微量元素的概念与性质
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元素在地质体中的含量低到可以近似 用稀溶液定律描述其行为的元素称微 量元素。
它们在岩石中的含量一般小于0.1％， 多在10-6或10-9范围内.
在理解微量元素的概念时，要注意微量元素的概念的相对性。
我们把地壳作为研究对象时 ，则O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、 Na、K、Ti等九种元素已占地壳重量的99%，其它80多个元素 加起来不到1%，所以其它绝大多数元素可被看作是微量元素。
如果我们把一种矿物，一个岩体等作为研究对象时，地壳范围 内的有些微量元素已不再是微量的了。如，ZnS中的Zn（成矿 热液中），ZrSiO4中的Zr，都转变成矿物中的主要成分。
陨石中，Ni是宏量元素，K是微量元素。 目前对“微量”、“痕量”、“微迹”元素之间的界线还不
确定，因此在实际应用中其述语常常也是混用的。
1.0 1.0
μ0 i
μ0 i
拉乌尔定律
（理想的） 拉乌尔定律
ai
（理想的）
ai
非理想
R T ln k Ji
R T ln k Ji
非理想
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
0
0
0 xi
2.微量元素的性质
由于微量元素在固溶体、液体（溶液、熔体）中的浓 度极低，所以这些溶液对微量元素来说均具有稀溶液的 性质：即
常量元素决定体系中的相数，即矿物数目的多少； 微 量元素不能决定体系中的相数。微量元素在多相体系中 的分配不受相律的直接控制。不需遵循化学计量法则， 但化学平衡时元素在各相中的化学位相等。
⑶根据玄武岩类微量元素组合研究恢复古板块构造环境。
⑷根据不同时代沉积岩的稀土分布资料，探讨地壳化学演化，提 出了地壳演化的两阶段模型；同时根据陨石的的微量元素组合， 探索太阳星云的化学分异特征。
⑸探讨岩石及矿床的成因及其演化。
第一节 能斯特分配定律和 分配系数
一、微量元素的概念和性质 1、微量元素的定义
➢ 吸附于矿物裂隙、解理或晶格的间隙中； ➢ 在矿物中以类质同像形式替代主要相的原子。
4．分类
以微量元素在固-液相（气相）间的分配特征的分类
⑴相容元素；在岩浆结晶（或固相部分熔融）过程中，易 于进入或保留在固相中的微量元素(总分配系数D＞1的 元素) 。随结晶程度的增大在熔体中浓度逐渐减小。如Ni、 Co、V、Cr等。
0
理0 想溶液和遵守x i亨利定律的组分与活1 . 0度关系图
（据Wood，1983)
ΔH~微量元素在两相中溶解热的差值
Hale Waihona Puke Baidu
ai_~也称有效浓度，实际溶液对理想溶液的校正浓度
非理想溶液中△H≠0，溶液活度不同程度偏离理想 溶液（如下图）。当溶液无限稀释时，每个溶质质 点周围环境变化不显著，微量组分的活度与他们的 摩尔浓度成正比： ai=K·Xi
第四章 微量元素地球化学
1. 能斯特分配定律和分配系数 2. 岩浆作用地球化学 3. 稀土元素地球化学 4. 微量元素示踪原理
微量元素地球化学，包括稀土元素地球化学，是 近三十多年来获得迅猛发展和广泛应用的地球化 学分支。在地球化学研究中，由于微量元素的特 殊性质，作为一种地球化学指示剂，微量元素在 成岩、成矿作用及地球、天体的形成及演化等研 究中发挥了重要作用。学者们将其誉为地球化学 指示剂，示踪剂、探途元素、指纹和监测剂。
例如：优地槽-冒地槽-造山带-地台；离心元素越来越富集。
二、能斯特分配定律和分配系数 （一）稀溶液与亨利定律
理想溶液没有
混合△H，各
1.0
μ0
i
组分活度遵循
拉乌尔定律：
ai=Xi 组分活度等于
拉乌尔定律 （理想的） ai
非理想
R T ln k Ji
摩尔浓度。
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
P、Na、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Zn、C、N、Cl、Br、I ⑶弱离心元素：V/μ＜1、C/V＞1。
Ca、Ce、As、Se、Sn、Te、Bi、Re、Mo ⑷离心元素：V/μ＞1、C/V＞1
Li、Rb、Cs、Sr、Ba、Y、REE、Zn、Hf、Nb、Ta、Th、B、Al、In、Tl、Si、 Pb、Sb、U、F、O 这种元素分类有助于了解元素在地壳化学演化及成矿过程中的地球化学行为。
特征：从微观角度研究宏观问题。
应用及成果： ⑴长期以来，人们一直认为地幔是均一体，通过对各种幔源岩石
（海岛拉斑玄武岩、碱性玄武岩、科马提岩等）微量元素地球 化学的研究，发现了亏损地幔（亏损了大离子亲石元素和不相 容微量元素的上地幔）及富集地幔（相对不亏损接近原始地幔 成分的下地幔）的存在。
⑵微量元素地球化学是全球地质事件研究中的重要内容。
一种微量元素溶质的活度（αi）将正比于其摩尔浓度 （Xi），用下式表示。
αi =Kh Xi
(1)
3.微量元素的主要存在形式
由于微量元素在体系中的浓度（或活度）低，往往不 能形成自己的独立矿物（相），而只能以次要成分被容 纳于其它主要成分所形成的矿物固溶体、熔体或溶液中
➢ 快速结晶过程中被陷入囚禁带内—如矿物的气—液 包裹体内；
陨石中的丰度—μ；元素在玄武岩（地幔熔融产物）中的丰度—V；元素在页岩 中的丰度—C作为地壳丰度的代表。
根据V/μ、C/V比值的关系将化学元素分出四组： ⑴向心元素：V/μ＜1、C/V＜1。
Mg、Cr 、Fe、Co、Ni、Cu、Ru（钌）、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au ⑵最弱离心元素：V/μ＞1、C/V＜1。
⑶.强不相容元素：总分配系数D＜ 0.06的元素称强不相
⑷. 强相容元素：总分配系数D ＞＞1的元素称强相容元 素
➢ 以元素在地球形成和演化过程中分散与富集特点分类
在地球的形成和演化过程中，很多元素在垂向上发生过运移，例如大离子亲
石元素有明显地从地核、下地幔向上地幔，并最终向地壳富集的趋势。 元素在
⑵不相容元素：在岩浆结晶（或固相部分熔融）过程中， 不易进入固相而保留在与固相共存的熔体或溶液中，而 在液相中浓度逐渐增加的微量元素(总分配系数D ＜ 1 的元素)。随结晶程度的增大在熔体中浓度逐渐增大 如Li、Rb、 Cs、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb、Zr、Hf、B、P、Cl、 REE、U、Th。
它们在岩石中的含量一般小于0.1％， 多在10-6或10-9范围内.
在理解微量元素的概念时，要注意微量元素的概念的相对性。
我们把地壳作为研究对象时 ，则O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、 Na、K、Ti等九种元素已占地壳重量的99%，其它80多个元素 加起来不到1%，所以其它绝大多数元素可被看作是微量元素。
如果我们把一种矿物，一个岩体等作为研究对象时，地壳范围 内的有些微量元素已不再是微量的了。如，ZnS中的Zn（成矿 热液中），ZrSiO4中的Zr，都转变成矿物中的主要成分。
陨石中，Ni是宏量元素，K是微量元素。 目前对“微量”、“痕量”、“微迹”元素之间的界线还不
确定，因此在实际应用中其述语常常也是混用的。
1.0 1.0
μ0 i
μ0 i
拉乌尔定律
（理想的） 拉乌尔定律
ai
（理想的）
ai
非理想
R T ln k Ji
R T ln k Ji
非理想
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
0
0
0 xi
2.微量元素的性质
由于微量元素在固溶体、液体（溶液、熔体）中的浓 度极低，所以这些溶液对微量元素来说均具有稀溶液的 性质：即
常量元素决定体系中的相数，即矿物数目的多少； 微 量元素不能决定体系中的相数。微量元素在多相体系中 的分配不受相律的直接控制。不需遵循化学计量法则， 但化学平衡时元素在各相中的化学位相等。
⑶根据玄武岩类微量元素组合研究恢复古板块构造环境。
⑷根据不同时代沉积岩的稀土分布资料，探讨地壳化学演化，提 出了地壳演化的两阶段模型；同时根据陨石的的微量元素组合， 探索太阳星云的化学分异特征。
⑸探讨岩石及矿床的成因及其演化。
第一节 能斯特分配定律和 分配系数
一、微量元素的概念和性质 1、微量元素的定义
➢ 吸附于矿物裂隙、解理或晶格的间隙中； ➢ 在矿物中以类质同像形式替代主要相的原子。
4．分类
以微量元素在固-液相（气相）间的分配特征的分类
⑴相容元素；在岩浆结晶（或固相部分熔融）过程中，易 于进入或保留在固相中的微量元素(总分配系数D＞1的 元素) 。随结晶程度的增大在熔体中浓度逐渐减小。如Ni、 Co、V、Cr等。
0
理0 想溶液和遵守x i亨利定律的组分与活1 . 0度关系图
（据Wood，1983)
ΔH~微量元素在两相中溶解热的差值
Hale Waihona Puke Baidu
ai_~也称有效浓度，实际溶液对理想溶液的校正浓度
非理想溶液中△H≠0，溶液活度不同程度偏离理想 溶液（如下图）。当溶液无限稀释时，每个溶质质 点周围环境变化不显著，微量组分的活度与他们的 摩尔浓度成正比： ai=K·Xi
第四章 微量元素地球化学
1. 能斯特分配定律和分配系数 2. 岩浆作用地球化学 3. 稀土元素地球化学 4. 微量元素示踪原理
微量元素地球化学，包括稀土元素地球化学，是 近三十多年来获得迅猛发展和广泛应用的地球化 学分支。在地球化学研究中，由于微量元素的特 殊性质，作为一种地球化学指示剂，微量元素在 成岩、成矿作用及地球、天体的形成及演化等研 究中发挥了重要作用。学者们将其誉为地球化学 指示剂，示踪剂、探途元素、指纹和监测剂。
例如：优地槽-冒地槽-造山带-地台；离心元素越来越富集。
二、能斯特分配定律和分配系数 （一）稀溶液与亨利定律
理想溶液没有
混合△H，各
1.0
μ0
i
组分活度遵循
拉乌尔定律：
ai=Xi 组分活度等于
拉乌尔定律 （理想的） ai
非理想
R T ln k Ji
摩尔浓度。
亨利定律
μ *i(= μ 0i+ R T ln k Ji )
P、Na、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Zn、C、N、Cl、Br、I ⑶弱离心元素：V/μ＜1、C/V＞1。
Ca、Ce、As、Se、Sn、Te、Bi、Re、Mo ⑷离心元素：V/μ＞1、C/V＞1
Li、Rb、Cs、Sr、Ba、Y、REE、Zn、Hf、Nb、Ta、Th、B、Al、In、Tl、Si、 Pb、Sb、U、F、O 这种元素分类有助于了解元素在地壳化学演化及成矿过程中的地球化学行为。
特征：从微观角度研究宏观问题。
应用及成果： ⑴长期以来，人们一直认为地幔是均一体，通过对各种幔源岩石
（海岛拉斑玄武岩、碱性玄武岩、科马提岩等）微量元素地球 化学的研究，发现了亏损地幔（亏损了大离子亲石元素和不相 容微量元素的上地幔）及富集地幔（相对不亏损接近原始地幔 成分的下地幔）的存在。
⑵微量元素地球化学是全球地质事件研究中的重要内容。
一种微量元素溶质的活度（αi）将正比于其摩尔浓度 （Xi），用下式表示。
αi =Kh Xi
(1)
3.微量元素的主要存在形式
由于微量元素在体系中的浓度（或活度）低，往往不 能形成自己的独立矿物（相），而只能以次要成分被容 纳于其它主要成分所形成的矿物固溶体、熔体或溶液中
➢ 快速结晶过程中被陷入囚禁带内—如矿物的气—液 包裹体内；
陨石中的丰度—μ；元素在玄武岩（地幔熔融产物）中的丰度—V；元素在页岩 中的丰度—C作为地壳丰度的代表。
根据V/μ、C/V比值的关系将化学元素分出四组： ⑴向心元素：V/μ＜1、C/V＜1。
Mg、Cr 、Fe、Co、Ni、Cu、Ru（钌）、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Au ⑵最弱离心元素：V/μ＞1、C/V＜1。
⑶.强不相容元素：总分配系数D＜ 0.06的元素称强不相
⑷. 强相容元素：总分配系数D ＞＞1的元素称强相容元 素
➢ 以元素在地球形成和演化过程中分散与富集特点分类
在地球的形成和演化过程中，很多元素在垂向上发生过运移，例如大离子亲
石元素有明显地从地核、下地幔向上地幔，并最终向地壳富集的趋势。 元素在
⑵不相容元素：在岩浆结晶（或固相部分熔融）过程中， 不易进入固相而保留在与固相共存的熔体或溶液中，而 在液相中浓度逐渐增加的微量元素(总分配系数D ＜ 1 的元素)。随结晶程度的增大在熔体中浓度逐渐增大 如Li、Rb、 Cs、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb、Zr、Hf、B、P、Cl、 REE、U、Th。