稀土元素地球化学讲解

第三节稀土元素地球化学一稀土元素的地球化学性质•原子序数：57-71•价态：主要为三价，•Eu2+•Ce4+•由于镧系收缩，La系元素的离子半径随原子序数的增加而稳定缩小。使其晶体化学性质相似,在自然界中常常共同迁移、沉淀。二.稀土的划分：(1)两分：轻稀土（LREE）La-Eu重稀土（HREE）Gd-Lu(2)三分：轻稀土（LREE）La-Nd中稀土（MREE）Sm-Ho重稀土（HREE）Er-Lu三.表征REE组成的参数(1)稀土元素总量（REE）(2)比值•LREE/HREE•(La/Yb)N,(La/Lu)N,(Ce/Yb)N,•(La/Sm)N,(Gd/Lu)N(3)异常值Eu/Eu*(Eu)，Ce/Ce*(Ce)•①∑REE—稀土元素总量•单位一般用10-6（ppm）•超基性→基性→中性→中酸性→碱性岩，∑REE逐渐增加。•用途：判断某种岩石的母岩特征和区分岩石类型。•②LREE/HREE—轻重稀土元素比值•用途：能较好地反映REE的分异程度以及指示部分熔融残留体和岩浆早期结晶矿物的特征。是判断残留相或结晶相矿物组合的重要依据。③单元素轻重稀土元素比值•LaN/YbN、LaN/LuN、CeN/YbN：•是稀土元素球粒陨石标准化图解中分布曲线的斜率，它反映了曲线的倾斜程度，•LaN/YbN＞1，曲线向右倾，富集轻稀土—酸性岩类；LaN/YbN≈1，曲线水平，属球粒陨石型—大洋拉斑玄武岩；科马提岩；LaN/YbN＜1，曲线向左倾斜，为亏损型—橄榄质科马提岩。•（LaN/YbN，LaN/LuN、CeN/YbN是样品中La、Yb、Lu、Ce球粒陨石标准化值的比值。它们分别代表了轻稀土元素和重稀土元素；而且其含量易于准确确定。•LaN/SmN：反映了轻稀土之间的分馏程度。该值越大，轻稀土越富集。根据LaN/SmN可以对岩石进行分类。如根据LaN/SmN比值，Schilling（1975a）将洋中脊玄武岩划分成三种类型：N型（正常型），LaN/SmN＜1；稀土元素组成模式为亏损型。P（E）型，地幔柱型或异常型，LaN/SmN＞1；富集型。T型，过渡型；LaN/SmN≈1•GdN/YbN：反映了重稀土之间的分馏程度。该值越小，重稀土富集程度越高。有人用GdN/YbN比值将马提岩划分成三个组。2GdSmEuEuNNN2PrLaCeCeNNN正异常δEu＞1，在标准化图解中，Eu处出现”峰”负异常δEu＜1，在标准化图解中，Eu处出现”谷”无异常δEu=1，用途：是划分岩石类型和讨论成岩成矿条件的重要参数例如：花岗岩可划分成壳型：δEu平均值为0.46，为中等亏损；壳幔型：δEu平均值为0.84，为弱亏损；富碱侵入体型：δEu平均值小于0.30，强烈亏损。④Eu/Eu*(Eu)，Ce/Ce*(Ce)四REE组成数据的表示方法曾田彰正—科里尔（Masuda1962,Coryell1963）图解（球粒陨石标准化-原子序数图解法）1.数据的标准化•样品中REE浓度/参照物REE浓度=标准化值，最常用的参照物是球粒陨石（沉积岩常以北美页岩为标准）然后以标准化值的对数值为纵坐标，以稀土元素按原子序数排列为横坐标作图。图解中稀土元素分布模式分类（三类）：•轻稀土富集型：分布曲线向右倾斜，轻稀土富集。•轻稀土亏损型：分布曲线向左倾斜，轻稀土亏损。•平坦型（球粒陨石型）：轻重稀土富集不明显。•根据图解中Eu和Ce处曲线的形态，再划分出：•Eu/Ce亏损型、富集型、正常型。•在成矿研究中，常用未矿化或蚀变的岩石为标准，了解成矿或蚀变过程中，稀土元素的变化。这种方法的优点•一般公认球粒陨石的轻-重稀土元素之间不存在分异。采用球粒陨石标准化模式图可使样品中各REE间的任何程度的分异更清楚地显示出来。•克服奇偶原子序数的元素丰度不同所造成的REE曲线锯齿状变化。•可以反映所研究样品相对于原始地球稀土组成的地球化学分异作用。•直线斜率、形态和偏离直线的稀土元素的异常地球化学行为，为成岩成矿机理研究，提供了重要信息。五稀土元素地球化学的应用洋中脊玄武岩LREE亏损HREEN一般为10-25最高达80石榴子石橄榄岩批式熔融的玄武岩浆的稀土组成源岩矿物组成-Ol:Opx:Cpx:Ga=0.55:0.25:0.11:0.09部分熔融作用-REE变化规律稀土元素地球化学的应用•大洋岛岩浆分离结晶-REE分配模式20010050103冰岛冰岛岩玄武岩拉斑玄武岩LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErYb样品球粒陨石/流纹岩冰岛火成岩球粒陨石标准化REE分配曲线0.3110100300LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuSample/Chondrite汉诺坝玄武岩板大内陆玄武岩汉诺坝玄武岩REE球粒陨石标准化配分模式图岛弧火山岩REEpatternsforliquidsbyRayleighfractionalcrystallizationmodeling:a.frombasalttoandesite,b.fromandesitetodacite,andc.fromdacitetotype1rhyolite.Patternswithstarsrepresentcalculatedliquidcompositions.分离结晶作用-REE变化规律稀土元素地球化学的应用金伯利岩钾镁煌斑岩高度富集LREE-极低程度熔融HREE强烈分馏-源区存在石榴石残留金伯利岩-钾镁煌斑岩REE球粒陨石标准化配分模式图121-华北金伯利岩2-华南钾镁煌斑岩11010010002000LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu样品球粒陨石/样品球粒陨石/样品球粒陨石/样品球粒陨石/21吉黑东部P2-T1碱长花岗岩REE标准化模式图δEu负异常:•斜长石分离结晶或•源区存在大量斜长石残留张广才岭A型花岗岩REE球粒陨石标准化配分模式0.1110100300LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuSample/C1ChondriteδEu负异常:•斜长石分离结晶或•源区存在大量斜长石残留典型幔源火山岩的(Sm/Yb)N-YbN图解05100102030MeanCr(Yb)N(Sm/Yb)N华南钾镁煌斑岩西藏白榴石玄武岩响岩甘肃钾质超基性次火山岩滇西新生代拉斑玄武岩-15201520152005100102030(Yb)N(Sm/Yb)N华南钾镁煌斑岩西藏白榴石玄武岩响岩甘肃钾质超基性次火山岩滇西新生代拉斑玄武岩-1520Cr30010＞×-61520Cr30010＞×-61520Cr30010＞×-6石榴石橄榄岩源区尖晶石橄榄岩源区1.稀土元素岩浆成因判别标志:(1)LREE:源区富集-亏损与熔融程度HREE:源区性质(2)比值:(La/Yb)N,(La/Sm)N,(Sm/Yb)N(Gd/Yb)N(3)异常值Eu斜长石的指纹Ce氧化环境和海水作用标志岩浆作用微量元素地球化学小结:(1)岩浆作用判别(分离结晶部分熔融)•强不相容元素-强相容元素判别标志•强不相容元素-不相容元素比值判别标志(2)岩浆源区性质判别•微量元素蛛网图-判别岩浆源区性质•强不相容元素-不相容元素比值•强不相容元素比值-比值判别源区性质判别必需建立判别标志2微量元素岩浆成因判别标志:微量元素蛛网图-判别岩浆源区性质1-OIB型玄武岩2-洋岛玄武岩3-青藏高原新生代钾玄岩系列4-岛弧钙碱性玄武岩不同类型火山岩原生地幔标准化蛛网图•不相容元素比值-比值源区判别图解青藏高原新生代•高Mg#火山岩源区近似活动陆缘性质;•钾玄质火山岩具有OIB与活动陆缘源区混合特征.青藏高原新生代火山岩岩浆源区性质判别图解样号123球粒陨石北美页岩(L.A.Haskin,1984)La735.4839638.7097648.38710.3132Ce730.198962.8713996.28710.80873Pr326.2295313.1148299.18030.1227.9Nd288.3333265258.33330.633Sm180167.6923164.61540.1955.7Eu123.5135174.3243109.86490.0741.24Gd169.8842128.8136155.98460.2595.2Tb137.6596116.5957121.91490.0470.85Dy129.5031103.7267113.3540.3225.8Ho123.611195.27778108.750.0721.04Er125.2381103.33331100.213.4Tm118.12590.625102.81250.0320.5Yb115.31189.4736899.521530.2093.1Lu113.030385.7575898.181820.0330.48Y93.3673565.81633119.8981.9627