2019-稀土元素地球化学-文档资料

• 3.中性岩类
• 中性岩类稀土含量居中，安山岩的稀土资料表明，其 分配有很大的不同。
• 造山安山岩中随钾含量增高，稀土配分从略亏损至平 坦至富化，负铕异常逐渐消失，重稀土分馏不明显，
• 非造山安山岩稀土丰度高、多呈富化型。
• 4.花岗岩类
• 花岗岩类成分复杂，物质来源和形成方式多样，稀土 的分配也较复杂。
• 该图解的纵坐标是稀土元素含量的球粒陨石标准化数 值的对数，横坐标为原子序数，因此常称为球粒陨石 标准化图解。
• 这种图解的优点在于它可消除原子序数的奇偶效应所 造成的各稀土元素间丰度的锯齿状变化，从而使样品 中各个稀土元素之间的任何程度的分离能在图中明确 的显示出来，因为一般认为球粒陨石中的各种轻、重 稀土元素之间是不存在分异的。
沉积岩
• 沉积作用是在一定的构造环境中进行的，不同的构造 环境对沉积岩的稀土元素分配有不同的影响，如地槽 区火山作用的强度和火山产物的成分将明显地影响地 槽沉积物中稀土元素分布。
• 沉积岩的形成时代对稀土元素分布亦有一定影响。早 期地壳沉积物以贫稀土总量、相对富重稀土和富集铕 为特征，晚期沉积物则以稀土总量较高、轻稀土富化、 轻重稀土分馏明显和亏损铕（δEu＜1）为特征。因此 即便成分相似的沉积岩其稀土分配形式可以非常不同。 此外，由于Ce和Eu的变价性质，在不同的沉积环境下 常可造成正或负的异常。
• 不管使用那一组丰度值，样品中丰度图形的总 趋势应该是一样的。
作为标准的球粒陨石和“北美页岩组合样”的 REE丰度
稀土元素配分模式
• 按照稀土元素球粒陨石标准化丰度特征，可将各类样 品的分布模式分成三类：
• 1.轻稀土富集型 • 丰度曲线向右倾斜，轻稀土比重稀土富集。具有这种
丰度型式的岩石有类酸性岩、页岩、砂岩、碱性岩类、 碳酸岩、金伯利岩等，是最常见的类型。 • 2.轻稀土亏损型 • 丰度曲线向左倾斜，轻稀土相对重稀土亏损。这类岩 石有洋中脊玄武岩、橄榄岩及科马提岩等。
稀土元素丰度表示法
• 另一个表示稀土丰度特征的是δEu，它表 示Eu异常的程度。
• δEu的计算是以科里尔图为基础的，它表 示在图中Eu的理论值Eu*（应为Sm和Gd 连线的中点）和实测值之比，其公式为：
• 式中下标N分别表示该元素的球粒陨石标 准化值，若δEu＞1.05，通常称正异常， 若δEu＜0.95，称负异常。
稀土元素丰度表示法
• 目前国际上采用的球粒陨石的稀土元素丰度值 尚未完全一致，表5.3列出了几种主要丰度值， 究竟那个丰度值最可靠并无定论，依研究者的 兴趣而异。
• 一般说来轻稀土的球粒陨石值彼此比较接近， 差异不显著，重稀土由于含量很低，各个丰度 值差异较大，因此在比较细致讨论丰度特征时， 必须指明是采用那一组丰度值。
• 在吸附能力强的粘土、铁-铝-锰沉积物，有机质和铁有机质等沉积物中富铈组稀土等等。
• 正是由于稀土元素作为既很相似、又有所不同的一组 元素，在自然界的地质作用和各种物理化学环境中的 特殊行为，使得有可能根据稀土元素的分离、变化作 为地球化学指示剂，去解释各种成岩成矿过程。
稀土元素丰度表示法
• 在稀土元素地球化学研究工作中，除了用稀土总量和 各单个稀土含量直接列表来表示所研究对象的稀土元 素含量丰度外，常用作图方法形象地表示，这就是所 谓“增田—科里尔（Masuda-Coryell）图解，是由他们 二人分别提出的。
稀土元素分组
• 稀土元素根据它们在物理化学性质上的 某些差别，可以将它们分成二组。
• 从La到Eu称为轻稀土（LREE），或铈组 稀土。
• 从Gd到Lu，包括Y称为重稀土（HREE） 或钇组稀土。
• 这种分组和稀土元素在岩石矿物中的共 生情况大致相符。
稀土元素分组
• 根据稀土元素的分离工艺，又可将它们 分为三组，
• 如果测试数据中无Gd，可用源自b含量近似 代替。• δEu值是稀土元素地球化中的一个重要参 数，常可作为划分同一大类岩石中的亚 类和讨论成岩成矿条件的重要依据。
稀土元素丰度表示法
• 除球粒陨石标准化之外，某些稀土元素 地球化学问题所采用的标准不是球粒陨 石，而是与研究对象有关的或可以作为 背景的岩石，如在研究地幔岩石时，可 采用原始地幔标准化，在研究沉积岩时 常以北美页岩为标准，在研究成矿作用 中，则以未矿化或未蚀变的岩石为标准 等。
• 壳型花岗岩呈右倾斜富集的V字型分配，Eu负异常明 显10。，轻重稀土的分馏不强烈，（La/Yb）N平均值小于
• 壳幔型花岗岩轻重稀土分馏强烈，Eu负异常减弱，稀 土总量降低。
• 幔源花岗岩稀土总量最低，轻重稀土分馏和铕异常最 弱。碱性花岗岩则以强烈的铕负异常（δEu＜0.3）， 很高的稀土丰度、和相对富重稀土［（La/Yb）N≈1］ 为特征。
稀土元素配分模式
• 3.平坦型（或球粒陨石型） • 丰度曲线呈现近乎水平，既不显示重稀土富集、
也不显示轻稀土富集，如T型洋中脊玄武岩等。 • 通常我们把稀轻土富集型和轻稀土亏损型的分
布模式简称之为富集型或亏损型。 • 在上述三种类型基础上，根据图形中曲线在Eu
和Ce处的形态还可再划分出Eu亏损型、Eu富集 型、Ce亏损型和Ce富集型等几种类型，这是因 为Eu和Ce有着与其他稀土元素不同的价态而引 起的
• 各类岩石中稀土元素丰度以基性、超基性岩最 低（碱性系列岩石除外），酸性岩石及碱性岩 （如花岗岩、霞石正长岩）最高，
• 按超基性—基性—中性—中酸性—酸性—碱性 岩顺序依次递增。
• 基性、超基性岩中相对富集钇组稀土，酸性岩、 碱性岩则相对富铈组稀土，图5.17表示了原始 岩浆成分演化过程中稀土元素的分馏作用。
• 这种图解的纵坐标同样是球粒陨石或地幔标准化值， 横坐标自左至右按元素不相容性程度降低的方向顺序 排列，横坐标中元素排列次序，不同作者略有不同。 这种图解最初由孙贤鉥提出，在中国有人称为“孙氏 图”，一般可称为“蜘蛛图”（Spidegram）。
自然界中稀土元素的分布
• 稀土元素并不稀有，其地壳丰度要比Pb，Sn， W，Mo及贵金属等高几十倍或几百倍。
稀土元素地球化学
• 在含Ca，K，Th，Sr的矿物中相对富较轻的稀土，而 在Zr，Mn，Fe，U的矿物中相对富较重稀土；
• 在高配位数的矿物中富铈组稀土，低配位数矿物中富 钇组稀土；
• 在云霞正长岩的晚期相中富较碱性的铈组稀土，而在 钠质火成岩晚期相、伟晶岩和热溶产物中容易形成络 合物的钇组稀土元素；
• 即铈组稀土、铽组稀土和钇组稀土，分 别称为轻、中、重稀土。
• 铈组有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm， • 铽组有En，Gd，Tb，Dy， • 钇组有Y，Ho，Er，Tm，Yb，Lu。
稀土元素概述
• 三价稀土元素的离子半径和Ca2+很接近， 很容易以各种类质同象形式进入岩浆作 用变质作用和沉积作用中广泛出现的含 钙矿物中。
• 因此，尽管稀土元素之间原子量差异很大，但 “镧系收缩”决定了它们的晶体化学、地球化 学性质非常相似。
稀土元素概述
• 在与其他元素作用时，稀土元素的原子总是较易失去 5d和6s两个最外层轨道结合较弱的电子，而转变成特 征的正三价状态。
• 这种价态的形成取决于4f层上电子能量的稳定状态。 对于多数稀土元素来说，是通过4f电子转变到5d层， 与6s层一起发生电子丢失，形成三价离子。
• （为L个a别/Y元b）素N对，球（粒L陨a/L石u）标N准，化（的C丰e/Y度b值）比N ，，也均 反映轻、重稀土的分异程度及图解中曲线的大 体斜率。
• （和L重a稀/Sm土）内N部，分（异G的d/状Lu态）。N ，分别表示轻稀土 • ΣLa－Nd，ΣSm－Ho，ΣEr－Lu，表示轻、中、
重稀土的分异和比例。
稀土元素地球化学
• 稀土元素概述 • 稀土元素是指原子序数从57到71的15个镧系元
素，在周期表中属ⅢB族。 • 同族中39号元素钇一般也作稀土元素，同族中
21号元素钪早期也划入稀土元素，但多数将它 排除在外，因为它们在自然界中共生关系不密 切，性质差别也比较大。 • 稀土元素在周期表中占一格位置，其化学性质 极为相似，这是由它们的电子层结构决定的。
• 2.基性岩类
• 大洋中脊拉斑玄武岩有略亏损至平坦的配分型式，中重稀土分馏 不明显。
• 洋岛玄武岩一般为富化型，碱性越强、富化程度越高。大陆拉斑 玄武岩和碱性玄武岩均为富化型，后者富化程度更高。
• 大陆裂谷碱性玄武岩和洋岛碱性玄武岩稀土分配型式非常相似。 • 层状辉长岩体变化很大，某些岩石有显著正铕异常。
• 在稀土元素地球中，除常用球粒陨石标准化图 和δEu值表示稀土元素丰度及特征外，还常用以 下一些参数或图解：
• ΣREE，表示稀土元素总量，以ppm为单位，多 数情况下指从La到Lu和Y的含量之和。
• LREE/HREE（或ΣCe/ΣY），为轻重稀土元素 的比值，它能指示稀土元素分异程度，及部分 熔融残留体和岩浆早期结晶矿物的特征。
稀土元素在自然界各种岩石中的分布如表5.4所示。表5.4 稀土元素在自然界的分布（单位ppm）
自然界中稀土元素的分布
• 稀土元素在自然界中可形成独立矿物， 共约150种左右，
• 常见的、具有工业意义的矿物有独居石、 磷钇矿、褐钇铌矿、黑稀金矿、硅铍钇 矿与易解石等。
• 常见的稀土矿床类型有伟晶岩型、气成 热液型、碳酸岩型、沉积变质型、风化 壳型及砂矿等。
稀土元素的电子构型和原子、离子半径
稀土元素概述
• 随着原子序数递增，增加的电子充填次外层4f 层。由于能级比较接近，个别元素有时电子也 填入5d层。由于这种次外层4f电子充填，造成 了电子和原子核之间吸引力的连续增加，从而 使原子受到压缩。
• 随着原子序数增加，稀土元素的原子（离子） 半径减少。这就是“镧系收缩”。
岩石的稀土分配型式是评价岩石 成因的重要途径
• 1.超基性岩类