东华理工大学地球化学课件5(1)-TJH
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(3) 在固溶体中呈类质同象替代主要组分：在晶体晶 格的规则位置微量元素替代主要组分；
(4) 间隙固溶体(interstitial solid solution)：与上类似， 只是微量元素占据的是晶格中的间隙位置。
微量元素地球化学分类
Major elements: 主量(常量)元素—大多数地质
物质中含量大于0.1%的元素: O，Si，Al，Fe， Ca， Na， K， Mg。造岩矿物的基本组成。 用氧化物质量百分比表示。
1、基本概念
什么是微量元素地球化学
微量元素地球化学是借助各种现代分析测试技术，基于微量 元素地球化学的基本理论研究微量元素在地球及其子系统中的分 布、化学作用及其演化的一门分支学科。它根据系统的特征和微 量元素的特性，阐明他们在地球系统中的分布分配，在自然体系 中的性状以及在自然界的运动过程和演化历史。
Gast(1968)认为，微量元素是指不作为体系 中任何相的主要组分(化学计算)存在的元素。
严格定义:只要元素在所研究的客体(地质体， 岩石，矿物等)中的含量低到可以近似地用 稀溶液定律描述其行为， 即可称为微量元 素。
微量元素在自然界中可呈活动状态和非 活动状态而存在:
非活动状态：类质同像、固溶体分凝物、 机械混入物、吸附状态、与有机物质结 合以及形成独立矿物等。
第五章 微量元素地球化学
Geochemistry of Trace Elements
20世纪60年代以前
地球各系统中微量元素的丰度
20世纪60年代以后
由于中子活化分析，X射线萤光光谱，以及电 感耦合等离子质谱(ICP-MS)等技术的发展，使得 快速，精确测定微量元素在地质体中的含量成为 可能。
Minor elements: 少量元素—不太丰富的主量元
素: Ti， Mn， P等。
Trace elements: 微量(微迹)元素—大多数地质
作用中含量小于0.1%的元素。 除主量和少量 ( 总 重 量 丰 度 占 99% 左 右 ) 以 外 呈 微 量 或 痕 量 (<0.1wt%)的元素。
Li et al., 2009
▪ 一般定义：将各种地质体系中呈微量或痕量
(<0.1wt%)的元素称为微量或微量元素。
▪ 然而，所谓主量和微量元素在自然界不同体系中是
相对的概念，常因所处的体系不同而异，如K在地 壳整体中是主量元素，但它在陨石中却被视为微量 元 素 。 又 比 如 锆 石 (ZrSiO4) 中 的 Zr ， 铬 铁 矿 (FeCr2O3)中的Cr和独居石(Ce,La)PO4中的Ce和La 等。
黄会清等，2008
以微量元素在固相－液相(气相) 间分配特征进行的分类
相容元素(Compatible elements): 岩浆结晶或 固相部分熔融过程中偏爱矿物相的微量元 素；
不相容元素(Incompatible elements): 岩浆结 晶或固相部分熔融过程中偏爱熔体或溶液 相的微量元素。 也称为亲岩浆元素 (hygromagmatophile)。
根据场强将不相容元素分为:
高场强元素(high field strength-HFS): 离子半径小 的高电荷阳离子 (离子电位>3.0)。
Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U， Ti， REE。
低场强元素(low field strength-LHS): 离子半径大 的低电荷阳离子(离子电位<3.0)。 又称大离子亲 石元素(large ion lithophile elements-LILE)。
由于能斯特（Nernst）分配定律在处理微量元素 在共存相之间分配方面的成功应用，促使在此基 础上发展和建立起有关岩浆分异结晶和部分熔融 等过程中微量元素分配演化的定量模型；
微量元素地球化学不仅有了特殊的研究方法，而 且具备了独立的理论体系。被系统应用于解决各 种地质学问题，被称为地球化学指示剂，示踪剂， 探途元素，指纹和监测剂等。
▪ 由于微量元素在体系中的低浓度(或活度)，它们难
以形成一种独立相，而以次要组分存在于其它组分 所形成的矿物固溶体，熔体或溶液中。
99.1%
Figure Three dimensional histogram illustrating the abundance of the elements (as the log of mole fraction) in the silicate portion of the Earth (the “Bulk Silicate Earth”; BSE) (White，2002)。
微量元素离子电荷/离子半径比值称为场强 (field strength)。 指阳离子每单位表面积的静
电荷， 也称为离子电位， 即离子在化学反应中吸 引价电子的能力。
水溶液中阳离子吸引价电子的能力低于H+ 者呈碱性， 在水溶液中呈简单离子形式存 在。 水溶液中争夺价电子能力大于H+， H+ 游离使溶液呈酸性。
微量元素可以作为地质—地球化学作用的示百度文库剂，其特色之 处就是能近似定量地解决问题，使实际资料与模型设计结合起来。
为此，它们在解决当代地球化学的基础理论问题—如天体、 地球、生命和元素的起源，为人类提供充足资源和良好生存环境 等方面正发挥着重要作用。
什么叫微量（trace）元素 微量元素是指构成物质的常量（或主要）元素之外的、用现 代分析技术可以检测出的所有元素。在地球化学研究中，习惯上 将矿物中不记入分子式而在该矿物中存在的元素统称为微量元素。 微量元素：也称痕迹元素、微迹元素、次要元素、杂质元素、 稀有元素、分散元素等。 次要元素：含量介于常量元素和微量元素之间的元素。
活动状态：离子、可溶化合物和络合物、 水溶胶、气溶胶、悬浮态和气体等。
微量元素在矿物中的主要存在形式:吸附、固溶 体、显微晶体。
(1) 表面吸附(surface adsorption)：外来离子被吸附在 晶体表面的扩散层内，与那些化学键不完全饱和的 表面原子呈静电相互作用；
(2) 吸留(occlusion)：在晶体的增生中吸附在晶面的杂 质被后来增生的晶层所圈闭；
(4) 间隙固溶体(interstitial solid solution)：与上类似， 只是微量元素占据的是晶格中的间隙位置。
微量元素地球化学分类
Major elements: 主量(常量)元素—大多数地质
物质中含量大于0.1%的元素: O，Si，Al，Fe， Ca， Na， K， Mg。造岩矿物的基本组成。 用氧化物质量百分比表示。
1、基本概念
什么是微量元素地球化学
微量元素地球化学是借助各种现代分析测试技术，基于微量 元素地球化学的基本理论研究微量元素在地球及其子系统中的分 布、化学作用及其演化的一门分支学科。它根据系统的特征和微 量元素的特性，阐明他们在地球系统中的分布分配，在自然体系 中的性状以及在自然界的运动过程和演化历史。
Gast(1968)认为，微量元素是指不作为体系 中任何相的主要组分(化学计算)存在的元素。
严格定义:只要元素在所研究的客体(地质体， 岩石，矿物等)中的含量低到可以近似地用 稀溶液定律描述其行为， 即可称为微量元 素。
微量元素在自然界中可呈活动状态和非 活动状态而存在:
非活动状态：类质同像、固溶体分凝物、 机械混入物、吸附状态、与有机物质结 合以及形成独立矿物等。
第五章 微量元素地球化学
Geochemistry of Trace Elements
20世纪60年代以前
地球各系统中微量元素的丰度
20世纪60年代以后
由于中子活化分析，X射线萤光光谱，以及电 感耦合等离子质谱(ICP-MS)等技术的发展，使得 快速，精确测定微量元素在地质体中的含量成为 可能。
Minor elements: 少量元素—不太丰富的主量元
素: Ti， Mn， P等。
Trace elements: 微量(微迹)元素—大多数地质
作用中含量小于0.1%的元素。 除主量和少量 ( 总 重 量 丰 度 占 99% 左 右 ) 以 外 呈 微 量 或 痕 量 (<0.1wt%)的元素。
Li et al., 2009
▪ 一般定义：将各种地质体系中呈微量或痕量
(<0.1wt%)的元素称为微量或微量元素。
▪ 然而，所谓主量和微量元素在自然界不同体系中是
相对的概念，常因所处的体系不同而异，如K在地 壳整体中是主量元素，但它在陨石中却被视为微量 元 素 。 又 比 如 锆 石 (ZrSiO4) 中 的 Zr ， 铬 铁 矿 (FeCr2O3)中的Cr和独居石(Ce,La)PO4中的Ce和La 等。
黄会清等，2008
以微量元素在固相－液相(气相) 间分配特征进行的分类
相容元素(Compatible elements): 岩浆结晶或 固相部分熔融过程中偏爱矿物相的微量元 素；
不相容元素(Incompatible elements): 岩浆结 晶或固相部分熔融过程中偏爱熔体或溶液 相的微量元素。 也称为亲岩浆元素 (hygromagmatophile)。
根据场强将不相容元素分为:
高场强元素(high field strength-HFS): 离子半径小 的高电荷阳离子 (离子电位>3.0)。
Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U， Ti， REE。
低场强元素(low field strength-LHS): 离子半径大 的低电荷阳离子(离子电位<3.0)。 又称大离子亲 石元素(large ion lithophile elements-LILE)。
由于能斯特（Nernst）分配定律在处理微量元素 在共存相之间分配方面的成功应用，促使在此基 础上发展和建立起有关岩浆分异结晶和部分熔融 等过程中微量元素分配演化的定量模型；
微量元素地球化学不仅有了特殊的研究方法，而 且具备了独立的理论体系。被系统应用于解决各 种地质学问题，被称为地球化学指示剂，示踪剂， 探途元素，指纹和监测剂等。
▪ 由于微量元素在体系中的低浓度(或活度)，它们难
以形成一种独立相，而以次要组分存在于其它组分 所形成的矿物固溶体，熔体或溶液中。
99.1%
Figure Three dimensional histogram illustrating the abundance of the elements (as the log of mole fraction) in the silicate portion of the Earth (the “Bulk Silicate Earth”; BSE) (White，2002)。
微量元素离子电荷/离子半径比值称为场强 (field strength)。 指阳离子每单位表面积的静
电荷， 也称为离子电位， 即离子在化学反应中吸 引价电子的能力。
水溶液中阳离子吸引价电子的能力低于H+ 者呈碱性， 在水溶液中呈简单离子形式存 在。 水溶液中争夺价电子能力大于H+， H+ 游离使溶液呈酸性。
微量元素可以作为地质—地球化学作用的示百度文库剂，其特色之 处就是能近似定量地解决问题，使实际资料与模型设计结合起来。
为此，它们在解决当代地球化学的基础理论问题—如天体、 地球、生命和元素的起源，为人类提供充足资源和良好生存环境 等方面正发挥着重要作用。
什么叫微量（trace）元素 微量元素是指构成物质的常量（或主要）元素之外的、用现 代分析技术可以检测出的所有元素。在地球化学研究中，习惯上 将矿物中不记入分子式而在该矿物中存在的元素统称为微量元素。 微量元素：也称痕迹元素、微迹元素、次要元素、杂质元素、 稀有元素、分散元素等。 次要元素：含量介于常量元素和微量元素之间的元素。
活动状态：离子、可溶化合物和络合物、 水溶胶、气溶胶、悬浮态和气体等。
微量元素在矿物中的主要存在形式:吸附、固溶 体、显微晶体。
(1) 表面吸附(surface adsorption)：外来离子被吸附在 晶体表面的扩散层内，与那些化学键不完全饱和的 表面原子呈静电相互作用；
(2) 吸留(occlusion)：在晶体的增生中吸附在晶面的杂 质被后来增生的晶层所圈闭；