微量元素地球化学111页PPT
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高等微量元素地球化学课件：绪论 微量元素的分类
• 因此這九種元素通常被稱為主要元素（常 量元素），其他元素被統稱為次要元素、 微量元素、痕量元素、雜質元素或稀有元 素等
微量元素的分類
• 常量元素（>0.1%）——能形成獨立礦物相，
其分配受相律的控制，遵循相率和化學計量 法則。
• 微量元素（<0.1%）——在自然體系中濃度
極低，往往不能形成以本身為主要成分的獨 立礦物或者只能形成岩石中的副礦物，因此， 微量元素的分配不受相律和化學計量的限制。
微量元素地球化學
Trace Element Geochemistry
緒論
• 微量元素地球化學是地球化學的重要分支 學科之一，是研究微量元素在地球 ( 包括 部分天體)形成、演化中分布、賦存狀態 、 行為方式、分析技術和各類應用的分支學 科
• 人們常常相對於地殼中的主量元素而言， 人為地把地球化學體系中，其元素豐度 （克拉克值）低於0.1%的元素，通常稱為 微量元素
• 低場強元素或離子（Low field strength element） ： 形成大半徑小電荷的離子的元素 ，離子勢<2，它們 又稱為大離子親石元素—LILEs（large ion lithophile elements），包括 Cs、Rb、K、Ba、Sr、Eu和Pb（1-2 價）。
• 相容元素(compatible elements)：趨於在固相中富集的 微量元素。儘管其濃度低,不能形成獨立礦物相，但因 離子半徑、電荷、晶體場等晶體化學性質與構成結晶 礦物的主要元素相近,而易於呈類質同像置換形式進入 有關礦物相。相容元素的固相/液相分配係數顯著大於 1。
微量元素的分類
親氣元素 atmophile
組成地球大氣圈的主要元素,惰性氣體元 素,以及主要呈易揮發化合物存在的元素，如 氫、氮、碳、氧等
微量元素的分類
• 常量元素（>0.1%）——能形成獨立礦物相，
其分配受相律的控制，遵循相率和化學計量 法則。
• 微量元素（<0.1%）——在自然體系中濃度
極低，往往不能形成以本身為主要成分的獨 立礦物或者只能形成岩石中的副礦物，因此， 微量元素的分配不受相律和化學計量的限制。
微量元素地球化學
Trace Element Geochemistry
緒論
• 微量元素地球化學是地球化學的重要分支 學科之一，是研究微量元素在地球 ( 包括 部分天體)形成、演化中分布、賦存狀態 、 行為方式、分析技術和各類應用的分支學 科
• 人們常常相對於地殼中的主量元素而言， 人為地把地球化學體系中，其元素豐度 （克拉克值）低於0.1%的元素，通常稱為 微量元素
• 低場強元素或離子（Low field strength element） ： 形成大半徑小電荷的離子的元素 ，離子勢<2，它們 又稱為大離子親石元素—LILEs（large ion lithophile elements），包括 Cs、Rb、K、Ba、Sr、Eu和Pb（1-2 價）。
• 相容元素(compatible elements)：趨於在固相中富集的 微量元素。儘管其濃度低,不能形成獨立礦物相，但因 離子半徑、電荷、晶體場等晶體化學性質與構成結晶 礦物的主要元素相近,而易於呈類質同像置換形式進入 有關礦物相。相容元素的固相/液相分配係數顯著大於 1。
微量元素的分類
親氣元素 atmophile
組成地球大氣圈的主要元素,惰性氣體元 素,以及主要呈易揮發化合物存在的元素，如 氫、氮、碳、氧等
微量元素PPT参考幻灯片
55
➢
目前，直观对比
被认为是识别这些环
境重元素模式(平均
浓度以原始地慢成分
标准化图解)相似性
和差异性的最好方法，
包括估价重元素绝对
值、重元素模式趋势、
模式图的正、负斜率、
偏离总趋势值的大小、
数目和方向。图4.和
图5分别是洋岛和大
陆环境拉斑玄武岩和
玄武安山岩的重元素
丰度图。由图可以看
出: 大陆拉斑玄武岩、玄武质安山岩重
➢ 与火山活动有关的矿床或岩浆矿床，Co、Se 含量增加(Se含量一般>20×1O-6)，Co/Ni值 增大，一般情况下大于1, S/Se值明显降低 (<15000)。
➢ 在变质矿床中也有类似的情况，随变质程度 增 大 , Co 、 Ni 、 Se 含 量 增 加 ， Co/Ni>1 ， S/Se值降低。(图)
45
46
2)火山弧环境
➢ 富集Sr、Rb、K、Ba、Th，有时Ce、P、Sm也富 集，Ti、Y、Yb亏损，有时Zr、Hf、Nb、Ta、Ce、 P、Sm也亏损。
➢ 因此，最有效的判别标准应是M1/M2值高(M1=Sr、 Rb、K、Ba、Th; M2=Ta、Nb)。
➢ 由于Sr、K、Rb、Ba活动性高，M1中以Th最有效。 Wood等（1979a，b，C)、Wood(l980)以Th/Ta为 基 础 建 立 了 Hf/3-Th-Ta 图 解 ; Pearce 建 立 了 Th/Yb-Ta/Yb图解; Noire建立了Hf/Ta-Hf/Th图 解(图)，由图可见，VAB明显靠近三角形的HfTh边和Th角。
➢ 不同构造环境形成的各种岩石的微量元 素含量与组合、同位素组成均有较明显 差异。
21
➢ 富集在洋壳中的元素为U、Mn、P、Co、 Ni、Cr、V、Cu、Zn、Au、Ag、Mo等;
➢
目前，直观对比
被认为是识别这些环
境重元素模式(平均
浓度以原始地慢成分
标准化图解)相似性
和差异性的最好方法，
包括估价重元素绝对
值、重元素模式趋势、
模式图的正、负斜率、
偏离总趋势值的大小、
数目和方向。图4.和
图5分别是洋岛和大
陆环境拉斑玄武岩和
玄武安山岩的重元素
丰度图。由图可以看
出: 大陆拉斑玄武岩、玄武质安山岩重
➢ 与火山活动有关的矿床或岩浆矿床，Co、Se 含量增加(Se含量一般>20×1O-6)，Co/Ni值 增大，一般情况下大于1, S/Se值明显降低 (<15000)。
➢ 在变质矿床中也有类似的情况，随变质程度 增 大 , Co 、 Ni 、 Se 含 量 增 加 ， Co/Ni>1 ， S/Se值降低。(图)
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2)火山弧环境
➢ 富集Sr、Rb、K、Ba、Th，有时Ce、P、Sm也富 集，Ti、Y、Yb亏损，有时Zr、Hf、Nb、Ta、Ce、 P、Sm也亏损。
➢ 因此，最有效的判别标准应是M1/M2值高(M1=Sr、 Rb、K、Ba、Th; M2=Ta、Nb)。
➢ 由于Sr、K、Rb、Ba活动性高，M1中以Th最有效。 Wood等（1979a，b，C)、Wood(l980)以Th/Ta为 基 础 建 立 了 Hf/3-Th-Ta 图 解 ; Pearce 建 立 了 Th/Yb-Ta/Yb图解; Noire建立了Hf/Ta-Hf/Th图 解(图)，由图可见，VAB明显靠近三角形的HfTh边和Th角。
➢ 不同构造环境形成的各种岩石的微量元 素含量与组合、同位素组成均有较明显 差异。
21
➢ 富集在洋壳中的元素为U、Mn、P、Co、 Ni、Cr、V、Cu、Zn、Au、Ag、Mo等;
微量元素地球化学111页PPT
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢！
微量元素地球化学
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢！
微量元素地球化学
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
微量元素地球化学模板.ppt
1.1 微量元素的定义
❖ Gast（1968）不作为体系中任何相的组分存在的元素
❖ 伯恩斯（晶体场理论的矿物学应用）只要某元素在体系中的 含量低到可以用稀溶液定律来描述其行为，即可称微量元素
❖ 微量元素的概念是相对的
K：花岗岩中常量元素，超基性岩中微量元素 Ni：地壳岩石中微量元素，陨石中常量元素 Li，B：伟晶岩中常量元素
K或D1，倾向于富集在熔体相 0.2
▪ 相容元素(compatible) ：
K或D 1，倾向于富集在结晶相 Ni、Cr、Co
12 34 56 离子电价
1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律
1.4a Goldschmidt三定律
Goldschmidt定律一
两个离子，如果他们具有相同的电价和离子半径，则易于交 换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体
正因为如此，许多微量元素，会以类质同像替代的方式，和与各自电价
和离子半径相近的常量元素（主元素）一起进入固体相。例如：
Sr、Eu
→ Ca
Rb、Pb、Ba → K
Ni
→ Mg
Goldschmidt定律二
两个离子，如果他们具有相同的电价，和相似的离子半径， 则较小的离子倾向于进入固体相
Mg2+ 比Fe2+ 的离子半径小，因此，在橄榄石与熔体的平衡体系 中，橄榄石中Mg的含量高于熔体 Nb, Ta Zr, Hf
▪ 独立矿物
U、Hf → ZrSiO4
▪ 类质同像替代 !!!!!
Sr、Eu → Ca Pb、Ba → K
▪ 晶格缺陷
▪ 吸附（如胶体）
1.3 微量元素分类
❖ 基本的化学分类 ❖ Goldschmidt分类 ❖ 一般的地球化学分类 ❖ 常用分类 ❖ 对元素分类的说明
微量元素地球化学教学课件PPT
微量元素可作为地质-地球化学过程示踪剂，在 解决当代地球科学面临的基本理论问题—天体、地 球、生命、人类和元素的起源及演化，为人类提供 充足的资源和良好的生存环境等方面发挥重要的作 用。
第五章 微量元素地球化学
微量元素地球化学的
研究思路及研究方法：
1） “见微而知著”: 通过观察自然界中之 “微” — 微量元素，来认识天体、地球中各种 地质-地球化学作用之“著” 。
§1 微量元素地球化学基本理论
一、微量元素和常量元素
1.微量元素
a. 地球化学体系中丰度低于0.1%的元素.统称为微(痕)量元素。 b. Gast(1968): 不作为体系中任何相的主要组分(化学计量)存在的元 素。 c. 元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以近似服从稀溶液 定律（亨利定律）的范围. d. 1998年中国科学院地球化学研究所出版的教材中提出微量元素地 球化学概念的严格定义应是：只要元素在所研究客体(地质体、岩 石、矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为， 该元素可称为微量元素。
三、能斯特定律及分配系数
1.能斯特定律
能斯特(Nernst)定律是描述微量组分在两共存相中分配达平衡 时的行为特征。
地球化学过程元素演化的实质是元素在相互共存相（液固，固-固）间的分配。元素在共存相间的分配决定于元素及 矿物的晶体化学性质和热力学条件。 常量元素 能形成自己的独立矿物，其在各相间分配受相律 （f=K-φ+2）控制，遵循化学计量法则。 微量元素 在固熔体、熔体和溶液中的分配不受相律和化学计 量的限制，而服从稀溶液定律（亨利定律），即当分配达到平 衡时元素在各相间的化学势相等，即( = ) 。
微量元素的特点:
在体系中含量低（ 0.1%），通常不形成自己的独立矿物， 其行为服从稀溶液定律和分配定律。在不同条件下演化规律基 本一致，可以指示物质的来源和地质体的成因。
微量元素地球化学中国地质大学4微量元素在不同地质体中的分布与分配幻灯片
Bougault & Hekinian 1974 Villemant et al. 1981 Nikogosian & Sobolev 1997 Villemant et al. 1981 Villemant et al. 1981 McKenzie & O'Nions 1991 Paster et al. 1974 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 Nikogosian & Sobolev 1997 McKenzie & O'Nions 1991 Frey 1969 Nikogosian & Sobolev 1997 Frey 1969 Villemant et al. 1981 Villemant et al. 1981 Kloeck & Palme 1988
Experimental
6.6
Experimental
0.007
Experimental
0.73
Experimental
1.85
Experimental
3.1
Experimental
12.2
Phenocrysts-Matrix
0.86 0.04 0.009 0.06 0.03 0.0004 0.01 0.0008 0.0013 0.0016 0.0015 0.007 0.0016 0.009 0.021 0.018 0.04 0.03 0.7
Mineral Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine
Experimental
6.6
Experimental
0.007
Experimental
0.73
Experimental
1.85
Experimental
3.1
Experimental
12.2
Phenocrysts-Matrix
0.86 0.04 0.009 0.06 0.03 0.0004 0.01 0.0008 0.0013 0.0016 0.0015 0.007 0.0016 0.009 0.021 0.018 0.04 0.03 0.7
Mineral Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine
微量元素地球化学(中国地质大学) 2微量元素的地球化学分类ppt课件
Ce
0.006 0.02 0.092 0.007 0.082 0.843 2
Nd
0.006 0.03 0.230 0.026 0.055 1.340 2
Sm
0.007 0.05 0.445 0.102 0.039 1.804 1
Eu
0.007 0.05 0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1
2. 一切自然过程均趋向于局部平衡，元 素在平衡条件下，在各共存相之间的 分配取决于元素及矿物的晶体化学性 质及物理化学条件。
8
问题
元素在不同地球化学储库形成过程中具 有什么样的地球化学行为？
控制不同元素地球化学行为差异的因素 是什么？
微量元素地球化学的基本理论
9
Geochemical Affinity
摩尔浓度 活度系数
i xi i xi
Ki(P,T )
21
i
xi
i
xi
Ki(P,T )
？？？
xi xi
Ki(P,T )
Molar partition (Nernst) coefficient
D *i
xi xi
and
xi xi 1
p
p
22
ni
wi Mi
wi
xi
ni M i ni
18
IB IIB Al Si P S Cl Ar
19
20
21
22 23
24
25
26
27
28
29
30
31
32 33
34 35
36
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
11第4章微量元素地球化学-REE3
2013/10/10 24
☞自然体系中，已证明确有2价铕离子(Eu2＋)和4价
铈离子(Ce4＋)；
☞直今未在任何矿物或天然水中发现Tb4＋的存在。 ☞由于碳质球粒陨石某些包体中存在Eu和Yb负异
常，且两者浓度间具有联系，推断Yb2＋在自然界 是存在的。但要求极其还原的条件(比形成月岩还 要还原)。地壳正常条件下，镱只呈Yb3＋；
9
稀土功能
• 现代军事微生物和盘尼西林 • 用于有色金属合金中，稀土金属有色金属合金中 也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金（含有 Mg,Zn,Zr,La,Ce）可用于制造喷气式发动机的传 动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座 舱罩。在镁合金中添加稀土金属的优点是可提高 其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。 • 永磁材料、钢的脱硫、稀土球墨铸铁、打火石 • 石油裂化催化剂等 • 镧玻璃 、玻璃脱色 、荧光粉、激光器 。。。。
2013/10/10
29
☞REE离子半径大，除非矿物中被置换的阳离子半 径也大，一般在矿物中进行离子置换的能力有限。 三价REE可以对Ca2＋，Y3＋，Th4＋，U4，Mn2＋ 和Zr4＋(六次配位半径0.72A)进行置换； ☞三价REE对不同电价阳离子的置换(异价类质同 象)要求一定机制来满足电荷的平衡补偿：
2013/10/10
37
对比数据和图，可以得出有关REE 分配系数的一般规律
①对于任何一种REE和矿物/熔体对来说，其分配系
数值均在较宽的范围内变化；
②虽然REE在给定的矿物/熔体对之间的分配系数值
可以有很大变化，但对该矿物来说，REE分配系数 的模式一般是固定不变的；
③ REE在矿物/熔体之间的分配系数值，一般倾向为
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☞自然体系中，已证明确有2价铕离子(Eu2＋)和4价
铈离子(Ce4＋)；
☞直今未在任何矿物或天然水中发现Tb4＋的存在。 ☞由于碳质球粒陨石某些包体中存在Eu和Yb负异
常，且两者浓度间具有联系，推断Yb2＋在自然界 是存在的。但要求极其还原的条件(比形成月岩还 要还原)。地壳正常条件下，镱只呈Yb3＋；
9
稀土功能
• 现代军事微生物和盘尼西林 • 用于有色金属合金中，稀土金属有色金属合金中 也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金（含有 Mg,Zn,Zr,La,Ce）可用于制造喷气式发动机的传 动装置，直升飞机的变速箱，飞机的着陆轮和座 舱罩。在镁合金中添加稀土金属的优点是可提高 其高温抗蠕变性，改善铸造性能和室温可焊性。 • 永磁材料、钢的脱硫、稀土球墨铸铁、打火石 • 石油裂化催化剂等 • 镧玻璃 、玻璃脱色 、荧光粉、激光器 。。。。
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29
☞REE离子半径大，除非矿物中被置换的阳离子半 径也大，一般在矿物中进行离子置换的能力有限。 三价REE可以对Ca2＋，Y3＋，Th4＋，U4，Mn2＋ 和Zr4＋(六次配位半径0.72A)进行置换； ☞三价REE对不同电价阳离子的置换(异价类质同 象)要求一定机制来满足电荷的平衡补偿：
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37
对比数据和图，可以得出有关REE 分配系数的一般规律
①对于任何一种REE和矿物/熔体对来说，其分配系
数值均在较宽的范围内变化；
②虽然REE在给定的矿物/熔体对之间的分配系数值
可以有很大变化，但对该矿物来说，REE分配系数 的模式一般是固定不变的；
③ REE在矿物/熔体之间的分配系数值，一般倾向为
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