微量元素矿床地球化学.pdf

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1、第二讲微量元素矿床地球化学第一节基本原理1、微量元素的概念微量元素——地质体中含量小于1%的元素痕量元素——含量小于0.1%的元素，也属于微量元素。2、微量元素的存在形式1）在矿物的快速结晶过程中陷入囚禁富集带中2）在主晶格的间隙缺陷中3）以固溶体形式代替主元素4）少数元素可以形成独立矿物3、分类1）以元素在固相-液相/气相间的分配特征(D0——总分配系数)分为：相溶元素D0>1——Ni、Co、V、Cr、Yb、Eu等不相容元素D0<1——Zr、Nb、Ta、HREE、U、Th、Rb等2）以元素在熔融过程中挥发与难溶程度分为：3）以元素在地质作用过程中分散富集特点分为：Tis

2、chendorf（1985）根据元素丰度和出现的矿物数分为:a）聚集元素——优先形成矿物的元素，是典型成矿元素；b）分散元素——很少形成独立矿物，不形成独立矿床。4、稀溶液与亨利定律在极端稀薄的溶液中，溶质的活度与溶质的摩尔分数成正比，即：溶质=KX溶质12、分配系数在稀溶液中，溶质I（微量组分）在溶液中两相α和β(如液相和晶体相)之间的平衡分配一般是不均匀的,其系有相平衡条件ii所决定,和分别代表微量元素i在α和β相的化学势,上式可改写为:iiRTlnXRTlnXiiii变换上式可以得到：Xiexp()

3、KDXRTi这就是特（Nernst）分配定律表达式，它表明在恒温恒压条件下，溶液的量平衡相之间的平衡浓度为一常数（KD）即分配常数或能斯特分配常数。由亨利定律，稀溶液中微量元素组分的活度与浓度成正比关系，可以得出：aKiDai一个体系中所有矿物的简单分配系数加权和称为总分配系数：iiD=∑KDXj影响分配系数的因素有:1）体系的总成分2）温度2）压力第二节稀土元素稀土地球化学是20世纪60年代逐渐发展起来的一个地球化学分支。稀土元素在地球各类岩石中，在陨石、月岩及其它星际物质中普遍存在。由于稀土元素的不活动性，化学性质相似，离子半径有规则的变化，不同来源、不同形

4、成方式的岩石具有不同类型的稀土模式。近年来，还发展了稀土定量模拟计算，用以推测源区的物质组成和可能的形成历史。一、稀土元素的性质在元素周期表中原子序数为57~71的十五个元素，加上化学性质相近的钇统称为稀土元素REE(RareEarthElements)。它们是，镧(La，Lanthanun)、铈(Ce，Cerium)、镨(Pr，Praseodynium)、钕(Nd，Neodynium)，钷(Pm，Promithium)、钐(Sm，Samarium)、铕(Eu，Europium)，钆(Gd，Gadolinium)、铽(Tb，Terbium)、镝(Dy，Dysprosium

5、)、钬(Ho，Holmium)、铒(Er，Erbium)、铥(Tm，Thulium)、镱(Yb，Ytterbium)、镥(Lu，Lutetium)和钇(Y，Yttrium)。在稀土地球化学讨论中，一般只考虑前十五个元素。按照原子序数的大小进一步把稀土元素分为轻稀土元素LREE(Lightrareearthelements)、重稀土元素HREE(Heavyrareearthelements)和中稀土元素MREE(Middlerareearthelements)。具有低原子序数的稀土元素划为轻稀土元素(简称轻稀土，下同)，具有高原子序数的稀土元素划为重稀土，具有中等原子序数的

6、稀土元素划为中稀土。稀土元素的电子结构如表1所示。所有稀土元素在6s能级具有两个电子，随着原子序数的增加，电子依次充入4f能级。La在4f能级没有电子，Ce在4f能级有二个电子，Lu在4f能级有14个电子，所有4f轨道全部被充满。稀土元素处在5d和6s能级上的电子容易失去，形成三价阳离子。在地质作用中，除Eu、Ce有变价外，所有稀土元素都表现为正三价。Eu除正三价外，还经常表现为正二价。三价离子和二价离子的比例决定于氧的逸度。在强烈氧化条件下，如在地表条件或者热液中，Ce有时表现为正四价。在强烈2+还原条件下，有时Yb能以Yb出现。稀土元素的原子半径和离子半径随着原子序数

7、的增加而依次减小，离子半径由La的l.032Å到Lu的0.861Å(表1)。这是由于随着原子序数的增加，电子依次充入4f能级而保持最外层电子不变的结果。这个现象叫做镧系收缩。二、稀土元素的丰度地壳火成岩和陨石的丰度如图1所示。由图1可以看出，由La到Lu，稀土的丰度曲线是一条十分有规则的曲线。除了自然界不存在的元素钜(Pm)外，凡是原予序数为偶数的元素都比相邻的原子序数为奇数的元素的丰度大，位于丰度曲线的峰部位置，而原子序数为偶数的元素的丰度小，处于曲线2的峰谷位置。这个现象叫做Oddo-Hafkins效应。为了便于比较稀土的