稀土元素及其应用领域论文题目大全及答案
稀土被人们称为新材料的“宝库”,是各国科学家,尤其是材料专家最关注的一组元素,被美国、日本等国家有关政府部门列为发展高技术产业的关键元素。有人认为,随着稀土元素的开发,将会引发一场新的技术革命。 稀土的英文是Rare Earth,意即“稀少的土”。其实这不过是18世纪遗留给人们的误会。1787年后人们相继发现了若干种稀土元素,但相应的矿物发现却很少。由于当时科学技术水平的限制,人们只能制得一些不纯净的、像土一样的氧化物,故人们便给这组元素留下了这么一个别致有趣的名字。 根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义,稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素,即镧(57)、铈(58)、镨(59)、钕(60)、钷(61)、钐(62)、铕(63)、钆(64)、铽(65)、镝(66)、钬(67)、铒(68)、铥(69)、镱(70)、镥(71),再加上与其电子结构和化学性质相近的钪(21)和钇(39),共计17个元素。除钪与钷外,其余15个元素往往共生。 根据稀土元素间物理化学性质和地球化学性质的某些差异和分离工艺的要求,学者们往往把稀土类元素分为轻、重两组或者轻、中、重三组。两组的分法以钆为界,钆以前的镧、镝、铈、镨、钕、钷、钐、铕7个元素为轻稀土元素,亦称铈组稀土元素;钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素称为重稀土元素,亦称钇组稀土元素。尽管钇的原子量仅为89,但由于其离子半径在其它重稀土元素的离子半径链环之中,其化学性质更接近重稀土元素。在自然界也与其它重稀土元素共生。故它被归为重稀土组。轻中重三组稀土的分类法没有一定之规,如按稀土硫酸复盐溶解度大小可分为:难溶性铈组即轻稀土组,包括镧、铈、镨、钕、钐;微溶性铽组即中稀土组,包括铕、钆、铽、镝;较易溶性的钇组即重稀土组,包括钇、钬、铒、铥、镱、镥。然而各组之间相邻元素间的溶解度差别很小,用这种方法是分不净的。现在多用萃取法分组,例如用二(2)乙基已基(磷酸)即P204可在钕/钐间分组,然后再在钆/铽间分组等。这们,镧、铈、镨、钕称为轻稀土,钐、铕、钆称为中稀土,铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥再加上钇称为重稀土。 稀土在地壳中的含量并不稀少,这组元素的克拉克值达0236%,其中铈组元素为01592%,钇组元素为0077%;比常见元素铜(01%),锌(005%),锡(004%),铅(0016%),镍(008%),钴(003%)等都多。这组元素更不是土,而是一组典型的金属元素,其活泼性仅次于碱金属和碱土金属。 表1-1 稀土元素在地壳中的丰度 元 素 名 称 Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm 地壳丰度,ppm 25 31 35 66 1 40 5*10-1 06 元 素 名 称 Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 地壳丰度,ppm 1 1 2 5 3 3 5 1 8 稀土元素在元素周期表中的位置十分特殊,17个元素同处在第ⅢB族,钪、钇、镧、分别为第四、五、六、长周期中过渡元素系列的第一个元素。镧与其后的14个元素性质十分相似,化学家们只能把它们放入一个格子内,难怪有人把它们当成“同位素”对待,然而由于其原子序数不同,还不能算作真正的同位素。就是说,它们性质十分相似,又不完全一样,这就造成了这组元素分离的困难,但也表明只要利用其微小的差别,分离又是可能的;另一方面,它们的电子结构有一个没有完全充满的内电子层,即4f电子层。由于4f层电子数的不同,这组元素的每一个元素又具有很特别的个性,特别是光学和磁学性质,就像是一架键盘齐全、音域宽广的钢琴一样。 信息、生物、新材料、新能源、空间和海洋被当代科学家推为六大新科技群,人们之所以重视稀土、研究稀土、开发稀土、就是为稀土元素在这六大科技群中都有其施展本领的天地。然而稀土元素毕竟还是一组尚不被人们完全认识的元素,这就需要下大力气去研究、认识它们,从而去撑握它们,使它们对人类有更大的贡献。 回答者:yirian - 门吏 三级 11-14 13:01一、稀土元素 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称,包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧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,共17个元素。 “稀土”一词是十八世纪沿用下来的名称,因为当时用于提取这类元素的矿物比较稀少,而且获得的氧化物难以熔化,也难以溶于水,也很难分离,其外观酷似“土壤”,而称之为稀土。稀土元素分为“轻稀土元素”和“重稀土元素”: “轻稀土元素”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu。 “重稀土元素”原子序数比较大的钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。 二、稀土资源及储备状况 由于稀土元素性质活跃,使它成为亲石元素,地壳中还没有发现它的天然金属无水或硫化物,最常见的是以复杂氧化物、含水或无水硅酸盐、含水或无水磷酸盐、磷硅酸盐、氟碳酸盐以及氟化物等形式存在。由于稀土元素的离子半径、氧化态和所有其它元素都近似,因 此在矿物中它们常与其它元素一起共生。 我国稀土资源占世界稀土资源的80%,以氧化物(REO)计达3 600万吨,远景储量实际是1亿吨。 我国稀土资源分南北两大块。 ——北方:轻稀土资源,集中在包头白云鄂博特等地,以后在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素; ——南方:中重稀土资源,分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省,以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中,主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。 我国的稀土工业也分为南北两大生产体系。
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稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素,而比其他金属元素活泼。在17个稀土元素当中,按金属的活泼次序排列,由钪,钇、镧递增,由镧到镥递减,即镧元素最活泼。稀土元素能形成化学稳定的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷发生反应,易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。 ��稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物,因此在钢水中加入稀土,可以起到净化钢的效果。由于稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大,很容易填补在其晶粒及缺陷中,并生成能阻碍晶粒继续生长的膜,从而使晶粒细化而提高钢的性能。 ��稀土元素具有未充满的4f电子层结构,并由此而产生多种多样的电子能级。因此,稀土可以作为优良的荧光,激光和电光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。 ��稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物,使稀土广泛用于印染行业。而某些稀土元素具有中子俘获截面积大的特性,如钐、铕、钆、镝和铒,可用作原子能反应堆的控制材料和减速剂。而铈、钇的中子俘获截面积小,则可作为反应堆燃料的稀释剂。 ��稀土具有类似微量元素的性质,可以促进农作物的种子萌发,促进根系生长,促进植物的光合作用
可以,没有问题。有具体要求吗。
稀土元素及其应用领域论文题目大全
稀土元素的用途:大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的 铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出 稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热 中子吸收截面比广泛用于 核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。除镱外, 钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、 磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。 常用的氯化物体系为KCl-RECl3他们在工农业生产和科研中有广泛的用途,在钢铁、 铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的 磁性材料其磁性极强,用途广泛。在化学工业中广泛用作催化剂。 稀土氧化物是重要的 发光材料、 激光材料。简介:稀土元素是17种特殊的元素的统称,它的得名是因为瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物,所以得名稀土元素。稀土元素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。共性:1、它们的原子结构相似;2、离子半径相近(RE 3+离子半径06×10 -10m~84×10 -10m,Y 3+为89×10 -10m);3、它们在自然界密切共生。特性:稀土元素是周期表中IIIB族钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价+3,其 水合离子大多有颜色,易形成稳定的配化合物。 稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈 熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。可用 氯化物和 氟化物两种盐系,前者以稀土氯化物为原料加入电解槽,后者则以氧化物的形式加入。
1、稀土元素促进根系生长,则可作为反应堆燃料的稀释剂; 2、稀土元素能形成化学稳定的氧化物,并由此而产生多种多样的电子能级; 3、可以促进农作物的种子萌发; 4、稀土可以作为优良的荧光、碳、硫、卤化物,钇,可用作原子能反应堆的控制材料和减速剂。
稀土金属是第二主族的元素有:铍镁钙锶钡镭
回答 稀土(rare earth)有“工业维生素”的美称。现如今已成为极其重要的战略资源。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个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素(Rare Earth)。 简称稀土(RE或R)。稀土的分类】1)轻稀土(又称铈组):镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。2)重稀土(又称钇组):铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。铈组与钇组之别,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇比例多的而得名。 稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素,是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称,常用R或RE表示。 它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、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)。 它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
稀土元素及其应用领域论文题目有哪些及答案
稀土被人们称为新材料的“宝库”,是各国科学家,尤其是材料专家最关注的一组元素,被美国、日本等国家有关政府部门列为发展高技术产业的关键元素。有人认为,随着稀土元素的开发,将会引发一场新的技术革命。 稀土的英文是Rare Earth,意即“稀少的土”。其实这不过是18世纪遗留给人们的误会。1787年后人们相继发现了若干种稀土元素,但相应的矿物发现却很少。由于当时科学技术水平的限制,人们只能制得一些不纯净的、像土一样的氧化物,故人们便给这组元素留下了这么一个别致有趣的名字。 根据国际纯粹与应用化学联合会对稀土元素的定义,稀土类元素是门捷列夫元素周期表第三副族中原子序数从57至71的15个镧系元素,即镧(57)、铈(58)、镨(59)、钕(60)、钷(61)、钐(62)、铕(63)、钆(64)、铽(65)、镝(66)、钬(67)、铒(68)、铥(69)、镱(70)、镥(71),再加上与其电子结构和化学性质相近的钪(21)和钇(39),共计17个元素。除钪与钷外,其余15个元素往往共生。 根据稀土元素间物理化学性质和地球化学性质的某些差异和分离工艺的要求,学者们往往把稀土类元素分为轻、重两组或者轻、中、重三组。两组的分法以钆为界,钆以前的镧、镝、铈、镨、钕、钷、钐、铕7个元素为轻稀土元素,亦称铈组稀土元素;钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素称为重稀土元素,亦称钇组稀土元素。尽管钇的原子量仅为89,但由于其离子半径在其它重稀土元素的离子半径链环之中,其化学性质更接近重稀土元素。在自然界也与其它重稀土元素共生。故它被归为重稀土组。轻中重三组稀土的分类法没有一定之规,如按稀土硫酸复盐溶解度大小可分为:难溶性铈组即轻稀土组,包括镧、铈、镨、钕、钐;微溶性铽组即中稀土组,包括铕、钆、铽、镝;较易溶性的钇组即重稀土组,包括钇、钬、铒、铥、镱、镥。然而各组之间相邻元素间的溶解度差别很小,用这种方法是分不净的。现在多用萃取法分组,例如用二(2)乙基已基(磷酸)即P204可在钕/钐间分组,然后再在钆/铽间分组等。这们,镧、铈、镨、钕称为轻稀土,钐、铕、钆称为中稀土,铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥再加上钇称为重稀土。 稀土在地壳中的含量并不稀少,这组元素的克拉克值达0236%,其中铈组元素为01592%,钇组元素为0077%;比常见元素铜(01%),锌(005%),锡(004%),铅(0016%),镍(008%),钴(003%)等都多。这组元素更不是土,而是一组典型的金属元素,其活泼性仅次于碱金属和碱土金属。 表1-1 稀土元素在地壳中的丰度 元 素 名 称 Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm 地壳丰度,ppm 25 31 35 66 1 40 5*10-1 06 元 素 名 称 Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 地壳丰度,ppm 1 1 2 5 3 3 5 1 8 稀土元素在元素周期表中的位置十分特殊,17个元素同处在第ⅢB族,钪、钇、镧、分别为第四、五、六、长周期中过渡元素系列的第一个元素。镧与其后的14个元素性质十分相似,化学家们只能把它们放入一个格子内,难怪有人把它们当成“同位素”对待,然而由于其原子序数不同,还不能算作真正的同位素。就是说,它们性质十分相似,又不完全一样,这就造成了这组元素分离的困难,但也表明只要利用其微小的差别,分离又是可能的;另一方面,它们的电子结构有一个没有完全充满的内电子层,即4f电子层。由于4f层电子数的不同,这组元素的每一个元素又具有很特别的个性,特别是光学和磁学性质,就像是一架键盘齐全、音域宽广的钢琴一样。 信息、生物、新材料、新能源、空间和海洋被当代科学家推为六大新科技群,人们之所以重视稀土、研究稀土、开发稀土、就是为稀土元素在这六大科技群中都有其施展本领的天地。然而稀土元素毕竟还是一组尚不被人们完全认识的元素,这就需要下大力气去研究、认识它们,从而去撑握它们,使它们对人类有更大的贡献。 回答者:yirian - 门吏 三级 11-14 13:01一、稀土元素 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称,包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧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,共17个元素。 “稀土”一词是十八世纪沿用下来的名称,因为当时用于提取这类元素的矿物比较稀少,而且获得的氧化物难以熔化,也难以溶于水,也很难分离,其外观酷似“土壤”,而称之为稀土。稀土元素分为“轻稀土元素”和“重稀土元素”: “轻稀土元素”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu。 “重稀土元素”原子序数比较大的钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。 二、稀土资源及储备状况 由于稀土元素性质活跃,使它成为亲石元素,地壳中还没有发现它的天然金属无水或硫化物,最常见的是以复杂氧化物、含水或无水硅酸盐、含水或无水磷酸盐、磷硅酸盐、氟碳酸盐以及氟化物等形式存在。由于稀土元素的离子半径、氧化态和所有其它元素都近似,因 此在矿物中它们常与其它元素一起共生。 我国稀土资源占世界稀土资源的80%,以氧化物(REO)计达3 600万吨,远景储量实际是1亿吨。 我国稀土资源分南北两大块。 ——北方:轻稀土资源,集中在包头白云鄂博特等地,以后在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素; ——南方:中重稀土资源,分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省,以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中,主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。 我国的稀土工业也分为南北两大生产体系。
稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素(RareEarthElement)是从18世纪末叶开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的,又很稀少,因而得名为稀土(RareEarth,简称RE或R)。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个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素。
稀土方面论文主要分为以下几个部分:1、大标题(第一行):三黑字体,居中排。2、姓名(第二行):小三楷字体,居中排。3、作者单位或通信地址(第三行):按省名、城市名、邮编顺序排列,用小三楷字体。4、关键词。需列出4个关键词,小三楷字体。5、正文。小四号宋体。文中所用计量单位,一律按国际通用标准或国家标准,并用英文书写,如km2,kg等。文中年代、年月日、数字一律用阿拉伯数字表示。6、参考文献。文章必须有参考文献。“参考文献”4字作为标题,字体五黑,居中,其他字体五宋。7、作者简介。请在参考文献之后附作者简介。如果还有不清楚的地方,可以咨询轻松无忧论文网哦!论文格式模板是写好论文的必要条件之一!
稀少得方面资源,很有探讨意义
稀土元素及其应用领域论文题目大全初中
可以,没有问题。有具体要求吗。
主要包括一下几个方面:超导陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷、介电陶瓷及敏感陶瓷等。稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光;在熔制玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量,以达到脱除玻璃中绿色的目的;添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等;在陶釉和瓷釉中添加稀土,可以减轻釉的碎裂性,并能使制品呈现不同的颜色和光泽,被广泛用于陶瓷工业。随着材料科学的发展,近年来功能复合陶瓷备受关注,稀土掺杂在功能复合陶瓷的开发研究方面也取得了较大进展。浙江大学陈昂等,采用常规功能陶瓷的制备方法,YBa2Cu3O7-x和铁电陶瓷BaTiO3复合,获得了铁电性与超导性共存的YBa2Cu3O7-x-BaTiO3系复合功能陶瓷,其电导特性符合三维导电行为,并当YBa2Cu3O7-x含量较高时呈超导性。华中理工大学周东祥等的研究指出,LaCoO3-SrCoO3系和LaCrO3-SrCrO3系复合功能陶瓷,可用作磁流体电机的电极材料和气敏材料;而在NTC热敏复合材料NiMn2O4-LaCrO3陶瓷中,新化合物LaMnO3导电相决定着陶瓷的主要性质。西安交通大学的邹秦等通过用稀土离子Y3+、La3+对(Sr,Ca)TiO3掺杂,省去了原有的用碱金属离子(Nb5+、Ta5+)涂覆并进行热扩散的工艺,而且制得的陶瓷材料致密度高、工艺性能良好,并保持了电阻率低(ρ为10-2Ω/cm量级)、非线性高(非线性系数α﹥10)的介电-压敏复合功能特性。智能陶瓷是指具有自诊断、自调整、自恢复、自转换等特点的一类功能陶瓷。如前所述在锆钛酸铅(PZT)陶瓷中添加稀土镧而获得的锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷,不但是一种优良的电光陶瓷,而且因其具有形状记忆功能,即体现出形状自我恢复的自调谐机制,故也是一种智能陶瓷。智能陶瓷材料概念的提出,倡导了一种研制和设计陶瓷材料的新理念,对拓宽稀土在近代功能陶瓷中应用极为有利。近年的研究还表明,稀土在生物陶瓷、抗菌陶瓷等新型陶瓷材料中也有着独特的作用。由于稀土元素可与银、锌、铜等过渡元素协同增效,开发的稀土复合磷酸盐抗菌可使陶瓷表面产生大量的羟基自由基,从而增强了陶瓷的抗菌性能。稀土陶瓷颜料主要是指五种色相的组合着色锆英石基稀土陶瓷颜料。它可用作彩釉砖、外墙砖、地砖等建筑陶瓷的装饰材料,尤其适用于卫生洁具陶瓷制品的彩饰,还可用作瓷器釉上彩、釉中彩和釉下彩的色基。组合着色锆英石基稀土陶瓷颜料,是以二氧化锆、二氧化硅为基质材料,以过渡元素和稀土元素为组合着色剂,添加少量矿化剂,经高温900~1150℃固相反应合成。其主要技术指标如下:色相有红、黄、蓝、绿和灰,稳定性小于或等于1280℃最高可达1300℃),适应气氛为氧化焰,颗粒直径小于15μm的不少于92%,大于30μm者为零新材料稀土钴及钕铁硼永磁材料,具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积,被广泛用于电子及航天工业;纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶,可用于微波与电子工业;用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃,可作为固体激光材料;稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料;镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料;铬酸镧是高温热电材料;当前世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料,可在液氮温区获得超导体,使超导材料的研制取得了突破性进展。此外,稀土还广泛用于照明光源,投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉;在农业方面,向田间作物施用微量的硝酸稀土,可使其产量增加5~10%;在轻纺工业中,稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。 研究结果表明,稀土元素可以提高植物的叶绿素含量,增强光合作用,促进根系发育,增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发,提高种子发芽率,促进幼苗生长。除了以上主要作用外,还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。大量的研究还表明,使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用。玉米用稀土拌种,出苗、拔节比对照早1~2天,株高增加2米,早熟3~5天,而且籽粒饱满,增产14%。大豆用稀土拌种,出苗提早1天,单株结荚数增加8~6个,3粒荚数增多,增产5%~0%。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高,促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度,降低腐烂率。
稀土元素是指原子序数从57到71的15个镧系元素,在元素周期表中属ⅢB族,同族中39号元素钇一般也看作稀土元素,同族中21号元素钪早期也有人把划入稀土元素,但多数研究者将它排除在外,因为它们在自然界中与稀土元素共生关系不密切,化学性质差别也比较大。稀土元素根据它们在物理化学性质上的某些差别可以将它们分成两组:从La到Eu称为轻稀土(LREE),或铈组稀土;从Gd到Lu,包括Y称为重稀土(HREE),或钇组稀土。稀土元素的离子半径近似,电价以三价为主,故它们的地球化学行为近似。当然也存在一定的差别,其原因在于:①离子半径有微小差别;②碱性不同决定了它们的沉淀顺序和迁移能力有所不同;③形成络合物的能力各不相同,因而在自然界中的迁移能力也不相同;④它们被吸附的能力随原子序数的增加、半径的减小而减小。这样就造成了它们在自然界中发生一定程度的分离(即出现“亏损”和“富集”)而显示不同的分配特点。(1)样品采集及分析本次研究分别在川东南的南川、万盛、道真、武隆、石柱、黔江、酉阳、秀山、沿河,以及湘西的花垣、永顺、龙山、咸丰、宣恩等地共采集了210件志留系小河坝组砂岩样品(图5)。从各个剖面选取了37件新鲜样品进行了稀土元素及微量元素地球化学分析(每个剖面的样品自底部向顶部依次编号见表6),主要岩性为砂岩、细砂岩,样品稀土元素分析在中国科学院青岛海洋研究所分析与检测中心完成。样品破碎后研磨至200目,然后装袋备用。分析步骤为:称取40mg样品于Teflon溶样罐中,加入6mLHNO3+2mLHF封盖后,静置2h后,于150℃电热板上溶样24h;加25mLHClO4于150℃电热板上敞开蒸酸至近干;加1mLHNO3+1mLH2O密闭于120℃电热板回溶12h;用高纯H2O定容至40g;然后在仪器ICP-MS上进行测试,各标准样品(GSR-1,GSR-3,BHVO-2,BCR-2)及空白样品所测稀土元素的线性较好,分析误差基本都小于5%,很少大于10%,相同样品测试结果一致,测试结果准确可信。各测试样品最终结果取三次测定的平均值。表6 川东南-湘西志留系小河坝组砂岩稀土元素地球化学分析数据(μg/g)注:数据测试在中国科学院青岛海洋研究所分析与检测中心进行。(2)稀土元素含量及其特征值各沉积岩中稀土元素含量及化学参数见表6和表7。表7 川东南-湘西志留系小河坝组砂岩稀土元素(μg/g)及地球化学参数续表注:陨石数据根据Leed球粒陨石(田彰正,1973);稀土元素总量∑REE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu;轻稀土元素含量LREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu;重稀土元素含量HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu;L/H:轻稀土含量与重稀土含量之比;(LaN/YbN):LaN和YbN经球粒陨石标准化的比值;Eu/Eu*=Eu/(SmN×GdN)1/2;Ce/Ce*=Ce/(LaN×PrN)1/2;(Lan/Ybn):Lan和Ybn经北美页岩标准化的比值。川东南、湘西地区志留系小河坝组砂岩样品的稀土元素分析结果(表6)表明,在湘西的宣恩板寮、龙山水田坝、咸丰、永顺、花垣等地稀土总量(不包括Y)介于05~68μg/g之间,平均值为02μg/g。在川东南的南川、武隆、道真、秀山、酉阳、沿河、石柱漆辽、黔江石会等地稀土总量介于35~63μg/g之间,平均值为3μg/g。总体上,研究区志留系碎屑岩的稀土元素含量都明显高于大陆上地壳的平均稀土元素总量值(4μg/g),而比较接近北美页岩的平均值(2μg/g)。其中,LREE/HREE为轻、重稀土元素比值,能够反映样品轻、重稀土的分异状况,在同一类岩石中,若该值较大,说明轻、重稀土分异明显,轻稀土元素相对富集,重稀土元素则相对亏损。川东南地区样品的LREE/HREE为41~81,平均值为05,在湘西样品的LREE/HREE为74~44,平均值为77,研究区都略高于北美页岩的比值(44),表明研究区相对富集轻稀土元素,重稀土相对亏损。LaN/YbN是稀土元素球粒陨石标准化图解中分布曲线的斜率,反映曲线的倾斜程度。LaN/SmN、GdN/YbN分别反映了轻、重稀土元素之间的分馏程度,LaN/SmN值越大,表明轻稀土越富集;GdN/YbN值越小,表明重稀土越富集。川东南样品的LaN/YbN为23~57,平均值为52,湘西样品的LaN/YbN为69~61,平均值为05,表明研究区样品的轻、重稀土元素分异较大。LaN/SmN、GdN/YbN分别反映轻稀土元素之间、重稀土元素之间的分馏程度。川东南样品的LaN/SmN介于51~81之间,平均值为69,湘西地区样品的LaN/SmN介于之间62~01,平均值为51,表明研究区轻稀土元素之间分异明显;川东南地区样品的GdN/YbN介于52~86,平均值为95,湘西地区样品的GdN/YbN介于63~48,平均值为97,表明研究区重稀土元素之间分异不明显。Eu具有明显的负异常,川东南地区样品的δEu为55~68,平均值为61,湘西地区的样品的δEu为55~70,平均值为63,研究区的δEu与北美页岩标准值(δEu=65)较为接近;川东南地区样品的δCe在66~96之间,平均值为94,湘西地区的样品的δCe在94~97之间,平均值为96,两区的δCe值基本正常。(3)稀土元素的球粒陨石标准化配分模式采用Leed球粒陨石(田彰正,1973)标准值对研究区志留系小河坝组砂岩样品进行标准化,其稀土元素配分模式基本类似,均为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型,分布曲线在轻稀土处具有较大的斜率,而在重稀土处较为平坦,Eu处出现一个明显“V”形,存在负Eu异常,表明沉积物的物源较为一致,物源相对稳定;从研究区稀土元素配分模式图6和图7可以看出La-Eu段轻稀土配分曲线较陡、斜率较大,表现为明显的“右倾”,说明轻稀土元素之间的分馏程度较高;Gd-Lu段重稀土配分曲线较为平坦、斜率较小,重稀土元素之间的分馏程度较低。图6 湘西志留系小河坝组砂岩稀土元素配分模式图7 川东南志留系小河坝组砂岩稀土元素配分模式(4)稀土元素的物源分析A沉积速率前人研究表明,稀土元素中各元素在电价、被吸附能力等性质上仍有一定的差异,随着环境的改变会发生分异,在海洋环境中尤为明显。主要表现为轻稀土元素与重稀土、铈(Ce)和铕(Eu)与其他元素间的分离。REE大部分被结合于碎屑矿物或以悬浮物入海,碎屑或悬浮颗粒在海水中停留时间的差异是造成REE分异程度不同的重要原因之一。当悬浮物在海水中停留时间较短时,REE随其快速沉积下来,与海水发生交换的机会少,分异弱,这种沉积物的页岩标准化的REE配分模式比较平缓,Ce呈正常型或弱负异常,曲线斜率Lan/Ybn值为1左右。当悬浮颗粒在海水中停留时间较长,即其沉降缓慢,促进了更细颗粒中的REE分解作用,使带入海水中的REE有足够的时间被粘土吸附、与有机质络合和进行相关的化学反应,导致REE的强烈分异,沉积物中页岩标准化稀土配分模式发生显著变化,含量上轻、重稀土元素出现亏损或富集,Lan/Ybn值明显大于1或小于1,Ce也发生选择性分异,氧化环境中易呈Ce4+沉淀,具显著负异常,而缺氧条件下负异常消失,甚至出现正异常。因此,可以认为REE的分异程度是沉积颗粒沉降速率快慢的响应。基于海水中粘土等细碎屑悬浮物是有机质和REE共同的“宿主”,有机质又是REE最强的吸附剂之一,二者具有共同的沉降速率。本书将REE的分异程度作为一种指示剂来表征沉积物沉积速率。川东南地区志留系小河坝组砂岩Lan/Ybn值在62~85之间,均值为55(表7),湘西地区志留系小河坝组砂岩Lan/Ybn值在28~0之间,均值为48,从川东南到湘西地区Lan/Ybn的值逐步降低,表明沉积物的沉积速率有增加的趋势,反映了距物源近的特点。海水中有机质主要以颗粒状或细颗粒等形式沉淀,沉积颗粒的沉降速率对有机质的聚集和保存影响显著。研究区志留系小河坝期沉积速率普遍较高,使得龙马溪期沉积的有机质聚集和保存,这一点在前人对本区的有机碳含量研究上也有体现。总体上看,川东南地区沉积物的沉积速率较湘西低,表明湘西更接近物源区,其海水深度也较浅。B稀土元素对物源的指示意义稀土元素在水体中停留的时间非常短,能够快速进入到细粒沉积物中且不发生分异,能更好地保留源区的地球化学信息(杨守业,1999;Cullers,1988),因此对沉积物具有示踪意义。杨守业等综合前人研究,认为控制沉积物中稀土元素组成最主要的因素是物源。在稀土元素示踪物源研究中,应注重稀土元素配分模式曲线的几何形态,而不是稀土元素的绝对丰度(赵振华,1997)。在实际应用中,研究者往往从配分模式曲线的特征来判断物质来源。相同来源的物质往往具有非常相似的稀土配分模式曲线,所以,在物源示踪研究中,稀土元素得到了广泛的应用。在反映盆地物源区性质的指标中,稀土元素分布模式是最可靠的指标之一。源自上地壳的稀元素具有轻稀土富集、重稀土含量稳定和明显负Eu异常等特征(McLennan,1995;Bhatia,1986)。本书做了川东南-湘西地区志留系小河坝组砂岩稀土元素样品Leed球粒陨石标准化的配分模式曲线(图6,7),稀土元素总体具有轻稀土富集、重稀土含量稳定、明显的负铕异常等特征,样品的球粒陨石标准化配分模式相似,均属轻稀土富集型,Ce基本正常。从研究区的稀土元素配分模式可以判断川东南-湘西地区志留系小河坝组的物源一致。总体显示出研究区志留系小河坝组砂岩与上地壳基本一致的分布模式,说明研究区志留系小河坝期沉积岩的原始物质应源自上地壳。李双建和张廷山等对黔中隆起北侧的贵州习水喉滩、綦江观音桥志留系石牛栏组灰岩和靠近雪峰山隆起西北侧的湖南石门磺厂志留系罗惹坪组泥岩的稀土元素地球化学进行了研究(张廷山,1998;李双建,2008)。比较显示研究区地区的REE配分模式与石门磺石的罗惹坪组泥岩的REE配分模式(笔者采用Leed球粒陨石对参考文献中的数据进行统一标准化)十分接近(图8为本书数据,图9中的方形样品为贵州习水;三角形为湘西样品;菱形样品为湖北石门样品),都显示出轻稀土富集、重稀土相对亏损的右倾型,存在明显负Eu异常,Ce基本正常。且稀土元素各种特征参数比值都很接近,说明研究区与石门磺石具有相似的物质来源。而川东南地区的稀土元素配分模式图与靠近黔中隆起的贵州习水喉滩、綦江观音桥石牛栏组灰岩的稀土元素配分模式存在明显的不同。表明研究区与石门的罗惹坪组应为同源,而与贵州习水喉滩、綦江观音桥石牛栏组应不同源。图8 湘西小河坝组砂岩稀土元素配分模式图9 湘西地区侵入岩稀土元素配分模式(据刘钟伟,1994)前人大量的研究结果表明,震旦纪-早志留世沉积时期,黔中隆起接受的是以碳酸盐岩为主的沉积,并且在其北侧未见有侵入岩体的报道,小河坝期若是黔中隆起向川东南地区提供的物源,那么在川东南地区的小河坝组砂岩应该体现碳酸盐岩作为物源的沉积记录,本次对研究区稀土测试研究结果显示,小河坝组砂岩物源区应为沉积岩与碱性玄武岩的混合区,所以物源只能是来自雪峰山隆起。同时与刘钟伟对湘西地区古丈、芷江、沅陵、怀化及通道一带侵入在新元古界板溪群(局部为下震旦统)中之北东向岩体的稀土元素配分模式相近(图9)。说明川东南志留系小河坝组砂岩的物源来自雪峰山隆起的新元古界板溪群及其侵入岩体。据前人研究成果,川东南-湘西地区志留系小河坝组砂岩的物源来自雪峰山隆起南西段的古丈、芷江、沅陵、怀化及通道一带的新元古界板板溪群及其侵入板溪群中的基性-超基性岩体及中-基性喷出岩。小河坝组砂岩重砂矿物研究结果也证明了这一结论。Bhatia et (1983,1986)在对澳大利亚东部不同大地构造背景的沉积盆地中砂岩和泥岩的稀土元素特征总结如表8。该表系统地揭示了稀土元素分布特征所反映的沉积盆地的大地构造背景和物源区类型。本书数据与表中数据对比显示,本区小河坝组砂岩的物源区与活动大陆边缘抬升基地类型相近。表8 不同大地构造背景沉积盆地杂砂岩的稀土元素特征川东南-湘西地区志留系小河坝组砂岩多表现明显负异常,应用上述稀土元素的特征进一步判断物源区的性质:根据轻重稀土比值与稀土总量图解(La/Yb-∑REE图解,底图据Alleyre,1978)。其投点主要分布在沉积岩和碱性玄武岩的交汇区,仅少数几个样品落在了沉积岩区(图10)。说明研究区志留系小河坝组砂岩的源区主要为沉积岩和碱性玄武岩混合区。C GdN/YbN比值与源区特征在地球演化初期,Gd含量较高,随着元素分馏作用,Gd含量越来越小。Gd/Yb的比值也就随着地层时代的变新而逐渐变小(Taylor,1985;Mclennan,1993)。以Gd/Yb等于0为界,太古宇的Gd/Yb比值常大于0;而后太古宙的年轻地层则小于0。由于Gd和Yb在沉积过程中受地质作用的干扰较小,一旦封闭到沉积地层中,它们的含量就很难改变,因而可用它们判别母岩的特性。同样Gd/Yb的比值也是一个常用的判断沉积地层相对时间的方法,它具有随着地层时代的变新而逐渐变小的特点(邵磊等,2001)。图10 川东南-湘西志留系小河坝砂岩La/Yb-∑REE图解(底图据Alleyre,1978)川东南-湘西地区小河坝组砂岩37件Gd/Yb比值分析表明(图11),总体以0为界,样品数值全部在5~86,比较集中。可能反映其源岩类型比较单一。约76%的样品小于0。表明研究区志留系小河坝组砂岩的源岩地层时代主要以后太古宙地层为主;同时含有少量的太古宙地层的源岩。图11 川东南-湘西地区小河坝组GdN-GdN/YbN关系图
稀土元素的用途:大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的 铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出 稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热 中子吸收截面比广泛用于 核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。除镱外, 钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、 磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。 常用的氯化物体系为KCl-RECl3他们在工农业生产和科研中有广泛的用途,在钢铁、 铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的 磁性材料其磁性极强,用途广泛。在化学工业中广泛用作催化剂。 稀土氧化物是重要的 发光材料、 激光材料。简介:稀土元素是17种特殊的元素的统称,它的得名是因为瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物,所以得名稀土元素。稀土元素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。共性:1、它们的原子结构相似;2、离子半径相近(RE 3+离子半径06×10 -10m~84×10 -10m,Y 3+为89×10 -10m);3、它们在自然界密切共生。特性:稀土元素是周期表中IIIB族钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价+3,其 水合离子大多有颜色,易形成稳定的配化合物。 稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈 熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。可用 氯化物和 氟化物两种盐系,前者以稀土氯化物为原料加入电解槽,后者则以氧化物的形式加入。
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稀少得方面资源,很有探讨意义
稀土元素是指原子序数从57到71的15个镧系元素,在元素周期表中属ⅢB族,同族中39号元素钇一般也看作稀土元素,同族中21号元素钪早期也有人把划入稀土元素,但多数研究者将它排除在外,因为它们在自然界中与稀土元素共生关系不密切,化学性质差别也比较大。稀土元素根据它们在物理化学性质上的某些差别可以将它们分成两组:从La到Eu称为轻稀土(LREE),或铈组稀土;从Gd到Lu,包括Y称为重稀土(HREE),或钇组稀土。稀土元素的离子半径近似,电价以三价为主,故它们的地球化学行为近似。当然也存在一定的差别,其原因在于:①离子半径有微小差别;②碱性不同决定了它们的沉淀顺序和迁移能力有所不同;③形成络合物的能力各不相同,因而在自然界中的迁移能力也不相同;④它们被吸附的能力随原子序数的增加、半径的减小而减小。这样就造成了它们在自然界中发生一定程度的分离(即出现“亏损”和“富集”)而显示不同的分配特点。(1)样品采集及分析本次研究分别在川东南的南川、万盛、道真、武隆、石柱、黔江、酉阳、秀山、沿河,以及湘西的花垣、永顺、龙山、咸丰、宣恩等地共采集了210件志留系小河坝组砂岩样品(图5)。从各个剖面选取了37件新鲜样品进行了稀土元素及微量元素地球化学分析(每个剖面的样品自底部向顶部依次编号见表6),主要岩性为砂岩、细砂岩,样品稀土元素分析在中国科学院青岛海洋研究所分析与检测中心完成。样品破碎后研磨至200目,然后装袋备用。分析步骤为:称取40mg样品于Teflon溶样罐中,加入6mLHNO3+2mLHF封盖后,静置2h后,于150℃电热板上溶样24h;加25mLHClO4于150℃电热板上敞开蒸酸至近干;加1mLHNO3+1mLH2O密闭于120℃电热板回溶12h;用高纯H2O定容至40g;然后在仪器ICP-MS上进行测试,各标准样品(GSR-1,GSR-3,BHVO-2,BCR-2)及空白样品所测稀土元素的线性较好,分析误差基本都小于5%,很少大于10%,相同样品测试结果一致,测试结果准确可信。各测试样品最终结果取三次测定的平均值。表6 川东南-湘西志留系小河坝组砂岩稀土元素地球化学分析数据(μg/g)注:数据测试在中国科学院青岛海洋研究所分析与检测中心进行。(2)稀土元素含量及其特征值各沉积岩中稀土元素含量及化学参数见表6和表7。表7 川东南-湘西志留系小河坝组砂岩稀土元素(μg/g)及地球化学参数续表注:陨石数据根据Leed球粒陨石(田彰正,1973);稀土元素总量∑REE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu;轻稀土元素含量LREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu;重稀土元素含量HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu;L/H:轻稀土含量与重稀土含量之比;(LaN/YbN):LaN和YbN经球粒陨石标准化的比值;Eu/Eu*=Eu/(SmN×GdN)1/2;Ce/Ce*=Ce/(LaN×PrN)1/2;(Lan/Ybn):Lan和Ybn经北美页岩标准化的比值。川东南、湘西地区志留系小河坝组砂岩样品的稀土元素分析结果(表6)表明,在湘西的宣恩板寮、龙山水田坝、咸丰、永顺、花垣等地稀土总量(不包括Y)介于05~68μg/g之间,平均值为02μg/g。在川东南的南川、武隆、道真、秀山、酉阳、沿河、石柱漆辽、黔江石会等地稀土总量介于35~63μg/g之间,平均值为3μg/g。总体上,研究区志留系碎屑岩的稀土元素含量都明显高于大陆上地壳的平均稀土元素总量值(4μg/g),而比较接近北美页岩的平均值(2μg/g)。其中,LREE/HREE为轻、重稀土元素比值,能够反映样品轻、重稀土的分异状况,在同一类岩石中,若该值较大,说明轻、重稀土分异明显,轻稀土元素相对富集,重稀土元素则相对亏损。川东南地区样品的LREE/HREE为41~81,平均值为05,在湘西样品的LREE/HREE为74~44,平均值为77,研究区都略高于北美页岩的比值(44),表明研究区相对富集轻稀土元素,重稀土相对亏损。LaN/YbN是稀土元素球粒陨石标准化图解中分布曲线的斜率,反映曲线的倾斜程度。LaN/SmN、GdN/YbN分别反映了轻、重稀土元素之间的分馏程度,LaN/SmN值越大,表明轻稀土越富集;GdN/YbN值越小,表明重稀土越富集。川东南样品的LaN/YbN为23~57,平均值为52,湘西样品的LaN/YbN为69~61,平均值为05,表明研究区样品的轻、重稀土元素分异较大。LaN/SmN、GdN/YbN分别反映轻稀土元素之间、重稀土元素之间的分馏程度。川东南样品的LaN/SmN介于51~81之间,平均值为69,湘西地区样品的LaN/SmN介于之间62~01,平均值为51,表明研究区轻稀土元素之间分异明显;川东南地区样品的GdN/YbN介于52~86,平均值为95,湘西地区样品的GdN/YbN介于63~48,平均值为97,表明研究区重稀土元素之间分异不明显。Eu具有明显的负异常,川东南地区样品的δEu为55~68,平均值为61,湘西地区的样品的δEu为55~70,平均值为63,研究区的δEu与北美页岩标准值(δEu=65)较为接近;川东南地区样品的δCe在66~96之间,平均值为94,湘西地区的样品的δCe在94~97之间,平均值为96,两区的δCe值基本正常。(3)稀土元素的球粒陨石标准化配分模式采用Leed球粒陨石(田彰正,1973)标准值对研究区志留系小河坝组砂岩样品进行标准化,其稀土元素配分模式基本类似,均为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型,分布曲线在轻稀土处具有较大的斜率,而在重稀土处较为平坦,Eu处出现一个明显“V”形,存在负Eu异常,表明沉积物的物源较为一致,物源相对稳定;从研究区稀土元素配分模式图6和图7可以看出La-Eu段轻稀土配分曲线较陡、斜率较大,表现为明显的“右倾”,说明轻稀土元素之间的分馏程度较高;Gd-Lu段重稀土配分曲线较为平坦、斜率较小,重稀土元素之间的分馏程度较低。图6 湘西志留系小河坝组砂岩稀土元素配分模式图7 川东南志留系小河坝组砂岩稀土元素配分模式(4)稀土元素的物源分析A沉积速率前人研究表明,稀土元素中各元素在电价、被吸附能力等性质上仍有一定的差异,随着环境的改变会发生分异,在海洋环境中尤为明显。主要表现为轻稀土元素与重稀土、铈(Ce)和铕(Eu)与其他元素间的分离。REE大部分被结合于碎屑矿物或以悬浮物入海,碎屑或悬浮颗粒在海水中停留时间的差异是造成REE分异程度不同的重要原因之一。当悬浮物在海水中停留时间较短时,REE随其快速沉积下来,与海水发生交换的机会少,分异弱,这种沉积物的页岩标准化的REE配分模式比较平缓,Ce呈正常型或弱负异常,曲线斜率Lan/Ybn值为1左右。当悬浮颗粒在海水中停留时间较长,即其沉降缓慢,促进了更细颗粒中的REE分解作用,使带入海水中的REE有足够的时间被粘土吸附、与有机质络合和进行相关的化学反应,导致REE的强烈分异,沉积物中页岩标准化稀土配分模式发生显著变化,含量上轻、重稀土元素出现亏损或富集,Lan/Ybn值明显大于1或小于1,Ce也发生选择性分异,氧化环境中易呈Ce4+沉淀,具显著负异常,而缺氧条件下负异常消失,甚至出现正异常。因此,可以认为REE的分异程度是沉积颗粒沉降速率快慢的响应。基于海水中粘土等细碎屑悬浮物是有机质和REE共同的“宿主”,有机质又是REE最强的吸附剂之一,二者具有共同的沉降速率。本书将REE的分异程度作为一种指示剂来表征沉积物沉积速率。川东南地区志留系小河坝组砂岩Lan/Ybn值在62~85之间,均值为55(表7),湘西地区志留系小河坝组砂岩Lan/Ybn值在28~0之间,均值为48,从川东南到湘西地区Lan/Ybn的值逐步降低,表明沉积物的沉积速率有增加的趋势,反映了距物源近的特点。海水中有机质主要以颗粒状或细颗粒等形式沉淀,沉积颗粒的沉降速率对有机质的聚集和保存影响显著。研究区志留系小河坝期沉积速率普遍较高,使得龙马溪期沉积的有机质聚集和保存,这一点在前人对本区的有机碳含量研究上也有体现。总体上看,川东南地区沉积物的沉积速率较湘西低,表明湘西更接近物源区,其海水深度也较浅。B稀土元素对物源的指示意义稀土元素在水体中停留的时间非常短,能够快速进入到细粒沉积物中且不发生分异,能更好地保留源区的地球化学信息(杨守业,1999;Cullers,1988),因此对沉积物具有示踪意义。杨守业等综合前人研究,认为控制沉积物中稀土元素组成最主要的因素是物源。在稀土元素示踪物源研究中,应注重稀土元素配分模式曲线的几何形态,而不是稀土元素的绝对丰度(赵振华,1997)。在实际应用中,研究者往往从配分模式曲线的特征来判断物质来源。相同来源的物质往往具有非常相似的稀土配分模式曲线,所以,在物源示踪研究中,稀土元素得到了广泛的应用。在反映盆地物源区性质的指标中,稀土元素分布模式是最可靠的指标之一。源自上地壳的稀元素具有轻稀土富集、重稀土含量稳定和明显负Eu异常等特征(McLennan,1995;Bhatia,1986)。本书做了川东南-湘西地区志留系小河坝组砂岩稀土元素样品Leed球粒陨石标准化的配分模式曲线(图6,7),稀土元素总体具有轻稀土富集、重稀土含量稳定、明显的负铕异常等特征,样品的球粒陨石标准化配分模式相似,均属轻稀土富集型,Ce基本正常。从研究区的稀土元素配分模式可以判断川东南-湘西地区志留系小河坝组的物源一致。总体显示出研究区志留系小河坝组砂岩与上地壳基本一致的分布模式,说明研究区志留系小河坝期沉积岩的原始物质应源自上地壳。李双建和张廷山等对黔中隆起北侧的贵州习水喉滩、綦江观音桥志留系石牛栏组灰岩和靠近雪峰山隆起西北侧的湖南石门磺厂志留系罗惹坪组泥岩的稀土元素地球化学进行了研究(张廷山,1998;李双建,2008)。比较显示研究区地区的REE配分模式与石门磺石的罗惹坪组泥岩的REE配分模式(笔者采用Leed球粒陨石对参考文献中的数据进行统一标准化)十分接近(图8为本书数据,图9中的方形样品为贵州习水;三角形为湘西样品;菱形样品为湖北石门样品),都显示出轻稀土富集、重稀土相对亏损的右倾型,存在明显负Eu异常,Ce基本正常。且稀土元素各种特征参数比值都很接近,说明研究区与石门磺石具有相似的物质来源。而川东南地区的稀土元素配分模式图与靠近黔中隆起的贵州习水喉滩、綦江观音桥石牛栏组灰岩的稀土元素配分模式存在明显的不同。表明研究区与石门的罗惹坪组应为同源,而与贵州习水喉滩、綦江观音桥石牛栏组应不同源。图8 湘西小河坝组砂岩稀土元素配分模式图9 湘西地区侵入岩稀土元素配分模式(据刘钟伟,1994)前人大量的研究结果表明,震旦纪-早志留世沉积时期,黔中隆起接受的是以碳酸盐岩为主的沉积,并且在其北侧未见有侵入岩体的报道,小河坝期若是黔中隆起向川东南地区提供的物源,那么在川东南地区的小河坝组砂岩应该体现碳酸盐岩作为物源的沉积记录,本次对研究区稀土测试研究结果显示,小河坝组砂岩物源区应为沉积岩与碱性玄武岩的混合区,所以物源只能是来自雪峰山隆起。同时与刘钟伟对湘西地区古丈、芷江、沅陵、怀化及通道一带侵入在新元古界板溪群(局部为下震旦统)中之北东向岩体的稀土元素配分模式相近(图9)。说明川东南志留系小河坝组砂岩的物源来自雪峰山隆起的新元古界板溪群及其侵入岩体。据前人研究成果,川东南-湘西地区志留系小河坝组砂岩的物源来自雪峰山隆起南西段的古丈、芷江、沅陵、怀化及通道一带的新元古界板板溪群及其侵入板溪群中的基性-超基性岩体及中-基性喷出岩。小河坝组砂岩重砂矿物研究结果也证明了这一结论。Bhatia et (1983,1986)在对澳大利亚东部不同大地构造背景的沉积盆地中砂岩和泥岩的稀土元素特征总结如表8。该表系统地揭示了稀土元素分布特征所反映的沉积盆地的大地构造背景和物源区类型。本书数据与表中数据对比显示,本区小河坝组砂岩的物源区与活动大陆边缘抬升基地类型相近。表8 不同大地构造背景沉积盆地杂砂岩的稀土元素特征川东南-湘西地区志留系小河坝组砂岩多表现明显负异常,应用上述稀土元素的特征进一步判断物源区的性质:根据轻重稀土比值与稀土总量图解(La/Yb-∑REE图解,底图据Alleyre,1978)。其投点主要分布在沉积岩和碱性玄武岩的交汇区,仅少数几个样品落在了沉积岩区(图10)。说明研究区志留系小河坝组砂岩的源区主要为沉积岩和碱性玄武岩混合区。C GdN/YbN比值与源区特征在地球演化初期,Gd含量较高,随着元素分馏作用,Gd含量越来越小。Gd/Yb的比值也就随着地层时代的变新而逐渐变小(Taylor,1985;Mclennan,1993)。以Gd/Yb等于0为界,太古宇的Gd/Yb比值常大于0;而后太古宙的年轻地层则小于0。由于Gd和Yb在沉积过程中受地质作用的干扰较小,一旦封闭到沉积地层中,它们的含量就很难改变,因而可用它们判别母岩的特性。同样Gd/Yb的比值也是一个常用的判断沉积地层相对时间的方法,它具有随着地层时代的变新而逐渐变小的特点(邵磊等,2001)。图10 川东南-湘西志留系小河坝砂岩La/Yb-∑REE图解(底图据Alleyre,1978)川东南-湘西地区小河坝组砂岩37件Gd/Yb比值分析表明(图11),总体以0为界,样品数值全部在5~86,比较集中。可能反映其源岩类型比较单一。约76%的样品小于0。表明研究区志留系小河坝组砂岩的源岩地层时代主要以后太古宙地层为主;同时含有少量的太古宙地层的源岩。图11 川东南-湘西地区小河坝组GdN-GdN/YbN关系图