微量元素地球化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第四章第四章 微量元素地球化学微量元素地球化学本章内容本章内容 基本概念基本概念 能斯特分配定律及分配系数能斯特分配定律及分配系数岩浆作用过程中微量元素定量分配模型岩浆作用过程中微量元素定量分配模型 稀土元素地球化学稀土元素地球化学 微量元素示踪意义微量元素示踪意义 第1页 微量元素地球化学是地球化学分支微量元素地球化学是地球化学分支学科之一,研究微量元素在自然体系学科之一,研究微量元素在自然体系中分布规律、存在形式、活动特点、中分布规律、存在形式、活动特点、控制原因及地球化学意义。控制原因及地球化学意义。第2页 含量低含量低,总质量占地壳总质量占地壳0.126%,地壳各种分异,地壳各种分异作
2、用,对环境反应强于常量元素。作用,对环境反应强于常量元素。1.地质地质-地球化学过程示踪剂地球化学过程示踪剂 单个元素,一组元素及其含量比值有地单个元素,一组元素及其含量比值有地球化学作用意义。球化学作用意义。2.地球化学指示剂地球化学指示剂 详细地质体中浓度和分配,与介质性质详细地质体中浓度和分配,与介质性质相关相关-温度计压力计。温度计压力计。第3页 一、微量元素概念一、微量元素概念 微量(微量(minorminor)或痕迹()或痕迹(tracetrace)元素,)元素,是相是相对于研究系统主量元素(如地壳中对于研究系统主量元素(如地壳中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti等等
3、9种元素,占地壳总重量种元素,占地壳总重量90%)而言,)而言,通常将自然体系中含量低于通常将自然体系中含量低于0.1%元素通元素通称为微量元素。称为微量元素。主量和微量元素在不一样体系中是相正确,如主量和微量元素在不一样体系中是相正确,如K在在地壳整体中是主量元素,但它在陨石中常为微量元素。地壳整体中是主量元素,但它在陨石中常为微量元素。H在生命体中是主量元素,在石英中却是极微量。在生命体中是主量元素,在石英中却是极微量。Gast(1968)对微量元素下定义是:)对微量元素下定义是:不作为体系不作为体系中任何相主要化学组分存在元素。中任何相主要化学组分存在元素。第4页 有学者将有学者将在所研
4、究体系中浓度低到在所研究体系中浓度低到能够近似地服从稀溶液定律(亨利定能够近似地服从稀溶液定律(亨利定律)范围元素,称为微量元素。律)范围元素,称为微量元素。从热从热力学角度较严格地给出了微量元素定力学角度较严格地给出了微量元素定义,实际工作中,难以严格划分。义,实际工作中,难以严格划分。第5页当前为止对微量元素尚缺乏一个严格定义。当前为止对微量元素尚缺乏一个严格定义。比较一致认识:比较一致认识:微量元素概念是相正确;微量元素概念是相正确;低浓度(活度)是主要特征(它们含量惯用低浓度(活度)是主要特征(它们含量惯用1010-6-6和和1010-9-9为单位);它们往往不能形成自己为单位);它们
5、往往不能形成自己独立矿物(相)而被容纳在由其它组分所形独立矿物(相)而被容纳在由其它组分所形成矿物固溶体、熔体或流体相中。成矿物固溶体、熔体或流体相中。第6页 二、二、微量元素性质和分类微量元素性质和分类 1微微量量元元素素:又又称称微微迹迹元元素素、痕痕量量元元素素、稀有、分散、少许元素等。稀有、分散、少许元素等。第7页 主要性质:主要性质:v 含含有有对对数数正正态态分分布布形形式式(选选择择在在一一些些矿矿物物质富集)质富集);v 低低浓浓度度,不不形形成成独独立立矿矿物物相相;大大部部分分以以类类质质同同象象形形式式存存在在,在在寄寄主主矿矿物物中中形形成固溶体。在主晶格间隙缺点中。成
6、固溶体。在主晶格间隙缺点中。v 符符合合亨亨利利定定律律稀稀溶溶液液定定律律,其其行行为为可用能斯特分配定律描述。可用能斯特分配定律描述。第8页 2 按其作用性质分类:按其作用性质分类:v 相容元素、不相容元素;相容元素、不相容元素;大离子亲石元素(亲石大阳离子);大离子亲石元素(亲石大阳离子);高场强元素高场强元素v 难熔元素、挥发性元素;难熔元素、挥发性元素;v 聚集元素、分散元素;聚集元素、分散元素;v 放射性产热元素放射性产热元素第9页 相容元素(相容元素(Compatible elements)不相容元素(不相容元素(Incompatible elements)相容元素和不相容元素分
7、类是以微量元素在固相相容元素和不相容元素分类是以微量元素在固相液相(气相)间分配特征划分。液相(气相)间分配特征划分。自然过程存在液相和结晶相(固相)共存时,微量自然过程存在液相和结晶相(固相)共存时,微量元素在体系两相中分配不均一。元素在体系两相中分配不均一。相容元素:相容元素:在岩浆结晶作用过程中,轻易以类质在岩浆结晶作用过程中,轻易以类质同象形式进入固相(造岩矿物)晶格微量元素。如同象形式进入固相(造岩矿物)晶格微量元素。如Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等。等。kD1 浓度低,地球化学、晶体化学性质与结晶矿物主元素相近,进浓度低,地球化学、晶体化学性质与结晶矿物
8、主元素相近,进入相关矿物相。入相关矿物相。第10页不相容元素:不相容元素:湿亲岩浆元素湿亲岩浆元素岩浆或热液矿物结晶过程中,趋向在液相富集元素。岩浆或热液矿物结晶过程中,趋向在液相富集元素。k kD D11Eu1为正异常为正异常 Eu1Eu1为负为负异常异常 Eu=1Eu=1为无异常为无异常 Ce=Ce Ce=CeN N/(La/(LaN N+Pr+PrN N)/2)/2第75页第76页第77页高铝玄武岩高铝玄武岩三类玄武岩稀土球粒陨石标准化分布形式三类玄武岩稀土球粒陨石标准化分布形式 第78页第79页Eu 可作为划分岩石成因类型标志:可作为划分岩石成因类型标志:斜长岩斜长岩 Eu正异常正异常
9、玄武岩玄武岩 Eu异常不显著异常不显著花岗岩花岗岩 Eu 负异常负异常不一样成因类型花岗岩不一样成因类型花岗岩Eu有有差异差异壳型壳型幔型幔型壳幔型壳幔型第80页 Ce能够区分不一样沉积相类型,海水中存在能够区分不一样沉积相类型,海水中存在Ce4+轻易水解,海水中轻易水解,海水中Ce表现出强亏损。表现出强亏损。正常海相沉积物(生物和化学沉积)展现正常海相沉积物(生物和化学沉积)展现Ce负异常。负异常。碎屑岩(砂岩)不出现碎屑岩(砂岩)不出现Ce异常。异常。第81页 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 102 101 100 101 铕亏损型(花岗
10、岩)稀土元素分配型式岩石球粒陨石第82页第83页第84页河水海水 La Ce Pr NdPmSmEuGdTbDy HoErTmYb Lu 1.0 0.1水样北美页岩组合样 河水和海水稀土平均丰度模式 106第85页地壳和地幔中稀土元素丰度地壳和地幔中稀土元素丰度第86页 由表可见,地球上由下地幔向上至由表可见,地球上由下地幔向上至地壳稀土元素丰度大大增加。地幔中稀地壳稀土元素丰度大大增加。地幔中稀土元素分异不显著,与球粒陨石相同。土元素分异不显著,与球粒陨石相同。由地幔分熔形成地壳由地幔分熔形成地壳REEREE含量增加而且有含量增加而且有显著分异,轻稀土在显著分异,轻稀土在REEREE总量中百
11、分比增总量中百分比增加。另外,地壳不一样结构单元中稀土加。另外,地壳不一样结构单元中稀土元素分布模式也有所不一样,大陆壳比元素分布模式也有所不一样,大陆壳比大洋壳更富轻稀土元素。大洋壳更富轻稀土元素。第87页3稀土元素在岩石和矿物中分配稀土元素在岩石和矿物中分配第88页第89页第90页原始岩浆成份演化过程中原始岩浆成份演化过程中REEREE分馏特征分馏特征 第91页 总结各类岩浆岩稀土元素丰度:总结各类岩浆岩稀土元素丰度:超基性岩至酸性岩,稀土元素丰度单调上升。超基性岩至酸性岩,稀土元素丰度单调上升。超基性岩中含量最低,且得不到准确数据超基性岩中含量最低,且得不到准确数据(与当初稀土元素分析灵
12、敏度相关)。(与当初稀土元素分析灵敏度相关)。碱性岩中(正长岩)稀土元素有显著富集。碱性岩中(正长岩)稀土元素有显著富集。第92页 岩浆岩中,稀土丰度规律,与地球物质分异岩浆岩中,稀土丰度规律,与地球物质分异形成地壳过程稀土行为相关:形成地壳过程稀土行为相关:稀土元素尤其轻稀土,强不相容元素,在初始稀土元素尤其轻稀土,强不相容元素,在初始地球物质经过不停部分熔融,结晶分异,形成地球物质经过不停部分熔融,结晶分异,形成各类岩浆岩演化过程中,稀土优先进入熔体。各类岩浆岩演化过程中,稀土优先进入熔体。v 在易熔组分丰富酸性岩、碱性岩丰度高。在易熔组分丰富酸性岩、碱性岩丰度高。v 易熔组分较贫基性、超
13、基性岩易熔组分较贫基性、超基性岩REE丰度低。丰度低。第93页福建福建A A型花岗岩球粒陨石标准化型花岗岩球粒陨石标准化REEREE型式型式 第94页 花岗岩花岗岩 花岗岩稀土分配形式特点,稀土总量较高,玄花岗岩稀土分配形式特点,稀土总量较高,玄武岩武岩3倍。倍。曲线右倾,曲线右倾,LREE 显著富集,显著富集,Eu负异常负异常第95页北美平均页岩(北美平均页岩(NASCNASC)丰度:)丰度:La 32;Ce 73;Pr 7.9;Nd 33;Sm 5.7;Eu 1.24;Gd 5.2;Tb 0.85;Dy 5.8;Ho 1.04;Er 3.4;Tm 0.50;Yb 3.1;Lu 0.48。沉
14、积岩中稀土元素丰度沉积岩中稀土元素丰度第96页第97页 稀土元素在各类沉积岩丰度总规律:稀土元素在各类沉积岩丰度总规律:粘土沉积岩粘土沉积岩REE有最大富集。有最大富集。其次在砂岩中含量较高,高于地壳丰度。其次在砂岩中含量较高,高于地壳丰度。碳酸盐岩中含量低。碳酸盐岩中含量低。第98页表生产物中稀土元素含量与其存在状态关系:表生产物中稀土元素含量与其存在状态关系:v REE存在矿物,较强耐风化,可在残坡积物存在矿物,较强耐风化,可在残坡积物中、砂矿。独居石、磷钇矿、烧绿石、黑希中、砂矿。独居石、磷钇矿、烧绿石、黑希金、褐钇铌矿金、褐钇铌矿。v碳酸盐岩碳酸盐岩 抗风化弱,矿物风化,释放抗风化弱,
15、矿物风化,释放REE。REE一部分形成表生矿物,水菱钇矿、水菱一部分形成表生矿物,水菱钇矿、水菱铈矿、镧石、铈石、磷铈矿、硅钛铈矿。铈矿、镧石、铈石、磷铈矿、硅钛铈矿。一部分一部分REE进入水溶液迁移。进入水溶液迁移。第99页 REE元素是弱碱性元素。元素是弱碱性元素。v 氢氧化物沉淀氢氧化物沉淀 pH 6-8,与天然水,与天然水 pH 相近,表相近,表生作用溶液状态迁移能力有限。生作用溶液状态迁移能力有限。v 稀土元素离子易被吸附(沉积岩粘土岩丰度高)。稀土元素离子易被吸附(沉积岩粘土岩丰度高)。吸附与溶液吸附与溶液 pH 相关。相关。pH 增大,粘土吸附稀土能力增大。增大,粘土吸附稀土能力
16、增大。v 岩石残坡积风化壳可形成岩石残坡积风化壳可形成REE表生富集表生富集,形成矿,形成矿床。床。第100页四)四).稀土元素分配系数稀土元素分配系数 1 分配系数测定分配系数测定 直接测定直接测定-斑晶基质法斑晶基质法 试验测定法试验测定法 2 REE在矿物在矿物/熔体间分配性质熔体间分配性质 矿物含有分异矿物含有分异REE能力,并影响熔体稀土组成模式。能力,并影响熔体稀土组成模式。REE在矿物在矿物/熔体间分配,分配系数在一定范围内熔体间分配,分配系数在一定范围内改变。改变。REE副矿物副矿物/熔体分配系数大,造成稀土元素强烈熔体分配系数大,造成稀土元素强烈分异。分异。第101页第102
17、页从图中曲线特征可知:从图中曲线特征可知:1.1.不一样矿物中稀土元素含量有着显著不一样矿物中稀土元素含量有着显著不一样;不一样;2.2.同一矿物中轻重稀土元素含量也有一同一矿物中轻重稀土元素含量也有一定差异;定差异;3.3.同种矿物在不一样岩石中分配模式基本不同种矿物在不一样岩石中分配模式基本不变;变;4.4.元素元素EuEu在图中所包括矿物里相在图中所包括矿物里相对亏损。对亏损。第103页第104页从上图能够得出,斜长石与基性、中性和酸性岩浆从上图能够得出,斜长石与基性、中性和酸性岩浆保持平衡时,稀土元素保持平衡时,稀土元素EuEu主要集中在斜长石晶体中,主要集中在斜长石晶体中,因而岩浆中
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