① 微量元素组成及其地球化学特征
1.微量元素组成
油页岩中微量元素含量受多种因素控制，元素地球化学性质复杂，矿区不同层位油页岩微量元素含量变化较大(表4-18)，以Ba含量最高，微量元素均未达到工业品位。油页岩段中V、Cr、Co、Ga、Rb、Nb、Cs、Ba、Pb、Cu、Zn元素的平均含量较中-下煤层间油页岩层明显富集;Th、U、Ni、Zr元素平均含量与中-下煤层间油页岩层很相近;中-下煤层间油页岩层富集Sr元素。
2.微量元素地球化学特征
微量元素Sr、Ba化学性质十分相似，它们均可以形成可溶性重碳酸盐、氯化物和硫酸盐进入水溶液中，与锶相比，钡的化合物溶解度要低如河水所携带的Ba2+在与SO2-4相遇时很容易形成难溶硫酸钡而发生沉淀作用因而多数钡元素在近岸沉积物中富集，碳酸盐矿物对锶的捕获能力较强，因此，Sr/Ba值常用来作为区分淡水和咸水的沉积标志，咸水沉积时Sr/Ba＞1;淡水沉积时Sr/Ba＜1，矿区不同层位油页岩Sr/Ba值为0.20～0.89，均小于1，说明其古盐度很低，反映出湖水介质属淡水内陆湖盆环境的特征，通过分析比较，发现油页岩段中部Sr/Ba比值变化较大，表明沉积水体的盐度在一定范围内具明显的波动性，沉积环境也在不断地变化。
表4-48 达连河矿区油页岩微量元素分析结果表WB10-6
表4-19 达连河矿区油页段元素相关素数表
元素V、Cr、Co、Ni为铁族微量元素，V、Ni含量与粘土矿物、有机质含量及沉积物沉积时含氧程度关系密切，一般V/Ni比值与沉积时氧化还原电位有关，矿区油页岩V/Ni比值为1.14～6.17，总体反映的是弱氧化—弱还原的沉积环境。
3.微量元素的相关性
微量元素的相关性主要受元素的地球化学性质、沉积环境、表生作用及成岩作用的影响，这些作用使元素发生分异而相关性变差，矿区油页岩段微量元素R型聚类分析结果表明(表4-19)，在相关系数检验水平是0.9时，REE与Co正相关，Al2O3与Rb、Cs、Zr、Nb、Cu、Zn相关性好，Cr与Ni正相关，而其他微量元素的相关性相对较差(图4-18)，分析认为由于研究区古气候、物源区母岩风化作用、沉积环境发生了较大变化，导致了微量元素之间的相关性呈现较复杂现象。
图4-18 达连河矿区油页岩段微量元素R型聚类分析图
② 化学中常量元素和微量元素有哪些
已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种，即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。这每种微量元素都有其特殊的生理功能。
所谓微量元素，在环境地球化学中，是指仅占地球组成部分的0.01%的60余种元素，它们的含量一般在1×10-8～1×10-88之间。在医学领域，从人体的结构来看，占人体总重量万分之一以下者即为微量元素。
③ 地球化学微量元素包括稀土元素吗
稀有元素包括锂、铷、铯、铍、锆、铪、铌、钽8种元素,这些元素都属于地壳中丰度值较低（除锆外都低于4ppm）的亲石元素，并常在酸性岩类或碱性岩类的分异体或交代体中以多种独立矿物形式富集。
典型分散元素如锗、镓、铊、铟等
微量元素有许多同义词和近义词，如痕量元素、微迹元素、次要元素、少量元素、杂质元素、附属（副）元素、稀有元素、分散元素等。
稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的元素—钇(Y)和钪(Sc)共17种元素，称为稀土元素。
④ 十四种必需微量元素名称
一， 人体需要哪些元素？
所谓微量元素，在环境地球化学中，是指仅占地球组成部分的0.01%的60余种元素，它们的含量一般在1×10-8～1×10-88之间。在医学领域，从人体的结构来看，占人体总重量万分之一以下者即为微量元素。根据机体对微量元素的需要情况，那些对维持生物体正常生命活动不可缺少的，必须通过食物摄入且每日膳食需要量都在100mg以下的微量元素称为必需微量元素。人体是由40多种元素构成的，根据元素在体内含量不同，可将体内元素分为两类：其一为常量元素，占体重的99.9%，包括碳、氢、氧、磷、硫、钙、钾、镁、钠、氯等10种，它们构成机体组织，并在体内起电解质作用；其二为微量元素，占体重的0.05%左右，包括铁、铜、锌、铬、钴、锰、镍、锡、硅、硒、钼、碘、氟、钒等14种，这些微量元素在体内含量虽然微乎其微，但却能起到重要的生理作用。人体必需微量元素共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴、铁。微量元素是指在机体内其含量不及体重万分之一的元素。
二， 这些微量元素为什么对生命活动有十分重要的作用
总的来说，微量元素在人体中的主要功能是：
（1）在酶系统中起特异的活化中心作用。
微量元素使酶蛋白的亚单位保持在一起，或把酶作用的化学物质结合于酶的活性中心。铁、铜、锌、钻、锰、铝等，能和疏基、胶基、异吡唑基、按基、羟基等配位基或分子基因相络合，形成络合物，存在于蛋白质的侧链上。
（2）在激素和维生素中起特异的生理作用
某些微量元素是激素或维生素的成分和重要的活性部分，如缺少这些微量元素，就不能合成相应的激素或维生素，机体的生理功能就必然会受到影响。如甲状腺激素中的碘和维生素B12中的钻都是这类微量元素。
（3）输送元素的作用
某些微量元素在体内有输送普通元素的作用。如铁是血红蛋白中氧的携带者，没有铁就不能合成血红蛋白，氧就无法输送，组织细胞就不能进行新陈代谢，机体就不能生存。
（4）调节体液渗透压和酸碱平衡。微量元素在体液内，与钾、钠、钙、镁等离子协同，可起调节渗透压和体液酸碱度的作用，保持人体的生理功能正常进行。
（5）影响核酸代谢。 核酸是遗传信息的携带者，核酸中含有相当多的铬、铁、锌、锰、铜、镍等微量元素，这些微量元素，可以影响核酸的代谢。因此，微量元素在遗传中起着重要的作用。
（6）防癌、抗癌作用。 有些微量元素，有一定的防癌、抗癌作用。如铁、硒等对胃肠道癌有桔抗作用；镁对恶性淋巴病和慢性白血病有抬抗作用；锌对食管癌、肺癌有桔抗作用；碘对甲状腺癌和乳腺癌有桔抗作用。
这些元素的功用具体分述如下：
碘是合成甲状腺激素的重要微量元素，甲状腺激素通过血液作用于靶器官，尤其是肝、肾、肌肉、心脏和发育中的大脑。碘缺乏与碘过量，都于健康不利。碘缺乏可影响儿童身高、体重、骨骼、肌肉的增长和性发育，其中对于胎儿和婴幼儿脑发育与神经系统发育形成的损伤不可逆转。碘过量可以引起中毒及发育不良，尤其是对于婴幼儿的影响更为明显。临床资料显示，长期摄入过量的碘，可以引起急性甲亢、甲状腺肿，严重的还可以引发甲状腺癌。尽管多数人对碘有较高的耐受性，但由于婴幼儿身体发育尚不健全，对于碘过量反应可能会灵敏。
铁。铁在人体中含量约为4—5克。铁在人体中的功能主要是参与血红蛋白的形成而促进造血。在血红蛋白中的含量约为72%。铁元素在菠菜、瘦肉、蛋黄、动物肝脏中含量较高。
铜。正常成人体内含铜100—200毫克。其主要功能是参与造血过程；增强抗病能力；参与色素的形成。铜在动物肝脏、肾、鱼、虾、蛤蜊中含量较高；果汁、红糖中也有一定含量。
锌。对人体多种生理功能起着重要作用。参与多种酶的合成；加速生长发育；增强创伤组织再生能力；增强抵抗力；促进性机能。锌在鱼类、肉类、动物肝肾中含量较高。
氟。是骨骼和牙齿的正常成分。可预防龋齿，防止老年人的骨质疏松。含氟量较多的食物有粮食(小麦、黑麦粉)、水果、茶叶、肉、青菜、西红柿、薯仔、鲤鱼、牛肉等。
硒。成年人每天约需0.4毫克。硒具有抗氧化，保护红细胞的功用，并发现有预防癌症的作用。硒在小麦、玉米、大白菜、南瓜、大蒜和海产品中含量较丰富。
碘。通过甲状腺素发挥生理作用，如促进蛋白质合成；活化100多种酶；调节能量转换；加速生长发育；维持中枢神经系统结构。碘海带、紫菜、海鱼、海盐等中含量丰富。
微量元素与人类健康有密切关系。它们的摄入过量、不足、或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关，仅仅像火柴头那样大小或更少的量就能发挥巨大的生理作用。值得注意的是这些微量元素必须直接或间接由土壤供给。根据科学研究，到目前为止，已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种，即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。这每种微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极小，但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素，人体就会出现疾病，甚至危及生命。国外曾有报道：机体内含铁、铜、锌总量减少，均可减弱免疫机制(抵抗疾病力量)，降低抗病能力，助长细菌感染，而且感染后的死亡率亦较高。微量元素在抗病、防癌、延年益寿等方面都还起着不可忽视的作用。
微量元素与人类健康密切相关。近年来，微量元素被认为是关系到人类健康和长寿的一个充满希望的新领域，已引起国内外营养界和医学界的普遍重视。那么，微量元素与健康有什么样的关系呢?下面我们看看部分微量元素是如何影响人体健康的。
钴元素。是维生素B12的重要组成部分。钴对蛋白质、脂肪、糖类代谢、血红蛋白的合成都具有重要的作用，并可扩张血管，降低血压。但钴过量可引起红细胞过多症，还可引起胃肠功能紊乱，耳聋、心肌缺血。
氟元素。氟是人体骨骼和牙齿的正常成分。它可预防龋齿、防止老年人的骨质疏松。但是，过多吃进氟元素，又会发生氟中毒，得“牙斑病”。体内含氟量过多时，还可产生氟骨病，引起自发性骨折。
铬元素。可协助胰岛素发挥作用，防止动脉硬化，促进蛋白质代谢合成，促进生长发育。但当铬含量增高，如长期吸入铬酸盐粉，可诱发肺癌。
由此看来，微量元素虽对人体特别重要，但摄入量过多过少都能引起疾病。目前发现许多地方病和某些肿瘤都与微量元素有关。
近几年来，医学界对微量元素的研究日益加深，这些看来不起眼的元素，对人的健康有着举足轻重的作用。当然，少女健美也离不开它。
镁元素是构成人体内多种酶的重要来源。镁尽管在人体中的含量微乎其微，可缺乏镁元素人们就会精神疲惫、面黄肌瘦、皮肤粗糙，甚至情绪不稳定，面部、四肢肌肉颤抖。少女一旦出现上述症状，就应当检查一下镁元素是否正常。如果镁元素缺乏或偏低，则可适当服用具有补镁作用的药物。据研究，无花果、香蕉、杏仁、冬瓜子、玉米、红薯、黄瓜、珍珠粉、蘑菇、柿子、黄豆、紫菜、橘子等，含有丰富的镁元素。
锌是人体中最重要的微量元素之一，主要集中在肝内和肌肉、皮肤之中。当锌缺乏时，会引起少女食欲减退、免疫功能低下、眼睛呆滞无神、皮肤粗糙易感染、贫血、视力下降、毛发枯燥，甚至引起肝脾肿大，从而导致发育缓慢。部分少女颜面痤疮、粉刺较多，也与锌元素缺乏有关。锌缺乏同样可用食补。一些动物食品，诸如牡蛎、鱼类、动物肝脏、肉类、蛋中含有大量的锌元素。
铁元素在成人体内约含3-5克，其中60-70%存在于血红蛋白内。缺铁常常导致贫血，这不仅可使少女容颜逊色，还会对整个身体带来麻烦，以致发生头晕、心慌、体力下降、记忆力减退、注意力不集中、抗病能力低下等症状，失去少女健美的基础。动物血、动物肝脏、芝麻酱、黑木耳、蘑菇、海藻类、豆制品、海虾、海参、乌鱼、菠菜、黄豆等，均含有大量的铁元素，可适当增加进食量。
铜含量在体内减少时，会影响铁的吸收，导致铁的利用障碍，最终发生缺铁性贫血。铜还与人体皮肤的弹性、润泽有密切的关系。铜缺乏时，会引起少女皮肤干燥粗糙、面色苍白、免疫力下降，甚至影响今后的生育功能。(王丽）
三，你知道人体中这些微量元素的补充来源吗
矿物质是构成人体组织和维持正常生理功能所必需的各种元素的总称，有铁、铜、碘、锌、硒、锰、钼、钴、铬、锡、钒、硅共14种。存在数量极少，在机体内含量少于0.005%的元素，被称为微量元素。它们在体内不能自行合成，必须由外界环境供给，并且在人体组织的生理作用中发挥着重要的功能，是维持机体酸碱平衡和正常渗透压的必要条件。
在人体的新陈代谢过程中，每天都有一定数量的矿物质通过粪便、尿液、汗液、头发等途径排出体外，因此必须通过饮食予以补充。但是由于某些微量元素在体内，其生理作用剂量与中毒剂量接近，因此过量摄入不但无益反而有害。尤其在孕期，补充微量元素强化食品时应予以注意。从无机盐在食物中的分布以及吸收情况来看，在我国人群中比较容易缺乏的矿物质有钙、铁、锌。
从营养缺乏病发生、发展的一般规律来看，在患者没出现临床症状之前，在其血、尿活体组织(如毛发、指甲等)中可发现一些微量元素及其代谢衍生物的变化，目前也确实有一些医疗机构通过检查头发或者血液中的微量元素，来判断是否缺乏。但从科学角度讲，这种检测手段并不完全可信，或者没有太多的参考价值。因为人体是一个能够自我平衡的灵敏反应的整体，当身体内缺乏某种元素时，能够及时调整以补充其不足。然而当这一代偿能力不能补充人体的继续消耗时，才会表现出临床化验指标的异常，再持续一段时间才会表现出临床的症状。由于微量元素的检查需要非常严格的取样程度和高精尖的仪器设备，如果正规检查则需要较高的检查费用，这在一般的医疗机构是无法做到的，而等到临床上已经出现症状时则只能通过药物来治疗了。
健康的人体对锌的需求量很低。一般生理需要量，1岁以下3~5毫克/天，宝宝仅需6~8毫克/天。如果长期补锌过多，容易引起或加重缺铁性贫血。 补充维生素不能只靠吃维生素片人体不能合成维生素，必须从食物中获得。加上很多广告宣传中，维生素的作用往往被无限夸大。人们认为应该多补充各种维生素，不然身体不健康。其实如果膳食安排得当，一般不会缺乏维生素，过多地服用维生素并不能使身体更强壮、更有活力。不同的维生素来自不同的食物，在日常饮食中要吃多种多样的食物，以获得充足的各种维生素，不能只靠吃维生素药片。膳食平衡是补充微量元素的关键微量元素的补充应尽量从天然食物中摄取。例如，动物内脏、血、黄豆粉均含有丰富的铁，瘦肉、红糖、蛋黄、干果也是铁的良好来源；含碘量丰富的食物为海产品，如海带、紫菜、鲜鱼、蚶干、干贝、淡菜、海参、海蜇等。据2004年发布的“中国居民营养与健康状况调查”结果显示，我国居民正面临营养过剩与营养缺乏的双重挑战。与膳食密切相关的慢性非传染性疾病患病率上升迅速，居民普遍缺乏微量元素。肥胖等引致慢性病的重要因素的发生率还会大幅增加。
不同的食物含有不同的营养物质，而不同食物的组合、互补，可提高食物的营养价值。例如谷类和豆类混食，可提高蛋白质的质量，因为谷类缺乏赖氨酸，而豆类缺乏蛋氨酸，两者结合可以取长补短。因此，每天应吃谷类、豆类、薯类、蔬菜、鲜果等几大类食物，加上适量油脂等调味品，并要经常变换花样。此外，应注意不要把可能影响营养功效的食物同一餐食用，如菠菜中草酸含量高，与豆腐同食，其中的草酸与钙可变成草酸盐，影响钙的吸收。
人是恒温动物，无论是天寒地冻还是烈日炎炎，体温都维持在36.5至37摄氏度之间，且主要是通过产热与散热的平衡来调节。高温中，人体为了散发体内的热，一天的汗量可以多达3至10升。从理论上讲，人体在每流出和蒸发1公升汗液的同时，便能从身体带走580千卡的热量。在流出的汗液中，除水分外，还有钠、钾、钙、镁等微量元素和无机盐。这些物质对于人体是极为珍贵的。另外，汗液中还含有乳酸、尿素、氨、氨基酸等含氮物质，特别是高温能加速人体组织蛋白的分解，汗液中含有较多的赖氨酸；大量流汗还会造成人体内过多的水溶性维生素如维生素C、B1、B2等流失。因此，在炎热的夏季要注意补充微量元素。
微量元素的补充主要依靠食物，因此人们的饮食应当丰富多样、粗细搭配，以维持体内微量元素含量的正常与均衡，如有明显缺乏或过量引起相关疾病者应尽早就医及时给予药物治疗。
铁：动物性食物中，如肝脏、动物血、肉类和鱼类所含的铁为血红素铁，血红素铁也称亚铁，能直接被肠道吸收。植物性食品中的谷类、水果、蔬菜、豆类及动物性食品中的牛奶、鸡蛋所含的铁为非血红素铁，这种铁也叫高铁，以络合物形式存在，络合物的有机部分为蛋白质、氨基酸或有机酸，此种铁须先在胃酸作用下与有机酸部分分开，成为亚铁离子，才能被肠道吸收。所以动物性食品中的铁比植物性食品中的铁容易吸收。为预防铁缺乏，应该首选动物性食品。
锌：动物性食品中的牛肉、猪肉、羊肉、鱼类、牡蛎含锌量高。植物性食品中的蔬菜、面粉含锌量少，且难吸收。
铜：含铜最多的食品是肝脏，大多数的海产食品，如虾、蟹含铜较多。豆类、果类、乳类含铜较少。
碘：因海水含碘丰富，所以海产品都含有碘，特别是海带、紫菜含碘最多。
硒：谷物、肉类、海产品含量高，除缺硒地区外，一般膳食不缺硒。
因各种食品含微量元素多少不同，为预防微量元素缺乏，应吃多种食物做成的混合食物，不能偏食、挑食.
⑤ 微量元素的分类
微量元素经常成组进行研究,偏离成组行为或有规律变化的行为可以作为成岩过程的标志。具有类似行为的微量元素组合也能够帮助我们简化那些难用的数据。可以根据微量元素在周期表上的位置,或者根据它们在岩浆过程中的行为以及元素的离子半径和电荷进行分类。
1.一般性分类
White (2013)把在地球中的硅酸盐部分,即总硅酸盐地球 (Bulk Silicate Earth-BSE)中,摩尔丰度超过 1%的7 种元素O、Mg、Si、Fe、Al、Ca和Na以外的元素都归为微量元素。在周期表上,元素又被分为挥发性元素 (H、N、He、Ne、Ar、Kr、Xe)、半挥发性元素 (C、As、Sb、S、Se、Te 和卤族元素)、碱性/碱土微量元素 (Li、K、Rb、Sr、Ba)、第一过渡系列金属元素、稀土元素、高场强元素、贵金属元素以及 U/Th衰变系列元素等。
Rollinson (1993)指出,周期表中上述各组元素都具有特殊的地球化学意义,其中最明显的是以下三组元素:原子序数从57～71的镧系元素或稀土元素 (REE)、原子序数为44～46和76～79号的铂族元素 (PGE)或称为贵金属元素 (包括 Au)以及原子序数为21～30的第一过渡系列元素 (包括 Fe 和 Mn)。这三组元素相应都有类似的地球化学性质,因此在地质作用过程中具有相似的地球化学行为。但情况并非完全如此,这是由于地质过程能够利用元素的显微化学差异将一种元素与该组其他元素分离。因此微量元素地球化学的任务之一就是发现究竟是哪种地质过程产生了这样的效应,并定量研究这种特殊过程的强度和广度。
2.根据分配系数进行分类
在建立微量元素的分配系数后,可以根据微量元素在内生地质作用即岩浆过程中固相和液相 (气相)之间的分配行为将微量元素分为相容元素与不相容元素两类 (图5-16)。
图5-16 一些元素的离子半径与化合价关系图
(据Marshall et al.,1999)
当地幔物质发生熔融时,微量元素将展现出对于熔体相或固相的偏爱。固相部分熔融或岩浆结晶过程中偏爱固相的微量元素被称为相容元素 (compatible element),比如那些偏爱进入像橄榄石和辉石等普通矿物的Mg 和 Fe 位置的元素;偏爱熔体相的元素被称为不相容元素 (incompatible element)或湿亲岩浆元素 (hygromagmatophile element),比如那些在硅酸盐熔体分离结晶过程中被排挤出主矿物晶格而聚集于残余熔体中的元素。根据微量元素分配系数,凡是在固相(矿物)和液相(熔体)之间分配系数
在实际地质过程中,元素的相容和不相容性有程度上的差异,在不同组成的熔体中,微量元素的行为会发生改变。如在地幔矿物中磷是不相容元素,在部分熔融过程中将很快集中于熔体相中,但是在花岗岩中,即使作为微量元素,磷也是相容元素,因为它被容纳于少量副矿物磷灰石中。
3.根据元素电荷与离子半径的比值进行的分类
根据元素离子的电荷/半径比值可以对不相容元素进行再分类。具有类似比值的元素呈现非常相似的地球化学行为。
元素的离子电位等于离子电荷与离子半径之比值。离子电位又被称为场强 (field strength),指阳离子单位表面积所带的静电荷,表征离子在化学反应中吸引价电子的能力。根据场强将微量不相容元素分为高场强元素和低场强元素 (图5-16)。
根据离子电位,进一步将大离子和/或高电价的不相容元素分为大离子亲石元素 (Large Ion Lithophile Element,LILE)和高场强元素 (High Field Strength Element,HFSE)。
高场强元素的离子电位大于 2.0,它们是离子半径小的高电荷阳离子。在地球化学上,高场强元素包括所有+3 价、+4 价的离子,还有部分+5 价和+6 价的离子,如Ti3+、Zr4+、Hf4+、Ta4+、Nb5+、Th4+、U4+、U6+、部分稀土元素、铂族元素等。虽然它们也适应于许多矿物中的阳离子位置,但是这些携带较多电荷的小离子能产生较强的静电场,很难替代普通造岩矿物中的主量元素,需要更多的补偿类质同象才能达到电荷平衡,这样的替代在能量上是不利的。Zr、Hf 是中等不相容元素,Nb、Ta 是高度不相容元素,它们的电负性略大于碱性、碱土以及 REE 元素,使得它们在成键时具有更强的共价键性,也不利于与矿物中的元素呈类质同象替代。
高场强元素一般在水溶液中特别难溶,在风化和变质过程中非常不活泼,可以用于火成岩形成构造环境的判别,与那些来自离散板块边缘的元素相比,来自会聚板块边缘的火成岩亏损高场强元素,这被认为是与消减带有关岩浆作用的鉴别特征。虽然它们的亏损原因还不十分理解,至少部分是因为这些元素的溶解度低,造成在削减洋壳搬运它们进入岩浆产生带因脱水产生的水溶液中发生亏损,可以用于研究古火成岩岩套的形成环境。
大离子亲石元素又称为低场强元素 (Low Field Strength Elements,LHSE),它们的离子电位小于 2.0 ,是离子半径大的低电荷阳离子。包括 K、Rb、Cs、Sr、Ba、REE、Th和U。目前认为,此类元素局限于具有较小离子电位的亲石元素,它们的离子半径大于Ca2+和Na+,一般是那些形成造岩矿物的最大阳离子。根据这一定义,低场强的大离子亲石元素局限于K、Rb、Cs、Sr、Ba和轻稀土元素LREE (Marshall et al.,1999)。
该组元素的离子半径和电荷制约了它们在岩浆过程中的行为。在玄武岩和超基性岩中有两类阳离子晶格位置:被Si和Al占据的小的四面体位置 (有时为 Fe3+和 Ti4+),和被Ca、Mg或Fe甚至Na占据的更大的八面体位置。碱性和碱土元素的离子半径大于八面体位置,这些元素在这些位置替代时会造成晶格的局部畸变,这在能量上不利。因此当熔融或结晶作用发生时,这些元素偏向于集中在熔体相中。从元素的活动性上,低场强元素活动性较强,属于活泼元素,在地质历史的地幔部分熔融过程中,伴随着熔体喷发或侵入进入地壳,使得地壳特别是上地壳富集这些不相容元素。
图5-17是White提出的地球化学分类周期表,分类主要依据的是元素的地球化学行为。以展开式元素周期表为基础,根据元素在地质过程中的地球化学行为,将元素分为9类:①挥发性元素,包括5个惰性气体元素和 H、N;②半挥发性元素,包括卤族元素、半挥发元素S、Se、Te、As、Sb 以及 C;③主量元素,指构成地球和地壳物质主要组成的元素,如 O、Al、Si、Na、Mg、Ca、Fe;④第一过渡系列元素;⑤高场强元素;⑥贵金属元素;⑦碱性 碱土微量元素;⑧稀土及其相关元素;⑨U/Th衰变系列元素。
图5-17 根据元素地球化学行为分类的地球化学周期表
(据 White,2013)
⑥ 微量元素地球化学
义县期火山岩的微量元素分布状况概述如下。
1.微量元素的含量变化
1）相容元素：由前列表3-5-2可见，义县期火山岩中相容元素（Cr、Ni、Co、V、Sc），从初始期—主期—晚期—末期其含量呈明显降低趋势。初始喷发期的钾质粗面玄武岩、橄榄玄武粗安岩中，Cr为390.3～154.3 μg/g、Ni为208.5～102.0 μg/g、Co为44.1～31.7 μg/g、Sc为22.1～17.4 μg/g等元素含量介于上地幔与地壳之间，而V为209.4～138.7 μg/g较高。与中国玄武岩类对比，其Cr、Ni较高，而Co、V和Sc偏低。四合屯地区义县旋回初始喷发期的钾质粗面玄武岩和橄榄玄武粗安岩类Cr、Ni明显偏高，而Co、V和Sc偏低。其中，部分样品的Cr、Ni含量分别达到1003.7～466.4 μg/g和303.9～234.7 μg/g，远大于洋壳值，说明其来源可能深达地幔。主喷发期的安粗岩和粗面英安岩类，上述相容元素含量与初始期岩石比较均相应降低，有的如V、Sc降低尚较明显；如与中国玄武安山岩和安山岩对比，则Cr、Co相近，Ni略高，V、Sc明显偏低。晚喷发期的安粗岩和粗面英安岩等与主期岩石对比，Cr、Ni、Co、V和Sc均明显偏低。其中，Cr、Ni低几十倍，Co、V低1～2倍，Sc略低。末期的流纹岩及粗面英安岩类的Cr、Ni含量略有增高，但Co、V和Sc更加偏低。总的看，义县旋回火山岩，从早到晚相容元素含量呈明显降低趋势。此外，与初始喷发期相伴的潜火山相岩石同中国玄武岩相比，其Cr、Ni含量明显偏高，Co相近，V略高或相近，Sc略低；与主喷发期相伴的潜火山相岩石，其Cr、Ni、Co、V 和Sc均明显的低，有的低40～25倍，如Cr、Ni，有的（Co、V、Sc）低7～2倍。
2）大离子亲石元素（Rb、Sr、Ba、Pb 等）：义县旋回初始喷发期火山岩的大离子亲石元素含量为Rb（52.7～33.5μg/g）、Sr（158.1～855.1μg/g）、Ba（2306.0～864.7μg/g）、Pb（11.6～6.4μg/g），其中 Rb介于上地幔与地壳之间，而 Sr、Ba、Pb 极高。与中国玄武岩对比，除Pb略高或相近外，Rb、Sr、Ba均明显偏高，一般高2 倍左右；主喷发期的岩石与中国玄武安山岩和安山岩对比，Rb、Sr、Ba 亦明显偏高，Rb 高 0.5 倍左右，Sr、Ba 高 2～3 倍，Pb相近；晚期的火山岩，大部分Rb高2～3 倍，Sr略高或高 1～2 倍，Ba高 2～3 倍。潜火山相岩石，与初始期相伴者，同中国玄武岩对比，Rb，Sr，Ba均偏高，Pb相近，Rb高0.5～1倍，Sr和 Ba高2～2.5倍。与主喷发期相伴者，同中国玄武安山岩和安山岩对比，Rb高出3～6倍，Sr相近，Ba高出2～4倍，Pb最为富集，高出2倍以上。
图3-5-4 义县-北票地区义县期火山岩稀土元素分布模式图
3）不相容元素（Nb、Ta、Zr、Hf）：义县旋回初始喷发期火山岩的不相容元素含量为Nb（30.45～11.14 μg/g）、Ta（1.25～0.58 μg/g）、Zr（323.9～163.8 μg/g）、Hf（8.51～4.60 μg/g），与上地幔和地壳相比，Nb较高；同中国玄武岩对比，Nb、Ta均明显偏低，Nb为其0.5倍或略高，Ta为0.5倍或略低，Zr、Hf极高，Ta相近。主喷发期火山岩同中国玄武安山岩和安山岩对比，Nb、Ta亦明显偏低，多为其0.5倍或更低。Zr、Hf则偏高，尤其是Hf晚喷发期火山岩与其对比，部分样品Nb、Ta偏高，其余相近；Zr、Hf明显偏高，Zr、Hf均高出0.5～12倍，有意思的是其Nb、Ta、Zr、Hf含量与主喷发期火山岩上部层位的样品相当。末期火山岩的Nb、Ta、Zr、Hf含量均偏低。主期、晚期和末期火山岩的Nb、Ta、Zr、Hf含量与初期相比有逐渐增高的趋势。在潜火山相岩石中，与初始喷发期伴随者，同其周围的火山岩对比，亦是Nb、Ta偏低，个别Nb高，Zr、Hf偏高。与主喷发期伴随者，与火山岩对比则不同，其Nb、Ta、Zr、Hf均异常高，Nb高0.5～1倍，Ta高0.5倍多，Zr、Hf高1.5～2倍。
4）放射性元素（Th、U）：本区初始期火山岩Th（3.11～9.13 μg/g）高于上地幔，与地壳相近，V（0.28～1.18 μg/g）介于上地幔与地壳间，同中国玄武岩对比，其Th均略偏高，少数高1～2倍。U少数略高，多数偏低。主期火山岩同中国玄武安山岩和安山岩对比，Th明显偏高，部分高1～2倍，U亦多数偏高，少数偏低。晚期和末期火山岩与之对比，Th和U均明显偏高，Th高1～3倍，U高0.5～2倍。显然，义县旋回火山岩，由初期—主期—晚期—末期，Th、U含量是逐渐增高的。潜火山相岩石与其周围火山岩对比大体相近，主期潜火山岩中，Th高3～4倍，U高2～3倍。
2.微量元素配分模式
图3-5-5为义县期火山岩微量元素原始地幔标准化模式图，即蛛网图。由图可见，义县旋回初始喷发期（a）、主期（b）火山岩的蛛网图，极其相似，表现出大离子亲石元素的明显富集，Ba、K、La、Ce、Sr、Nm、Sm、Eu均呈尖峰或隆起状态，而Nb、Ta、P、Zr、Hf、Ti则显示不同程度的亏损，均为凹形谷。这可能是锆石、磷灰石和钛铁矿分离结晶的结果（李伍平等，2001）。其中，Nb、Ta、P、Ti亏损较明显，而Zr、Hf较微弱。Th、U亦明显亏损。这在四合屯地区的初始喷发期火山岩蛛网图（e）中表现更加明显。特别是Gp2号样品，其Ba、La、Eu、Tb的富集和Th、U、Nb、Ta的亏损更加突出。在晚期（c）和末期（d）火山岩微量元素蛛网图与初期和晚期的虽大体相似，但有明显差别，由于Rb 和Th、U 的含量增加，Ba峰不再突出，La、Ce 峰显着，Sr 则为某种程度的相对亏损，而Zr、Hf 亏损就极其微弱了。潜火山相岩石微量元素蛛网图与相应期次的火山熔岩有某种程度的相似，但不同期次的潜火山相岩石间，彼此有较大差别。与初始期岩石对比，主期岩石在Nb、Ta、Zr、Hf上相对富集，而Sr相对亏损，表现其在蛛网图上的投影有相应变化。反映出主期潜火山相岩石形成中有较多地壳物质混染。
3.微量元素丰度和特征元素比值的判别意义
根据表3-5-2给出的稀土元素、微量元素（如Rb、Ba、Tu、Zr、Hf、Sm、Ce、Sr、Cr、Sc、Nb、Ta、Y）的含量看，与板内玄武岩，特别是与板内碱性玄武岩相近，部分与火山弧的橄榄安粗岩相近。义县期火山岩中w（SiO2）＜56%，w（MgO）＞8%和Sr＞200 μg/g的粗面玄武岩-玄武粗安岩样品，其Zr/Nb、La/Nb、Ba/Nb、Ba/Th、Rb/Nb、K/Nb、Th/Nb、Ba/La比值多与大陆地壳十分相近，只有Th/La值与原始地幔的Th/La值相近。
图3-5-5 北票—义县地区义县组火山岩微量元素蛛网图