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

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。

这里向大家推荐W.V .Boynton(1984)提出的球粒陨石丰度值（×10-6）：

La 0.31；Ce 0.808；Pr 0.122；Nd 0.6；Sm 0.195；Eu 0.0735；Gd 0.259；Tb 0.047；Dy 0.322；Ho 0.0718；Er 0.21；Tm 0.0324；Yb 0.209；Lu 0.0322。

1.计算球粒陨石标准化有关的稀土元素地球化学参数

N RE RE RE = 式中

RE ——某稀土元素的丰度；

RE N ——某稀土元素轻球粒陨石标准化以后的丰度；

RE 0——某稀土元素的球粒陨石丰度值。

)Pr (La 2

1Ce *Ce Ce Ce N N N N +==δN N N Pr La 2Ce += 式中：Ce δ——铈异常系数；

Ce*——铈的理想值。

)Gd (Sm 2

1Eu *Eu Eu Eu N N N N +==δN N N Gd Sm 2Eu += Eu δ——铕异常系数；Eu*——铕的理想值。

,Yb La Yb La N N N =⎪⎭⎫ ⎝⎛ ,Sm La Sm La N N N =⎪⎭⎫ ⎝⎛ N

N N Nd Sm Nd Sm =⎪⎭⎫ ⎝⎛。 ,Sm La ,Yb La N N ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛ N

Nd Sm ⎪⎭⎫ ⎝⎛分别反映了稀土元素、轻稀土元素和中稀土元素的富集程度和分馏程度。

2.计算稀土元素总量

REE 代表从La 到Lu 共14个稀土元素含量的总和。

LREE 代表La 、Ce 、Pr 、Nd 、Sm 和Eu 六个稀土元素含量的总和（即轻稀土元素总量）。

HREE 代表从Gd 到Lu 8个重稀土元素含量之总和。

LREE/HREE 代表轻稀土元素总量与重稀土元素总量的比值。

3.估算未测稀土元素的丰度

有些测试方法并不能测全所有的稀土元素，如中子活化法通常只能测出La 、Ce 、Nd 、Sm 、Eu 、Tb 、Yb 和Lu 8个元素。根据稀土元素往往服从对数正态分布的特点，以及在球粒陨石标准化稀土元素分配图（对数座标）上近于直线分布等规律，可以用下式估算未测稀土元素的丰度：

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=-0.8N 0.2N N 0.6

N 0.4N N

4.0N 0.6N N 0.2N 0.8N N 0.2N 1.2N N 3

/2N 1/3N )

(Yb )(T b T m )(T b )(T b Er )

(Yb )T b (Ho )(Yb )(T b Dy )

(Yb )(T b Gd )(Nd )La (Pr N 二、步骤

1.输入原始数据

设有n 个样品，每个样品有m 个元素（m=8或m=14），X ij 为第i 个样品第j 个稀土元素，S i 为第i 个样品的样号。数据输入型式为：

nm

1

m n n2n1n 2m 1

m 2222121m 1

m 112111x x x x S x x x x S x x x x S ---

，，， 2.调用程序 本程序为BASIC 语言编写，首先运行QBASIC ·EXE 文件，然后利用菜单打开 “REE ·BAS ”文件并运行（RUN ）该程序。

（1）输入内容

① number of the sample (样品数)

② select the way of inpution 1=8 etements 2=14 elements (选择输入方式 ：8个元素输1，14个元素则输入2)

③ data filename （输入原始数据文件名）

④ do you print the data y/n （数据是否存盘y/n ）

⑤ input data filename for outpution （输出文件名，不存盘无此项）

⑥ input the length of the one unit (mm) dx=8—11, dy=15—30）。（图形大小控制参数，两个元素间的间距为dx ，每一个对数作图单位间的实际距离为dy 毫米）

⑦ do you write the figure y/n （屏幕图形是否存盘y/n ）

⑧ enter the name of memary image file （输入图形文件名，图形不存盘无此项）

⑨ do you figure again y/n （是否重选制图参数再画图）

（2）输出内容：

① 屏幕上输出稀土元素配分型式图（彩色），可以把此图形拷贝到剪贴板上（使用Print Screen 键）并粘贴到“画图”程序中供进一步修改。

② 文件输出表1、表2和表3。

表1 稀土元素含量表

表 2 球粒陨石标准化稀土元素丰度表 （本表中数据可以提供给Golden Software Grapher ，Microsoft Excel 等软件，以便画出更美观图形）

表3 稀土元素地球化学参数表