[化学课件]微量元素地球化学课件(中国地质大学)1微量元素的测定技术及数据分析
微量元素地球化学
1.2 地球化学的发展现代地球科学有三门基本学科：地质学、地球物理学和地球化学。
大致在本世纪40年代末期和50年代初期，地球化学才成为一门独立成型的学科。
这里，作为独立学科的重要标志是以学科命名的课程在一些大专院校开设，以学科命名的科研和教学单位开始出现，以及以学科命名的学术刊物问世等。
当前许多重大的地学理论问题的解决，如地球的起源、全球板块构造理论、区域成矿问题分析等，都有赖于这三门基本学科的紧密配合。
地球化学的发展大致经历两个主要阶段；一是经典地球化学阶段，着重研究元素的丰度、分布和迁移，研究的手段主要是无机化学、晶体化学和分析化学的方法；二是近代地球化学阶段。
随着各项技术的发展（宇航技术、高温高压实验技术、核物理探测技术等），地球化学的研究领域不断扩展，朝着地球内部和宇宙空间发展，形成了以研究地幔为对象的深部地球化学和研究陨石、月球、宇宙尘的宇宙化学。
除研究元素外，还发展了同位素研究，建立了同位素地球化学。
在研究手段上更加注意了物理化学、热力学和动力学的理论和方法，发展了各种地球化学的模式研究，形成了地球化学全面发展的新时期。
1.2.1经典地球化学的三个代表人物1.克拉克（，1847—1931）美国化学家克拉克是地球化学的奠基者。
他着重研究化学元素在地壳中的分布和丰度。
他和他的同事华盛顿（ of TerrestrialMagnetis，DTM）开辟了实验地球化学的新方向。
2.维尔纳茨基（В.И.Верналскиǔ，1863—1945）俄罗斯矿物学家维尔纳茨基开创了生物地球化学和同位素地球化学研究。
发表了《地球化学概论》一书。
他首先提出了地球化学旋迴的概念，并用它来阐述化学元素在前后相继的地球化学作用中的演变历史。
他的学生费尔斯曼开创了区域地球化学和地球化学找矿方法。
费尔斯曼发表的《俄罗斯地球化学》是一本经典的区域地球化学著作。
费尔斯曼为了说明元素在迁移过程中的地球化学行为，提出了共生序数和晶格能等概念，并对控制元素迁移的各种因素和元素迁移的规律进行了研究。
.微量元素地球化学
分配系数
Ba Opx Cpx Hbl Bi Plag Ksp 0.003 0.131 0.044 6.360 0.360 6.120 Sr 0.009 0.516 0.022 0.120 2.840 3.870
5.构造环境的地球化学识别
不同构造环境沉积盆地杂砂岩的微量元素判别图 A.大洋岛弧；B.大陆岛弧；C.活动大陆边缘；D.被动大陆 边缘
1.5 1 0.5 0 Ce Nd Sm Eu Gd ª Ë Ô Ø Dy Er Yb Lu
• 氧逸度影响 仅对变价元素产生影响
稀土元素在斜长石与玄武岩浆之间的分配系数与 氧逸度的关系
微量元素地球化学原理
（三）岩浆过程微量元素的定量模型
1.岩浆结晶作用模型 Cl/C0=F(D-1) ClH = C0H /F, ClM = C0M /F ClH/ ClM = CoH/ CoM =常数 2.岩石部分熔融模型(批次部分熔融模型) Cl/C0 = 1/[D(1-F)+F ] ClH = C0H /F, ClM = C0M /(F +DoM) ClH/ ClM ：不等于常数
Sm Gd Eu Eu EuN / ( ) Eu * 2 La Pr Ce Ce CeN / ( ) Ce * 2
N
N
稀土元素中Eu异常值的计算原理
微量元素地球化学原理
(三)稀土元素地球化学的应用 1.岩浆岩成因模拟
利用稀土元素研究岩浆的部分熔融程度
微量元素地球化学原理
概述 1. 地球化学的手段(宏观性质) 2. 研究意义: • 示踪 • 物理化学条件 • 地球化学过程(结合年龄数据)
微量元素地球化学原理
元素含量与热力学量之间的关系问题 （ΔG,ΔH, ΔS等）: • μ= μo +RT lnƒ • μ= μo +RT lnα 即 ƒ、α与组分(摩尔分数)之间的关系可否描 述？
高等微量元素地球化学课件：绪论 微量元素的分类
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
➢
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;
第五章微量元素地球化学2011
第四章微量元素地球化学第一节微量元素地球化学基本原理一、微量元素概念（是相对的概念）主量元素(主要元素、常量元素)：岩石的主要组成部分，含量>0.1wt%，通常用氧化物的重量百分数来表示（wt%）；微量元素（痕量元素、痕迹元素）：难以形成独立矿物，浓度<0.1%,通常用ppm或ppt表示。
Gast(1968)对微量元素的定义是：不作为体系中任何相的主要化学计量组分存在的元素。
微量元素的另一定义为，在所研究的地球化学体系中，其地球化学行为服从稀溶液定律(亨利定律，Henry’s Law)的元素。
常(主)量和微量元素在自然界中是相对的概念，常因所处的体系不同而相互转化。
如Cr在大多数地壳岩石中为微量元素，但在超基性岩中可呈常量元素；Fe在岩石中是常量元素，但在有机物中多为微量元素；Zr在岩石中是微量元素，但在锆石中为常量元素；K在地壳整体中是主量元素，但它在陨石中却被视为微量元素。
在自然界中，主要的常量元素的含量变化范围有限(多小于1个数量级)，而微量元素的变化范围较大(常达2个数量级)，明显超过常量元素。
例如：SiO2在基性、中基性、中酸性和酸性岩浆的平均含量分别约为45、52、65和75 (wt%)，其相对变化量为1.7；Rb在基性、中基性、中酸性和酸性岩浆的平均含量分别约为0.2、4.5、100和200 ppm，相对变化量为1000。
二、微量元素的特点1、微量元素的概念难以用严格的定义进行描述；2、自然界“微量”元素的概念是相对的，应基于所研究的体系；3、低浓度(活度)是微量元素的核心特征，在宏观上表现常为不能形成自己的独立矿物(相)，近似服从稀溶液定律（亨利定律）。
三、微量元素在共存相中的分配规律地球化学过程中元素的地球化学行为在实质上表现为，当所在的介质条件发生变化时，其在相关共存的各相(液—固、固—固等)之间发生重新分配过程。
自然过程总量趋向于达到不同尺度的平衡，元素在平衡条件下，相互共存各相之间的分配取决于元素及矿物的晶体化学性质(内因)及物理化学条件(外因)。
微量元素地球化学111页PPT
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
La系收缩造成稀土元素（REE）离子半径递减，相应的 单斜辉石/玄武质岩浆之间的分配系数递增
KREE单斜辉石/玄武质岩浆
体系组分的影响
体系组分对分配系 数的影响主要反映 在熔体(岩浆)的组 分变化上
随着岩浆组成从基 性向中酸性演化， 稀土元素在角闪石 和岩浆之间的分配 系数渐次升高，变 化幅度极大。
锆 石 Zircon
ZrSiO4
第一部分
微量元素地球化学的一些基本理论问题
1.1 微量元素的定义 1.2 微量元素在地质体中的赋存型式 1.3 微量元素分类 1.4 支配微量元素地球化学行为的主要物理化学定律
a. Goldschmidt三定律 b. 化学势、逸度、活度 c. 固熔体、稀溶液与亨利定律 d. Nernst分配定律与分配系数（ki= cis/cil） e. 分配系数的含义 f. 影响分配系数的主要因素 g. 分配系数的测定
基本的化学分类
Goldschmidt分类
亲石
亲铁
亲铜
亲气
地球的组分分异，由元素的 性质决定。 元素在周期表中的位置： 亲铁元素: 地核 亲石元素: 地幔与地壳 亲气元素: 大气圈和水圈
一般的地球化学分类
常用分类
主元素（major elements） 过渡(族)元素（transition elements）
如果源岩的矿物组分不是等比例地进入熔体，严格说 来，部分熔融的微量元素方程应该是：
cil cio
=
1 Di+(1-Pi)F
这里， Di是微量元素i在源岩与熔体间的分配系数 Pi是微量元素i在残留相与熔体间的分配系数
2.1c 平衡部分熔融过程微量元素的变化规律
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
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
微量元素检测 ppt
11.2
11.0
11.0
323
336
332
460
460
457
1.31
1.05
1.39
1.17
1.04
1.05
808
817
816
1000
1007
986
4118
4105
4119
5345
5229
5211
8.6
3.5
7.3
3.8
10.2
8.3
均值 0.62 0.18 0.23 12.6 29.8 0.43 4.8 11.0 459 1.09 998 5262 7.4
0.3
0.3
5
Pb
0.001
1.5
0.06
10
Se
0.06
1.5
0.3
100
Hg
0.004
0.5
0.6
50
Cu
0.003
0.2
0.04
1.5
Zn
0.003
0.2
0.001
1.5
Al
0.006
0.2
0.1
45
S
70
9
..
..
Ca
0.5
0.02
0.01
1.5
K
1
0.2
0.008
3
但由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS的检出限实际上会变差，多大50倍。一些轻元素（如S、Ca、Fe、
ICP-MS方法学检测
血液中的34元素
尿液中的34元素
Li
Ti
Ni
Rb
S n
Tl