微量元素礦床地球化學(xué).pdf

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1、第二講微量元素礦床地球化學(xué)第一節(jié)基本原理1、微量元素的概念微量元素——地質(zhì)體中含量小于1%的元素痕量元素——含量小于0.1%的元素，也屬于微量元素。2、微量元素的存在形式1）在礦物的快速結(jié)晶過程中陷入囚禁富集帶中2）在主晶格的間隙缺陷中3）以固溶體形式代替主元素4）少數(shù)元素可以形成獨立礦物3、分類1）以元素在固相-液相/氣相間的分配特征(D0——總分配系數(shù))分為：相溶元素D0>1——Ni、Co、V、Cr、Yb、Eu等不相容元素D0<1——Zr、Nb、Ta、HREE、U、Th、Rb等2）以元素在熔融過程中揮發(fā)與難溶程度分為：3）以元素在地質(zhì)作用過程中分散富集特點分為：Tis

2、chendorf（1985）根據(jù)元素豐度和出現(xiàn)的礦物數(shù)分為:a）聚集元素——優(yōu)先形成礦物的元素，是典型成礦元素；b）分散元素——很少形成獨立礦物，不形成獨立礦床。4、稀溶液與亨利定律在極端稀薄的溶液中，溶質(zhì)的活度與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，即：?溶質(zhì)=KX溶質(zhì)12、分配系數(shù)在稀溶液中，溶質(zhì)I（微量組分）在溶液中兩相α和β(如液相和晶體相)之間的平衡分配一般是不均勻的,其系有相平衡條件?????ii??所決定,?和?分別代表微量元素i在α和β相的化學(xué)勢,上式可改寫為:ii?????RTlnX???????RTlnX?iiii變換上式可以得到：???????X???i?exp()

3、?K?DXRTi這就是特（Nernst）分配定律表達(dá)式，它表明在恒溫恒壓條件下，溶液的量平衡相之間的平衡濃度為一常數(shù)（KD）即分配常數(shù)或能斯特分配常數(shù)。由亨利定律，稀溶液中微量元素組分的活度與濃度成正比關(guān)系，可以得出：a?K?iD?ai一個體系中所有礦物的簡單分配系數(shù)加權(quán)和稱為總分配系數(shù)：iiD=∑KDXj影響分配系數(shù)的因素有:1）體系的總成分2）溫度2）壓力第二節(jié)稀土元素稀土地球化學(xué)是20世紀(jì)60年代逐漸發(fā)展起來的一個地球化學(xué)分支。稀土元素在地球各類巖石中，在隕石、月巖及其它星際物質(zhì)中普遍存在。由于稀土元素的不活動性，化學(xué)性質(zhì)相似，離子半徑有規(guī)則的變化，不同來源、不同形

4、成方式的巖石具有不同類型的稀土模式。近年來，還發(fā)展了稀土定量模擬計算，用以推測源區(qū)的物質(zhì)組成和可能的形成歷史。一、稀土元素的性質(zhì)在元素周期表中原子序數(shù)為57~71的十五個元素，加上化學(xué)性質(zhì)相近的釔統(tǒng)稱為稀土元素REE(RareEarthElements)。它們是，鑭(La，Lanthanun)、鈰(Ce，Cerium)、鐠(Pr，Praseodynium)、釹(Nd，Neodynium)，钷(Pm，Promithium)、釤(Sm，Samarium)、銪(Eu，Europium)，釓(Gd，Gadolinium)、鋱(Tb，Terbium)、鏑(Dy，Dysprosium

5、)、鈥(Ho，Holmium)、鉺(Er，Erbium)、銩(Tm，Thulium)、鐿(Yb，Ytterbium)、镥(Lu，Lutetium)和釔(Y，Yttrium)。在稀土地球化學(xué)討論中，一般只考慮前十五個元素。按照原子序數(shù)的大小進(jìn)一步把稀土元素分為輕稀土元素LREE(Lightrareearthelements)、重稀土元素HREE(Heavyrareearthelements)和中稀土元素MREE(Middlerareearthelements)。具有低原子序數(shù)的稀土元素劃為輕稀土元素(簡稱輕稀土，下同)，具有高原子序數(shù)的稀土元素劃為重稀土，具有中等原子序數(shù)的

6、稀土元素劃為中稀土。稀土元素的電子結(jié)構(gòu)如表1所示。所有稀土元素在6s能級具有兩個電子，隨著原子序數(shù)的增加，電子依次充入4f能級。La在4f能級沒有電子，Ce在4f能級有二個電子，Lu在4f能級有14個電子，所有4f軌道全部被充滿。稀土元素處在5d和6s能級上的電子容易失去，形成三價陽離子。在地質(zhì)作用中，除Eu、Ce有變價外，所有稀土元素都表現(xiàn)為正三價。Eu除正三價外，還經(jīng)常表現(xiàn)為正二價。三價離子和二價離子的比例決定于氧的逸度。在強烈氧化條件下，如在地表條件或者熱液中，Ce有時表現(xiàn)為正四價。在強烈2+還原條件下，有時Yb能以Yb出現(xiàn)。稀土元素的原子半徑和離子半徑隨著原子序數(shù)

7、的增加而依次減小，離子半徑由La的l.032?到Lu的0.861?(表1)。這是由于隨著原子序數(shù)的增加，電子依次充入4f能級而保持最外層電子不變的結(jié)果。這個現(xiàn)象叫做鑭系收縮。二、稀土元素的豐度地殼火成巖和隕石的豐度如圖1所示。由圖1可以看出，由La到Lu，稀土的豐度曲線是一條十分有規(guī)則的曲線。除了自然界不存在的元素鉅(Pm)外，凡是原予序數(shù)為偶數(shù)的元素都比相鄰的原子序數(shù)為奇數(shù)的元素的豐度大，位于豐度曲線的峰部位置，而原子序數(shù)為偶數(shù)的元素的豐度小，處于曲線2的峰谷位置。這個現(xiàn)象叫做Oddo-Hafkins效應(yīng)。為了便于比較稀土的