数矿物中富钇组稀土;在云霞正长岩的晚期相中富较碱性的铈组稀土,而在钠质火成岩晚期相、伟晶岩和热溶产物中容易形成络合物的钇组稀土元素;在吸附能力强的粘土、铁-铝-锰沉积物,有机质和铁-有机质等沉积物中富铈组稀土等等。正是由于稀土元素作为既很相似、又有所不同的一组元素,在自然界的地质作用和各种物理化学环境中的特殊行为,使得有可能根据稀土元素的分离、变化作为地球化学指示剂,去解释各种成岩成矿过程。
5.5.2稀土元素丰度表示法
在稀土元素地球化学研究工作中,除了用稀土总量和各单个稀土含量直接列表来表示所研究对象的稀土元素含量丰度外,常用作图方法形象地表示,这就是所谓“增田—科里尔(Masuda-Coryell)图解,是由他们二人分别提出的。该图解的纵坐标是稀土元素含量的球粒陨石标准化数值的对数,横坐标为原子序数,因此常称为球粒陨石标准化图解。这种图解的优点在于它可消除原子序数的奇偶效应所造成的各稀土元素间丰度的锯齿状变化,从而使样品中各个稀土元素之间的任何程度的分离能在图中明确的显示出来,因为一般认为球粒陨石中的各种轻、重稀土元素之间是不存在分异的。
目前国际上采用的球粒陨石的稀土元素丰度值尚未完全一致,表5.3列出了几种主要丰度值,究竟那个丰度值最可靠并无定论,依研究者的兴趣而异。一般说来轻稀土的球粒陨石值彼此比较接近,差异不显著,重稀土由于含量很低,各个丰度值差异较大,因此在比较细致讨论丰度特征时,必须指明是采用那一组丰度值。不管使用那一组丰度值,样品中丰度图形的总趋势应该是一样的。 按照稀土元素球粒陨石标准化丰度特征,可将各类样品的分布模式分成三类:
1.轻稀土富集型
丰度曲线向右倾斜,轻稀土比重稀土富集。具有这种丰度型式的岩石有类酸性岩、页岩、砂岩、碱性岩类、碳酸岩、金伯利岩等,是最常见的类型(见图5.13)。
2.轻稀土亏损型
丰度曲线向左倾斜,轻稀土相对重稀土亏损。这类岩石有洋中脊玄武岩、橄榄岩及科马提岩等。
表5.3作为标准的球粒陨石和“北美页岩组合样”的REE丰度
为1984年新测出的数据。
3.平坦型(或球粒陨石型)
丰度曲线呈现近乎水平,既不显示重稀土富集、也不显示轻稀土富集,如T型洋中脊玄武岩等。
通常我们把稀轻土富集型和轻稀土亏损型的分布模式简称之为富集型或亏损型。
在上述三种类型基础上,根据图形中曲线在Eu和Ce处的形态还可再划分出Eu亏损型、Eu富集型、Ce亏损型和Ce富集型等几种类型,这是因为Eu和Ce有着与其他稀土元素不同的价态而引起的(见图5.14)。
另一个表示稀土丰度特征的是δEu,它表示Eu异常的程度。δEu的计算是
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以科里尔图为基础的,它表示在图中Eu的理论值Eu(应为Sm和Gd连线的中点)和实测值之比(见图5.15),其公式为:
式中下标N分别表示该元素的球粒陨石标准化值,若δEu>1.05,通常称正异常,若δEu<0.95,称负异常。如果测试数据中无Gd,可用Tb含量近似代替。δEu值是稀土元素地球化中的一个重要参数,常可作为划分同一大类岩石中的亚类和讨论成岩成矿条件的重要依据。
除球粒陨石标准化之外,某些稀土元素地球化学问题所采用的标准不是球粒陨石,而是与研究对象有关的或可以作为背景的岩石,如在研究地幔岩石时,可采用原始地幔标准化,在研究沉积岩时常以北美页岩为标准,在研究成矿作用中,则以未矿化或未蚀变的岩石为标准等。
稀土元素的各种标准化图解,对于揭示其地球化学性质差异、了解样品中稀土元素的分馏作用以及进行各种地球化学参数的计算是很方便的。另外,由于样品中稀土元素球粒陨石或其他标准化值与稀土元素的原子序数有近于线性的函数关系,因此可以根据这种图解,用内插法求得一些没有实际测定的稀土含量。 在稀土元素地球中,除常用球粒陨石标准化图和δEn值表示稀土元素丰度及特征外,还常用以下一些参数或图解:
ΣREE,表示稀土元素总量,以ppm为单位,多数情况下指从La到Lu和Y的含量之和。
LREE/HREE(或ΣCe/ΣY),为轻重稀土元素的比值,它能指示稀土元素分异程度,及部分熔融残留体和岩浆早期结晶矿物的特征。
(La/Yb)N,(La/Lu)N,(Ce/Yb)N,均为个别元素对球粒陨石标准化的丰度值比,也反映轻、重稀土的分异程度及图解中曲线的大体斜率。
(La/Sm)N,(Gd/Lu)N,分别表示轻稀土和重稀土内部分异的状况。
ΣLa-Nd,ΣSm-Ho,ΣEr-Lu,表示轻、中、重稀土的分异和比例。 稀土元素和其他大离子亲石元素及过渡金属元素的球粒陨石标准化(或原始地幔、或其他有关背景值)丰度图。稀土元素(特别是轻稀土)属于大离子亲石元素,严格讲也属于高场强元素。其他大离子亲石元素一般是指Rb,Ba,Th,U,Pb,K,Sr,Ta,Nb,Cs等。和稀土元素一样,它们亦属于不相容元素。这种图解的纵坐标同样是球粒陨石或地幔标准化值,横坐标自左至右按元素不相容性程度降低的方向顺序排列(见图5.16),横坐标中元素排列次序,不同作者略有不同。这种图解最初由孙贤鉥提出,在中国有人称为“孙氏图”,一般可称为“蜘蛛图”(Spidegram)。
5.5.3 自然界中稀土元素的分布
稀土元素并不稀有,其地壳丰度要比Pb,Sn,W,Mo及贵金属等高几十倍或几百倍。稀土元素在自然界各种岩石中的分布如表5.4所示。