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第章微量元素地球化学原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第八章第八章 微量元素地球化学微量元素地球化学第1页提提 纲纲一、微量元素概念和稀溶液性质一、微量元素概念和稀溶液性质一、微量元素概念和稀溶液性质一、微量元素概念和稀溶液性质二、微量元素分配系数二、微量元素分配系数二、微量元素分配系数二、微量元素分配系数三、稀土元素地球化学三、稀土元素地球化学三、稀土元素地球化学三、稀土元素地球化学第2页一、微量元素概念和稀溶液性质一、微量元素概念和稀溶液性质一、微量元素概念和稀溶液性质一、微量元素概念和稀溶液性质微微微微量量量量元元元元素素素素概概概概念念念念:0.1%0.1%0.1%(=(=(=理想溶液理想溶液理想溶液理想溶液)第3页(1)(1)(1)(1
2、)溶剂性质恪守溶剂性质恪守溶剂性质恪守溶剂性质恪守拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律:溶剂活度等于纯溶剂活度与其摩尔分数乘积:溶剂活度等于纯溶剂活度与其摩尔分数乘积:溶剂活度等于纯溶剂活度与其摩尔分数乘积:溶剂活度等于纯溶剂活度与其摩尔分数乘积:a a a aj j j j=a=a=a=ao o o oj j j j X X X Xj j j j(2)(2)(2)(2)稀溶液性质恪守稀溶液性质恪守稀溶液性质恪守稀溶液性质恪守亨利定律:亨利定律:亨利定律:亨利定律:即溶质活度与溶质摩尔分数成正比:即溶质活度与溶质摩尔分数成正比:即溶质活度与溶质摩尔分数成正比:即溶质活度与溶质摩尔分数成正比
3、:a a a ai i i i=i i i i X X X Xi i i i第4页第5页为何?第6页二、微量元素分配系数二、微量元素分配系数二、微量元素分配系数二、微量元素分配系数(一一一一)分配系数测定分配系数测定分配系数测定分配系数测定1.1.1.1.天然样品:天然样品:天然样品:天然样品:利利利利用用用用地地地地质质质质体体体体中中中中两两两两种种种种平平平平衡衡衡衡相相相相中中中中元元元元素素素素(如如如如火火火火山山山山岩岩岩岩中中中中斑斑斑斑晶晶晶晶和玻璃)和玻璃)和玻璃)和玻璃)2.2.2.2.人工试验:人工试验:人工试验:人工试验:第7页(二二二二)分配系数影响原因分配系数影响
4、原因分配系数影响原因分配系数影响原因1.1.1.1.温度温度温度温度2.2.2.2.压力影响:压力影响:压力影响:压力影响:第8页第9页3.3.3.3.熔体(溶剂)成份影响熔体(溶剂)成份影响熔体(溶剂)成份影响熔体(溶剂)成份影响第10页(三三三三)微量元素分配系数应用微量元素分配系数应用微量元素分配系数应用微量元素分配系数应用1.1.1.1.地质温度计地质温度计地质温度计地质温度计第11页第12页第13页第14页2.2.2.2.研研研研究究究究地地地地球球球球化化化化学学学学过过过过程程程程平平平平衡衡衡衡程度程度程度程度依依依依据据据据两两两两中中中中相相相相,如如如如矿矿矿矿物物物物与
5、与与与矿矿矿矿物物物物、矿矿矿矿物物物物与与与与熔熔熔熔体体体体(玻玻玻玻璃璃璃璃)等等等等之之之之间间间间微微微微量量量量元元元元素素素素分分分分配配配配特特特特征征征征第15页3.3.3.3.研究地质作用过程研究地质作用过程研究地质作用过程研究地质作用过程沉积盆地演化历史研究沉积盆地演化历史研究沉积盆地演化历史研究沉积盆地演化历史研究海相石盐海相石盐海相石盐海相石盐Br=0.11-0.44Br=0.11-0.44Br=0.11-0.44Br=0.11-0.44例例例例:德德德德国国国国司司司司塔塔塔塔斯斯斯斯福福福福特特特特策策策策克克克克斯斯斯斯泰泰泰泰因因因因岩岩岩岩系系系系中中中中盐
6、盐盐盐层层层层成成成成因因因因。实测取得:实测取得:实测取得:实测取得:第16页三、稀土元素地球化学三、稀土元素地球化学第17页1 1、稀土元素和镧系收缩、稀土元素和镧系收缩 因因为为f f 层层核核屏屏蔽蔽常常数数较较小小,所所以以有有效效核核电电荷荷对对内内层层(f f)电电子子吸吸引引力力增增大大。由由此此造造成成随随原原子子序序数数增增加加,即即核核电电荷荷增增大大使使镧镧系系元元素素离离子子半半径径减减小小。一一样有锕系收缩。样有锕系收缩。1.09 1.08 1.06 1.04 1.04 1.03 1.02 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94第18页
7、稀土元素离子半径半衰期不超出5年1012m第19页 1.09 1.08 1.06 1.04 1.041.09 1.08 1.06 1.04 1.04 1.03 1.03 1.02 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.941.02 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.940.88(4)1.25(2)稀土元素分类:稀土元素分类:稀土元素分类:稀土元素分类:稀土元素分类:稀土元素分类:轻稀土轻稀土轻稀土轻稀土轻稀土轻稀土(LREE(LREE(LREE(LREE(LREE(LREE):):):):):):LaLaLaLaLaLaSm;Sm;Sm;
8、Sm;Sm;Sm;重稀土重稀土重稀土重稀土重稀土重稀土(HREE)(HREE)(HREE)(HREE)(HREE)(HREE):GdGdGdGdGdGdLuLuLuLuLuLu;有时将有时将有时将有时将有时将有时将SmSmSmSmSmSmHoHoHoHoHoHo称为中稀土(称为中稀土(称为中稀土(称为中稀土(称为中稀土(称为中稀土(MREEMREEMREEMREEMREEMREE)稀土元素都能形成稀土元素都能形成稀土元素都能形成稀土元素都能形成稀土元素都能形成稀土元素都能形成3 33 3 3 3价离子。即使部分稀土元素在化学上也能形成价离子。即使部分稀土元素在化学上也能形成价离子。即使部分稀土
9、元素在化学上也能形成价离子。即使部分稀土元素在化学上也能形成价离子。即使部分稀土元素在化学上也能形成价离子。即使部分稀土元素在化学上也能形成2 22 2 2 2和或和或和或和或和或和或4 44 4 4 4价离子,但在地球化学研究中只有价离子,但在地球化学研究中只有价离子,但在地球化学研究中只有价离子,但在地球化学研究中只有价离子,但在地球化学研究中只有价离子,但在地球化学研究中只有CeCeCeCeCeCe4+4+4+4+4+4+和和和和和和EuEuEuEuEuEu2+2+2+2+2+2+有意有意有意有意有意有意义。它们分别形成比义。它们分别形成比义。它们分别形成比义。它们分别形成比义。它们分别
10、形成比义。它们分别形成比3 33 3 3 3价氧化态更小和更大离子价氧化态更小和更大离子价氧化态更小和更大离子价氧化态更小和更大离子价氧化态更小和更大离子价氧化态更小和更大离子第20页在在在在表生作用中稀土分异较弱表生作用中稀土分异较弱表生作用中稀土分异较弱表生作用中稀土分异较弱;在在在在岩岩岩岩浆浆浆浆作作作作用用用用中中中中,尤尤尤尤其其其其在在在在玄玄玄玄武武武武质质质质岩岩岩岩浆浆浆浆中中中中稀稀稀稀土土土土分分分分异异异异较较较较弱弱弱弱,LREELREELREELREEHREEHREEHREEHREE相容性增强相容性增强相容性增强相容性增强;稀稀稀稀土土土土元元元元素素素素在在在在
11、表表表表生生生生作作作作用用用用、热热热热液液液液作作作作用用用用和和和和低低低低级级级级变变变变质质质质作作作作用用用用中中中中含含含含有有有有相相相相对对对对稳稳稳稳定定定定地球化学性质地球化学性质地球化学性质地球化学性质。所以,能更有效地排除各种岩浆期后作用影响;。所以,能更有效地排除各种岩浆期后作用影响;。所以,能更有效地排除各种岩浆期后作用影响;。所以,能更有效地排除各种岩浆期后作用影响;相相相相邻邻邻邻稀稀稀稀土土土土元元元元素素素素可可可可能能能能指指指指示示示示岩岩岩岩浆浆浆浆物物物物质质质质起起起起源源源源;而而而而相相相相隔隔隔隔较较较较远远远远稀稀稀稀土土土土元元元元素素
12、素素比比比比值值值值或轻稀土或轻稀土或轻稀土或轻稀土(LREE)(LREE)(LREE)(LREE)重稀土重稀土重稀土重稀土(HREE)(HREE)(HREE)(HREE)比值则可能指示岩浆比值则可能指示岩浆比值则可能指示岩浆比值则可能指示岩浆分异作用分异作用分异作用分异作用;CeCeCeCe和和和和EuEuEuEu变价(变价(变价(变价(CeCeCeCe和和和和EuEuEuEu异常)可用于指示异常)可用于指示异常)可用于指示异常)可用于指示氧化还原条件氧化还原条件氧化还原条件氧化还原条件。第21页2 2、标准化、标准化消除因原子数奇偶改变造成含量影响;消除因原子数奇偶改变造成含量影响;消除因
13、原子数奇偶改变造成含量影响;消除因原子数奇偶改变造成含量影响;消除因原子数奇偶改变造成含量影响;消除因原子数奇偶改变造成含量影响;确定样品相对于标准所产生分异程度确定样品相对于标准所产生分异程度确定样品相对于标准所产生分异程度确定样品相对于标准所产生分异程度确定样品相对于标准所产生分异程度确定样品相对于标准所产生分异程度;(1 11 11 1)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化球球球球球球粒粒粒粒粒粒陨陨陨陨陨陨石石石石石石被被被被被被认认认认认认为为为为为为代代代代代代表表表表表表了了了了了了太太太太太太阳阳阳阳阳阳系系系系系系最最
14、最最最最初初初初初初元元元元元元素素素素素素核核核核核核合合合合合合成成成成成成过过过过过过程程程程程程以以以以以以来来来来来来相相相相相相对对对对对对未未未未未未分分分分分分异异异异异异原原原原原原始始始始始始物物物物物物质。质。质。质。质。质。(2 22 22 2)页岩标准化)页岩标准化)页岩标准化)页岩标准化)页岩标准化)页岩标准化化化化化化化学学学学学学元元元元元元素素素素素素在在在在在在细细细细细细粒粒粒粒粒粒沉沉沉沉沉沉积积积积积积岩岩岩岩岩岩中中中中中中被被被被被被充充充充充充分分分分分分混混混混混混合合合合合合,从从从从从从而而而而而而使使使使使使其其其其其其含含含含含含量量量
15、量量量变变变变变变得得得得得得相相相相相相当当当当当当均均均均均均匀匀匀匀匀匀。这这这这这这种种种种种种“平均沉积岩平均沉积岩平均沉积岩平均沉积岩平均沉积岩平均沉积岩”经惯用来作为对稀土标准化参考值。经惯用来作为对稀土标准化参考值。经惯用来作为对稀土标准化参考值。经惯用来作为对稀土标准化参考值。经惯用来作为对稀土标准化参考值。经惯用来作为对稀土标准化参考值。(3 33 33 3)对其它特定岩石标准化)对其它特定岩石标准化)对其它特定岩石标准化)对其它特定岩石标准化)对其它特定岩石标准化)对其它特定岩石标准化研究岩套演化和分配系数。研究岩套演化和分配系数。研究岩套演化和分配系数。研究岩套演化和分
16、配系数。研究岩套演化和分配系数。研究岩套演化和分配系数。第22页作作 者者Nakamura,1974Boynton,1984Taylor&McLennan,1985参考文件Geochim.Cosmochim.Acta,v38,757-775.Rare earth element geo-chemistry,Elsevier,pp.63-114.The continental crust:its composition and evolu-tion,Blackwell Sci.Publ.,pp.298.La0.32900.31000.3670Ce0.86500.80800.9570Pr0.122
17、00.1370Nd0.63000.60000.7110Sm0.20300.16500.2310Eu0.07700.07350.0870Gd0.27600.25900.3060Tb0.04740.0580Dy0.34300.32200.3810Ho0.07180.0851Er0.22500.21000.2490Tm0.03240.0356Yb0.22000.20900.2480Lu0.03390.03220.0381Y2.1000球球球球粒粒粒粒陨陨陨陨石石石石稀稀稀稀土土土土平平平平均均均均含含含含量量量量第23页洋中脊玄武岩稀土元素分配模式(洋中脊玄武岩稀土元素分配模式(Saunders,1
18、984)A:N型(正常型)洋中脊玄武岩,实线为采自太平洋样品,虚线为大西洋样品;B:E型(富集型)洋中脊玄武岩(1 1)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化)球粒陨石标准化第24页元元 素素ECA(1)PAAS(2)NASC(3)ES(4)La5038.23241.1Ce8879.67381.3Pr9.8 8.83 7.910.4Nd4033.093340.1Sm7.2 5.55 5.7 7.3Eu1.4 1.08 1.24 1.52Gd6.2 4.66 5.2 6.03Tb1.0 0.774 0.85 1.05Dy5.8 4.68 5.8Ho1.2 0.991 1.04 1.20E
19、r3.2 2.85 3.4 3.55Tm0.490.405 0.5 0.56Yb3.0 2.82 3.1 3.29Lu0.470.433 0.48 0.58Y272731.8页页页页岩岩岩岩中中中中稀稀稀稀土土土土平平平平均均均均含含含含量量量量 (1 1)中国东部泥质岩,由)中国东部泥质岩,由)中国东部泥质岩,由)中国东部泥质岩,由2,0272,027个样品组成个样品组成个样品组成个样品组成210210个组合样平均含量,据鄢明才等,个组合样平均含量,据鄢明才等,个组合样平均含量,据鄢明才等,个组合样平均含量,据鄢明才等,19971997;(;(;(;(2 2)2323个澳大利亚后太古代页岩平
20、均含量,据个澳大利亚后太古代页岩平均含量,据个澳大利亚后太古代页岩平均含量,据个澳大利亚后太古代页岩平均含量,据McLenenan,1989;McLenenan,1989;(3 3)4040个北美页岩组成北美页岩组合个北美页岩组成北美页岩组合个北美页岩组成北美页岩组合个北美页岩组成北美页岩组合样,据样,据样,据样,据Haskin,Haskin,et alet al.,1968.,1968;(4)(4)由大量样品组成欧洲页岩组合样,据由大量样品组成欧洲页岩组合样,据由大量样品组成欧洲页岩组合样,据由大量样品组成欧洲页岩组合样,据Haskin,Haskin,et alet al.,1966.,19
21、66。第25页湘西北大庸下寒武统黑色岩系中硅质岩稀土分布模式(2)页岩标准化第26页稀土元素在英安质和流纹质岩浆中主要造岩矿物和副矿物中矿物熔体分配系数(3)对其它特定岩石标准化第27页La Ce Pr Nd SmLa Ce Pr Nd Sm EuEu Gd Tb Dy Ho Er Dy Yb LuGd Tb Dy Ho Er Dy Yb Lu相容性增加相容性增加浓度增加浓度增加样品球粒陨石样品球粒陨石图解纵坐标是样品对球粒陨石标准化后值;惯用图解纵坐标是样品对球粒陨石标准化后值;惯用图解纵坐标是样品对球粒陨石标准化后值;惯用图解纵坐标是样品对球粒陨石标准化后值;惯用对数坐标。对数坐标。对数坐
22、标。对数坐标。横坐标为各稀土元素,从左到右按其不相容性降横坐标为各稀土元素,从左到右按其不相容性降横坐标为各稀土元素,从左到右按其不相容性降横坐标为各稀土元素,从左到右按其不相容性降低,即按照原子序数增大次序排列。低,即按照原子序数增大次序排列。低,即按照原子序数增大次序排列。低,即按照原子序数增大次序排列。第28页铕异常以铕异常以铕异常以铕异常以Eu/Eu*Eu/Eu*Eu/Eu*Eu/Eu*或或或或EuEuEuEu表示。其中表示。其中表示。其中表示。其中EuEuEuEu表示样品实际标准化铕含量,表示样品实际标准化铕含量,表示样品实际标准化铕含量,表示样品实际标准化铕含量,Eu*Eu*Eu*
23、Eu*表示样表示样表示样表示样品中品中品中品中SmSmSmSm和和和和GdGdGdGd标准化含量线性内插投影点,即无铕异常时投影位置。标准化含量线性内插投影点,即无铕异常时投影位置。标准化含量线性内插投影点,即无铕异常时投影位置。标准化含量线性内插投影点,即无铕异常时投影位置。Eu/Eu*2EuN/(SmNGdN)稀土元素模式图纵坐标常以标准化值以稀土元素模式图纵坐标常以标准化值以稀土元素模式图纵坐标常以标准化值以稀土元素模式图纵坐标常以标准化值以10101010为底对数表示,所以也惯用公式:为底对数表示,所以也惯用公式:为底对数表示,所以也惯用公式:为底对数表示,所以也惯用公式:Eu/Eu*
24、Eu/Eu*Eu/Eu*Eu/Eu*EuN/(SmN)(GdN)EuN/(SmN)(GdN)EuN/(SmN)(GdN)EuN/(SmN)(GdN)1/2 1/2 1/2 1/2 当当当当Eu/Eu*Eu/Eu*Eu/Eu*Eu/Eu*大于大于大于大于1(1.05)1(1.05)1(1.05)1(1.05)时称为正异常,小时称为正异常,小时称为正异常,小时称为正异常,小于于于于1(0.95)1(0.95)1(0.95)1(0.95)为负异常。为负异常。为负异常。为负异常。2、铕异常第29页3 3、稀土模式解释、稀土模式解释稀稀稀稀土土土土元元元元素素素素属属属属于于于于那那那那些些些些溶溶溶溶
25、解解解解度度度度最最最最小小小小化化化化学学学学元元元元素素素素,而而而而且且且且在在在在低低低低级级级级变变变变质质质质作作作作用用用用、风风风风化化化化作作作作用用用用和和和和热热热热液液液液作作作作用用用用中中中中是是是是相相相相对对对对不不不不活活活活动动动动。热热热热液液液液中中中中REEREEREEREE比比比比它它它它所所所所流流流流经经经经岩岩岩岩石石石石中中中中含含含含量量量量低低低低5 5 5 5 101010102 2 2 2到到到到101010106 6 6 6倍倍倍倍(Michard Michard Michard Michard 1989198919891989),
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