微量元素的定义（微量定义元素是指什么）

微量元素地球化学主量（常量）元素(MajorElement)用氧化物的重量百分比（wt%）表示；微量元素(Traceelement)一般用百万分之一（ppm）表示。MajorElements:0.1%TraceElements:1000ppm地球微量元素的定义Gast(1968)对微量元素的定义是：不作为体系中任何相的主要化学计量组分存在的元素。微量元素的另一定义为，在所研究的地球化学体系中，其地球化学行为服从稀溶液定律(亨利定律，Henry’sLaw)的元素。……：对体系的化学和物理性质没有明显影响的元素。微量元素在自然界中是相对的概念ZrppmZrSiO4Tinybuttimely某一地质体主、微量元素变化对比微量元素的特点微量元素的概念难以用严格的定义进行描述；自然界“微量”元素的概念是相对的，应基于所研究的体系；低浓度(活度)是微量元素的核心特征，在宏观上常表现为不能形成自己的独立矿物(相)。Geochemicalreservoir地球化学储库Forexample:•Core•BulkSilicateEarth/硅酸岩地球–DepletedMantle/亏损地幔–BulkContinentalCrust(CC)/大陆总地壳–Oceaniccrust/洋壳•MiddleOceanRidgeBasalt(MORB)/洋中脊玄武岩•IslandArcBasalt(IAB)/岛弧玄武岩•OceanicIslandbasalt(OIB)/洋岛玄武岩•……RelationbetweenContinentalCrustandMORB地球化学过程中元素的地球化学行为在实质上表现为，当所在的介质条件发生变化时，其在相关共存的各相(液—固、固—固等)之间发生重新分配过程。

自然过程总是趋向于达到不同尺度的平衡，元素在平衡条件下，相互共存各相之间的分配取决于元素及矿物的晶体化学性质(内因)及物理化学条件(外因)。在应用理论解释元素地球化学行为的学科发展过程，地球化学经历了以下的历程：①三十年代的哥氏类质同像法则；②五十年代林氏电负性法则；③六十年代用晶体场理论讨论过渡族元素的分配规律；④七十年代用分子轨道学说对共价键性质化合物元素分配的解释；⑤八十年代引入了量子力学，量子化学理论。上述微观理论对认识微量元素分配行为具有重要意义，但在总体上，这些理论主要应用于定性地说明元素的行为，不能进行定量的描述和预测。1980年代以来，地球化学应用“伯塞洛—能斯特”分配定律(Berthelot-Nernstpartitionlaw)来定量地认识微量元素在共存相中的分配，已取得了重要的进展。常量元素——形成独立矿物相，其分配行为受相律的控制，遵循化学计量法则。微量元素——在自然体系中浓度极低，不能形成以独立矿物。因此，微量元素的分配不受相律和化学计量的限制，而是服从稀溶液定律(即分配达到平衡时，微量元素在各相之间的化学位相等)。实验意义将分布于两相中的组份I的比值称为平衡常数，该平衡常数描述了被研究的组份(或元素)在平衡的两相中是如何分配的。

平衡的两相，可以是两个矿物相之间、或矿物与熔体相之间、两熔体相之间或熔体与水溶液相之间。能斯特(Nernst)分配定律•能斯特分配定律表述为：在一定的温度和压力下，微量组份在两共存相中的活度比为常数。•对于微量元素在两相中可以形成液态或固态的稀溶液，这样它们在相Ⅰ和相Ⅱ的化学位可分别写成：iixiαPartitioncoefficient分配系数（交换分配系数）•交换（复合）分配系数为HendersonandKracek(1977)提出，目的是消除微量元素浓度高时与活度不一致的影响，以及主量组分总组成的变化对分配系数的影响。总分配系数(Bulkpartitioncoefficient)在地球化学研究中，需要了解微量元素在岩石与熔体间的分配行为，即需要计算微量元素在由不同矿物组成的岩石和熔体间的总分配系数。例如地幔岩石发生部分熔融时，了解微量元素在形成的熔体与残留地幔岩石中的分配。总分配系数(D)的计算基于对各组成矿物简单分配系数(KDi)和各组成矿物在岩石中的相对质量分数(ωi):根据(通过不同方式)获得的矿物分配系数和基于实际观察建立的岩石矿物组成模式，可对不同环境条件下形成岩浆的组成进行计算，以对岩浆作用过程进行反演(源区性质和部分熔融程度)，是现代地球化学研究中十分重要的手段。

理想的石榴石二辉橄榄岩=60%ol+25%opx+10%cpx+5%grt（重量百分数）DEr=(0.6·0.026)+(0.25·0.23)+(0.10·0.583)+(0.05·4.7)=0.366OlivineOpxCpxGarnetPlagAmphMagnetiteRb0.0100.0220.0310.0420.0710.29Sr0.0140.0400.0600.0121.8300.46Ba0.0100.0130.0260.0230.230.42Ni14570.9550.016.829Cr0.7010341.3450.012.007.4La0.0070.030.0560.0010.1480.5442Ce0.0060.020.0920.0070.0820.8432Nd0.0060.030.2300.0260.0551.3402Sm0.0070.050.4450.1020.0391.8041Eu0.0070.050.4740.2430.1/1.5*1.5571Dy0.0130.150.5821.9400.0232.0241Er0.0260.230.5834.7000.0201.7401.5Yb0.0490.340.5426.1670.0231.6421.4Lu0.0450.420.5066.9500.0191.563DatafromRollinson(1993).*Eu3+/Eu2+ItalicsareestimatedRareEarthElementsIncompatible/Compatible不相容/相容元素•不相容元素：在熔体中富集的元素，即：KDorD1•相容元素：在固相中富集的元素，即：KDorD1当D0.1时，可称强不相容元素Incompatibleelements不相容元素•Saundersetal.(1980)在元素的地球化学分类中引入了“场强”的概念，定义为：•场强(FieldStrength)=离子电价/离子半径Incompatibleelements不相容元素1.小离子半径、高电荷的HFSE(HighFieldStrengthElements)(e.g.,Zr4+,Hf4+,Ti4+,Nb5+,Ta5+).2.大离子半径、低电荷的LILE(LargeIonLithophileElements)(K1+,Rb1+,Cs1+,Ba2+,Sr2+).•场强(FieldStrength)=离子电价/离子半径Compatibleelements相容元素•半径较小，电荷较低的第一过渡族元素(Cr,Ni,Sc,V,Co)，一般进入特殊的基性矿物（如Ni在ol中，V在磁铁矿、cpx中）•半径较小、电荷较低的某些容易结合进入一些矿物的“不相容元素”，如：石榴石中的HREE,Y斜长石中的Sr2+,Eu2+钾长石中的Ba2+分配系数的影响因素?•？•？•？•？•？•……分配系数的影响因素——内因、外因不同元素（内因）同一元素（外因）–成分/含量–温度–压力–氧逸度（影响元素的化合价，一般是变价元素）微量元素地质温度计和地质压力计在1400oC、1个大气压下，Nb在金红石和熔体之间的分配系数对K*的依赖性以及与Nb含量之间的关系K*=K2O/(K2O+Al2O3)摩尔数之比HorngW.S.andHessP.S.,CMP,(2000)138:176-185温度因素Seitzetal.(1999),GCA,63:3967–3982,橄榄岩中过渡元素在cpx和opx之间的分配系数随温度的变化一般情况下，随温度升高而减小RubattoandHermann,2007.压力因素NimisP.,TaylorW.R.,2000.CMP,139:541-554.单斜辉石中Cr的分配系数随压力的变化微量元素地质温度计和地质压力计(TraceElementGeothermometersandGeobarometers)•石榴石（YAG）-磷钇矿中的Y温度计(PyleandSpear，2000)•独居石-磷钇矿温度计(AndrehsandHeinrich，1998)•石榴石中的Ni温度计(Canil，1999)•石榴石中的REE压力计(Beaetal.,1997)•锆石中的Ti温度计；•金红石中的Zr温度计；……氧逸度的影响•微量元素氧逸度计(Leeetal.,2003,GCA,67:3045-3064)通过V/Sc比值反应氧逸度，该比值反应俯冲带氧逸度不一定高，洋中脊不一定低分配系数的测定直接测定天然样品：分配系数的测定实验法：Leeetal.,2007,GCA分配系数的测定计算：分配系数的应用1、开辟定量研究元素分配的途径元素分配的微观理论只能定性地解释元素的分配关系，至于具体分配的量是多少，微观理论无法回答。

而应用分配系数，可以具体地计算共生平衡矿物中的分配量。例:已知夏威夷火山熔岩中的KNiol/opx=3.82(1025℃,1atm),若橄榄石中CNiol=2000ppm,就可确定与橄榄石共生平衡的斜方辉石中Ni的含量：CNiol/CNiopx=KNiol/opxCNiopx=2000/3.82=523.6ppm2、开辟了研究岩浆、热液和古水体中元素浓度的途径•岩浆•热液•古水体KBr-NaCl/海水=0.153、分析判断岩浆的结晶演化规律总分配系数DiDi1,相容元素Di1，不相容元素4、为成矿分析提供了理论依据元素在共存相间分配的不均匀分配是元素浓集的重要机制之一。例如，超基性岩Ni的成矿问题：Kol/m=14,Kcpx/m=2.6,Kopx/m=5上述数据说明，正常的岩浆结晶，Ni不能成矿，因为Ni在这些矿物中的分配系数均大于1，表明随着岩浆的结晶，Ni分散在造岩矿物中，在熔体中不断贫化。若岩浆熔离成硫化物熔体，K硫化物/硅酸盐熔体=330。由此可见，岩浆发生熔离作用是Ni成矿的主要机制。5、判断成岩和成矿过程的平衡性在各相处于平衡时，元素在共存矿物间的分配系数，当温度、压力固定时为一常数。

为此，可利用来作为检验自然过程是否达到平衡的标志。方法是：①在地球化学体系不同部位(为同时同成因的产物)采集若干个同种共存矿物对样品;②测定矿物对中某微量元素的含量；③计算分配系数，视其是否为接近某固定值，即可检验其过程是否达到平衡。;例：加拿大魁北克变质岩地区，对其不同地区成对地采集若干个共生的黑云母和角闪石，分析其中V2O3含量，并将其投入黑云母~角闪石V2O3（%）图中，结果每对矿物的数据的投点几乎落在一条直线上，这反映“V”这微量元素在角闪石和黑云母间的分配系数KD角/黑≈1.2，为一个常数，从而证明了在变质过程中角闪石和黑云母是平衡反应的产物。6.微量元素分配系数温度计原理:当微量元素在共存各相中分配达到平衡时，存在着lnKD=-(ΔH/RT)+B函数关系,-(ΔH/R)为斜率，B为截距。即当在所讨论范围内ΔH（热焓）可看作为常数时，分配系数（KD）的对数与温度倒数（1/T）存在线性关系。方法:测定待研究地质体中共生矿物对中某微量元素的含量，算出该元素在矿物对的分配系数，利用以上关系式即可计算出矿物结晶温度。二.岩浆演化中元素分配模型•部分熔融•分离结晶围岩岩浆2SiO2(wt%)Fe-Ni核橄榄岩(地幔)玄武岩安山岩流纹岩Bulkearth岩浆岩形成机制和作用岩浆形成机制•岩浆产生的实质就是固态物质向液态转变的过程。OlOlmeltSp二辉橄榄岩/Lherzolite：Ol+Cpx+Opx纯橄榄岩/Dunite和方辉橄榄岩/harzburgite:Ol+Opx