微量元素地球化学参考文档
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在宇宙化学及地球的形成和演化研究中， Ringwood（1966）根据在熔融过程中融熔和挥发 的难易程度，将元素分为难熔元素和挥发性元素。 一般，挥发性元素通常是指在1300℃—1500℃和 适度还原的条件下，能从硅酸熔体中挥发出来的元 素，而难熔元素则是在这种条件下不能挥发的元素。
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15
❖ 聚集元素（Concentrated elements） ❖ 分散元素（Dispersed elements）。
7
主要性质： ❖ 具有对数正态分布形式（选择在某些矿物
质富集）； ❖ 低浓度，不形成独立矿物相；大部分
以类质同象形式存在，在寄主矿物中形 成固溶体。在主晶格间隙缺陷中。 ❖ 符合亨利定律－稀溶液定律，其行为可 用能斯特分配定律描述。
8
2 ．按其作用性质分类： ❖ 相容元素、不相容元素；
大离子亲石元素（亲石大阳离子）； 高场强元素 ❖ 难熔元素、挥发性元素； ❖ 聚集元素、分散元素； ❖ 放射性产热元素
第四章 微量元素地球化学
基本概念
本章内容
能斯特分配定律及分配系数
岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型
稀土元素地球化学
微量元素的示踪意义
1
微量元素地球化学是地球化学的分支 学科之一，研究微量元素在自然体系 中的分布规律、存在形式、活动特点、 控制因素及地球化学意义。
2
含量低,总质量占地壳0.126%，地壳各种分异 作用，对环境的反应强于常量元素。
9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
相容元素（Compatible elements） 不相容元素（Incompatible elements） 相容元素和不相容元素的分类是以微量元素在固 相—液相（气相）间的分配特征划分。 自然过程存在液相和结晶相（固相）共存时，微量 元素在体系两相中的分配不均一。
相容元素：在岩浆结晶作用过程中，容易以类质
主量和微量元素在不同体系中是相对的，如K在 地壳整体中是主量元素，但它在陨石中常为微量元素。 H在生命体中是主量元素，在石英中却是极微量的。
Gast（1968）对微量元素下的定义是：不作为体 系中任何相的主要化学组分存在的元素。
4
有学者将在所研究体系中的浓度低到 可以近似地服从稀溶液定律（亨利定 律）范围的元素，称为微量元素。从 热力学角度较严格地给出了微量元素 定义，实际工作中，难以严格划分的。
Tischendorf（1985）根据元素的地壳丰度、元素 形成矿物的种数及聚散程度进行的分类。 ❖ 分散元素:在自然界呈分散状态存在的元素。 ❖ 他们或不存在自己的独立矿物；或有少量独立 矿物，但含量小，工业上没有实际意义，如镓、铟、 锗、硒、铊、铷、铪、铼等元素，对他们的工业获 取主要靠其他矿产品选冶时回收。 ❖ 分类对于探讨元素的聚集和分散趋势有一定意义。
11
不相容元素具有过大或过小的离子半径或离 子电荷
① 大离子亲石元素（Large ion lithophil elements）LILE
K、Rb、Cs、Sr、Ba等，离子半径大、离子
电荷低、离子电位π＜3，这些元素的特点是易
溶于水、地球化学性质活泼，活动性强。
12
② 高场强元素（High field strength elements）HFSE。如Nb、Ta、Zr、Hf、P、
5
目前为止对微量元素尚缺少一个严格的定义。 比较一致的认识： 微量元素的概念是相对的； 低浓度（活度）是主要特征（它们的含量常 用10-6和10-9为单位）；它们往往不能形成 自己的独立矿物（相）而被容纳在由其它组 分所形成的矿物固溶体、熔体或流体相中。
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二、微量元素的性质和分类
1．微量元素：又称微迹元素、痕量元素、 稀有、分散、少量元素等。
有实验证明，在描述微量元素地球化学行 为中，浓度小于1％的体系都适用亨利定律， 有些元素达2％时仍能保持直线关系。
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稀溶液的 a – X 关系
16
放射性产热元素（Radiogenic productheat elements） U、Th、40K(40K占K总量的极小部分)三种 元素，在研究地壳热结构、热状态方面有特 殊意义。 U、Th、40K是放射性元素，在自然蜕变过 程中产生热量，从而限制了岩石圈（地幔、 地壳）的热状态。
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3．亨利定律：稀溶液定律
稀溶液的性质：溶质与溶剂之间相互作用可以忽略
溶质：含量较少的部分
溶剂：较多的部分
一种微量元素作为次要组分出现在体系中，作为溶质 对待。
在无限稀释的溶液中，溶质的活度a与溶质摩尔浓度 Xi成正比。
即：Xi→0时， 有 ai=K Xi 式中K为亨利常数，只受温度、压力影响，而与浓度 无关。
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亨利定律，只有在体系中溶质浓度非常 稀的条件下，亨利定律才适用，浓度提高将 偏离直线关系。也称为理想溶液定律。
同象形式进入固相（造岩矿物）晶格的微量元素。如 Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等。kD>1
浓度低，地球化学、晶体化学性质与结晶矿物主元素相近，进 入相关矿物相。
10
不相容元素：
湿亲岩浆元素 岩浆或热液矿物结晶过程中，趋向在液相富集元素。
kD<1
浓度低，不能形成独立矿物相。 富集在残余岩浆和热液中。
1. 地质-地球化学过程示踪剂 单个元素，一组元素及其含量比值有地
球化学作用意义。 2. 地球化学指示剂 具体地质体中浓度和分配，与介质性质
有关-温度计压力计。
3
一、微量元素的概念 微量（minor）或痕迹（trace）元素，是相
对于研究系统的主量元素（如地壳中的O、Si、Al、 Fe、Ca、 Na、K、 Mg、Ti等9种元素，占地壳总重 量的90%）而言的，通常将自然体系中含量低于0.1% 的元素通称为微量元素。
Th、HREE等，离子电位π＞3，难溶于水，
地球化学性质稳定，为非活动性元素。
大离子亲石元素在自然界易溶于水，活动 性强，在各种地质、地球化学作用过程中活 泼，易迁移，可作为地壳演化及作用发生的 示踪剂；高场强元素，由于其在地壳的各种 作用过程中性质稳定，可作为“原始”物质 组成特征的指示剂。
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❖ 难熔元素（Nonvolatile elements） ❖ 挥发性元素（Volatile elements）
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❖ 聚集元素（Concentrated elements） ❖ 分散元素（Dispersed elements）。
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主要性质： ❖ 具有对数正态分布形式（选择在某些矿物
质富集）； ❖ 低浓度，不形成独立矿物相；大部分
以类质同象形式存在，在寄主矿物中形 成固溶体。在主晶格间隙缺陷中。 ❖ 符合亨利定律－稀溶液定律，其行为可 用能斯特分配定律描述。
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2 ．按其作用性质分类： ❖ 相容元素、不相容元素；
大离子亲石元素（亲石大阳离子）； 高场强元素 ❖ 难熔元素、挥发性元素； ❖ 聚集元素、分散元素； ❖ 放射性产热元素
第四章 微量元素地球化学
基本概念
本章内容
能斯特分配定律及分配系数
岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型
稀土元素地球化学
微量元素的示踪意义
1
微量元素地球化学是地球化学的分支 学科之一，研究微量元素在自然体系 中的分布规律、存在形式、活动特点、 控制因素及地球化学意义。
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含量低,总质量占地壳0.126%，地壳各种分异 作用，对环境的反应强于常量元素。
9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
相容元素（Compatible elements） 不相容元素（Incompatible elements） 相容元素和不相容元素的分类是以微量元素在固 相—液相（气相）间的分配特征划分。 自然过程存在液相和结晶相（固相）共存时，微量 元素在体系两相中的分配不均一。
相容元素：在岩浆结晶作用过程中，容易以类质
主量和微量元素在不同体系中是相对的，如K在 地壳整体中是主量元素，但它在陨石中常为微量元素。 H在生命体中是主量元素，在石英中却是极微量的。
Gast（1968）对微量元素下的定义是：不作为体 系中任何相的主要化学组分存在的元素。
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有学者将在所研究体系中的浓度低到 可以近似地服从稀溶液定律（亨利定 律）范围的元素，称为微量元素。从 热力学角度较严格地给出了微量元素 定义，实际工作中，难以严格划分的。
Tischendorf（1985）根据元素的地壳丰度、元素 形成矿物的种数及聚散程度进行的分类。 ❖ 分散元素:在自然界呈分散状态存在的元素。 ❖ 他们或不存在自己的独立矿物；或有少量独立 矿物，但含量小，工业上没有实际意义，如镓、铟、 锗、硒、铊、铷、铪、铼等元素，对他们的工业获 取主要靠其他矿产品选冶时回收。 ❖ 分类对于探讨元素的聚集和分散趋势有一定意义。
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不相容元素具有过大或过小的离子半径或离 子电荷
① 大离子亲石元素（Large ion lithophil elements）LILE
K、Rb、Cs、Sr、Ba等，离子半径大、离子
电荷低、离子电位π＜3，这些元素的特点是易
溶于水、地球化学性质活泼，活动性强。
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② 高场强元素（High field strength elements）HFSE。如Nb、Ta、Zr、Hf、P、
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目前为止对微量元素尚缺少一个严格的定义。 比较一致的认识： 微量元素的概念是相对的； 低浓度（活度）是主要特征（它们的含量常 用10-6和10-9为单位）；它们往往不能形成 自己的独立矿物（相）而被容纳在由其它组 分所形成的矿物固溶体、熔体或流体相中。
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二、微量元素的性质和分类
1．微量元素：又称微迹元素、痕量元素、 稀有、分散、少量元素等。
有实验证明，在描述微量元素地球化学行 为中，浓度小于1％的体系都适用亨利定律， 有些元素达2％时仍能保持直线关系。
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稀溶液的 a – X 关系
16
放射性产热元素（Radiogenic productheat elements） U、Th、40K(40K占K总量的极小部分)三种 元素，在研究地壳热结构、热状态方面有特 殊意义。 U、Th、40K是放射性元素，在自然蜕变过 程中产生热量，从而限制了岩石圈（地幔、 地壳）的热状态。
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3．亨利定律：稀溶液定律
稀溶液的性质：溶质与溶剂之间相互作用可以忽略
溶质：含量较少的部分
溶剂：较多的部分
一种微量元素作为次要组分出现在体系中，作为溶质 对待。
在无限稀释的溶液中，溶质的活度a与溶质摩尔浓度 Xi成正比。
即：Xi→0时， 有 ai=K Xi 式中K为亨利常数，只受温度、压力影响，而与浓度 无关。
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亨利定律，只有在体系中溶质浓度非常 稀的条件下，亨利定律才适用，浓度提高将 偏离直线关系。也称为理想溶液定律。
同象形式进入固相（造岩矿物）晶格的微量元素。如 Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等。kD>1
浓度低，地球化学、晶体化学性质与结晶矿物主元素相近，进 入相关矿物相。
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不相容元素：
湿亲岩浆元素 岩浆或热液矿物结晶过程中，趋向在液相富集元素。
kD<1
浓度低，不能形成独立矿物相。 富集在残余岩浆和热液中。
1. 地质-地球化学过程示踪剂 单个元素，一组元素及其含量比值有地
球化学作用意义。 2. 地球化学指示剂 具体地质体中浓度和分配，与介质性质
有关-温度计压力计。
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一、微量元素的概念 微量（minor）或痕迹（trace）元素，是相
对于研究系统的主量元素（如地壳中的O、Si、Al、 Fe、Ca、 Na、K、 Mg、Ti等9种元素，占地壳总重 量的90%）而言的，通常将自然体系中含量低于0.1% 的元素通称为微量元素。
Th、HREE等，离子电位π＞3，难溶于水，
地球化学性质稳定，为非活动性元素。
大离子亲石元素在自然界易溶于水，活动 性强，在各种地质、地球化学作用过程中活 泼，易迁移，可作为地壳演化及作用发生的 示踪剂；高场强元素，由于其在地壳的各种 作用过程中性质稳定，可作为“原始”物质 组成特征的指示剂。
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❖ 难熔元素（Nonvolatile elements） ❖ 挥发性元素（Volatile elements）