稀土元素在自然界的分异教学提纲
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①在体系的不同部位(为同时同成因的产物)采集若干个同种共存矿物对 样品；
②测定矿物对中某微量元素的含量； ③计算分配系数，若接近某固定值，即则可视成岩、成矿过程达到了平 衡。
如加拿大魁北克变质岩地区，在其不同区 块成对地采集若干组共生的黑云母和角闪石 样品，分析其中V2O3含量，并将其投入到 黑云母--角闪石的V2O3（%）含量。 图中，结果每对矿物的数据点几乎落在一条 直线上，这反映微量元素V在角闪石和黑云 母间的分配系数KD角/黑≈1.2，为一个常数， 从而证明了在变质过程中角闪石和黑云母是 平衡反应的产物。
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二、微量元素在共存相中的分配
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。
常量元素
微量元素
体系中 的浓度
很高
极低
独立 矿物
能形成独立矿物
Fra Baidu bibliotek
不能形成独立矿物，但在平衡共存的矿物之间（或液相－ 固相之间）进行分配
控 制 受 相 律 控 制 (f=k- ø+2) ，受自身及矿物的晶体化学性质和环境的物理化学条件控制，
可见，微量元素在某相中的化学位越低，它的含量就会越高，就 像是水往低处流一样的道理。
5.微量元素在岩石与熔体之间的分配系数Di：常用岩石中所有矿物 的分配系数与岩石中各矿物含量的乘积之和表达。
n
D i K Di W j ji
即 n为含量微量元素i的矿物数；Wj为第j种矿物的质量百分数；KDi为 第j种矿物对微量元素的简单分配系数。
R：气体常数（8.314J/mol·K)；1和2：两个相。
3.微量元素在两相中分配达到平衡时：
u 1 = u 1 θ + R T ln α 1 u 2 = u 2 + R T ln α 2
这就是能斯特分u 配1= 定u2律 ：
＝常数
一定温度压α 力1α 下2= ,微kβ 量1k 元β2 素=β 在1平β2衡=e 共uθ 2存-u1 θ的R T 两=K 相D 之T 间,P进行分配,其分配系数KD
稀土元素在自然界的分异
第五章 微量元素地球化学
一．基本概念 二．微量元素在共存相中的分配 三．岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型 四．稀土元素地球化学 五．微量元素地球化学示踪
一、基本概念
什么叫微量（minor）或痕量（trace）元素 人们常常相对于地壳中的主量元素而言，为此有人把地球化学体系中 低于0.1%的元素，通称为微量元素。 1968年Gast对微量元素的定义是：指的是不作为体系中任何相的主 要化学计算组分存在的元素。 有的学者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。 微量元素地球化学是地球化学的一个重要分支，它研究在各种地球化 学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就 是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计算结合起来。
是一常数,其大小等于微量元素在两相中浓度的比值。
4. 讨论：
u1 θ>uθ 2:K D<1,β1<β2-----微 量 元 素 更 多 的 进 入 2相 u1 θ<uθ 2:K D>1,β1>β2-----微 量 元 素 更 多 的 进 入 1相 u1 θ=uθ 2:K D=1,β1=β2-----微 量 元 素 在 1、 2相 之 间 分 配 相 等
能斯特分配定律
1.前提条件：一定的温度、压力下，微量元素在两相中可以形成液态（或
固态）的稀溶液；
2.微量元素在两相中的化学位计算
u：离子化学位； uθ：标准状态下化学位（25℃，1atm）
α：离子活度（当溶液中离子的浓度β趋近于0时，活度与浓度成正比，比例
系数k即亨利系数： α ＝k β ）；T：体系的绝对温度；
实验测定法：用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质， 实验使一种矿物与熔体达到微量元素的分配平衡，然后测定元素在 两相中的浓度，计算得到分配系数。
7.分配系数的影响因素： （1）体系组分的影响—岩浆岩化学成分的变化在很大程度上 取决于硅酸盐熔体的结构，不同硅酸盐熔体共存时微量元素分配 情况明显不同；
橄榄石（大量） 熔体
橄榄石
熔体
复合分配系数
D Ni /M (N c /g M ic)橄 g 榄 石 ／ c N /（ M ic)熔 g 体
6.分配系数的测定：以岩浆作用过程中微量元素在结晶相（固相） 和熔体相（液相）中的分配系数测定为例，目前有两种测定方 法。
直接测定法：直接测定地质体中两平衡共存相如火山岩中的斑晶 和基质中的微量元素浓度，再按分配定律进行计算。斑晶代表熔体 结晶过程中形成的矿 物，基质代表熔体相。
复合分配系数
也叫变换分配系数，或亨德森（Henderson）分配系数：考虑微
量元素在两相中的比例，又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在类质同象交换中微量元素分
配的影响。
D t/r c rc t sr /c c s/ r c t L r /c c Lr
Mg 4 N Sii4 O S N iO i4S M iO g 4 S
因 素 遵从化学计量原则
服从稀溶液定律，即在平衡共存的各相之间化学位相等
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配的解释；八十年代引入了量子力学，量子 化学观点……
▲ 体系压力的影响—目前对压力影响的研究报道甚少，但有一点 已通过实验证实： 在相当上地幔的压力条件下，稀土元素在富水的 蒸汽和石榴子石、单斜 辉石、斜方辉石、橄榄石 之间的分配系数为1－ 200之间，分配系数随压 力（PH2O）的增大而迅速 地增加。
8.分配系数的应用： ▲ 检验成岩、成矿过程的平衡性——一定温度、 压力下各相处于平衡时，元素在共存矿物间的分配系数为一常数，可据此 来检验自然过程是否达到平衡。方法是：
如斜长石中钙长石 含量增多，稀土元 素 Eu 在 斜 长 石 与 熔体间的分配系数 趋于减 小。
▲体系温度的影响—由能斯特定律可以导出： lnKD=-(△H/RT)+B 式中：△H表示微量元素在两相中的热焓变化，B是积分常数。 可见 分配系数与体系温度的倒数呈线性关系，这也就是微量元素温度计的 基本原理。
②测定矿物对中某微量元素的含量； ③计算分配系数，若接近某固定值，即则可视成岩、成矿过程达到了平 衡。
如加拿大魁北克变质岩地区，在其不同区 块成对地采集若干组共生的黑云母和角闪石 样品，分析其中V2O3含量，并将其投入到 黑云母--角闪石的V2O3（%）含量。 图中，结果每对矿物的数据点几乎落在一条 直线上，这反映微量元素V在角闪石和黑云 母间的分配系数KD角/黑≈1.2，为一个常数， 从而证明了在变质过程中角闪石和黑云母是 平衡反应的产物。
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二、微量元素在共存相中的分配
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。
常量元素
微量元素
体系中 的浓度
很高
极低
独立 矿物
能形成独立矿物
Fra Baidu bibliotek
不能形成独立矿物，但在平衡共存的矿物之间（或液相－ 固相之间）进行分配
控 制 受 相 律 控 制 (f=k- ø+2) ，受自身及矿物的晶体化学性质和环境的物理化学条件控制，
可见，微量元素在某相中的化学位越低，它的含量就会越高，就 像是水往低处流一样的道理。
5.微量元素在岩石与熔体之间的分配系数Di：常用岩石中所有矿物 的分配系数与岩石中各矿物含量的乘积之和表达。
n
D i K Di W j ji
即 n为含量微量元素i的矿物数；Wj为第j种矿物的质量百分数；KDi为 第j种矿物对微量元素的简单分配系数。
R：气体常数（8.314J/mol·K)；1和2：两个相。
3.微量元素在两相中分配达到平衡时：
u 1 = u 1 θ + R T ln α 1 u 2 = u 2 + R T ln α 2
这就是能斯特分u 配1= 定u2律 ：
＝常数
一定温度压α 力1α 下2= ,微kβ 量1k 元β2 素=β 在1平β2衡=e 共uθ 2存-u1 θ的R T 两=K 相D 之T 间,P进行分配,其分配系数KD
稀土元素在自然界的分异
第五章 微量元素地球化学
一．基本概念 二．微量元素在共存相中的分配 三．岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型 四．稀土元素地球化学 五．微量元素地球化学示踪
一、基本概念
什么叫微量（minor）或痕量（trace）元素 人们常常相对于地壳中的主量元素而言，为此有人把地球化学体系中 低于0.1%的元素，通称为微量元素。 1968年Gast对微量元素的定义是：指的是不作为体系中任何相的主 要化学计算组分存在的元素。 有的学者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。 微量元素地球化学是地球化学的一个重要分支，它研究在各种地球化 学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就 是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计算结合起来。
是一常数,其大小等于微量元素在两相中浓度的比值。
4. 讨论：
u1 θ>uθ 2:K D<1,β1<β2-----微 量 元 素 更 多 的 进 入 2相 u1 θ<uθ 2:K D>1,β1>β2-----微 量 元 素 更 多 的 进 入 1相 u1 θ=uθ 2:K D=1,β1=β2-----微 量 元 素 在 1、 2相 之 间 分 配 相 等
能斯特分配定律
1.前提条件：一定的温度、压力下，微量元素在两相中可以形成液态（或
固态）的稀溶液；
2.微量元素在两相中的化学位计算
u：离子化学位； uθ：标准状态下化学位（25℃，1atm）
α：离子活度（当溶液中离子的浓度β趋近于0时，活度与浓度成正比，比例
系数k即亨利系数： α ＝k β ）；T：体系的绝对温度；
实验测定法：用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质， 实验使一种矿物与熔体达到微量元素的分配平衡，然后测定元素在 两相中的浓度，计算得到分配系数。
7.分配系数的影响因素： （1）体系组分的影响—岩浆岩化学成分的变化在很大程度上 取决于硅酸盐熔体的结构，不同硅酸盐熔体共存时微量元素分配 情况明显不同；
橄榄石（大量） 熔体
橄榄石
熔体
复合分配系数
D Ni /M (N c /g M ic)橄 g 榄 石 ／ c N /（ M ic)熔 g 体
6.分配系数的测定：以岩浆作用过程中微量元素在结晶相（固相） 和熔体相（液相）中的分配系数测定为例，目前有两种测定方 法。
直接测定法：直接测定地质体中两平衡共存相如火山岩中的斑晶 和基质中的微量元素浓度，再按分配定律进行计算。斑晶代表熔体 结晶过程中形成的矿 物，基质代表熔体相。
复合分配系数
也叫变换分配系数，或亨德森（Henderson）分配系数：考虑微
量元素在两相中的比例，又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在类质同象交换中微量元素分
配的影响。
D t/r c rc t sr /c c s/ r c t L r /c c Lr
Mg 4 N Sii4 O S N iO i4S M iO g 4 S
因 素 遵从化学计量原则
服从稀溶液定律，即在平衡共存的各相之间化学位相等
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配的解释；八十年代引入了量子力学，量子 化学观点……
▲ 体系压力的影响—目前对压力影响的研究报道甚少，但有一点 已通过实验证实： 在相当上地幔的压力条件下，稀土元素在富水的 蒸汽和石榴子石、单斜 辉石、斜方辉石、橄榄石 之间的分配系数为1－ 200之间，分配系数随压 力（PH2O）的增大而迅速 地增加。
8.分配系数的应用： ▲ 检验成岩、成矿过程的平衡性——一定温度、 压力下各相处于平衡时，元素在共存矿物间的分配系数为一常数，可据此 来检验自然过程是否达到平衡。方法是：
如斜长石中钙长石 含量增多，稀土元 素 Eu 在 斜 长 石 与 熔体间的分配系数 趋于减 小。
▲体系温度的影响—由能斯特定律可以导出： lnKD=-(△H/RT)+B 式中：△H表示微量元素在两相中的热焓变化，B是积分常数。 可见 分配系数与体系温度的倒数呈线性关系，这也就是微量元素温度计的 基本原理。