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大离子亲石元素

电荷低、离子半径大的亲石元素类别
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大离子亲石元素(LILE)是一类具有较大离子半径、较低电荷且易溶于水的化学元素 [1-2]。主要包括Rb、Th、U、K、Ba、Sr等元素,通常与轻稀土元素共同富集在花岗岩等岩石中 [1] [4]。研究表明这类元素在俯冲带流体活动中呈现显著分异特征,其比值(如Ba/Th)被用作区分流体来源的地球化学指标 [3] [5]。地质学家通过分析大离子亲石元素的富集规律,揭示了花岗岩成岩过程和板块俯冲带物质循环的机制 [1] [3-4]
定    义
电荷低、半径大的亲石元素
离子半径
>0.9Å(氧离子半径)
电荷特征
+1至+3价
典型元素
Rb、K、Ba、Sr、Th
溶解度
易溶于水溶液
应用领域
岩石成因研究

地球化学特征

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大离子催乃笑断雄笑少亲石元素因具有地棕良低离子电位(π)特性,在花岗质岩浆演化过程中优先富集。内蒙古赵井沟钾长花岗岩中Rb、Th、U的富集系数达原始地幔值的10-100倍 [1],而高场强元素(H辣击钻f、Y)则呈现相对亏损。这种"富集-亏损"模式催柜趋在祁漫塔格地泪匙区花岗闪长岩中同样显著,表现为Rb含量高达140ppm、K₂O含量超过4% [4]
地壳物质部分熔融实验显示,大离子亲石元素的迁移能力与其离子半径呈正相关。在A型花岗岩形成过程中,这些元素通过流体相优先进入熔体,导致残余相中高场强元素相对富集 [1]。二价元素Eu和Pb由于具有较大的离子半径(1.17Å和1.19Å),也被归类为大离子亲石元素 [2]兵元酷乎。

俯冲带流体中的行为

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2020年东阿尔卑斯造山带研究表明,不同来源俯冲流体会导致大离子亲石元素含量显著差异:碳酸盐沉积物流体交代的岩石LILE含量较原始地幔高2-5倍,而蛇纹岩流体交代的岩石则亏损这些元素。过渡型片麻岩中δ²⁶Mg值低至-1.3‰与大离子亲石元素富集呈正相关性,揭示碳酸盐溶解是影响元素迁移的重要因素 [3]
北京大学2022年研究证实,沉积物熔体携带的LILE/H₂O比值与俯冲深度呈负相关。当板片熔融温度从700℃升至900℃时,Ba/La比值下降幅度达60%,反映温度变化对元素分馏的调控作用 [5]

岩石成因研究中的表现

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库德尔特花岗闪长岩(242.9±1.3Ma)的地球化学特征显示,大离子亲石元素富集与构造环境转变存在成因联系。该岩石(La/Yb)N比值达25.7,Th/Nb比值>3,表明其形成于大洋板块俯冲向碰撞转换的构造背景 [4]。内蒙古中生代花岗岩中Rb/Sr比值超过0.5,结合低Zr/Hf比值(),证实岩浆演化过程中发生过显著的流体-熔体相互作用 [1]
在岛弧岩浆成因研究中,大离子亲石元素与轻稀土元素的比值(如LILE/LREE)被用作判别流体来源的关键参数。全球岛弧玄武岩数据显示,沉积物熔体贡献率每增加5%,Ba/Th比值相应提升2-3个单位 [5]

元素分异参数指标

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地球化学研究中常用的分异参数包括:
  • Ba/Th比值:区分沉积物流体与基性岩流体的重要指标,典型岛弧岩浆该比值范围为50-300 [5]
  • Rb/Sr比值:反映地壳混染程度,未分异幔源岩浆该比值,而大陆地壳平均值达0.24 [1] [4]
  • K/Rb比值:用于判别结晶分异过程,原始玄武质熔体该比值约500,经强烈分异的伟晶岩可降至50以下
华北克拉通研究表明,早白垩世花岗岩中Th/U比值(平均4.2)与大离子亲石元素富集程度呈线性相关(R²=0.78),证实铀在流体活动中更易流失 [1] [3]