微量元素地球化学1 (2)

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； ➢为人类提供充足资和良好生存环境等方面
♣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
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。
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
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。
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’.
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.
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
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。
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)
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
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
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
➢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
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
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
☻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
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
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。
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
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)
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