第三章微量元素沉积地球化学.ppt

微量元素沉积地球化学是地球化学的重要分支学科之一，顾名思义，微量元素沉积地球化学是研究微量元素在沉积圈层各部分的分布、化学作用及化学演化的学科。在地球化学研究中，由于微量元素的特殊性质，作为一种地球化学指示剂，微量元素在成岩、成矿作用及地球(包括部分天体)的形成及演化等研究中发挥了重要作用。和整个地球化学领域一样，微量元素地球化学在近年来取得了突飞混进的发展，成为地球化学领域中举足轻重的分支学科，也是近代地球化学发展中非常活跃的分支学科之一。在地球化学研究中，微量元素(尤其是稀土元素)起着可与稳定同位素相比拟的重要作用，学者们将之誉为地球化学指示剂、示踪剂、探途元素、指纹、监测剂等。可以毫不夸张地说，微量元素已成为当代地球化学研究中必不可少的组成部分。没有微量元素地球化学的发展，近代地球化学的形成都发展是不可能的。例如，对于地球演化过程中的新灾变论的提出和地幔不均一性的发现，微量元素地球化学的研究成果作出了重要贡献。 一、微量元素的概念及分类 在常见的地球化学文献中，人们常把地壳中除O、Si、Al、Fe、ca、Mg、Na、K、Ti等九种元素(它们的总重量丰度共占99％左右)以外的其他元素统称为微量元素，或痕量元家、杂质元素、副元素、稀有元素、次要元素等。它们在岩石或矿物中的含量一般在1％或0.1％以下，含量单位常以10-6“或10-9“表示。O,Nions等(1974)将含量等于或小于1000× 10-6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，通常采用微量元素一词，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。例如，Fe在石英中为微量元素，但在磁铁矿、辉石中就是主要元素了。多数情况下Zr是微量元素，但在钻石中是主要元素。在陨石中K常被视为微量元素，而Ni则往往成了主要元素。因此Cast(1968a，b)认为，微量元素是指不作为体系中任何相的主要组分(化学计算)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：只要元素在所研究的客体(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。 一、微量元素的概念及分类 由于微量元素的低浓度(或活度)，使得它们难以形成一种独立相，而是以次要组分存在于矿物固溶体、熔体或其他流体相中。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。 Coni等(1968)认为，可以把矿物中微量元素按分布分成两组： 1)可以取代某一矿物晶格中的其他元素(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、Bb、Cs等；稀有元素Eb、Nb、Ta、Zr、Hf等；稀土元素(La系、Y)；过渡族元素TME(Fe、Co、Ni、V、Ti、Cr、CM等)。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。 一、微量元素的概念及分类 目前，关于微量元素的地球化学分类方法有： 1、按元素周期表，依化学性质分类：可以有稀碱金属（Li，Rb，Cs等），稀有元素（Be，Nb，Ta，Zr，Hf等），稀土元素（La，Ce，Nd等），过渡族元素（Fe，Co，Ni，Cu，Zn等）。 2、按地球化学作用过程分类：当固相（结晶相）和液相（熔体相，流体相）共存时，若微量元素易进入固相，称为相容元素（Compatibleelement）。反之，若微量元素易进入液相，称为不相容元素（incompatible element）。这是微量元素地球化学中最常用的一种分类方法。由于微量元素在结晶化学和地球化学性质上的差异，它们在固相和液相中的分配是不均匀的。例如，在固体地幔玄武岩熔体体系中，微量元素Cr，Ni，Co易保留在固相，为相容元素。而Sr，Zr，Nb，Ba等易进入熔体相，为不相容元素。又如，在岩浆结晶作用过程中，某些微量元素易进入结晶相，在液相中的浓度则逐渐降低。Eu易进入斜长石，Yb易进入石榴石，V易进入磁铁矿等，它们称为相容元素。相反，有些微量元素则在晚期的结晶相和残余熔体中富集，如U，Th，Li，Be，B等，为不相容元素。 3、根据分配系数：从分配系数（这里总是指固相对