稀土元素地球化學

　　研究稀土元素在地球（包括天體）各部分的分佈、化學作用及化學演化的學科。元素地球化學的一個研究領域。

稀土元素分佈類型

　　稀土元素豐度>　地殼中單個稀土元素的豐度為（0.34～31）×10⁻⁶，總含量約為122×10⁻⁶。分佈規律：①在巖漿巖中，從超基性巖→基性巖→中性巖→酸性巖→堿性巖，稀土元素含量增加。基性、超基性巖相對富集重稀土，酸性巖尤其是堿性巖富含輕稀土。②在沉積巖中以泥質巖石（如頁巖）稀土含量最高。碳酸鹽類（如石灰巖）稀土含量最低。③在地殼中的分佈不均勻。太古宙地殼稀土組成相當於雲英閃長巖，太古宙後地殼相當於花崗閃長巖。大陸地殼稀土元素總量高，相對富輕稀土；大洋地殼稀土元素含量較低，相對富重稀土。上地殼稀土元素含量高，相對富含輕稀土；下地殼稀土含量低，相對富含重稀土。④地球的稀土元素豐度與球粒隕石相似，原始地幔的稀土元素含量約為普通球粒隕石的1.9～2.6倍。⑤稀土元素在月球表面各種巖石中的含量為地球的3～10倍。克裡普巖（一種富鉀、稀土和磷的巖石）稀土總含量達500×10⁻⁶以上。⑥球粒隕石稀土元素總含量為n×10⁻⁶，鐵隕石稀土含量最低。⑦河水、海水中稀土元素含量很低，總含量低於1×10⁻⁶，重稀土含量高於輕稀土。

　　稀土元素的分佈　可用圖表示。將樣品的稀土元素含量對球粒隕石標準化，取其對數值為縱坐標，以原子序數為橫坐標作圖，稱為增田–科裡爾圖解。地球各種巖石的稀土元素分佈形態絕大多數呈對數線性分佈（見圖）。根據銪和鈰的分佈特征可劃分5種類型：①銪虧損型，分佈曲線在銪處為一谷形，如花崗巖。②銪富集型，分佈曲線在銪處為一峰，如斜長巖。③平坦型（或球粒隕石型），分佈曲線為平滑直線，銪無異常，如大洋拉斑玄武巖。④鈰虧損型，分佈曲線在鈰處為一谷，如海水、現代海洋沉積物及某些前寒武紀鐵建造。⑤鈰富集型，分佈曲線在鈰處為一峰，如海洋中錳結核。由於鈰組和釔組稀土含量的差異，使上述分佈曲線呈現向左或向右傾斜。此外，在海水、磷塊巖和富稀有金屬花崗巖中還發現一種特殊分佈類型——四分組分佈(tetrad effect)，每四個稀土元素成一組（如鑭、鈰、鐠、釹，钷、釤、銪、釓，釓、鋱、鏑、鈥，鉺、銩、鐿、镥），組成相似的凹形（W型）或凸形（M型）曲線。這種分佈類型的形成，是水–巖相互作用的結果，它對某些巖石的成巖和成巖後所遭受的各種變化的研究具有重要意義。

　　在自然界，稀土元素形成共約150種（包括亞種）獨立礦物，常見的工業礦物為獨居石、磷釔礦、氟碳鈰礦、褐釔鈮礦、黑稀金礦、矽鈹釔礦、易解石等。

　　作用及研究意義　稀土元素在地球化學作用過程中的行為可以用稀溶液定律（亨利定律）描述。當所處體系成分及物理化學條件改變時，稀土元素的濃度常發生較大的甚至數量級的變化。因此，稀土元素的分佈特點在成巖、成礦以及地球形成與演化等方面都有重要意義。不同體系中稀土元素分配系數的測定，各種定量模型理論的迅速發展，使稀土元素的示蹤作用更顯得重要。①成巖成礦作用。堿性花崗巖以相對富集輕稀土、銪強烈虧損而與I型、S型花崗巖類相區別。S型花崗巖類主要以輕稀土相對富集、銪中等虧損為特征。根據長石、磷灰石中銪的分佈資料可以計算成巖的氧逸度。對巖石中稀土元素與其他微量元素組合特征研究可以探討玄武巖、花崗巖以及沉積巖形成的構造環境及俯沖帶熱液流體的特征。②同位素年代測定。根據釤–147衰變成釹–143，已成功地測得隕石和巖石的同位素年齡（見釤–釹法定年）。镥–鉿法也發表瞭部分年齡數據。③地球的形成與演化。太古宙的沉積巖銪無異常或正異常，而太古宙後的沉積巖為銪負異常，支持瞭地殼生長的“幕式”模型。對前寒武紀鐵建造中稀土組成的研究，論證瞭遊離氧進入大氣圈的時間。基於地球原始物質為球粒隕石成分的認識，通過稀土元素在固相–液相（相當於地幔–地殼）間分配特征的理論計算，討論瞭地殼、地幔的形成機理，是化學地球動力學的重要研究內容和手段。對海底和大陸熔巖中釹同位素（釹–143，釹–144）組成以及各種地幔來源巖石稀土組成模式的研究，為地幔不均一性提供瞭依據。

　　

推薦書目

　王中剛, 於學元, 趙振華. 稀土元素地球化學. 北京: 科學出版社, 1989.

　趙振華. 微量元素地球化學原理. 北京: 科學出版社, 1997.