总和，常以ppm 或者10－6为单位
ΣREE=La+….+Lu (14个元素)
ΣREE能明显反映出各类岩石的特征， 例如：一般在超基性岩、基性岩中ΣREE较低，在酸性 岩和碱性岩中ΣREE较高；沉积岩中砂岩和页岩的 ΣREE较高…… 因此ΣREE对于判断岩石的源岩特征和 区分岩石类型有意义。
稀土元素地球化学全解
La 镧 兰 Ce 铈 市 Pr 镨 普 Nd 钕 女 Pm 钷 迫 Sm 钐 三 Eu 铕 友 Gd 钆 轧 Tb 铽 特 Dy 镝 敌 Ho 钬 伙 Er 铒 尔 Tm 铥 丢 Yb 镱 肄 Lu 镥 路
稀土元素的分类
LREE：La → Eu HREE：Gd→Lu，Y
C和 e Y
LREE：La → Sm MREE：Eu →Dy HREE：Ho→Lu，Y
表征REE组成的参数
（1）稀土元素总量ΣREE； （2）轻重稀土元素比值
ΣCe/ΣY；ΣLREE/ΣHREE； （3）（La/Yb）N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N （4）Eu/Eu*(δEu)和Ce/Ce*（δCe）：
拼音
yǐ lán
shì
pǔ nǜ pǒ shān
yǒu
gá tè dī huǒ ěr diǔ yì lǔ
REE3+离 子半径 0.893 Å 1.06 Å
外层电子
4d1 5s2 5d1 6s2
英文名称
Yttrium Lan than um
1.03 Å 4f2 6s2
Cerium
1.01 Å 4f3 6s2 Praseodymium
第五章 稀土元素地球化学 Rare earth element geochemistry
第一节 概述 第二节 稀土元素的丰度 第三节 稀土元素的地球化学行为 第四节 稀土元素在地质中的应用
第一节 概述
稀土元素是稀有元素的一部分，“稀有元素”这一名 称是历史原因造成的，并不十分科学。大约在19世纪 中叶起，人们将某些发现较晚且应用有限的元素称之 为“稀有元素”以后就一直沿用下来。
Gadolium Terbium Dysprosium Holm ium Erbium Thulium Ytterbium Lutec tium
地球化学稀土元素配分分析
地球化学稀土元素配分分析地球化学是研究地球内部和大气层、水圈、地外空间的化学成分、构造、变化及其规律的一门学科。
稀土元素是指化学元素周期表中的镧（La）到镥（Lu）共17个元素，它们在地球化学中起着重要的角色。
稀土元素在地球化学中的配分分析是研究稀土元素在地球体系中分布、迁移和富集的过程与机制，具有重要的价值和意义。
稀土元素在地球化学中具有以下特点：1.发生较强络合和配位作用，容易在地球体系中形成稳定的络合物；2.稀土元素在地球体系中往往以沉积物和矿物形式富集，对地质过程具有敏感响应，是一种重要的地球化学示踪元素；3.稀土元素在地球化学中的分布格局复杂多样，受多种因素控制，包括岩浆作用、岩浆岩浆交互作用、流体交换作用、沉积过程和生物富集等；4.稀土元素具有分馏效应，可以提供信息，了解地质过程和地球演化的历史。
稀土元素配分分析可以通过对地球体系中岩石、矿物、沉积物和水体等不同相的稀土元素含量进行测定和研究来实现。
稀土元素的分析方法主要包括原子吸收光谱、光电子能谱、同位素示踪、质谱和分光光度法等。
这些方法可以准确测定不同相中稀土元素的含量，进而推导稀土元素的地球化学分布特征。
稀土元素的配分分析还可以揭示自然界中稀土元素的生物地球化学过程。
例如，稀土元素在生物领域中具有重要的生理和生化功能，对植物和微生物的生长和代谢有一定的影响。
通过稀土元素的配分分析，可以了解稀土元素在生物体内的分布规律，从而进一步研究生物地球化学循环过程和生态系统的功能。
总之，地球化学稀土元素配分分析是研究稀土元素在地球体系中分布、迁移和富集的一种重要方法。
通过稀土元素的配分分析，可以揭示地球体系中各个部分的物质交换和能量转化过程，并进一步了解地球演化的历史和生物地球化学过程。
稀土元素配分分析研究的进展和成果将为地球化学和地球科学的发展提供重要的理论基础和实践指导。
稀土元素地球化学
0.074
0.259 0.047 0.322
1.24
5.2 0.85 5.8
Ho
Er Tm Yb Lu Y
123.6111
125.2381 118.125 115.311 113.0303 93.36735
95.27778
103.3333 90.625 89.47368 85.75758 65.81633
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• LaN/SmN：反映了轻稀土之间的分馏程度。该值越大， 轻稀土越富集。 根据LaN/SmN可以对岩石进行分类。如根据LaN/SmN比 值，Schilling（1975a）将洋中脊玄武岩划分成三种类型： N型（正常型），LaN/SmN＜1；稀土元素组成模式为亏 损型。 P（E）型，地幔柱型或异常型，LaN/SmN＞1；富集型。 T型，过渡型；LaN/SmN≈1 • GdN/YbN：反映了重稀土之间的分馏程度。该值越小， 重稀土富集程度越高。有人用GdN/YbN比值将马提岩划 分成三个组。
• 在成矿研究中，常用未矿化或蚀变的岩石 为标准，了解成矿或蚀变过程中，稀土元 素的变化。
这种方法的优点
• 一般公认球粒陨石的轻-重稀土元素之间不存在 分异。 采用球粒陨石标准化模式图可使样品中各REE 间的任何程度的分异更清楚地显示出来。 克服奇偶原子序数的元素丰度不同所造成的 REE曲线锯齿状变化。 可以反映所研究样品相对于原始地球稀土组成 的地球化学分异作用。 直线斜率、形态和偏离直线的稀土元素的异常 地球化学行为，为成岩成矿机理研究，提供了 重要信息。
• ② LREE/HREE—轻重稀土元素比值 • 用途：能较好地反映REE的分异程度以及 指示部分熔融残留体和岩浆早期结晶矿物 的特征。是判断残留相或结晶相矿物组合 的重要依据。
稀土元素地球化学[精]
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稀土元素分组
• 根据稀土元素的分离工艺，又可将它们 分为三组，
• 即铈组稀土、铽组稀土和钇组稀土，分 别称为轻、中、重稀土。
• 铈组有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm， • 铽组有En，Gd，Tb，Dy， • 钇组有Y，Ho，Er，Tm，Yb，Lu。
稀土元素概述
• 三价稀土元素的离子半径和Ca2+很接近， 很容易以各种类质同象形式进入岩浆作 用变质作用和沉积作用中广泛出现的含 钙矿物中。
• 在吸附能力强的粘土、铁-铝-锰沉积物，有机质和铁有机质等沉积物中富铈组稀土等等。
• 正是由于稀土元素作为既很相似、又有所不同的一组 元素，在自然界的地质作用和各种物理化学环境中的 特殊行为，使得有可能根据稀土元素的分离、变化作 为地球化学指示剂，去解释各种成岩成矿过程。
稀土元素丰度表示法
• 在稀土元素地球化学研究工作中，除了用稀土总量和 各单个稀土含量直接列表来表示所研究对象的稀土元 素含量丰度外，常用作图方法形象地表示，这就是所 谓“增田—科里尔（Masuda-Coryell）图解，是由他们 二人分别提出的。
• 由于电离势低，稀土元素呈明显碱性。 其碱度处于Mg（OH）2和Al（OH）3之间， 这是稀土元素广泛进入到钙的铝硅酸盐 矿物中的原因。
稀土元素地球化学
• 稀土元素倾向于形成极性键和共价键， 因而具有形成络合物的性质。
•这
存在时，容易形成络合物而迁移。
•尽管稀土元素具有很相近的物理化学性质，由于 电子构型的规则变化、镧系收缩等，各稀土元素 之间仍存在一些性质上的微小不同，造成稀土元 素在自然界中发生某些分离。
稀土元素配分模式
• 3.平坦型（或球粒陨石型） • 丰度曲线呈现近乎水平，既不显示重稀土富集、
稀土元素地球化学
第四章、稀土元素沉积地球化学
• ——陶瓷工业领域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之 中，减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要 用做陶瓷的颜料，由于稀土元素有未充满的4f电 子，可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不 同波长的光，发射每种光区的范围小，导致陶瓷 的颜色更柔和、纯正，色调新颖，光洁度好。如 黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、 黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷 (应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。 • ——电光源工业领域：稀土作为荧光灯的发光材 料，是节能性的光源，特点是光效好、光色好、 寿命长。比白炽灯可节电75—80%。
第四章、稀土元素沉积地球化学
第四章、稀土元素沉积地球化学
•
•
1.什么是稀土元素：
以往由于分析技术水平低，误认为他们在地壳 中很稀少，另外它们一般发现于富集的风化壳上， 呈土状，故名稀土。实际上稀土并不稀，REE （稀土元素）的地壳丰度为0.017%，其中Ce、 La、Nd的丰度比W、Sn、Mo、Pb、Co还高。中 国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰 富。
第四章、稀土元素沉积地球化学
• ——高温超导材料：近几年研究表 明，许多单一稀土氧化物及其某些 混合稀土氧化物是高温超导材料的 重要原料。一旦高温超导材料进入 实用，整个世界将起翻天覆地的变 化。目前，我国在稀土超导材料的 成材研究方面取得了有意义的突破。
第四章、稀土元素沉积地球化学
• 二、河水中的稀土元素
第四章、稀土元素沉积地球化学
• ——精密陶瓷：氧化钇部分稳定的氧化镐是性能十分优异 的结构陶瓷，可制作各种特殊用途的刀剪；可以制作汽车 发动机，因其具有高导热、低膨胀系数、热稳定性能好、 在1 650℃下工作强度不降低，导致发动机马力大、省燃料 等优点。 • ——催化剂：稀土除用于制造石油裂化催化剂外，广泛应 用于很多化学反应，如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于 环己烷脱氢制苯，用LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并 在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。 • 汽车尾气需要将CH、CO氧化，对NOX进行还原处理，以 解决目前城市空气污染问题。稀土元素是汽车尾气净化催 化剂的主要原料。我市化工研究院在这方面有很强的优势， 可推动形成一个汽车尾气净化器产品。
稀土元素地球化学特性及分布规律考核试卷
20.下列哪个稀土元素在陨石中的含量较高？（）
A.镧
B.铕
C.铈
D.钇
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.稀土元素的地球化学特性包括以下哪些？（）
A.分馏效应
B.淋滤效应
C.富集效应
D.稳定效应
2.下列哪些因素影响稀土元素在沉积物中的分布？（）
C.钕
D.镧
17.稀土元素在煤炭中的分布规律与下列哪个因素有关？（）
A.煤炭的成熟度
B.煤炭的硫含量
C.煤炭的挥发分
D.煤炭的灰分
18.下列哪个稀土元素在超基性岩中相对富集？（）
A.镧
B.铕
C.铈
D.钇
19.稀土元素在河流沉积物中的分布规律与下列哪个因素有关？（）
A.河流流速
B.河流径流量
C.河流侵蚀作用
A.过渡元素
B.碱金属
C.稀有气体
D.稀土元素
2.稀土元素地球化学特性中，哪一个特性是指稀土元素在地球化学过程中不易被淋滤迁移？（）
A.分馏效应
B.固定效应
C.富集效应
D.淋滤效应
3.下列哪个稀土元素在地球表面的平均含量最高？（）
A.铕
B.钕
C.铈
D.镧
4.稀土元素的电子排布特点是什么？（）
A.外层电子全满
3.氧化还原状态
4.独立矿物，类质同象替代
5.温度，压力，流体活动
6.递减
7.内蒙古
8.成熟度
9.吸附
10.生物吸收，生物沉淀
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. √
相山铀矿稀土元素地球化学特征
相山铀矿稀土元素地球化学特征
1定义
相山铀矿稀土元素，是一类具有金属特性的元素，包括稀有地球元素紫外线类、微量金属类和铀类等。
因为含量少且分布稀疏，因此也称为稀土元素。
2地球化学特征
相山铀矿稀土元素在地球上具有显著的地球化学特征。
它们在宇宙中和地球上的分布很不平衡，地壳中稀土元素含量比宇宙中要高很多。
稀土元素的原常大致可以分为三大类：1）少量的地壳中的常量；2）受到活动构造的地质流体以及溶岩流运移的核心稀土元素；3）由沉积形成的稠密、重晶石和疏松晶石中的核心稀土元素。
相山铀矿稀土元素具有明显的深层分布特征，在较深层低温地层中含量更高，而在深部复杂的地质岩石中含量更低。
稀土元素在不同的岩石中的比值有规律，岩石组成和富集对稀土元素比值也有一定影响。
稀土元素具有一定的时代特征，它们在以后的一定时期内在某一区域具有一定的变化特征。
3综合分析
相山铀矿稀土元素地球化学特征表明，它们之所以呈聚集态和稀疏态分布是由于外力（特别是物质能量交换）、物化热力作用（组成
岩浆的主要元素）以及构造作用的影响。
另外，良好的地质考察搭配适当的处理方法，有助于更好的识别相山铀矿的稀土元素的垂向成分及在流体活动中的运移转换，从而有利于隐蔽矿体的勘探和发现。
稀土元素地球化学
Sm
0.007 0.05
Eu
0.007 0.05
Dy
0.013 0.15
Er
0.026 0.23
Yb
0.049 0.34
Lu
0.045 0.42
Data from Rollinson (1993).
Cpx Garnet Plag Amph Magnetite
0.031 0.042 0.071 0.29
活动大陆边缘岩浆岩 的稀土元素配分型式
大陆碱性岩浆岩的 稀土元素配分型式
3.2c 岩浆过程的鉴别与模拟计算
F
溶体
源岩含80%橄榄石、 10%斜长石、10% 单斜辉石
源岩
残留体
石榴石二辉橄 榄岩部分熔融
第四部分
微量元素地球化学研究 的主要思路和方法综述
微量元素地球化学研究的主要思路和方法综述
0.056 0.001 0.148 0.544 2
0.092 0.007 0.082 0.843 2
0.230 0.026 0.055 1.340 2
0.445 0.102 0.039 1.804 1
0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1
0.582 1.940 0.023 2.024 1
4.2 元素协变图
22
Al2O3
17
10
MgO
5
12
FeO* 10
5
0 15
10 CaO
5
0
6
Na2O
4
0 4
3
K2O
2
2
1
0
0
45 50 55 60 65 70 75 45 50 55 60 65 70 75
(整理)稀土元素分配型式及地球化学参数的计算
实习一稀土元素分配型式及地球化学参数的计算一、实习目的由于稀土元素的原子结构、原子半径、离子半径及化合价的相似性，导致它们在自然界中常常紧密共生在一起。
因镧系收缩的缘故，使得稀土元素的离子半径从La→Lu逐渐减小，于是在岩浆过程中，这些元素在固相和液相间的分配呈现出明显的规律性变化。
Ce和Eu在自然界具有变价（Ce4+、Eu2+）的特征，Ce 和Eu的相对富集与亏损程度往往反映了特殊的地质背景。
本次实习要求掌握稀土元素的计算和作图方法，理解稀土元素的富集程度、分馏程度的地质意义，掌握Eu的亏损与富集的地质背景。
二、实习内容某地区的岩浆岩种类极为发育（表1—１和表1—２），请画出各岩类的稀土配分曲线图、结合稀土元素参数进行地质过程分析。
两种方法所得到的稀土元素参数表1—1 岩浆岩稀土元素成分表（×10-6）注：１－橄榄苏长岩，２－钾长花岗岩，３－H型花岗岩，４－A型花岗岩，５－石英闪长岩(M型花岗岩)。
稀土元素由某单位等离子光谱方法分析。
表1—2 岩浆岩稀土元素成分表（×10-6）注：表中数据由中子活化方法分析实习一 稀土元素分配型式及地球化学参数的计算一、基本原理稀土元素通常指的是镧系元素的(La 、Ce 、Pr 、Nd 、Pm 、Sm 、Eu 、Gd 、Tb 、Dy 、Ho 、Er 、Tm 、Yb 、Lu ，其中Pm 在自然界无天然同位素)，由于稀土元素的原子结构、原子半径、离子半径（RE 3+变化于0.86Å—1.14Å）及化合价的相似性使得它们在自然界往往紧密共生。
因镧系收缩造成稀土元素的离子半径从La →Lu 逐渐减小，Ce 和Eu 在自然界具有变价（Ce 4+、Eu 2+）的特征，以及介质（岩石、土壤、矿物等）的不同而引起稀土元素在自然界的分离。
为便于研究稀土元素在某介质中的分配型式，必须排除“偶数规则”的影响，最常用的方法是利用球粒陨石丰度值对稀土元素进行标准化。
稀土元素的生物地球化学循环
稀土元素的生物地球化学循环稀土元素是指在自然界中分布较为稀少的元素，存在于哑铃状元素周期表的第三个周期中，包括锕系和镧系元素。
稀土元素具有一系列特殊的物理和化学性质，例如良好的磁性、较高的硬度、较高的熔点、较强的稳定性和良好的电学和光学性能，因此在工业、电子、农业和医学等领域具有广泛的应用前景。
稀土元素的生物地球化学循环对环境和生态系统具有重要的影响，因此深入了解稀土元素的生物地球化学循环机制和影响因素具有重要的研究价值和应用前景。
稀土元素的循环路径稀土元素在自然界中存在于岩矿、土壤、水体和生物体中。
岩矿是稀土元素的主要存储和释放方式，其中以花岗岩、玄武岩、火山岩等构成的深层岩石是稀土元素的主要富集体。
稀土元素在地质过程中的富集主要是由于石榴石、长石、角闪石等矿物对稀土元素的亲和性差异所导致，同时还与流体热液和液态石墨中稀土元素的溶解度有关。
岩矿中的稀土元素在地球化学循环中会随着地质作用的变化而释放，形成稀土元素的物质循环的一个重要环节。
稀土元素在水体中主要以溶液的形式存在，同时也可以附着在悬浮颗粒和底泥中。
水体中稀土元素的浓度受到季节变化和地理位置等因素的影响。
稀土元素也可以被生物体吸收和富集，例如在水生生物体中，稀土元素可以被藻类吸收并进一步富集在微小浮游动物中，形成陆海转换流和沉积作用的一个重要环节。
稀土元素在环境中的循环和生物作用过程是稀土元素生物地球化学循环的重要环节。
显微藻、硅藻、蓝藻和绿藻等水生植物对稀土元素的富集作用已被广泛研究。
例如，国内外研究表明，稀土元素在水生植物中的分布模式受到生物-环境因素的共同影响。
与其他营养元素相比，稀土元素在生物有机体中的含量较低，但仍然起到了重要的生物作用和环境影响作用。
稀土元素的生物作用和环境影响主要包括以下几个方面。
首先，稀土元素在光合作用、呼吸作用、有机物合成和能量转化等方面具有生物催化作用，对生物体代谢活动的调节具有重要作用。
其次，稀土元素的不同含量对水生生物的生长、繁殖和寿命等具有影响。
稀土元素地球化学
稀土元素地球化学
稀土元素地球化学的一个研究领域。
通过研究地质体中稀土元素的组成特点，来探讨岩石、矿床形成条件以及地球、月球、陨石等的形成和演化过程。
稀土元素(REE或TR)是指元素周期表中57号到71号的镧系元素和39号元素钇。
从镧到铕为铈组（轻稀土），从钆到镥及钇为钇组（重稀土）。
地壳中稀土元素的丰度为0.34～31ppm,总量为112ppm。
稀土元素在陨石、月球、地球各种岩石中的分布有如下规律。
①在岩浆岩中,从超基性岩→基性岩→中性岩→酸性岩→碱性岩,稀土元素总含量增加。
基性、超基性岩相对富含重稀土，酸性岩，尤其是碱性岩富含轻稀土。
②在沉积岩中，以泥质岩石（如页岩）稀土含量最高，碳酸盐类（如石灰岩）稀土含量最低。
③稀土元素在地壳中的分布不均匀。
太古宙地壳稀土组成相当于英云闪长岩，太古宙后地壳相当于花岗闪长岩。
大陆地壳稀土元素总量高，相对富轻稀土;大洋地壳稀土元素含量较低,相对富重稀土。
上地壳稀土元素含量高，相对富含轻稀土；下地壳稀土含量低，相对富含重稀土。
④地球的稀土元素丰度与球粒陨石相似，原始地幔的稀土元素含量约为普通球粒陨石的1.9～2.6倍。
⑤稀土元素在月表各种岩石中的含量相当于地球的3～10倍。
克里普岩（一种富钾、稀土和磷的岩石）稀土总含量达500ppm以上。
⑥球粒陨石稀土元素总含量为数个ppm,铁陨石。
稀土元素含量最低。
⑦河水、海水中稀土元素含量很低，总量低于1ppm，重稀土含量高于轻稀土。
稀土元素的地球化学循环和应用
稀土元素的地球化学循环和应用地球化学循环是指地球物质在自然界中的不同环境下通过物理、化学作用发生转化和重新分配的过程，是地球物质演化史的基础。
稀土元素是指元素周期表中21号元素镧到71号元素镥之间的元素，共17种，它们在地球化学循环中扮演着重要的角色。
本篇文章将分别从稀土元素的地球化学循环和应用两个方面进行探讨。
稀土元素的地球化学循环稀土元素是构成地壳建盏的重要元素之一，同时也广泛分布于大气、水体和生物体内。
它们与地球化学循环的关联主要表现在以下三个方面。
1. 稀土元素的地球化学循环与地壳物质的形成有关。
地球形成过程中，由于密度差异，大量铁、镍、铂等金属向地心集中，然而稀土元素相对轻薄，散布于上地壳和地幔的表层部分，因此稀土元素含量比地球内部普通介质要高。
此外，火山作用、岩石侵入作用等也是地壳稀土元素的重要来源。
2. 稀土元素参与了海水与陆地之间的质量交换。
海水和大气中均含有稀土元素，其中海洋中稀土元素含量虽不高却非常均衡，这是海洋环境化学研究中稀土元素特殊研究的原因之一。
当陆地上的水体通过风化和流水作用进入海洋中，其中的稀土元素就被抬升到海洋表层，形成稀土海水岩以及稀土淤泥等沉积岩石。
3. 稀土元素与生物体的生长和代谢密切相关。
稀土元素在生态系统中多存在于植物和水生生物体内，它与其他元素一起参与了植物光合作用、呼吸作用、蛋白质合成等过程。
稀土元素的生物循环对生态系统稳定性和可持续发展具有重要意义。
稀土元素的应用稀土元素因其独特的物化性质和广泛的应用前景，被誉为“未来化工原材料百科全书”。
稀土元素的应用分为以下四个方面。
1. 稀土元素在冶金工业中的应用。
稀土元素在冶金行业中广泛应用，特别是在钢铁、有色金属、稀有金属材料等领域具有重要作用。
稀土元素可以改善金属材料的力学性能和化学稳定性，提高材料的高温性能和防腐蚀能力。
2. 稀土元素在电子行业中的应用。
稀土元素的光电性能和磁性能让它成为电子行业中的重要材料之一。
稀土元素地球化学
La
2. 稀土元素的分组
Ce
Pr
2.1 二分法
Nd
Pm
1）轻稀土元素 (LREE，ΣCe族稀土)
Sm
Eu
从La到Eu7个元素
Gd
Tb
2）重稀土元素 (HREE ，ΣY族稀土)
Dy
从Gd到Lu+Y 9个元素
Ho
Er
Tm
Yb
Y
La
2. 稀土元素的分组
Ce
2.2 三分法
Pr
Nd
1）轻稀土元素 (LREE)
全部的REE均显示稳定的正3价状态
2. 稀土元素的离子价态
Eu：[Xe]4f76s2 Eu2+ Yb：[Xe]4f146s2 Yb2+
Ce：[Xe]4f15d16s2 Ce4+
Tb：[Xe]4f96s2
Tb4+
第三节 稀土元素地球化学
一、稀土元素的主要性质
（一）稀土元素及其分组
La-Lu+Y, LREE,HREE,MREE
第三节 稀土元素地球化学
一、稀土元素的主要性质
（一）稀土元素及其分组
La-Lu+Y, LREE,HREE,MREE
（二）稀土元素的性质
1 电子构型 2 离子价态 3 离子半径 4 稀土元素的元素置换 5 稀土元素的分配系数
5. 稀土元素的分配系数
1）特定矿物REE分 配系数的模式一 般不变，数值上 看，富硅体系一 般高于基性体系。
一、稀土元素的主要性质
（一）稀土元素及其分组
La-Lu+Y, LREE,HREE,MREE
（二）稀土元素的性质
第三节 稀土元素地球化学
稀土元素地球化学全解
第五章 稀土元素地球化学
稀有元素类型的划分
•主体稀有元素：Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、Zr、Hf （8个亲石元素）
•Li—氢弹材料、宇航固体燃料添加剂
•Be—航天工业；Nb、Ta—钢铁工业 •稀土元素：镧系元素+Y •分散元素：In、Ga、Ge、Cd、Se、Te、Tl、Re、Sc （主要是亲硫元素） In2O3—液晶显示器
第五章 稀土元素地球化学
（2）二个变价元素及其形成条件：Eu4f7最稳定，它 仅失去6s层上两个电子，呈Eu2+（Eu3+）， Eu3++e还原为Eu2+，Eh0 = - 0.43伏特。 由于Eu2+与Ca2+晶体化学性质相似，往往可以使 Eu2+脱离REE3+整体，而单独活动，这样在岩浆早期富 Ca2+的环境中，斜长石一般含较高的Eu2+，形成斜长 石的“正铕异常”。 Ce正好相反，具有最不稳定的4f2电子充填，除 f2上二个电子，还有6s2二个电子都可丢失，故呈Ce4+ （Ce3+）， 在强氧化条件下，Ce3+氧化为Ce4+， Ce4+与REE3+ 整体脱离，形成所谓的“负铈异d的丰度比W、
第五章 稀土元素地球化学
中国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰富 。
我国内蒙白云鄂博稀土矿
第五章 稀土元素地球化学
稀土元素氧化物是一种含量稀少的不溶氧 化物，于是便得名rare earth element（REE）。 此外，TR=terres rares 在拉丁文里也代表稀 土元素。
4f 5d 6s 4f9 6s2 10 2 4f 6s 11 2 4f 6s 4f12 6s2 4f13 6s2 14 2 4f 6s 14 1 2 4f 5d 6s
地球化学中的稀土元素分析技术
地球化学中的稀土元素分析技术稀土元素是指具有相似的化学性质、在地壳中含量很少、通常需要用高级化学分离技术才能获取的一组元素，共有17种，包括镧、铈、镨、钕、钷、铕、钡、铽、钇、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钆和铽等。
稀土元素在地球化学、地球化学勘探、冶金、环境科学等领域有广泛的应用，例如用于地球化学勘探中的矿物探测、冶金工业中的特种合金制备、环境科学中的废水处理等。
因此，稀土元素分析技术的研究和应用对于上述领域的发展具有重要的意义。
稀土元素分析技术的发展历程自20世纪初以来，稀土元素分析技术经历了多次重要的发展。
20世纪50年代，原子吸收光谱（AAS）技术开始用于稀土元素分析；60年代，红外光谱（IR）和紫外光谱（UV）技术在稀土元素分析中得到了广泛应用。
90年代以来，随着高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术的崛起，稀土元素分析技术得到了极大的提升。
HPLC高效液相色谱（HPLC）是指将流动相压缩到高压下进行液相色谱分离。
HPLC技术可以实现对复杂的稀土元素样品进行精确的分析，具有分离效率高、分离速度快的优点。
同时，HPLC技术还能够配合荧光检测器对稀土元素进行定量分析，因此逐渐成为稀土元素分析的主流技术之一。
GC-MS气相色谱-质谱联用（GC-MS）是一种将气态物质进行分离和检测的分析技术。
GC-MS技术以其高分辨率、高灵敏度和高专属性等特点，在稀土元素分析领域中得到了广泛应用。
与传统的AAS技术相比，GC-MS技术可以对大多数稀土元素进行分析，并具有更高的灵敏度和分离能力。
ICP-MS电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是一种将离子源与质谱分析相结合的分析技术，广泛用于稀土元素分析和其他元素的定量分析。
ICP-MS技术具有灵敏度高、精度高、工作范围广等特点，并可以对各种不同的样品类型进行分析。
相比其他技术，ICP-MS技术在稀土元素分析中更能够达到高精度和准确度的要求。
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La Ce Pr N d
S m E u G d T b D y H o E rT mY b L u
岩石/球粒陨石
岩石/球粒陨石
Eu亏损型
锰结核
海水
La Ce Pr N d S m E u G d T b D y H o E rT mY b L u
La Ce Pr N d
S m E u G d T b D y H o E rT mY b L u
SiO 2
wt. %
4.3元素比值及其变化 K/Rb 经常用来指示岩浆体系中角闪石的作用
– K和Rb行为相似，所以K/Rb一般变化很小 – 但是，如果角闪石存在，情况就改变了 – 在角闪石和溶体的平衡体系中，K的分配 系数约为1，Rb的分配系数约为0.3
Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks
Opx 0.022 0.040 0.013 5 10 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.15 0.23 0.34 0.42
Cpx Garnet 0.031 0.042 0.060 0.012 0.026 0.023 7 0.955 34 1.345 0.056 0.001 0.092 0.007 0.230 0.026 0.445 0.102 0.474 0.243 0.582 1.940 0.583 4.700 0.542 6.167 0.506 6.950
O liv in e Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu 0 .0 0 6 0 .0 1 0 .0 0 6 14 2 .1 O px 0 .0 2 0 .0 1 0 .1 2 5 10 0 .0 2 0 .0 2 0 .0 5 0 .0 5 0 .0 5 0 .0 5 0 .3 1 0 .3 4 0 .1 1
Rb Sr Ba Ni Cr La Ce Nd Sm Eu Dy Er Yb Lu Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks Olivine 0.010 0.014 0.010 14 0.70 0.007 0.006 0.006 0.007 0.007 0.013 0.026 0.049 0.045 Opx 0.022 0.040 0.013 5 10 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.15 0.23 0.34 0.42 Cpx Garnet 0.031 0.042 0.060 0.012 0.026 0.023 7 0.955 34 1.345 0.056 0.001 0.092 0.007 0.230 0.026 0.445 0.102 0.474 0.243 0.582 1.940 0.583 4.700 0.542 6.167 0.506 6.950 Plag Amph Magnetite 0.071 0.29 1.830 0.46 0.23 0.42 0.01 6.8 29 0.01 2.00 7.4 0.148 0.544 2 0.082 0.843 2 0.055 1.340 2 0.039 1.804 1 0.1/1.5* 1.557 1 0.023 2.024 1 0.020 1.740 1.5 0.023 1.642 1.4 0.019 1.563
P la g 0 .1 1 .8 0 .2 3 0 .0 1 10 0 .1 4 0 .1 4 0 .0 8 0 .0 8 0 .1 /1 .5 * 0 .0 3 0 .0 8 0 .0 7 0 .0 8
Am ph 0 .3 0 .5 7 0 .3 1 3 1 .6 0 .2 7 0 .3 4 0 .1 9 0 .9 1 1 .0 1 1 .4 0 .4 8 0 .9 7 0 .8 9
4.2 元素协变图
22 10
Al2O3
17 5
MgO
12
0 15
FeO* 10
5
10
CaO
5
0
0 4
6
Na2O
4 2 0 45
3 2 1 0 75
K2O5055ຫໍສະໝຸດ 606570
75 45
50
55
60
65
70
SiO2
SiO2
300
Ni
200
100
ppm
0 300
Zr
200
100
0 40
50
60
70
80
4. REE可形成的独立矿物主要有： 独居石 (Ce,La,Nd,Th)PO4 磷钇矿 YPO4
5. LREE一般富集在配位数高的矿物中，如PL、Cpx、Kf HREE一般富集在配位数低的矿物中，如Grt、Zr、Ol、Opx 6. LREE一般富集在含Ca、K、Th、Sr的矿物中 HREE一般富集在含Fe、Mn、Sc、Zr、U的矿物中 7. LREE一般富集在吸附能力强的沉积物中，如粘土、有机物 HREE一般富集在络合能力强的高温热液体系中，如伟晶岩
th Elements
4.4 亏损与富集
石榴石强烈富集HREE，斜长石富集Eu 在部分熔融过程中，如果源区的残留相中有石榴石， 则部分熔融形成的溶体具有陡倾的REE配分型式，亏 损HREE。 T a b l e 9 -1 . P a rt it io n C o e ffic ie n t s fo r s o m e c o m m o n ly u s e d 如果源区的残留相中有斜长石，则部分熔融形成的溶 tr a c e e l e m e n ts i n b a s a l ti c a n d a n d e s i ti c r o c k s 体亏损Eu，显示Eu负异常。
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 微量元素的活动性和变质作用对微量元素组成的影响 元素协变图 元素比值及其变化 亏损与富集 元素变化矢量图 标准化图，稀土元素的配分和多离子配分图 构造判别图 地质过程的模拟计算 剖面图
4.1 微量元素的活动性和变质作用对微量元素组成的影响
活动大陆边缘岩浆岩 的稀土元素配分型式
大陆碱性岩浆岩的 稀土元素配分型式
3.2c 岩浆过程的鉴别与模拟计算
F
溶体
源岩含80%橄榄石、 10%斜长石、10% 单斜辉石
源岩
残留体
石榴石二辉橄 榄岩部分熔融
第四部分 微量元素地球化学研究 的主要思路和方法综述
微量元素地球化学研究的主要思路和方法综述
第三部分 稀土元素地球化学
3.1 稀土元素的基本地球化学性质 3.2 稀土元素在岩石和矿物中的分布 3.3 稀土元素的地球化学应用
3.2 稀土元素在岩石和矿物中的赋存和分布
1. 地球上，REE的丰度并不低，也不稀，比许多贵金属高； 2. 一般说来，REE倾向于富集于含Ca的矿物中 3. 超基性岩基性岩中性岩中酸性岩酸性岩碱性岩 在岩石的上述变化序列中，稀土元素总量升高；超基性岩相 对富集HREE，而碱性岩相对富集LREE
* Eu3+/Eu2+ Italics are estimated
Data from Rollinson (1993).
Rare Earth Elements
Ni/Cr比值 • Ni强烈倾向于进入橄榄石 > 单斜辉石 > 斜方辉石 • Cr强烈倾向于进入单斜辉石 > 斜方辉石 » 橄榄石 • Ni/Cr可以用来区分部分熔融和结晶分异过程中橄 榄石和辉石的相对影响
R a r e E a r t h E le m e n t s
0 .0 0 7 0 .0 0 9 0 .0 0 9 0 .0 0 9 0 .0 0 8 0 .0 1 0 .0 1 3 0 .0 1 4 0 .0 1 6
d a ta f r o m H e n d e r s o n ( 1 9 8 2 )
* Eu3+/Eu2+ Italics are estimated
Data from Rollinson (1993).
Rare Earth Elements
Sr/Ba比值
Sr倾向于进入斜长石，此外难以进入其他主要造岩矿物 Ba倾向于进入钾长石，此外难以进入其他主要造岩矿物
如果Pl结晶： 堆晶相中Sr/Ba高 残浆中 Sr/Ba低 如果Kf结晶： 堆晶相中Sr/Ba低 残浆中 Sr/Ba高
* Eu
3+
Cpx 0 .0 4 0 .1 4 0 .0 7 2 .6 8 .4 0 .0 8 0 .3 4 0 .6 0 .9 0 .9 1 1 0 .2 0 .8 2
/Eu
2+
Ga r n e t 0 .0 0 1 0 .0 0 1 0 .0 0 2 0 .4 0 .1 7 0 .0 5 0 .0 5 0 .0 7 0 .0 6 0 .9 5 .6 18 30 35
MORB的稀土元素配分型式
岩石/球粒陨石
MORB的稀土元素配分型式
岩石/球粒陨石
岩石/球粒陨石
典型地壳的稀土元素配分型式
典型岛弧火山岩的 稀土元素配分型式
–同一岩浆系列的REE配分型 式相似，高度不同，起因于 Ol, Plag, Pyx结晶分离作用 – 岛弧岩浆系列起源于不均一 的地幔源区 – HREE 平坦，源区无石榴石
Ita l i c s a r e e s tim a te d
10.00
8.00
67% Ol
17% Opx
17% Cpx
sample/chondrite