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微迹元素地球化学.ppt
一.微迹元素的概念 微迹元素(trace element),文献上的用词不完全统一,也称为微量元素,痕量元素、次要元素(一些学科称为杂质元素、副元素),英文中也称minor-, micro-,oligo- 等,不完全统一。 一般地讲,微量元素是相对主量元素(主要元素、常量元素、宏量元素)而言。 根据泰勒资料(Tylor 1964),地壳中常量元素,99.99% : O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、、K、Ti、Mn 其他80余种元素不超过0.01%,可称为微量元素。 将含量等于或小于10-3(0.1%)元素定义为微(痕)量元素。 这是一般定义。具体到不同的地质体中元素的含量也是有变化的。 例如:伟晶岩中,许多地壳丰度很低的元素,如:Li、Be、Nb、Ta等可达到相当的富集,具体矿物更是如此。Zr一般是微量元素,锆石中是主要元素。超基性岩中,通常的常量元素 K、Na只是微量元素存在。 因此将微量元素定义为:在研究对象(地球化学体系—地质体、岩石、矿物)中含量可以近似的用稀溶液定律(亨利定律)描述其行为的元素。根据亨利定律,在稀溶液(溶剂>>溶质的理想溶液)中,溶质的活度与溶质的摩尔浓度成正比。 即 αi = ki xi 二.微迹元素的地球化学分类 微迹元素定义还无统一意见,微量元素分类也没有一个统一标准。(没有对微量元素的系统分类) 周期表是对元素化学性质最好的一种表述形式,因此,一种好的地球化学分类,也应以元素周期表为基础(电子的规律充填,元素形成自然界分布)。 常见的元素地球化学分类 Goldschmmidt 戈尔德施密特 查瓦里斯基 分类都是以化学周期表为基础 戈氏分类包括: 亲石元素 亲氧元素,形成惰性气体型离子,8电子,离子键,岩石圈。 亲铜元素 铜型结构离子,18电子,共价键,与硫结合力强,亲硫元素。 亲铁元素 8-18过渡离子,与氧、硫结合不及前两者,元素单质状态。 亲气元素 8电子外层,原子容积大,易 挥发。 亲生物元素 氢与 惰性气体族 造岩元素族 岩浆射气族 铁族 稀有元素族 相容元素和不相容元素的分类,是以微量元素在固相—液相(气相)间的分配特征确定。 当自然过程存在液相和结晶相(固相)共存时,微量元素在体系两相中的分配往往是不均一的。在岩浆结晶作用过程中,容易以类质同象的形式进入固相(造岩矿物)晶格的微量元素,称为相容元素,如Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等,反之,则称为不相容元素。 基性超基性岩浆结晶过程中,Ni、Co易进入橄榄石,V易进入磁铁矿,Cr进入尖晶石,Yb易进入石榴石,Eu 易进入斜长石。元素在固相中的浓度一般大于熔体相中的浓度,是相容元素。 Li、Be、Nb、Ta、REE、W、Sn、Rb、Cs、Pb、Zr、Hf、P、Cl 等选择熔体,为不相容元素。不相容元素也称为湿亲岩浆元素。 相容与不相容性质会改变,与体系有关。 在不同组成体系中,微迹元素行为会变化。例:P在地幔矿物中是不相容元素,发生部分熔融时,会很快聚集在熔体中。在花岗岩中,因为早期进入磷灰石晶格,表现为一种相容元素性质。 离子势(离子电位)阳离子单位面积电荷大小 > 2 高场强元素 HFS-high field strength cation Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE等 难熔元素 挥发元素 Anders 宇宙化学研究中划分 H、He、C、N、O、Ne、Mg、Si、Al 、F 大丰度 以外元素划分难熔与挥发份元素。 根据宇宙体中元素常见化合物熔点划分。 放射性生热元素 radiogeic product heat element K、U、Th 三元素 放射性衰变是地热重要源泉,地壳运动,成矿活动的动力。 U、Th、40K(40K占K总量的极小部分)三种元素,在研究地壳热结构、热状态方面有特殊意义。 U、Th、40K是放射性元素,在自然蜕变过程中产生热量,从而限制了岩石圈(地幔、地壳)的热状态。 三. 微量元素地球化学研究方法 1. 微量元素存在形式 2. 地球化学过程中微量元素分配规律的研究 3. 各种地球化学过程的模拟实验 4. 数理统计方法
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