第四章 稀土元素地球化学

变价的Ce和Eu
REE离子半径
+3价
稀土元素+3价阳离子(REE3+)的半径及其随原子序数增 加发生的半径收缩现象(镧系收缩)
2、稀土元素的数据表达
11
Log (Abundance in CI Chondritic Meteorite)
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 0
REE的亲和性、键性及价态

REE在任何地质体中都倾向于成组出现，他们具有 亲石性（亲氧性），属于高度不相容元素。但在一 些副矿物（如锆石、磷灰石和独居石等）中会发生 富集。

REE是强的正电性元素，在结合性质上以离子键性 质为主，只含有极少的共价成分。 REE最外层的电子构型相同，易失去6s亚层上的两 个电子，然后丢失1个5d(或4f)电子(5d或4f电子 在能量上接近6s电子)。因此，REE大都呈+3价， 但Ce和Eu有变价。
58
60
66
64
57
62
68
70
59 63 65 69 71 67
10
Concentration (ppm)
1
0.1 La
Ce
Nd Eu Tb Ho Tm Lu Pr Sm Gd Dy Er Yb
100
Chondrite-Normalized Value
10
1 La
Ce
Nd Eu Tb Ho Tm Lu Pr Sm Gd Dy Er Yb
标准化后的重要参数
2） 轻、重稀土元素的比值
比值=LREE/HREE
由于HREE和LREE在岩浆作 用过程的相容性程度不同，该 比值实际上反映了岩浆岩样品 在结晶作用过程 中所代表的岩 浆结晶分异的程度，因而可为 判别岩浆早期结晶矿物的特征 或对岩浆残余源岩的REE组成 等的分析提供判断的依据。
Σ LREE/Σ HREE
REE数据表示需要标准化
1. 曾田－科里尔（Masuda-Coryell）图解, 以球粒陨石作为标准化数据. 2. 以某一参照物质作为标准化数据,例如用 球粒陨石、原始地幔、MORB等，能够清 楚地显示不同矿物间REE的分异程度。
稀土组成图具体作法
1.将样品含量(ppm)分别除以球粒陨石(或 者其他数据，如MORB)，得到标准化后 数据； 2.14元素按照原子序数排列作为横坐标（ 注意没有Pm和Y）；
(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。
稀土元素 REE
(Rare Earth Elements)
57-71号：15个元素 La,Ce,Pr,Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
145Pm、146Pm和147Pm的半衰期
分别为17.7、5.55和2.6234年
稀土元素的共性：
(1)它们的原子结构相似
H He C Ne MgSi Fe N S Ar Ca Ni Na Ti AlP K F Cl V B Sc O
偶 奇
来自百度文库Sn Ba
Li
REE
60 70
Pt Pb Th U
100
Be
10
20
30
40
50
80
90
Atomic Number (Z)
太阳系元素丰度中的Oddo-Harkins 效应（或奇偶效应）。
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。
原始岩浆成分演化过程中 REE的分馏特征
3） 稀土元素之间的比值
（1） (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N
(下标N表示为标准化后的比值)
这些是轻、重稀土元素分别对球粒陨石标准化后比值。它们均能反 映 REE 球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和HREE的分异程度。
Mineral
Whole rock
Zong et al. 2010, Lithos
锆石
Zong et al. 2010, Chemical Geology
锆石
Zong et al. 2010, Chemical Geology
Eu异常产生原因
不同矿物具有不同的REE分配系数，斜长 石对Eu的分配系数远远大于其它REE，在 各类岩浆岩中Eu异常的产生常与斜长石 的结晶有关，如在岩浆分离结晶过程中， 斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形 成明显负异常。
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.
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)
（2） (La/Sm)N、(Gd/Lu)N
能对LREE和HREE内部分馏程度提供信息。 例如(La/Sm)N比值越大反映 LREE越富集。
孙贤术等据此将洋中脊玄武岩划分为三种类型：
（La/Sm）N＞1 为P型，即富集型，即地幔热柱或异常型； （La/Sm）N≈1为T型，即过渡型；
（La/Sm）N＜1为N型，即正常型，对应的REE分布型式为亏损型。