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第五章 微量元素地球化学基本概念及有关理论问题第一节 微量元素的概念及分类 在常见的地球化学文献中，人们常将O、Si、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等九种元素(它们的地壳丰度共占99％左右)以外的其它元素统称为微量元素或痕量元素、杂质元素、副元素、稀有元素、次要元素等(Trace，Minor，Micro，Rare，Oligo elements)。它们在岩石中的含量一般在1％或o．1％以下(即低到W．诺达克和I．诺达克提出的所谓无所不存在的含量)，含量单位常以10—‘或10—。表示。O’Ni皿s等将含量等于或小于10—’的任何一种元素称为痕量元素。考虑到目前多数地球化学论文的习惯用法，本书采用微量元素一词，它包括痕量元素和微量元素。然而，主要元素与微量元素的区分是相对的，常因具体的研究对象而异。Gast(1968)t1“认为，微量元素是指不作为体系中任何相的主要组分(化学计量)存在的元素。在化学作用过程中实际起作用的是摩尔浓度，因此，在地球化学中对微量元素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。 在矿物中，微量元素主要以下列形式存在： 1．在快速结晶过程中陷入囚禁带内； 2．在主晶格的间隙缺陷中； 3．在固溶体中替代主要相的原子。 Goni和Gu山emin(1968)认为，可以把矿物中的微量元素按分布分成两组： 1．可以取代某一矿物晶格中其它元素(类质同象置换)的微量元素； 2．晶格以外的元素(晶间位置，如晶粒边界；晶内位置，如解理、裂隙等)。 目前，还没有建立对微量元素进行地球化学分类的统一标准，分类方案常因研究对象和研究目的不同而异。60年代以前，一般沿用戈尔德施密特的元素地球化学分类系统，如亲石元素、亲铁元素、亲铜元素、亲气元素等。有时则按它们在元素周期表中的位置以化学性质进行分类，如稀碱金属Li、Rb、Cs等；稀有元素Be、Nb、Ta、Zr、Hf等；稀土元素(La系、Y)；过渡族元素TME(Fe、Co、Ni、V、Ti、Cr、Cu)等。J．Jadwab(1953)将微量元素分为两类：(1)结晶化学元素的结合，仅受结晶化学因素控制；(2)标型化学元素，它们对供给条件和共生条件很敏感。 随着微量元素分配理论和定量模型的发展，对微量元素的地球化学分类也发生了较大变化。概括起来可大致分为三套系统。 一、以微量元素在固相—液相(气相)间的分配特征分类 随着元素在矿物—熔体之间分配系数概念的建立，特别是矿物分配资料的大量积累，使得对微量元素在岩浆作用过程中的地球化学行为有了较深入了解，相继提出了如下分类概念： 不相容元素(incompatible elements)和相容元素(compatible elements)：这种分类概念是基于许多地球化学作用过程常常存在液相和结晶相(固相)共存的体系，例如，含矿溶液的成矿过程；地慢或地壳通过熔融形成岩浆的过程；岩浆的结晶分异过程。在这些体系的地球化学过程中，微量元素在液相和固相间进行分配，一般情况下，这种分配是不均等的。由于微量元素晶体化学性质和地球化学行为的差异，有些元素容易进入结晶相，而在液相中浓度迅速降低。例如，Ni、Co易进入橄榄石，V易进入磁铁矿，Cr易进入尖晶石，Yb易进入石榴子石，Eu易进入斜长石。对在岩浆结晶过程(或由固相部分熔融)中易进入或保留在固相中的微量元素，统称为相容元素。相反，在这些过程中不易进入固相，而保留在与固相共存的熔体或溶液中，因而在液相中浓度逐渐增加，如U、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb、Zr、Hf、B、P、Cl、REE、U、Th等，这些元素统称为不相容元素。显然，在任何固—液—气相平衡体系中，相容元素总是“喜欢”固相，而不相容元素则总是“喜欢”液相或气相。 从分配系数的概念出发，相容元素的总分配系数大于1，而不相容元素的总分配系数小于1。按总分配系数(D。)的大小，不相容元素又可分为两组： 0。＜O．1，女口K、Rb、U、Th、Pb、LREE o，l＜0。＜1，如Zr、Nb、I。a、HREE 对于D。值范围为o．02一o．06的微量元素称为强不相容元素。当元素的总分配系数与l比较可忽略不计时，称为岩浆元素，而与o．2一o．5比较可忽略不计时称为超岩浆元素。wood(1979)[zs]则提出了亲湿岩浆元素(Hygromagmatophile E1ements简称HYG)来代替不相容元素和大离子亲石元素。亲湿岩浆元素是指分配系数小于1的微量元素，它们在熔融过程中进入液相，在结晶过程中进入残余相。它又可分出强亲湿岩浆元素(mn