中国地质大学(北京)地球化学复习题第四章

微量元素:将各种地质体系中呈微量或痕量(<0.1wt%)的元素称为痕量或微量元素。

严格定义：只要元素在所研究的客体(地质体，岩石，矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为， 即可称为微量元素。

Major elements （主量或常量元素）：大多数地质物质中含量大于0.1%的元素： O ，Si ，Al ，Fe ，Ca ， Na ， K ， Mg 。造岩矿物的基本组成。 用氧化物质量百分比表示。

Minor elements （少量元素）：不太丰富的主量元素: Ti ， Mn ， P 等。

常量元素：SiO 2、TiO 2、Al 2O 3、TFe 2O 3、FeO 、MnO 、MgO 、

CaO 、Na 2O 、K 2O 、P 2O 5、烧失量；

Trace elements （微量或微迹元素）: 大多数地质作用中含量小于0.1%的元素。 除主量和少量(总重量丰度占99%左右)以外呈微量或痕量(<0.1wt%)的元素。

相容元素(Compatible elements): 岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱矿物相的微量元素； 不相容元素(Incompatible elements): 岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱熔体或溶液相的微量元素。 也称为亲岩浆元素(hygromagmatophile)

高场强元素(high field strength elements-HFSE): 离子半径小的高电荷阳离子 (离子电位>3.0)。 Zr ， Hf ， Nb ， Ta ， Th ， U ， Ti ， REE 。

低场强元素(low field strength elements-LHSE): 离子半径大的低电荷阳离子(离子电位<3.0)。 又称大离子亲石元素(large ion lithophile elements-LILE)。如K ， Rb ， Cs ， Sr ， Ba 。 此组元素更活泼， 特别在涉及流体相的体系中。

场强:微量元素离子电荷/离子半径比值称为场强(field strength)。指阳离子每单位表面积的静电荷，也称为离子电位， 即离子在化学反应中吸引价电子的能力

能斯特分配定律：在给定溶质、溶剂及温度和压力下， 微量元素i 在两相间的浓度比值为常数K D ，它与温度和压力有关， 与i 的浓度无关(在一定浓度范围内)。 两相中的浓度比值就是能斯特分配系数。 只适用于稀溶液或微量元素的分配。

总分配系数 D ＝ n 为含元素i 的矿物数， W i 为每种矿物在集合体中所占的重量百分数， K Di 为元素在每种矿物与熔体间的简单分配系数。

某体系i 元素的总分配系数D 为元素i 在所有矿物中的简单分配系数加权和。

复合分配系数：亦称变换分配系数，或亨德森分配系数，它既考虑微量元素在两相中的比例，也考虑与微量元素置换的常量元素在两相中的浓度比例，能较真实的反映两者之间类质同像交换对微量元素分配的影响。表达式为：

晶体-熔体分异： 晶出矿物和残余熔浆两相。

不混溶熔体的物理分离(Physical separation of immiscible melts):岩浆或流体分异成两种以上互不相溶的液相，通常可能是硫化物＋硅酸盐两相，或富硅+富铁的两种硅酸盐熔体相等。如果分离出的两相都为熔体，称为岩浆熔离作用。

熔体-流体分离(Melt-fluid separation):岩浆活动过程中挥发分的逸出。由于压力突然降低或温度下降到流体饱和以下。

REE 两分法或三分法

两分法:

(1)轻稀土(LREE )或铈族稀土，La 到Eu:原子序数小，质量小；

(2)重稀土(HREE )，Gd 到Lu ：原子序数大，质量大，有时把钇(Y)也列入HREE 。Gd 到Lu+Y 为钇族稀土；

三分法: 轻稀土(LREE:La-Nd )，中稀土(MREE: Sm-Ho )和重稀土(HREE:Er-Lu )；

原始地幔标准化蛛网图：原始地幔指大陆地壳形成之前的地幔。Wood et al.(1979)估计了原i

D

n i i K W ∙∑=1

始地幔的组成。并利用它作为比较基性熔岩之间组成变异的手段。19种元素以相对于小量地幔熔体的相容性增加的顺序排列。元素丰度以对数坐标表示，横坐标元素以从左向右相容性增大的顺序排列。平均N-MORB形成一个相对舒缓的曲线，亏损大部分不相容元素。

.球粒陨石标准化蛛网图：Thomptson(1982)提出，球粒陨石组成是直接测定而不是估计的，因此对球粒陨石组成值的标准化比对原始地幔标准化更好。元素的排列顺序与Wood et al.(1979)的稍有不同。一定程度上是随机的。横坐标元素从左向右以相容性增大的顺序排列。

微量元素在矿物中的主要存在形式：

1) 表面吸附(surface adsorption)：外来离子被吸附在晶体表面的扩散层内，与那些化学键不完全饱和的表面原子呈静电相互作用；

(2) 吸留(occlusion)：在晶体的增生中吸附在晶面的杂质被后来增生的晶层所圈闭；

(3) 在固溶体中呈类质同象替代主要组分：在晶体晶格的规则位置微量元素替代主要组分；

(4) 间隙固溶体(interstitial solid solution)：与上类似，只是微量元素占据的是晶格中的间隙位置。

分配系数测定方法：直接测定法和实验测定法。

直接测定法：斑晶-基质法

直接测定地质体中两平衡共存相中元素浓度，并按能斯特分配定律计算元素的分配系数。测定火山岩中斑晶矿物和基质(代表与矿物平衡的熔体)，或测定现代火山熔岩流中矿物与淬火熔体(玻璃)以及测定岩石中共存矿物(求得元素的矿物/矿物分配系数)

实验测定法

通过实验使一种矿物和一种液体(熔体或溶液)处于平衡，或使两种矿物达到平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定该元素在两相中的浓度，得出分配系数。

分为两类: 化学试剂合成和直接采用天然物质为初始物质法

影响分配系数的因素：

1、体系化学成分的影响

SiO2 ：决定岩浆的性质（酸性/基性）岩浆体系化学成分变化，取决于硅酸盐熔体的结构。酸性岩浆熔体结构与基性岩浆熔体结构的Si: O分子比率不同。决定熔体中桥氧（Si-O-Si），非桥氧（Si-O-Me），自由氧（Me-O-Me）比例；Si-O四面体结构团的聚合作用的程度。酸性岩浆熔体与基性岩浆熔体中，微量元素的分配系数有明显差别。

熔体中挥发分和含量对分配系数也有明显影响。水使硅酸盐熔体中SiO4四面体聚合程度降低；水含量增加导致分配系数降低。

岩浆条件下，许多微量元素如稀土元素，可以与氯化物形成配合物，使稀土元素在气相/熔体之间分配系数随氯化物浓度增加而增加

微量元素分配系数常随矿物成分而改变，所以相容和不相容元素也非固定不变；

2、温度对分配系数的影响

分配系数是温度的函数。随温度升高分配系数减小。温度效应在很大程度上取决于所考虑的元素和矿物相。

3、压力对分配系数的影响

微量元素在凝聚相间的分配系数对压力的变化不敏感，因为微量元素的溶解能引起的相体积变化极小。压力对分配系数的影响是伴随地幔乃至地核压力，成分及状态的实验进行的

4、氧逸度对分配系数的影响

对变价元素Eu和Ce，氧逸度影响体系中Eu2+/Eu3+和Ce3+/Ce2+比值，也影响它们的分配系数。分配系数的应用

检验成岩、成矿过程的平衡性；