10第四章微量元素地球化学2

很低，近于0，与0.2～0.5比较可忽略 不计。
大，但在分离结晶作用过程中则变化 缓慢。
在部分熔融过程中这些元素浓度变化
亲岩浆元素M
总分配系数与1比较可忽略不计。
典型亲岩浆元素：HREE、Zr、Hf等
超岩浆元素和亲岩浆元素 （不相容元素）
部分熔融模型 分离结晶作用模型
平衡部分熔融：
玄武岩类
Ti/100
哈尔加乌-卡拉岗旋回火山岩 哈尔加乌组火山岩 卡拉岗组火山岩
Ti/100-Zr-Y*3图解
D B A
C
(A- 岛 弧 拉 斑 玄 武 岩 ； BMORB 、岛弧拉斑玄武岩、钙 碱性玄武岩； C- 钙碱性玄武岩； D-板内玄武岩)
Y*3
Zr
100
哈尔加乌-卡拉岗旋回火山岩 哈尔加乌组火山岩 卡拉岗组火山岩
稀土元素分配型式的类型


1）以稀土元素总量划分
仅仅相对于球粒陨石而言，比较 直观，常用于同类型的岩石或矿 物比较。
1000 ( c) 1 35 100 3 2 36



2）CeN/YbN或LaN/YbN划分 (表示曲线倾斜程度)
CeN/YbN =1，平坦型 CeN/YbN ＞1，LREE富集型， 曲线右倾 CeN/YbN ＜1，HREE富集型， 曲线左倾
∑w (Ce) / ∑w (Y) ∑ Ce
③
反映轻/重稀土内部分馏程度的参数： [(La)/(Yb)]N [(La)/(Lu)]N [(Ce)/(Yb)]N
反映轻稀土和重稀土元素内部分馏状况，
比值越大越富集。
2 异常系数（指数）☆
• ①、δEu
δEu =(Eu)/(Eu*) = 2(Eu)N/（ (Sm)N+ (Gd)N） o δEu>1为正异常 o δEu <1为负异常 o δEu＝1无异常
第四章
微量元素地球化学
PartⅡ
第四章
4.3
微量元素地球化学
稀土元素地球化学 4.4 微量元素地球化学示踪作用
4.3 稀土元素地球化学
稀土元素地球化学在微量元素地球化学中占
据很重要的地位，这是由稀土元素以下四个 优点所决定的： ① 性质极相似的地球化学元素组，在地质、 地球化学作用过程中作为一个整体而活动； ② 分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学 过程的性质—指示功能强；
4 被吸附能力的差异 离子半径小的REE3+比离子半径大的 容易被吸附，从La3+到Lu3+被吸附能 力增强。 Σ Ce被胶体、有机质和粘土矿物吸附 能力小于Σ Y。

5 结晶矿物和熔体中的分异（体系化学成分）
4.3.4 稀土元素组成数据的表示★
1
表征REE组成的参数 2 异常指数 3 REE组成模式图 4 稀土参数图解
③ 稀土元素除受岩浆熔融作用外，其
它地质作用基本上不破坏它的整体组 成的稳定性； ④ 在地壳岩石中分布较广—广泛性。
4.3 稀土元素地球化学
4.3.1
稀土元素的主要性质 4.3.2 稀土元素在自然界中的分布 4.3.3 稀土元素在自然界的分馏 4.3.4 稀土元素组成数据的表示
分离结晶作用的轨迹
Y= CHL/CML= CHo,l / CMo,l =常数
X= CHL= CHo,l / F 分离结晶是一条平行于x轴的直线，截距为
CHo,l / CMo,l
4.4.2 成岩成矿构造环境的判别




随着板块学说的深入，恢复地壳中各种岩石或矿 床形成时的构造环境研究越来越受到重视。 在宏观条件下，一般是根据地球物理资料（重力、 地震）研究地壳结构，并根据岩石类型组合恢复 古构造环境（俯冲带、岛弧、洋中脊、弧后、板 块内部等）。 近年来的研究表明，不同构造环境形成的各种岩 石的微量元素含量与组合、同位素组成等均有较 明显的差异。 许多学者建立了以微量元素组合为基础的构造环 境判别图解。
4.3.2 稀土元素在自然界中的分布 1、在地球中的丰度，从下地幔到上地
幔再到地壳，REE总量不断增加； 2、稀土元素在地壳中分配： 超基性岩→基性岩→中性岩→酸性 岩→碱性岩 稀土元素总量是逐渐增加的； 地幔、超基性岩、基性岩中 Y 占优 势，随着分异，陆壳及酸性岩、碱性岩 以∑Ce占优势 。

著名的澳大利亚布罗肯希尔Pb－Zn超大 型矿的成矿流体来源一直存在争议，有 火山热液、建造水、下降对流海水、地 幔热液等不同认识。
4.4 微量元素地球化学 示踪作用
4.4.1 岩浆岩形成机制的判别
部分熔融模型
分离结晶作用模型
部分熔融作用——为一有截距的直线 分离结晶作用——平行于x轴的直线
4.3.1 稀土元素的主要性质
什么是稀土元素？
稀土元素（rare earth elements） REE 以往由于分析技术水平低，误认为他们在地
壳中很稀少，另外它们一般发现于富集的风 化壳上，呈土状，故名稀土。 REE（稀土元素）的地壳丰度为0.017%，其 中Ce、La、Nd的丰度比W、Sn、Mo、Pb、 Co还高。 中国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰富 。
②、δCe
δ Ce =2* (Ce )N/[w(La)N+w(Pr)N]
3 REE组成模式图
增田-科里尔（A Masuda,1962; C D Coryell，1963）图解
1000 ( c)
Sample/Chrondrite
1 35
2 36
100
3
10
1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd T b Dy Er Yb
cL/co=1/[D (1-F)+F]
CHL=CHo,s
/F CML=CMo,s / ( DMo+F )

式中CHL为超岩浆元素在液相中的浓度，
CML为亲岩浆元素在液相中的浓度； CHo,s和CMo,s分别为它们在原始固相中的浓度；
分离结晶作用：ciL/ci0.L=F（D-1）
CHL = CHo,l / F CML = CMo,l /F CHL / CML = CHo,l / CMo,l =常数。
如不同构造环境的玄武岩：大洋拉斑玄武 岩→高铝玄武岩→大陆拉斑玄武岩 ∑REE： 100ppm 150ppm 360ppm ∑Ce/∑Y 增加了3~4倍

3、
稀土元素在地壳中
地壳中∑Ce含量远高于∑Y含量，
∑Ce/∑Y=2.65~2.93，大大高于地 幔（1.13-1.14）、地球（1.15）以 及陨石中的比值

用CHL/CML对CHL作图时，即用某超岩浆元素
（H）与亲岩浆元素（M）浓度比值对超岩浆 元素浓度作图时；
Y= CHL/CML X= CHL 部分熔融作用——为一有截距的直线 分离结晶作用——平行于x轴的直线
平衡部分熔融的轨迹为：
Y= DM / CM0x+常数
以DM / CM0为斜率的直线
Ce
Pr
Nd
Sm
3
稀土元素 Eu Gd Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
20.2 38.3 4.43 16.6
0.85 2.28 0.34 2.1 0.41 1.28 0.2 1.3 0.22
微量元素 Sr Nd Sm
3
Rb
Ba
Th
U
Nb
Ta
La
Ce
Zr
Hf
Eu
Ti
Tb
Y
Yb
Lu
53.4 396 4.02 1.52 9.6 0.6 20.2 38.3 284 16.6
来自百度文库
170 4.2 0.85 9682 0.34 12.1 1.32 0.2
稀土元素：球粒陨石配分模型 微量元素：原始地幔蛛网图

4 稀土参数图解应用
武用 岩稀 、土 花参 岗数 岩图 和解 碳区 酸分 盐不 岩同 。类 型 玄
成矿溶液的性质研究




在成矿作用研究中，确定金属的来源是困难的。 微量元素，特别是稀土元素可以作为水热体系 中发生的蚀变反应的示踪剂。 蚀变（水/岩作用）的特点可由溶液的微量元素 比值或稀土元素分布模式反映出来，而溶液又 会影响矿床的稀土元素分布模式。 溶液的稀土元素组成可反映原始岩石的矿物学、 被溶液所蚀变的岩石相和溶液的化学成分特征， 当溶液发生沉淀形成化学沉积物（如硫化物、 含铁建造）时，这种化学沉积物的稀土元素组 成就可以提供形成它的水热体系历史的指标。
1 表征REE组成的特征参数
①
稀土元素总含量 ∑REE ∑LREE ∑HREE
②
轻重稀土元素比值 (LREE) / (HREE) 或∑ (Ce) / ∑ (Y)
反映稀土元素分异程度和岩浆演化，岩 浆演化晚期更富集LREE，因而比值可以反 映演化特点。
逐随 渐岩 增浆 大作 ，用 即演 化 ， 在 岩 浆 作 用 晚 期 富比 集值 。
4.3.3 稀土元素在自然界的分馏
4.3.3 稀土元素在自然界的分馏
1 酸碱性的控制
稀土元素在地壳中的分配： 碱性岩：La、Ce、Pr、Nd等和Sr、Ba、Ca、
K共生 碱性花岗岩：相对富集Sm、Gd、Tb、Dy； 钙碱性花岗岩：以Y、Ho、Er、Tm、Lu等 重稀土，与Sc、Mn等元素共生


固—液相分配系数高的相容元素 D＞＞1 如Ni、Cr等，在分离结晶作用过程中它 们的浓度变化很大（液相），但在部分 熔融过程中则变化缓慢（液相）。
固—液相分配系数低的微量元素
超岩浆元素H 亲岩浆元素M

D<<1
超岩浆元素H
典型超岩浆元素：
Ta、Th、La、Ce等，它们总分配系数
2

氧化还原条件控制（元素价态的差异）
变价稀土元素对外界氧化还原条件变化反应 敏感： 氧化条件下，Ce3+→ Ce4+ 还原条件下，Eu3+→ Eu2+
3

络离子稳定性的差异
REE可与F－、Cl－、CO32－、PO43－、 SO42－等形成络阴离子，但不同元素稳定 性各异； Σ Y络离子稳定性＞Σ Ce络离子稳定性， 这样Σ Ce矿物沉淀后，ΣY元素尚可呈络合 物形式在溶液中迁移，在较晚的阶段沉淀， 导致Σ Ce与ΣY的分异。
实 例
1为西藏冈底斯闪长岩、花岗闪长岩和二云母花岗岩, 2为西藏冈底斯斑状黑云母花岗岩。
赵振华（1982）通过研究认为：
我国西藏冈底斯花岗岩的斑状黑云母花岗
岩主要通过分异结晶形成，而闪长岩、花 岗闪长岩和二云母花岗岩属于平衡部分熔 融的产物。
作业：为什么？ 元素如何选择 原理或公式推导
目前白云鄂博稀土矿矿石开采量为2.5亿吨，尾矿的量为 矿石的60%左右，也就是说目前尾矿坝有尾矿1.5亿吨。 在这1.5亿吨尾矿中，包括930万吨稀土和7万吨钍。
稀土元素组成及其分组★

①稀土元素组成：?
稀土元素组成及其分组★
①稀土元素组成： 稀土元素是指周期表中原子序数从57 到71 的镧系15个元素（La、Ce、Pr、 Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、 Ho、Er、Tm、Yb、Lu）， 加上原子序数为39 的Y共16个元素。
Sample/Chrondrite
10
1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd T b Dy Er Yb
3）δEu和δCe异常划分
1000 ( c)
Sample/Chrondrite
1 35
2 36
100
3
10
1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd T b Dy Er Yb
La
A1 A2
B
C D
Zr/4
Y
100000
哈尔加乌-卡拉岗旋回火山岩 哈尔加乌组火山岩 卡拉岗组火山岩 三塘湖盆地下二叠统火山岩 I III
火山岩Zr-Ti构造判别图解 I-板内熔岩；II-火山弧熔岩； III-洋中脊玄武岩

②
稀土元素分组 1）两分法 La-Eu： ΣCe铈族稀土，亦称轻稀土 LREE（7个元素）； Gd-Lu+Y ： ΣY镱族稀土，亦称重稀 土HREE（9个元素）
2）三分法 轻稀土（LREE)，La-Nd； 中稀土（MREE)：Sm-Ho； 重稀土（HREE)：Er-Lu +Y
Zr-Zr/Y图解
10
C
E B D A
（ A- 火山弧玄武岩； B-MORB ； C-板内玄武岩； D-MORB、火 山弧玄武岩； E-MORB 、板内 玄武岩）；
1000
Zr/Y
1 10 100
Zr
2*Nb
哈尔加乌-卡拉岗旋回火山岩 哈尔加乌组火山岩 卡拉岗组火山岩
2×Nb-Zr/4-Y图解 （ A1－板内碱性玄武岩； A2－板内 碱性玄武岩、板内拉斑玄武岩；B－ E型 MORB；C－板内拉斑玄武岩、 火山弧玄武岩； D － N 型 MORB 、 火山弧玄武岩）；