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第六章 微量元素地球化学原理 微量元素地球化学原理 概述 地球化学的手段(宏观性质) 研究意义: 示踪 物理化学条件 地球化学过程(结合年龄数据) 微量元素地球化学原理 元素含量与热力学量之间的关系问题（ΔG,ΔH, ΔS等）: μ= μo +RT ln? μ= μo +RT lnα 即 ?、α与组分(摩尔分数)之间的关系可否描述？ 微量元素地球化学原理 一、微量元素地球化学应用的理论基础 (一)基本概念和定律 1.微量元素的概念：0.1% 2.溶质和溶剂的概念 溶质：物质中含量较少的部分 溶剂：物质中较多的部分 微量元素地球化学原理 (二)稀溶液的性质 例：混合物或固溶体的性质，如盐水溶液的冰点降低，沸点升高；混合气体的蒸气压降低以及热力学性质等 稀溶液的性质(=理想溶液) ：溶质与溶质之间的相互作用可以忽略 微量元素地球化学原理 1.溶剂性质遵守拉乌尔定律(理想溶液)： 溶剂的活度(逸度)等于纯溶剂的活度与其摩尔分数的乘积： aj = aoj ? Xj (fj = foj ? Xj); (Pj = Poj ? Xj) 2.稀溶液溶质的性质遵守亨利定律(实际溶液)： 即溶质的活度与溶质的摩尔分数成正比： ai = ?i ? Xi (fi = ?i ? Xi); (Pi= ?i ? Xi) 微量元素地球化学原理 二、微量元素的分配系数 (一)能斯特分配系数 （二）分配系数的测定 1.天然样品： 利用地质体中两种平衡相中元素.如火山岩中斑晶和玻璃. 缺点:温度未知 2.人工实验： 岩石或矿物在高温高压进行熔融后,测量不同相中元素的含量以得到分配系数 缺点:是否平衡? 微量元素地球化学原理 (二)分配系数的影响因素 1.温度 微量元素地球化学原理 2.压力的影响： 微量元素地球化学原理 3.熔体的总成分（溶剂）影响 氧逸度影响 仅对变价元素产生影响 稀土元素在斜长石与玄武岩浆之间的分配系数与氧逸度的关系 微量元素地球化学原理 （三）岩浆过程微量元素的定量模型 1.岩浆结晶作用模型 Cl/C0=F(D-1) ClH = C0H /F, ClM = C0M /F ClH/ ClM = CoH/ CoM =常数 2.岩石部分熔融模型(批次部分熔融模型) Cl/C0 = 1/[D(1-F)+F ] ClH = C0H /F, ClM = C0M /(F +DoM) ClH/ ClM ：不等于常数 微量元素地球化学原理 (四)微量元素分配系数的应用 1.地质温度计 微量元素地球化学原理 2.研究地球化学过程的平衡程度 根据两种相，如矿物与矿物、矿物与熔体（玻璃）等之间微量元素的分配特征进行研究 微量元素地球化学原理 3.研究地质作用过程 沉积盆地演化历史的研究 例：德国司塔斯福特的策克斯泰因岩系中盐层的成因。实测25C时获得： 微量元素地球化学原理 4.岩浆结晶作用研究 例:岩浆组成变化的原因研究（向量图） 根据结晶分异作用模型: Cl/Co=F(D-1) 分配系数 Ba Sr Opx 0.003 0.009 Cpx 0.131 0.516 Hbl 0.044 0.022 Bi 6.360 0.120 Plag 0.360 2.840 Ksp 6.120 3.870 5.构造环境的地球化学识别 微量元素地球化学原理 三、稀土元素的地球化学及其应用 (一)稀土元素的地球化学性质 原子序数：57-71 电子构型：4f0-14 价态：主要为三价， Eu2+ (Yb2+) Ce4+ (Tb4+) 微量元素地球化学原理 1.稀土:REE(rare earth element)的划分： (1)两分： 轻稀土（LREE）La-Eu 重稀土（HREE）Gd-Lu (2) 三分： 轻稀土（LREE）La-Nd 中稀土（MREE）Sm-Ho 重稀土（HREE）Er-Lu 微量元素地球化学原理 (二)REE组成数据的表示方法 1.数据的标准化 2.REE组成模式的图示 微量元素地球化学原理 3.表征REE组成的参数 (1)稀土元素总量（?REE） (2)比值 LREE/HREE (La/Yb)N, (La/Lu)N , (Ce/Yb)N, (La/Sm)N, (Gd/Lu)N (3)异常值 Eu/Eu*(?Eu)，Ce/Ce*(?Ce) 微量元素地球化学原理 微量元素地球化学原理 (三)稀土元素地球化学的应用 1.岩浆岩成因模拟 ２.各种构造环境岩浆岩的REE丰度特征 洋中脊玄武岩 特点： 多数为轻稀土亏损型 微量元素地球化学原理 大陆酸性岩 特点： 宽的变化范围 多数为高