稀土元素地球化学知识课件

稀土元素概述
• 三价稀土元素的离子半径和Ca2+很接近， 很容易以各种类质同象形式进入岩浆作 用变质作用和沉积作用中广泛出现的含 钙矿物中。
• 由于电离势低，稀土元素呈明显碱性。 其碱度处于Mg（OH）2和Al（OH）3之间， 这是稀土元素广泛进入到钙的铝硅酸盐 矿物中的原因。
稀土元素地球化学
• 稀土元素倾向于形成极性键和共价键， 因而具有形成络合物的性质。
• 这种分组和稀土元素在岩石矿物中的共 生情况大致相符。
稀土元素分组
• 根据稀土元素的分离工艺，又可将它们 分为三组，
• 即铈组稀土、铽组稀土和钇组稀土，分 别称为轻、中、重稀土。
• 铈组有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm， • 铽组有En，Gd，Tb，Dy， • 钇组有Y，Ho，Er，Tm，Yb，Lu。
• 这种图解的优点在于它可消除原子序数的奇偶效应所 造成的各稀土元素间丰度的锯齿状变化，从而使样品 中各个稀土元素之间的任何程度的分离能在图中明确 的显示出来，因为一般认为球粒陨石中的各种轻、重 稀土元素之间是不存在分异的。
稀土元素丰度表示法
• 目前国际上采用的球粒陨石的稀土元素丰度值 尚未完全一致，表5.3列出了几种主要丰度值， 究竟那个丰度值最可靠并无定论，依研究者的 兴趣而异。
• 在高配位数的矿物中富铈组稀土，低配位数矿物中富 钇组稀土；
• 在云霞正长岩的晚期相中富较碱性的铈组稀土，而在 钠质火成岩晚期相、伟晶岩和热溶产物中容易形成络 合物的钇组稀土元素；
• 在吸附能力强的粘土、铁-铝-锰沉积物，有机质和铁有机质等沉积物中富铈组稀土等等。
• 正是由于稀土元素作为既很相似、又有所不同的一组 元素，在自然界的地质作用和各种物理化学环境中的 特殊行为，使得有可能根据稀土元素的分离、变化作 为地球化学指示剂，去解释各种成岩成矿过程。
• 因此，尽管稀土元素之间原子量差异很大，但 “镧系收缩”决定了它们的晶体化学、地球化 学性质非常相似。
稀土元素分组
• 稀土元素根据它们在物理化学性质上的 某些差别，可以将它们分成二组。
• 从La到Eu称为轻稀土（LREE），或铈组 稀土。
• 从Gd到Lu，包括Y称为重稀土（HREE） 或钇组稀土。
稀土元素丰度表示法
• 在稀土元素地球化学研究工作中，除了用稀土总量和 各单个稀土含量直接列表来表示所研究对象的稀土元 素含量丰度外，常用作图方法形象地表示，这就是所 谓“增田—科里尔（Masuda-Coryell）图解，是由他们 二人分别提出的。
• 该图解的纵坐标是稀土元素含量的球粒陨石标准化数 值的对数，横坐标为原子序数，因此常称为球粒陨石 标准化图解。
• 如果测试数据中无Gd，可用Tb含量近似 代替。
• δEu值是稀土元素地球化中的一个重要参 数，常可作为划分同一大类岩石中的亚 类和讨论成岩成矿条件的重要依据。
稀土元素丰度表示法
• 除球粒陨石标准化之外，某些稀土元素 地球化学问题所采用的标准不是球粒陨 石，而是与研究对象有关的或可以作为 背景的岩石，如在研究地幔岩石时，可 采用原始地幔标准化，在研究沉积岩时 常以北美页岩为标准，在研究成矿作用 中，则以未矿化或未蚀变的岩石为标准 等。
稀土元素地球化学
• 稀土元素概述 • 稀土元素是指原子序数从57到71的15个镧系元
素，在周期表中属ⅢB族。 • 同族中39号元素钇一般也作稀土元素，同族中
21号元素钪早期也划入稀土元素，但多数将它 排除在外，因为它们在自然界中共生关系不密 切，性质差别也比较大。 • 稀土元素在周期表中占一格位置，其化学性质 极为相似，这是由它们的电子层结构决定的。
•这
存在时，容易形成络合物而迁移。
•尽管稀土元素具有很相近的物理化学性质，由于 电子构型的规则变化、镧系收缩等，各稀土元素 之间仍存在一些性质上的微小不同，造成稀土元 素在自然界中发生某些分离。
稀土Байду номын сангаас素地球化学
• 在含Ca，K，Th，Sr的矿物中相对富较轻的稀土，而 在Zr，Mn，Fe，U的矿物中相对富较重稀土；
稀土元素配分模式
• 3.平坦型（或球粒陨石型） • 丰度曲线呈现近乎水平，既不显示重稀土富集、
也不显示轻稀土富集，如T型洋中脊玄武岩等。 • 通常我们把稀轻土富集型和轻稀土亏损型的分
布模式简称之为富集型或亏损型。 • 在上述三种类型基础上，根据图形中曲线在Eu
和Ce处的形态还可再划分出Eu亏损型、Eu富集 型、Ce亏损型和Ce富集型等几种类型，这是因 为Eu和Ce有着与其他稀土元素不同的价态而引 起的
• 按照稀土元素球粒陨石标准化丰度特征，可将各类样 品的分布模式分成三类：
• 1.轻稀土富集型 • 丰度曲线向右倾斜，轻稀土比重稀土富集。具有这种
丰度型式的岩石有类酸性岩、页岩、砂岩、碱性岩类、 碳酸岩、金伯利岩等，是最常见的类型。 • 2.轻稀土亏损型 • 丰度曲线向左倾斜，轻稀土相对重稀土亏损。这类岩 石有洋中脊玄武岩、橄榄岩及科马提岩等。
稀土元素丰度表示法
• 另一个表示稀土丰度特征的是δEu，它表 示Eu异常的程度。
• δEu的计算是以科里尔图为基础的，它表 示在图中Eu的理论值Eu*（应为Sm和Gd 连线的中点）和实测值之比，其公式为：
• 式中下标N分别表示该元素的球粒陨石标 准化值，若δEu＞1.05，通常称正异常， 若δEu＜0.95，称负异常。
稀土元素的电子构型和原子、离子半径
稀土元素概述
• 随着原子序数递增，增加的电子充填次外层4f 层。由于能级比较接近，个别元素有时电子也 填入5d层。由于这种次外层4f电子充填，造成 了电子和原子核之间吸引力的连续增加，从而 使原子受到压缩。
• 随着原子序数增加，稀土元素的原子（离子） 半径减少。这就是“镧系收缩”。
• 一般说来轻稀土的球粒陨石值彼此比较接近， 差异不显著，重稀土由于含量很低，各个丰度 值差异较大，因此在比较细致讨论丰度特征时， 必须指明是采用那一组丰度值。
• 不管使用那一组丰度值，样品中丰度图形的总 趋势应该是一样的。
作为标准的球粒陨石和“北美页岩组合样”的 REE丰度
稀土元素配分模式