微量元素在地学中的应用(论述)

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1、微量元素在地学中的应用在地球化学中，微量元素是一个相对概念，通常将自然体系中含量低于0.1%的元素称为微量元素。一般认为：微量元素以低浓度（活度）为主要特征，其行为服从稀溶液定律（亨利定律）和分配定律；自己往往不能形成独立矿物，而被容纳在由其他组分所组成的矿物固溶体、熔体或流体相中，在大多数情况下，微量元素以类质同象形式进入固溶体。由于在不同条件下，微量元素的演化规律基本一致，所以可以指示物质的来源和地质体的成因。微量元素地球化学研究已经从定性向定量，从微观向宏观的方向发展，因而有可能建立各种地球化学作用过程元素演化的定量

2、理论模型，而这种理论模型是基于能斯特定律和分配系数的。能斯特分配定律表达式：,、表示微量元素i在α、β中的摩尔浓度，、分别是微量元素i在α和β相中的化学势，R为气体常数。能斯特分配定律表明在温度、压力一定的条件下，微量元素i（溶质）在两相平衡分配时其浓度比为一常数（KD）,KD称为分配系数。在一定浓度范围内KD与i的浓度无关，只与温度、压力有关。需要强调的是能斯特分配系数（KD）仅适用于服从稀溶液定律的微量元素，其他元素需采用该元素在两相中的活度比值作为分配系数（K=）。在分配系数的基础上，学者们建立了模拟岩浆作用过程中微

3、量元素分配演化的多种定量模型，其中最主要的有两种：一种是由岩石形成岩浆的部分熔融模型，另一种是岩浆熔体结晶分异的作用模型。岩浆形成过程中部分熔融模型可以用来定量分析元素的集中与贫化程度、分析成矿作用、析岩浆源区的化学特征及岩石成因；而岩浆熔体结晶分异的作用模型可以定量研究岩浆结过程中微量元素的化学演化、分析成矿问题。由平衡部分熔融和分离结晶作用中微量元素定量模型，可以根据微量元素分配系数的研究来对成岩过程进行鉴别。Allegre等人（1978）提出了判别部分熔融和分离结晶的方法：(1)固—液相分配系数高的相容元素，如Ni,

4、Cr等，在分离结晶作用过程中它们的浓度变化很大，但在部分熔融过程中则变化缓慢。(2)固—液相分配系数低的微量元素，如Ta、Th、La、Ce等（称为超岩浆元素），它们总分配系数很低，近于零，与0.2～0.5比较可忽略不计。在部分熔融过程中这些元素浓度变化大，但在分离结晶作用过程中则变化缓慢。(3)固—液相分配系数中等的微量元素，如HREE、Zr、Hf等（称亲岩浆元素），它们的总分配系数与1比较可忽略不计。利用微量元素的分配系数还可以完成成岩成矿物理化学条件示踪，体现在微量元素地质温度计和地质压力计的使用上。1.微量元素地质温

5、度计分配系数（KD）与体系温度的倒数成线型关系：lnKD=-(ΔH/RT)+B在实测时，测出ΔH和B值（由不同温度条件下测得分配系数值，用最小二乘法计算出ΔH和B值）。在适用范围内ΔH可看作常数，理想的地质温度计应具有尽可能大的ΔH值。2.微量元素地质压力计与温度相比，微量元素分配系数与压力关系的研究较少，其原因有客观上分配系数对压力变化的不敏感，也有实验技术条件的限制。从理论上来说，在恒温条件下，分配系数与压力的关系为lnKD/p=-ΔV0/RT 该式是微量元素地质压力计的理论基础。在理论上微量元素压力计应用于ΔH小和Δ

6、V大的反应。为此，在选择实验对象时应注意这点。微量元素可用于成岩成矿构造环境的判别。由于不同构造环境的物质、热源、物理化学条件及动力学机制等方面存在差异，形成岩石的微量元素含量与组合（包括同位素组成）有较明显的不同。例如，洋中脊玄武岩的热源为上隆的软流层，物源为单纯洋壳的地幔，决定了它们富集Ti、Mn、P、Co、Ni、Cr、V、Cu、Zn、Au、Ag、Mo等元素。在陆壳环境内，物质组成、热源、物理化学条件及动力学机制与洋壳环境迥异，经过壳-幔分异和长期地壳演化，在大陆地壳中富集的微量元素为REE、W、Sn、U、Th、Be、

7、Pb、Cs、Ta等。微量元素的研究还可能为地球历史中的灾变事件提供地球化学证据。1980年Alvarez等人在意大利亚平宁山脉的古比奥镇（Gubbio）附近的白垩纪—第三纪界线上约2cm厚海相粘土层中铱元素（Ir）含量高达9.1×10-9，高出上下石灰岩层30倍左右。1982年至今，世界各地已有50多处白垩纪—第三纪界线地层中发现了铱异常。虽然地幔铱的丰度为3.4×10-9，含铱矿床中铱的含量更高，但是无论何种机制也无法使它们成为大范围铱异常的源区。因为在地球上很难找到答案，所以就有人推测这种全球性的铱异常是由地外天体撞击

8、地球造成的。另外，微量元素的用途还有几下几点：1.利用其可对变质岩层和火山岩层进行划分对比，微量元素地球化学研究证明，一定的层组有特定的微量元素组合和标志元素。2.微量元素地球化学研究可以提供矿石形成的温度、矿液组分以及成矿过程中各种物理化学条件变化等方面的资料，并可获得有关矿床成因的信息。3.微量元素