1、某些常用稀土元素地球化學(xué)參數(shù)的計(jì)算方法及其地球化學(xué)意義趙振華（中國(guó)科學(xué)既地球化少研究所）71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/www71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/wwwREE地球化學(xué)研究為巖石成因、成巖成礦 物理化學(xué)條件及地球的形成與演化提供了重要 的地球化學(xué)信息。作者曾對(duì)REE地球化學(xué)研究 方法作過(guò)概括介

2、紹（地質(zhì)地球化學(xué)1982年第 I期）。在許多地球化學(xué)文獻(xiàn)中，為了定量地描 述REE地球化學(xué)特征，采用了一些特征參數(shù)， 現(xiàn)賢主要參數(shù)的計(jì)算方法及其地球化學(xué)意義 介紹如下：YREE稀土元索總含量，常以ppm 扶示。多數(shù)情況下指從La到Lu和Y等元素的 舎量和。有些學(xué)者,iflS. R. Taylor等用火花 源質(zhì)譜法分析稀土含帝，其2REE數(shù)據(jù)中不 包括丫。中子活化數(shù)據(jù)也多不包括Y。還應(yīng)指 出，-“些論文中的HREE是近似值，因?yàn)橛行?REE含量不是宜接測(cè)定緒果，而是用與其相鄰 的兩個(gè)REE內(nèi)插計(jì)算值。工REE數(shù)據(jù)在判斷某一巖石的母巖特征 時(shí)有參考意義。因?yàn)樵谝话闱闆r下，REE （特 別是LREE

3、）是不相容元素，即在巖漿體系 中，REE在結(jié)晶過(guò)程里只有少量進(jìn)入晶體相， 大部分保留在熔體中（在部分熔融過(guò)程中則是 少昴保留在殘留休中，-大部分進(jìn)入熔體，這樣 忱必然造戒熔體中工REE值高于源巖。如果 -個(gè)巖體的FREE值低干模型中所假定的源 巖.則可斷定在結(jié)晶過(guò)程中（或熔融過(guò)程中）石體系雖然找雜，但仍然是由服從化學(xué)和物理 定律的物質(zhì)所組成的?？蓪⒁粋€(gè)具體過(guò)程視為 對(duì)組成趨勢(shì)起主要作用的那些情況，從REE的 定量測(cè)量和模擬得到的結(jié)果，并結(jié)合其它的依 預(yù)計(jì)會(huì)使我們明顯地改變對(duì)如何得到巖石 的各種成分的看法。有富稀土的礦物相晶出（或存于殘留相），如樨 石、褐簾石等。在YREE數(shù)據(jù)中，某一REE的含

4、量數(shù)據(jù) 對(duì)于估計(jì)部分熔融（或分爾結(jié)晶）的程度是很 有用的，因?yàn)樵诳偡峙湎禂?shù)K。等于零的極端 情況下，即REE在巖石部分熔融或熔體分離結(jié) 晶作用期間，全部進(jìn)入液相，而不進(jìn)入結(jié)晶 相，部分熔融方程為如La在某巖體中含蜃為lOOppm，源巖中含址 為20ppm,代入上式，則F = 0.20,即源巖經(jīng) 20%部分熔融即可形成這個(gè)巖體。同理，對(duì)于 分離結(jié)晶方程，在上述情況下，? = fa-*（ 2 ）代入上式值0、020,即該巖體是由母巖漿經(jīng) 80%的分離結(jié)晶后的砂余熔體形成的。YLREE 指LaEu各稀土元素的含 蜃和，在蘇聯(lián)文獻(xiàn)中常用ACe表示。它表示輕 稀土元素（或鋪組稀土）的總含量，常用ppm

5、表示；MHREE指Gd-Lu各稀土元索的含 量和，它喪示重稀土元素總含量，在蘇聯(lián)文獻(xiàn)中 常用HY表示HREE總含量，因此，HY中摘誹自 Rare Earth Element Geo. chemistryby P Henderson, )984, Elsevier Science publishers B. V., 115152rvcd.丄白正華譯 裘愉卓校 包括Gd-Lu和Y,而HREE中不包括Y含量。 在蘇聯(lián)一些文獻(xiàn)中還常見La-Nd、MSm -IT。和5Er-Lu的表示法，前者稱為L(zhǎng)REE, Sm-Ho稱為MREE（中稀土元素），而Er-Lu為 HREE。這種劃分常用于三角圖解（幾A. M

6、HHeeB）0LREE/HREE（或YCe/HY）,即LREE 與HREE的比值這個(gè)參數(shù)在一定程度上反映 了稀土元素的分異程度。同時(shí)，在同一巖石類 型中，如這一數(shù)值相對(duì)較大，則表明HREE虧 損，也說(shuō)明，在該巖石形成過(guò)程中有富HREE 的相，如石榴石存于殘留相（部分熔融）或結(jié) 品相中（分離結(jié)晶），因此，這個(gè)參數(shù)是判斷殘 留相（或結(jié)晶相）礦物組合的重要依據(jù)之一。（5Eu （或Eu/Eu*, Eu/Sm）:表示Eu異常 的程度。一般REE多呈正三價(jià)狀態(tài)，但Eu特 殊，既可呈三價(jià)，也可呈二價(jià)。在三價(jià)狀態(tài) 下，Eu和其它REE性質(zhì)相似，但在二價(jià)狀態(tài) 下則性質(zhì)不同，因而與其它三價(jià)REE發(fā)生分 離，出現(xiàn)異

7、常行為。在REE的科里爾圖解上 （球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解），曲線在Eu處呈現(xiàn) “蜂”或“谷”?！胺濉狈Q為Eu正異常，“谷” 為Eu負(fù)異常（圖1）。國(guó)1 Eu異常的計(jì)算圖解3Eu （或Ku/Eu*）的計(jì)算是以科里爾圖 解為根據(jù)的（如圖1所示），在Eu無(wú)異常時(shí),Eu 的含量應(yīng)為Ei產(chǎn)，即由Sm和Gd的標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi) 插值，因此dEu的計(jì)算如下式：3Eu = Eu* = （Sm 熬d）（ 3） 12 式中Eu、Sm、Gd均為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值。SEu 為正異常，5Eul為負(fù)異常，（3Eu= 1 為無(wú)異常。這是較常用的表示法。有的學(xué)者為了明確表示Eu界常的正負(fù)，用 下式表示： 2 丿“3Eu值為正值則為正異常，

8、刃九為負(fù)值則為負(fù) 異常。Cullers等用Eu/Sm表示Eu界常，他以球 粒隕石的Eu/Sm比值035為標(biāo)準(zhǔn)，夬于此值 為Eu正異常；小于此值為Eu負(fù)異常；與此值 相近為無(wú)異常。JEu值在REE地球化學(xué)參數(shù)中占有較蛍要 地位，它常常作為劃分同-大類巖石的亞類， 討論成巖成礦條件的重要公數(shù)之“-。例如，斜 長(zhǎng)巖的典型特征是具Eu正異常.玄武巖多為 無(wú)Eu異常，而花崗巖類大多數(shù)為Eu負(fù)異常。對(duì)礦物分配系數(shù)的研究使人們了解了礦物 對(duì)REE分配的不同特征。斜長(zhǎng)石對(duì)Eu的分配 系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它REE,而且明顯依賴于體系 的氧逸度（/。2）和斜長(zhǎng)石的成份，越低，Eu 的分配系數(shù)越大；斜長(zhǎng)石的牌號(hào)越小，Eu

9、分配 系數(shù)越大。因此，在部分熔融過(guò)程中，殘余相中 大量斜長(zhǎng)石的存在，使得熔體中形成了明顯的 Eu負(fù)界常，同樣，分離結(jié)晶作用過(guò)程中，斜長(zhǎng) 石的大量晶出，使得殘余熔體形成明顯Euft 異常。斜長(zhǎng)巖具有明顯Eu正異常，表明它是 堆積巖。除斜長(zhǎng)石外，對(duì)其它造巖礦物和某些副礦 物的稀土組成研究，使我們對(duì)形成Eu異常的 原因有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。鉀長(zhǎng)石、歪長(zhǎng)石對(duì)Eu異常的形成起所的 作用與斜長(zhǎng)石相似；角閃石：主要作用是使熔體的中稀土相對(duì) 虧損.有助于形成Eu正異常；紫蘇輝石：使熔體中輕稀土比重稀土當(dāng) 集，有助于形成Eu正異常：?jiǎn)涡陛x石：使熔體的中稀土相對(duì)虧損，有71994-2015 China Academic

10、 Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/www助于形成Eu正異常；黑云母對(duì)REE的分布影響很小；石榴石：使熔體重稀土虧損，有助于形成 Eu正異常；鈕石和磷灰石;鋳石使熔體重稀土虧損，磷 灰石使中稀土弓損，冇助于形成Eu正異常。因此，熔體中E.負(fù)異常起因于殘余相（在 分離結(jié)晶作用時(shí)則是緒晶相）中的斜長(zhǎng)石和鉀 長(zhǎng)石；而熔體中Eu正異常起因于殘余相（或結(jié) 晶相）中角閃石、單斜輝石、紫蘇輝石、石榴 石和磷灰石。卅殘余相僅有少量或無(wú)鉀長(zhǎng)石時(shí)；或者斜 長(zhǎng)石和單斜輝石等僦；或者角閃石含量大于或 等于斜長(zhǎng)石含量時(shí)，則形成

11、無(wú)Eu異常（或異常 很?。┑娜垠w。在系列火山巖中，Eu負(fù)異常逐漸増大， 則表明如果是斜畏石作為斑晶，則斜長(zhǎng)石的不 斷從熔體中析出是Eu負(fù)異常逐漸増加的原因。Zielinski和Frey曾指出，多階段的分離 結(jié)晶可以形成大的Eu負(fù)異常（ 1為Ce正異常，dCe 1為負(fù)異 常,5Ce= 1為無(wú)異常。由Eh-pH圖解可以看出，在海水的pH與 Eh條件下，Ce主要以Ce“存在，其溶解度很 小，因此不容易保留在梅水中而以CJ+狀態(tài)沉 淀，造成海水中Ce的強(qiáng)烈虧損。而鏈結(jié)核中 Ce的富集（Ce正異常則是由于Ce（OH）4與 Mn共沉淀所產(chǎn)生的。在一些典型海相沉積物 中也可看到Ce的虧損（如生物灰?guī)r）。因此

12、， 巖石中Ce異常的出現(xiàn)一般可能有幾種原因， 對(duì)于沉積巖，Ce異常的出現(xiàn)反映了它是海相的 生物或化學(xué)沉積；對(duì)于巖漿巖則是遭受了風(fēng)化 作用。在一般情況下，火成巖、碎屑巖（砂巖類） 不出現(xiàn)Ce的異常有些巖漿的碳酸鹽巖也出現(xiàn) Ce負(fù)異常，它表明，無(wú)Ce負(fù)異常的巖石比有 Ce異常的可能形成于更低的氧化條件下。少數(shù) 拉斑玄武巖也有Ce的負(fù)異常，可能是繼承了源 區(qū)的特點(diǎn)。（La/Yb）N 或（La/Yb）、（La/Lu冶、 （Ce/Yb）N：是稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解 中分布曲線的斜率,它反映了曲線的傾斜程度， （La/Yb）N大于1,曲線為右傾斜，富集 LREE（富集型），如酸性巖類；（La/Yb）N

13、1, 曲線為水平，屈球粒隕石型分布（如大洋拉斑 玄武巖、科馬提巖等）。（La/Yb）Nl,則為 虧損型（富Ca.Al的尖餡石和石榴石二輝橄欖 巖徹欖巖質(zhì)科馬提巖；受交代的或強(qiáng)分異富 HREE的淺色花崗巖等）。 73 （La/Yb）x 或（La/Ybs、（La/Lu）cn 和 （Ce/Yb）N的計(jì)算是樣品中La、Ce、Yb或Lu 的含量，以球粒隕石進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值的比 值，在括號(hào)外標(biāo)hNo采用La、Ce、Yb或S 進(jìn)行計(jì)算是由于它們分別代表了 LREE和 HR11E,而且其含量(如Yb)易于準(zhǔn)確測(cè)定。為了更箱細(xì)地反映樣品的REE科里爾圖 解疔征,還引入了(La/Sm)N和(Gd/YbN兩 個(gè)比值

14、。.(La/Sm比值反映了 LREE之間的分懈 穆度.該值越大，LREE越富集。孫賢銖等 根據(jù)此值將洋中脊玄武巖劃分為三種類型：N 型，即正常型、(La/Sm)N 1,稀土纟R成模 式為虧擁型；P型(或E型)，即富集型，為地 幔熱柱型或異常型。(La/Sm人1；T型， 即過(guò)渡型(Le/Sm片1。(Gb/Yb)N比值反映了HREE之間的分億 程度，比值越小，HREE富集程度越高。江博 明將科馬提巖劃分為三組(按(Gd/Yb)、值)， 再按(La/Sm)N比值劃分為六類，第I組:HREE平坦型(Gd/Yb片1.0一類:LREE平坦型(La/Sm)N10 二類：LREE虧損型(La/Sm)N1.0

15、第組:HREE虧損型(Gd/Yb)Nl0四類：LREE弓損型(La/Sm)N1.0 第更組六類：HREE富集型(Gd/Yb)N1.0 還有其它一些參數(shù)如La/Nd、Sm/Nd、 Ti/Y比等?？傊?，為了定量地描述REE的地 球化學(xué)峙征，可以選擇各種表示巖石或礦物持 征的地球化學(xué)參數(shù)，除REE之間的組合外，和 其它微蚩元素，特別是過(guò)渡組元素(TME),如 V.Ti、Cr、Ni、Co、Cu等聯(lián)合使用，構(gòu)筑科 里爾圖解，在解肆巖漿巖成因中有特別重要的 意義，這里不再贅述。為了便于讀者計(jì)算和構(gòu)筑稀土元素地球化 學(xué)參數(shù)和圖解，表1列出了地球化學(xué)文獻(xiàn)中常 用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。71994-2015 China A

16、cademic Journal Ekclronic Publishing House, All rights reserved, 71994-2015 China Academic Journal Ekclronic Publishing House, All rights reserved, 常用的REE標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)名隸Leedy 球粒冊(cè)石9個(gè)球粒翫:仃平均22個(gè)球W 9 個(gè)球杭閉石訊合樣 的26次泌定半均20個(gè)球檢隕石平均to個(gè)北英頁(yè)巖平 均推薦值La0.3730.330.0130.320.300.0632(31.5)e0.310Ce0.9760.880.010.940.840.1873

17、(66.5)0.808Pr(0.138)0.1120.0027.90.122Nd0.7160.600.010.C00.580.1333(27.0嚴(yán)0.600Sm0.2300.181 0.0045.7(5.9)0.195Eu0.086G0.0C9.t 00010.0730.0740.0151.24(1.18)*0.0735Cd0.3110.2490.(5J10.316.320.075.20.259Tb(0.0568)0.0470.U010.0500.049 0.0100.85(0.79)*0.0474!)y0.3900.3170.0050.310.31i0.07580.322Ho(0.0868)0.0700.0010.0730.0730.0141.040.0718Er0.2550.200 + 0.0090.210.21 + 0.043.40.210Tm(0.0399)0.0300.0020.03300330.0070.5