微量元素地球化学1 (2)

③ 物理化学液体理论/热力学定义
根据元素在所研究的地球化学体系中
的浓度低到可以近似服从稀溶液定律 （亨利定律）的范围，则称该元素为微 量元素。
♣④ 目前一致认识
➢微量元素以低含量为特征，其在样品中
的浓度常用10－6和10－9作其单位。
➢由于在体系中的稀浓度，往往不能形成
独立矿物相，而只能以次要组分容纳在 其它主要组分所形成的固溶体、熔体或 溶液中。
For most silicate rocks, O, Si, Al, Na, Mg, Ca, and Fe are ‘major elements’. H, C, S, K, P, Ti, Cr, and Mn are sometimes ‘major elements’ in the sense that they can be stoichiometric constituents of phases. These are often referred to as ‘minor elements’.
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
K Ca Sc Ti V Cr M n Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
②广泛应用到地质作用中
♣微量元素可以作为地质-地球化学过程
的示踪剂；
➢微量元素可以作为地质—地球化学作用的示
踪剂，其特色之处就是能近似定量地解决问 题，使实际资料与模型设计结合起来。
➢解决当代地球科学的基础理论问题—如天体、
地球、生命和元素的起源；
➢示踪地球演化过程中的灾害事件； ➢成岩-成矿物质来源方面发挥着重要的作用； ➢为人类提供充足资源和良好生存环境等方面
Just 6 elements, oxygen, magnesium, silicon, iron, aluminum, and calcium make up 99.1% of the silicate Earth. If we include the core and consider the composition of the entire Earth, then only nickel, and perhaps sulfur, need be added to this list. The remaining elements, though sometimes locally concentrated (e.g., in the crust, in the hydrosphere, in ores) can be considered trace elements.
Байду номын сангаас
➢② 随研究对象而变化 ➢③ Neither affect the chemical or physical
properties of the system as a whole to a
significant extent.
➢④ For our present purposes, any of these definitions
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
R b Sr Y Zr N b M o T c R u R h P d A g C d In Sn Sb T e I X e
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
➢在交代和蚀变过程中常留在残留固相中的元
素，
➢如Nb, Ta, Zr, Ti等。
♣ 定量模型细化解释
5.1.2 微量元素在共存相间的分配
在一定的环境（物理化学条件）中，一切自 然作用体系均趋向于平衡，当达到平衡时
微量元素分配的微观理论—只是定性地说明问题 二十世纪三十年代的戈尔德施密特类质同像法则 五十年代林氏电负性法则 六十年代用晶体场理论讨论过渡族元素的分配规律 七十年代用分子轨道学说对共价键性质化合物元素分
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm M d No Lw
微量元素的简单分类
1. 不相容元素 (incompatible elements）
➢包括大离子亲石元素（K，Rb，Sr，Ba，
Cs等）；
➢高场强元素（high field strength (HFS)
配的解释
八十年代引入了量子力学，量子化学观点……
5.1.2 微量元素在共存相间的分配★
1 亨利定律 2 能斯特定律 3 总分配系数（D’）
1 亨利定律
亨利定律即稀溶液定律 ➢公式表示：
a=Khb
➢前提条件：为b→0，且温度和压力固定 ➢a是活度；b是摩尔浓度 ➢Kh为比例常数，称为亨利常数，它代表在高
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm M d No Lw
微量元素地球化学任务及意义
①基础资料积累 微量元素地球化学是研究微量元素在地球
及其子系统中的分布、化学作用及化学演 化的科学。它根据系统的特征和微量元素 的特性，阐明它们在地球系统中的分布、 分配、在自然体系中的性状、在自然界的 迁移和演化历史。
度稀释时溶质的活度系数与组分浓度无关， 受P、T及体系的性质控制。
2 能斯特定律
B C N O F Ne
11 12
Na Mg
13 14 51 16 17 18
Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
K Ca Sc Ti V Cr M n Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
② 20世纪70年代起
微量元素地球化学的研究从定性向定量，从微 观向宏观发展，进入了建立定量理论模型的阶 段。 微量元素地球化学的研究几乎涉及地学的所有 领域，如地幔不均一性、古构造环境的判别恢 复、成岩成矿物质来源的示踪、全球及局部环 境变化/演化的研究等。
第5章 微量元素地球化学
♣5.1 基本概念和理论 ♣5.2 岩浆作用过程中微量元素分配演化的
elements）（Th， Nb，Ta，P，Zr，Hf， HREE等）， D<1
♣相容元素（compatible elements)
➢如Co，Ni， Cr等， D=Cs/Cl>1
2. 活动性元素 （Mobile elements)
➢易溶于水，
➢如K, Rb, Ba, Cs 等。
♣ 不活动性元素 （Immobile elements)
注意点
① 微量元素的相对性：
Potassium（钾）never forms its own phase in mid-ocean ridge basalts (MORB), its concentration rarely exceeding 1500 ppm; but K is certainly not a trace element in granites。
♣绪论：地球化学基本问题/任务
❖ 1、地球系统中元素及其同位素的组成； ❖ 2、元素的共生组合和赋存形式； ❖ 3、元素的迁移和循环； ❖ 4、地球的历史和演化； ❖ 5、应用地球化学研究；
♣ 第一章 太阳系和地球系统元素组成 ♣ 第二章 元素结合规律和赋存形式 ♣ 第三章 热力学
♣第四章 微量元素
定量模型
♣5.3 稀土元素地球化学 ♣5.4 微量元素地球化学示踪作用
5.1 基本理论
♣5.1.1 微量元素的概念 ♣5.1.2 微量元素在共存相间的分配 ♣5.1.3 分配系数的测定及其影响因素 ♣5.1.4 分配系数应用
5.1.1 微量元素的概念
➢1 什么叫微量元素?
♣①微量（minor）或痕量（trace）元素是
一个相对概念，常常相对于地壳主量元 素来说的。
♣通常将自然体系中含量低于0.1%的元素
称为微量元素，也叫痕迹元素。
♣以分散性和低含量为特点。
② Gast（1968）定义
➢体系中不作为任何相的主要化学组分
存在的元素，即该元素既不能形成独立 矿物相，也不是某矿物相的主要组成部
分。只能以次要组分容纳于其它主要组 分形成的矿物固溶体中。
87 88 89 90 91 92
Fr Ra Ac Th Po U
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
正发挥着重要作用。
洛川M/G界限附近He异常 陨石撞击——Ir 研究认为是宇宙尘加入所致
微量元素地球化学的发展历史
微量元素地球化学经历了2个主要发展时期
➢① 20世纪60年代以前
从微观的角度来认识微量元素的分布及
其在自然界的结合规律，主要通过元素的原子、
离子半径，电荷、极化性质和电负性等特性，研究微 量元素在地球各系统及不同矿物、岩石中的分配和分 布。
C s B a La H f T a W R e O s Ir P t A u H g T l P b B i P o A t R n
87 88 89 90 91 92
Fr Ra Ac Th Po U
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
3. 微量元素分类
李昌年《火成岩微量元素岩石学》
ⅠA ⅡA
钇和稀土元素
ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅥA 0
1
H
3 4 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
Li Be
2
He
Ⅷ
Ⅰ B Ⅱ B 5 6 7 8 9 10
B C N O F Ne
11 12
Na Mg
13 14 51 16 17 18
Al Si P S Cl Ar
might do, but bear in mind that a trace element in one
system need not be a trace element in another
2 微量元素存在形式
➢① 以类质同象形式占据矿物晶格 ➢② 矿物包裹体 ➢③ 吸附于矿物表面或以杂质形式存在于矿
☻地 球：
Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>A1>Co>Na
♣地 壳： ♣O>Si>A1>Fe> Ca> Na>K>Mg>Ti>H，
P和Mn，
ⅠA ⅡA
钇和稀土元素
ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅥA 0
1
H
3 4 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
Li Be
2
He
Ⅷ
Ⅰ B Ⅱ B 5 6 7 8 9 10
物晶体缺陷的间隙内。
♣其中类质同像是主要存在形式。
♣地壳主要由O、Si、A1、Fe、Ca、Na、K、Mg、
Ti、H、P和Mn，这十二种元素组成，其它八十 多种元素占地壳总重不到1%，也叫微量元素， 一般不形成独立矿物相。
♣但是微量元素在少数情况下也能形成独立矿物，
在其中成为主要组分，如锆石（ZrSiO4）中的 Zr（岩浆岩和矿物定年重要矿物），铬铁矿 （FeCr2O4）中的Cr，以及独居石（Ce，La） PO4中的Ce和La等。
R b Sr Y Zr N b M o T c R u R h P d A g C d In Sn Sb T e I X e
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
C s B a L a H f T a W R e O s Ir P t A u H g T l P b B i P o A t R n
All the remaining elements are always trace elements, with the exception of a few rare, but important, circumstances such as pegmatites and ore deposits.