现代地球化学2011_上_
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▪ 独立矿物
U、Hf → ZrSiO4
▪ 类质同像替代 !!!!!
Sr、Eu → Ca Pb、Ba → K
Ni Mg
▪ 晶格缺陷 ▪ 吸附
1.3 微量元素分类
❖ 基本的化学分类 ❖ Goldschmidt分类 ❖ 一般的地球化学分类 ❖ 常用分类 ❖ 对元素分类的说明
❖ 基本的化学分类
地球化学专业的学生，起码应该背下来1-36，8个主族，PGE，REE
1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律 a. Goldschmidt三定律 b. 化学势、逸度、活度 c. 固熔体、稀溶液与亨利定律 d. Nernst分配定律与分配系数（ki= cis/cil） e. 分配系数的含义 f. 影响分配系数的主要因素 g. 分配系数的测定
1.1 微量元素的定义
主要采用哪些理论、方法和技术？
化学科学中，哪些方法特别成功地应用于地球科学？ －－元素/同位素分析、高温高压实验、理论计算
成功解决了哪些科学问题？
地球科学中，哪些方法特别成功地应用于地球科学？ －－测定地质年代，鉴别物质源区、刻画物质分异过程、
现代地球化学中，哪些理论、方法、成果， 可以作为学科发展的标志？
▪ 高场强元素(HFS)
离子半径小，电价高
Zr、Hf、Nb、Ta、Ti
▪ 大离子亲石元素(LIL)
离子半径大，电价低
K、Rb、Sr、Ba、Pb
▪ 不相容元素(uncompatible)：
K或D1，倾向于富集在熔体相
▪ 相容元素(compatible) ：
K或D 1，倾向于富集在结晶相 Ni、Cr、Co
CaTi[SiO4](O,OH,Cl,F)
尖晶石 Spinel
MgAl2O4
石榴石 Garnet
(Fe,Mg,Ca)3Al2Si3O12
锆 石 Zircon
ZrSiO4
• Keep the rocks in mind, for they cannot be reduced to analytical measurements;
• 文献
微量元素地球化学
提纲
1 微量元素地球化学的一些基本理论问题 2 岩浆过程的微量元素定量模型 3 稀土元素地球化学 4 微量元素地球化学研究的主要思路和方法综述 5 微量元素地球化学方法在现代地球科学研究中的
应用实例 6 微量元素的测试方法
第一部分 微量元素地球化学的一些基本理论问题
1.1 微量元素的定义 1.2 微量元素在地质体中的赋存型式 1.3 微量元素分类
离子半径10-10m
1.8 1.4 1.0 0.6 0.2
12 34 56 离子电价
❖ 对元素分类的说明
▪ 主要考虑元素在岩浆过程中的特点 ▪ 各种分类之间不一定有对应关系
1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律
1.4a Goldschmidt三定律
Goldschmidt定律一
两个离子，如果他们具有相同的电价和离子半径，则易于交 换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体
KAlSi3O8 NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8 NaAlSiO4
Bi
黑云母 Biotite
Hb/Amp 角闪石 Hornblende
K2Fe6Si6Al2O20(OH)2
Cpx Opx Ol Mt Ilm Ap Sph/Ti Sp Grt Zr
(Ca,Na)2~3(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5[(Al,Si)4O11]2(OH)2
❖ 对于地壳，O，Si，Al，Fe，Mg，Ca，Na，K，Ti常量元 素，其他是微量元素
（1）Si，酸度，基性－中性－酸性，岩石分类 （2）K, Na，碱度，岩浆系列:拉斑、钙碱、高钾钙碱、橄榄安粗/钾玄 （3）Mg, Fe, Mn，镁铁/超镁铁 （4）Al，花岗岩类铝饱和度 （5）Ca
1.2. 微量元素在地质体中的赋存型式
中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院研究生院
《现代地球化学》
郭敬辉，2011年
jhguo@mail.iggcas.ac.cn 82998541(O) / 13910256716(MP)
岩浆岩中主要造岩矿物和副矿物的分子式
Q/Qtz 石 英 Quartz
SiO2
Kf 钾长石 Orthoclase Ab 钠长石 Albite An 钙长石 Anorthite Ne 霞 石 Nepheline
❖ Goldschmidt分类
亲石
亲铁
亲铜
亲气
地球的组分分异，由元素的 性质决定。 元素在周期表中的位置： 亲铁元素: 地核 亲石元素: 地幔与地壳 亲气元素: 大气圈和水圈
❖ 一般的地球化学分类
❖ 常用分类
▪ 主元素（major elements） ▪ 过渡(族)元素（transition elements） ▪ 稀土元素(REE) ▪ 铂族元素(PGE) ▪ 惰性气体元素(Noble gas)
❖ Gast（1968）不作为体系中任何相的组分存在的元素
❖ 伯恩斯（晶体场理论的矿物学应用）只要某元素在体系中的 含量低到可以用稀溶液定律来描述其行为，即可称微量元素
❖ 微量元素的概念是相对的
K：花岗岩中常量元素，超基性岩中微量元素 Ni：地壳岩石中微量元素，陨石中常量元素 Li，B：伟晶岩中常量元素
• 头脑中要一直想着岩石，因为岩石不能 简化为分析数据；
• Minerals are the archives of the rocks; • 矿物是岩石的资料库。
对《现代地球化学》的思考框架
要面对哪些特定的科学问题?
地球科学中，哪些问题必须借助化学方法研究？ －－时间尺度，物质演化，圈层结构。
正因为如此，许多微量元素，会以类质同像替代的方式，和
与各自电价和离子半径相近的常量元素（主元素）一起进入
固体相。例如：
Sr、Eu
→ Ca
Rb、Pb、Ba → K
Ni
→ Mg
Goldschmidቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定律二
两个离子，如果他们具有相同的电价，和相似的离子半径， 则较小的离子倾向于进入固体相
透辉石 Diopside
CaMgSi2O6
紫苏辉石Orthopyroxene (Mg,Fe)2Si2O6
橄榄石 Olivine
(Mg,Fe)2SiO4
磁铁矿 Magnetite
Fe3O4
钛铁矿 Ilmanite
FeTiO3
磷灰石 Apatite
Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)
榍 石 Titanite
U、Hf → ZrSiO4
▪ 类质同像替代 !!!!!
Sr、Eu → Ca Pb、Ba → K
Ni Mg
▪ 晶格缺陷 ▪ 吸附
1.3 微量元素分类
❖ 基本的化学分类 ❖ Goldschmidt分类 ❖ 一般的地球化学分类 ❖ 常用分类 ❖ 对元素分类的说明
❖ 基本的化学分类
地球化学专业的学生，起码应该背下来1-36，8个主族，PGE，REE
1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律 a. Goldschmidt三定律 b. 化学势、逸度、活度 c. 固熔体、稀溶液与亨利定律 d. Nernst分配定律与分配系数（ki= cis/cil） e. 分配系数的含义 f. 影响分配系数的主要因素 g. 分配系数的测定
1.1 微量元素的定义
主要采用哪些理论、方法和技术？
化学科学中，哪些方法特别成功地应用于地球科学？ －－元素/同位素分析、高温高压实验、理论计算
成功解决了哪些科学问题？
地球科学中，哪些方法特别成功地应用于地球科学？ －－测定地质年代，鉴别物质源区、刻画物质分异过程、
现代地球化学中，哪些理论、方法、成果， 可以作为学科发展的标志？
▪ 高场强元素(HFS)
离子半径小，电价高
Zr、Hf、Nb、Ta、Ti
▪ 大离子亲石元素(LIL)
离子半径大，电价低
K、Rb、Sr、Ba、Pb
▪ 不相容元素(uncompatible)：
K或D1，倾向于富集在熔体相
▪ 相容元素(compatible) ：
K或D 1，倾向于富集在结晶相 Ni、Cr、Co
CaTi[SiO4](O,OH,Cl,F)
尖晶石 Spinel
MgAl2O4
石榴石 Garnet
(Fe,Mg,Ca)3Al2Si3O12
锆 石 Zircon
ZrSiO4
• Keep the rocks in mind, for they cannot be reduced to analytical measurements;
• 文献
微量元素地球化学
提纲
1 微量元素地球化学的一些基本理论问题 2 岩浆过程的微量元素定量模型 3 稀土元素地球化学 4 微量元素地球化学研究的主要思路和方法综述 5 微量元素地球化学方法在现代地球科学研究中的
应用实例 6 微量元素的测试方法
第一部分 微量元素地球化学的一些基本理论问题
1.1 微量元素的定义 1.2 微量元素在地质体中的赋存型式 1.3 微量元素分类
离子半径10-10m
1.8 1.4 1.0 0.6 0.2
12 34 56 离子电价
❖ 对元素分类的说明
▪ 主要考虑元素在岩浆过程中的特点 ▪ 各种分类之间不一定有对应关系
1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律
1.4a Goldschmidt三定律
Goldschmidt定律一
两个离子，如果他们具有相同的电价和离子半径，则易于交 换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体
KAlSi3O8 NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8 NaAlSiO4
Bi
黑云母 Biotite
Hb/Amp 角闪石 Hornblende
K2Fe6Si6Al2O20(OH)2
Cpx Opx Ol Mt Ilm Ap Sph/Ti Sp Grt Zr
(Ca,Na)2~3(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5[(Al,Si)4O11]2(OH)2
❖ 对于地壳，O，Si，Al，Fe，Mg，Ca，Na，K，Ti常量元 素，其他是微量元素
（1）Si，酸度，基性－中性－酸性，岩石分类 （2）K, Na，碱度，岩浆系列:拉斑、钙碱、高钾钙碱、橄榄安粗/钾玄 （3）Mg, Fe, Mn，镁铁/超镁铁 （4）Al，花岗岩类铝饱和度 （5）Ca
1.2. 微量元素在地质体中的赋存型式
中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院研究生院
《现代地球化学》
郭敬辉，2011年
jhguo@mail.iggcas.ac.cn 82998541(O) / 13910256716(MP)
岩浆岩中主要造岩矿物和副矿物的分子式
Q/Qtz 石 英 Quartz
SiO2
Kf 钾长石 Orthoclase Ab 钠长石 Albite An 钙长石 Anorthite Ne 霞 石 Nepheline
❖ Goldschmidt分类
亲石
亲铁
亲铜
亲气
地球的组分分异，由元素的 性质决定。 元素在周期表中的位置： 亲铁元素: 地核 亲石元素: 地幔与地壳 亲气元素: 大气圈和水圈
❖ 一般的地球化学分类
❖ 常用分类
▪ 主元素（major elements） ▪ 过渡(族)元素（transition elements） ▪ 稀土元素(REE) ▪ 铂族元素(PGE) ▪ 惰性气体元素(Noble gas)
❖ Gast（1968）不作为体系中任何相的组分存在的元素
❖ 伯恩斯（晶体场理论的矿物学应用）只要某元素在体系中的 含量低到可以用稀溶液定律来描述其行为，即可称微量元素
❖ 微量元素的概念是相对的
K：花岗岩中常量元素，超基性岩中微量元素 Ni：地壳岩石中微量元素，陨石中常量元素 Li，B：伟晶岩中常量元素
• 头脑中要一直想着岩石，因为岩石不能 简化为分析数据；
• Minerals are the archives of the rocks; • 矿物是岩石的资料库。
对《现代地球化学》的思考框架
要面对哪些特定的科学问题?
地球科学中，哪些问题必须借助化学方法研究？ －－时间尺度，物质演化，圈层结构。
正因为如此，许多微量元素，会以类质同像替代的方式，和
与各自电价和离子半径相近的常量元素（主元素）一起进入
固体相。例如：
Sr、Eu
→ Ca
Rb、Pb、Ba → K
Ni
→ Mg
Goldschmidቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定律二
两个离子，如果他们具有相同的电价，和相似的离子半径， 则较小的离子倾向于进入固体相
透辉石 Diopside
CaMgSi2O6
紫苏辉石Orthopyroxene (Mg,Fe)2Si2O6
橄榄石 Olivine
(Mg,Fe)2SiO4
磁铁矿 Magnetite
Fe3O4
钛铁矿 Ilmanite
FeTiO3
磷灰石 Apatite
Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)
榍 石 Titanite