第五章-微量元素地球化学基本概念及有关理论问题.doc

第五章微量元素地球化学根本概念及有关理论问题第一节微量元素的概念及分类

在常见的地球化学文献中，人们常将O、Si、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等九种元素(它们的地壳丰度共占99％左右)以外的其它元素统称为微量元素或痕量元素、杂质元素、副元素、稀有元素、次要元素等(Trace，Minor，Micro，Rare，Oligoelements)。它们在岩石中的含量一般在1％或o．1％以下(即低到W．诺达克和I．诺达克提出的所谓无所不存在的含量)，含量单位常以10—‘或10—。表示。O’Ni皿s等将含量等于或小于10—’的任何一种元素称为痕量元素。考虑到目前多数地球化学论文的习惯用法，本书采用微量元素一词，它包括痕量元素和微量元素。然而，主要元素与微量元素的区分是相对的，常因具体的研究对象而异。Gast(1968)t1“认为，微量元素是指不作为体系中任何相的主要组分(化学计量)存在的元素。在化学作用过程中实际起作用的是摩尔浓度，因此，在地球化学中对微量元素概念的严格定义应是：只要元素在所研究客体(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，该元素可称为微量元素。

在矿物中，微量元素主要以以下形式存在：

1．在快速结晶过程中陷入囚禁带内；

2．在主晶格的间隙缺陷中；

3．在固溶体中替代主要相的原子。

Goni和Gu山emin(1968)认为，可以把矿物中的微量元素按分布分成两组：

1．可以取代某一矿物晶格中其它元素(类质同象置换)的微量元素；

2．晶格以外的元素(晶间位置，如晶粒边界；晶内位置，如解理、裂隙等)。

目前，还没有建立对微量元素进行地球化学分类的统一标准，分类方案常因研究对象和研究目的不同而异。60年代以前，一般沿用戈尔德施密特的元素地球化学分类系统，如亲石元素、亲铁元素、亲铜元素、亲气元素等。有时那么按它们在元素周期表中的位置以化学性质进行分类，如稀碱金属Li、Rb、Cs等；稀有元素Be、Nb、Ta、Zr、Hf等；稀土元素(La系、Y)；过渡族元素TME(Fe、Co、Ni、V、Ti、Cr、Cu)等。J．Jadwab(1953)将微量元素分为两类：(1)结晶化学元素的结合，仅受结晶化学因素控制；(2)标型化学元素，它们对供应条件和共生条件很敏感。

随着微量元素分配理论和定量模型的开展，对微量元素的地球化学分类也发生了较大变化。概括起来可大致分为三套系统。

一、以微量元素在固相—液相(气相)间的分配特征分类

随着元素在矿物—熔体之间分配系数概念的建立，特别是矿物分配资料的大量积累，使得对微量元素在岩浆作用过程中的地球化学行为有了较深入了解，相继提出了如下分类概念：

不相容元素(incompatibleelements)和相容元素(compatibleelements)：这种分类概念是基于许多地球化学作用过程常常存在液相和结晶相(固相)共存的体系，例如，含矿溶液的成矿过程；地慢或地壳通过熔融形成岩浆的过程；岩浆的结晶分异过程。在这些体系的地球化学过程中，微量元素在液相和固相间进行分配，一般情况下，这种分配是不均等的。由于微量元素晶体化学性质和地球化学行为的差异，有些元素容易进入结晶相，而在液相中浓度迅速降低。例如，Ni、Co易进入橄榄石，V易进入磁铁矿，Cr易进入尖晶石，Yb易进入石榴子石，Eu易进入斜长石。对在岩浆结晶过程(或由固相局部熔融)中易进入或保存在固相中的微量元素，统称为相容元素。相反，在这些过程中不易进入固相，而保存在与固相共存的熔体或溶液中，因而在液相中浓度逐渐增加，如U、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb、Zr、Hf、B、P、Cl、REE、U、Th等，这些元素统称为不相容元素。显然，在任何固—液—气相平衡体系中，相容元素总是“喜欢”固相，而不相容元素那么总是“喜欢”液相或气相。

从分配系数的概念出发，相容元素的总分配系数大于1，而不相容元素的总分配系数小于1。按总分配系数(D。)的大小，不相容元素又可分为两组：

0。＜O．1，女口K、Rb、U、Th、Pb、LREE

o，l＜0。＜1，如Zr、Nb、I。a、HREE

对于D。值范围为o．02一o．06的微量元素称为强不相容元素。当元素的总分配系数与l比拟可忽略不计时，称为岩浆元素，而与o．2一o．5比拟可忽略不计时称为超岩浆元素。wood(1979)[zs]那么提出了亲湿岩浆元素(HygromagmatophileE1ements简称HYG)来代替不相容元素和大离子亲石元素。亲湿岩浆元素是指分配系数小于1的微量元素，它们在熔融过程中进入液相，在结晶过程中进入剩余相。它又可分出强亲湿岩浆元素