文档介绍：第二讲微量元素矿床地球化学
第一节基本原理
1、微量元素的概念
微量元素——地质体中含量小于1%的元素
痕量元素——%的元素,也属于微量元素。
2、微量元素的存在形式
1) 在矿物的快速结晶过程中陷入囚禁富集带中
2) 在主晶格的间隙缺陷中
3) 以固溶体形式代替主元素
4)少数元素可以形成独立矿物
3、分类
1)以元素在固相-液相/气相间的分配特征(D0 ——总分配系数)分为:
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)以元素在熔融过程中挥发与难溶程度分为:
3)以元素在地质作用过程中分散富集特点分为:
Tischendorf(1985)根据元素丰度和出现的矿物数分为:
a) 聚集元素——优先形成矿物的元素,是典型成矿元素;
b) 分散元素——很少形成独立矿物,不形成独立矿床。
4、稀溶液与亨利定律
在极端稀薄的溶液中,溶质的活度与溶质的摩尔分数成正比,
即:
溶质= KX溶质
1
2、分配系数
在稀溶液中,溶质 I(微量组分)在溶液中两相α和β(如液相和晶体相)之间的平衡分配一般是
不均匀的,其系有相平衡条件
i i
所决定, i 和i 分别代表微量元素 i 在α和β相的化学势, 上式可改写为:
i RT ln X i i RT ln X i
变换上式可以得到:
X i
exp( ) K D
X i RT
这就是特(Nernst)分配定律表达式,它表明在恒温恒压条件下,溶液的量平衡相之间的平衡浓度为
一常数(KD)即分配常数或能斯特分配常数。由亨利定律,稀溶液中微量元素组分的活度与浓度成正
比关系,可以得出:
a i
K D
a i
一个体系中所有矿物的简单分配系数加权和称为总分配系数:
i i
D =∑K DXj
影响分配系数的因素有:
1) 体系的总成分
2) 温度
2) 压力
第二节稀土元素
稀土地球化学是 20 世纪 60 年代逐渐发展起来的一个地球化学分支。稀土元素在地球各类岩石中,
在陨石、月岩及其它星际物质中普遍存在。由于稀土元素的不活动性,化学性质相似,离子半径有规
则的变化,不同来源、不同形成方式的岩石具有不同类型的稀土模式。近年来,还发展了稀土定量模
拟计算,用以推测源区的物质组成和可能的形成历史。
一、稀土元素的性质
在元素周期表中原子序数为 57~71 的十五个元素,加上化学性质相近的钇统称为稀土元素
REE(Rare Earth Elements)。它们是,镧(La,Lanthanun)、铈(Ce,Cerium)、镨(Pr,Praseodynium)、
钕(Nd,Neodynium),钷(Pm,Promithium)、钐(Sm,Samarium)、铕(Eu,Europium),钆(Gd,Gadolinium)、
铽(Tb,Terbium)、镝(Dy,Dysprosium)、钬(Ho,Holmium)、铒(Er,Erbium)、铥(Tm,Thulium)、镱
(Yb,Ytterbium)、镥(Lu,Lutetium)和钇(Y,Yttrium)。在稀土地球化学讨论中,一般只考虑前十五
个元素。按照原子序数的大小进一步把稀土元素分为轻稀土元素 LREE(Light rare earth elements)、
重稀土元素 HREE(Heavy rare earth elements)和中稀土元素 MREE(Middle rare earth elements)。
具有低原子序数的稀土元素划为轻稀土元素(简称轻稀土,下同),具有高原子序数的稀土元素划为重
稀土,具有中等原子序数的稀土元素划为中稀土。
稀土元素的电子结构如表 1 所示。所有稀土元素在 6s 能级具有两个电子,随着原子序数的增加,
电子依次充入 4f 能级。La 在 4f 能级没有电子,Ce 在 4f 能级有二个电子,Lu 在 4f 能级有 14 个电子,
所有 4f 轨道全部被充满。
稀土元素处在 5d 和 6s 能级上的电子容易失去,形成三价阳离子。在地质作用中,除 Eu、Ce 有变
价外,所有稀土元素都表现为正三价。Eu 除正三价外,还经常表现为正二价。三价离子和二价离子的
比例决定于氧的逸度。在强烈氧化条件下,如在地表条件或者热液中,Ce 有时表现为正四价。在强烈
还原条件下,有时 Yb 能以 Yb2+出现。
稀土