稀土元素分布规律及物源分析
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发布时间：2022-04-24 05:56
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时间：2023-10-05 04:07
稀土元素（REE）包括周期表中第三周期第三副族、原子序数从57到71（La-Lu）的镧系元素，另外39号元素Y因其与REE性质相似，也常被视为稀土元素。通常把原子序数较小的稀土元素（La-Eu）称为轻稀土元素（LREE），而将原子序数较大的稀土元素（Gd-Lu）称为重稀土元素（HREE）。由于沉积物在风化、搬运、成岩作用及蚀变过程中对稀土元素影响较弱，其含量主要受控于物源成分（Mclennan，19；Rollinson，1993）。因此，REE的分布特征可以用来恢复“原始”的性质，REE的配分模型为目前物源分析中广泛应用的地球化学方法之一。
稀土总量（∑REE）与Fe，Al等能够形成胶体元素有极密切的关系。这是因为Fe2+在较强氧化条件下可以变成Fe（OH）3胶体絮团，它吸附稀土元素，特别是与铈共同沉积可能形成稀土元素相对富集的沉积，致使与其同时的沉积物接受了大量的稀土元素。相反，形成Fe（OH）3、Al（OH）3等胶体粒子少的地区对稀土元素的吸附作用减弱，沉积物中稀土元素含量降低。而且，水深和地形对稀土元素含量的影响不大。在不同沉积物类型中，稀土含量的高低受生物硅稀释的影响，含生物SiO2较多的地方泥岩中稀土含量最低，SiO2与稀土元素呈负相关关系，而与Fe3+，Mn4+，Ba2+和S1-与其呈正相关关系（鲁洪波，1999）。
在地球演化初期，岩石中的Gd的含量较高，随着元素的分流作用，Gd的含量越来越少，w（Gd）/w（Yb）比值也就随着地层时代的变新而逐渐变小。研究表明，以w（Gd）/w（Yb）=2.0为界，太古宇的w（Gd）/w（Yb）多大于2.0；而后太古宇的年轻地层则小于2.0。由于Gd，Yb在沉积过程中受地质作用的干扰较小，一经封闭到地层中便容易保存下来，因此可以用来判定母岩的特征（邵磊，2001）。
稀土元素具有相似的化学性质和低溶解度，在风化和成岩过程中很少分馏。而泥质岩母岩的稀土元素分布具有很大的继承性，若母岩为花岗岩，沉积物多具有铕的负异常，若母岩为玄武岩，沉积物多无铕异常（高爱国，2003）。
研究表明，Ce和Eu的变价现象最为突出（陈德潜，1990）。在强碱性氧化环境中，Ce3+将不断氧化为Ce4+而迁移；在强酸性还原环境中，Eu3+将被还原而迁移。这就决定了Ce和Eu随着环境变迁，易于与3价稀土元素相分离，成为稀土元素地球化学的重要研究对象。衡量Ce和Eu在稀土元素中的分馏程度，一般使用δEu和δCe两个参数，称为异常系数。它能很灵敏地反映某岩体内的地球化学状态，在REE地球化学参数中占有重要地位。利用δEu和δCe可以编制各种相关图件来反映稀土分馏变化特点。其计算方法是：
鄂尔多斯盆地三叠纪延长组沉积期湖盆边界与底形及事件沉积研究
式中：（Ce）n，（Eu）n——样品中Ce，Eu的标准化值；
（Ce*）n，（Eu*）n——该元素相邻两边元素标准化值间的直线内插值。
在应用沉积REE分析数据之前，要对原始数据进行球粒陨石标准化处理，本次研究在前人基础上，利用Boynton（1984）推荐的球粒陨石REE稀土元素对研究区上三叠系延长组岩石样品进行标准化（表2-7，表2-8），作出REE分配模式图，通过对比分析，可以发现该区稀土元素具有以下特征：
（1）鄂尔多斯盆地东北缘太古宙及古元古代变质岩（花岗片麻岩、闪长片麻岩、角闪斜长片麻岩等，平均石英37.6%。长石53.8%）稀土元素表现出轻稀土元素（LREE）富集，重稀土元素（HREE）严重亏损，钐、铕及铒轻微亏损（δSm平均0.79，δEu平均0.86，δEr平均0.85），∑REE平均487.1，LREE/HREE为4.36；REE分配模式表现为“右倾斜”、HREE平坦型（图2-31）。东北缘太古宙火成岩（肉红色混合花岗岩）稀土元素，LREE亏损，HREE富集，铒轻微亏损，铕严重亏损（δEr平均0.86，δEu平均0.15），∑REE平均445.55，LREE/HREE为0.38，w（Gd）/w（Yb）平均为2.21；REE分配模式表现为“V”字型、LREE平坦型（宋凯，2002）（图2-32）。
（2）鄂尔多斯盆地西北缘阿拉善古陆太古宇片麻岩及石榴子石浅粒岩稀土元素，LREE富集，HREE亏损，铈轻微负亏损，铕轻微富集（δCe平均0.86，δEu平均1.04），∑REE平均346.9，LREE/HREE平均为4.93，w（Gd）/w（Yb）平均为2.21；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型（图2-33）。西北缘阿拉善古陆变石英砂岩稀土元素，LREE富集，HREE亏损，铈轻微负亏损，铕轻微亏损（δCe平均0.，δEu平均0.69），∑REE平均188.8，LREE/HREE平均为6.04，w（Gd）/w（Yb）平均为1.47；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型（图2-34）。盆地西北部三叠系延长组汝箕沟、石沟驿剖面以及盐定地区池12井、池16井样品稀土元素，LREE富集，HREE亏损，铈轻微负亏损，铕轻微富集（δCe平均0.83，δEu平均1.01），∑REE平均328，LREE/HREE平均为5.2；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型，与阿拉善古陆太古宙片麻岩稀土元素分配模式相似，说明该地区物质成分多来源于片麻岩等高级变质岩。
表2-7 鄂尔多斯盆地内部钻井稀土元素分析结果（×10-6g）
表2-8 鄂尔多斯盆地东北缘—东缘变质岩—火成岩稀土元素分析结果（×10-6g）
图2-31 鄂尔多斯盆地东北部变质岩稀土元素分配模式
图2-32 鄂尔多斯盆地东北部火山岩稀土元素分配模式
图2-33 鄂尔多斯盆地西北部阿拉善古陆片麻岩、变石英砂岩稀土元素分配模式
图2-34 鄂尔多斯盆地西北部汝箕沟、石沟驿及盐定地区稀土元素分配模式
（3）盆地中部新安边、五谷城地区钻井取样中延长组（长6）稀土元素分配模式表现为：轻稀土元素（LREE）富集，重稀土元素（HREE）严重亏损，钐、铕及铒轻微亏损（δSm平均0.90，δEu平均0.66，δEr平均0.87），∑REE平均690，LREE/HREE为4.23；REE分配模式表现为“右倾斜”、HREE平坦型（图2-35）。该地区REE地球化学特征与盆地东北缘—东缘太古宙—古元古代变质岩相似，只是重稀土分馏程度略微减小（LREE/HREE由4.26减为4.23），而铕亏损增大（δEu由0.86下降为0.66）。由此表明，该地区物质可与盆地东北缘—东缘太古宙—古元古代变质岩可对比，而与火山岩不匹配。
（4）盆地西缘走廊地区甘肃白银红会四矿花岗闪长岩稀土元素具有：LREE富集，HREE亏损，铈轻微负亏损，铕富集（δCe平均0.86，δEu平均1.54），∑REE平均120.8，LREE/HREE为3.8；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型（图2-36）。固原兴仁寒武系变质砂岩稀土元素具有：LREE富集，HREE亏损，铈、铕轻微负亏损，（δCe平均0.86，δEu平均0.77），∑REE平均538，LREE/HREE为3.3；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型。固原西华山绿片岩稀土元素具有：LREE富集，HREE亏损，铈、轻微负亏损，铕略微富集（δCe平均0.82，δEu平均1.08），∑REE平均165，LREE/HREE为1.1，轻重矿物分馏程度较低；REE分配模式表现为平坦型。环县西部走廊地区景泰三叠系剖面砂岩稀土元素具有：LREE富集，HREE亏损，铈轻微负亏损，铕富集（δCe平均0.93，δEu平均1.15），∑REE平均136.8，LREE/HREE为5.1；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型，与红会四矿稀土元素分配模式相似。宝积山、窑山、环县地区稀土元素具有LREE富集，HREE亏损，铈、铕轻微负亏损，（δCe平均0.86，δEu平均0.），∑REE平均2.2，LREE/HREE为4.9；REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型，与固原兴仁寒武系变质砂岩稀土元素分配模式相似（图2-37）。因此盆地西缘走廊地区有多只物源影响，既有远源物质搬运较长的物质，也有近源快速堆积的物质。
图2-35 鄂尔多斯盆地中部新安边—五谷城地区泥岩稀土元素分配模式
图2-36 鄂尔多斯盆地西缘变质岩及花岗岩稀土元素分配模式
图2-37 鄂尔多斯盆地西缘剖面及环县地区稀土元素分配模式
（5）盆地西南缘陇西古陆花岗岩及变质岩稀土元素分配模式表现为LREE富集，HREE亏损，REE分配模式表现为“缓右倾斜”，HREE平坦型（图2-38）。西南部汭水河剖面、策底坡剖面以及镇泾、西峰地区稀土元素分配模式均表现为LREE富集，HREE亏损，揭示了它们的母岩都来自陇西古陆，为*型沉积的特征（图2-39）。三叠纪及侏罗纪沉积岩的稀土元素组成特征大致相同，反映了侏罗系和三叠系在构造背景、物源区及物源特征上有很好的继承性。各时期沉积岩的稀土分布曲线相互平行，其分布模式不变。而且，随着延长组地层变新，沉积岩中的稀土含量增加，∑REE变大而轻、重稀土元素分馏程度减小，以长（4+5）段∑REE平均为1303.91，含量为最高，LREE/HREE为2.03；长6段∑REE平均为714.5，LREE/HREE为3.03；长8段最低，∑REE平均380.1，其LREE/HREE与长6段相差不大，为3.4，而且这种特点不受岩性和地区的影响。延安组延6段的稀土分配模式与之型式相同，但轻、重稀土元素分馏程度增大，LREE/HREE为3.83，也表明三叠纪末，侏罗纪初，鄂尔多斯盆地在经历上升剥蚀时，侏罗系的物源特征和三叠系物源为同一物源，但受到SiO2稀释而∑REE降低。此外，此时期周边山系有火山活动，物源具有相当数量的火山碎屑，而火山碎屑或火山灰的硅质对稀土，尤其是重稀土有稀释作用，因而造成了轻、重稀土分异明显的现象。
图2-38 鄂尔多斯盆地西南缘陇西古陆变质岩及花岗岩稀土元素分配模式
图2-39 鄂尔多斯盆地西南缘剖面及镇泾、西峰地区稀土元素分配模式
