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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。不能作为科学依据。,第二章 地球化学组成,本章内容,基本概念,大陆地壳化学组成,大洋地壳化学组成,地幔化学组成,地球化学组成,小结及思索题,1/150,第,0,节、基本概念,地球化学体系,分布和丰度,分布与分配,绝对含量和相对含量,研究元素丰度意义,2/150,1.,地球化学体系,按照地球化学观点，我们把所要研究对象看作是一个地球化学体系，,每个地球化学体系都有一定空间，都处于特定物理化学状态（,C,、,T,、,P,等），而且有一定时间连续。,这个体系可大可小。,某个矿物包裹体，某矿物、某岩石可看作一个地球化学体系，某个地层、岩体、矿床（某个流域、某个城市）也是一个地球化学体系，从更大范围来讲，某一个区域、地壳、地球直至太阳系、整个宇宙都可看作为一个地球化学体系。,地球化学基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中分布（丰度）、分配问题，也就是地球化学体系中“量”研究。,3/150,2,、,分布与丰度,“丰度”,即元素在一个体系中相对含量，又称为元素在体系中,“分布”。,丰度值只反应元素在体系中分布,趋近倾向,（平均值）。实际上，元素在体系空间上分布是不均一，在较大体系中这一特征往往更显著。所以，分布还应反应元素在体系中离散程度。,3,、,分布与分配关系,：分布,整体,，分配,局部,.,分布,:,是指元素在研究体系中（太阳、陨石、地球、,地壳、地域等）总体平均含量。,分配,:,指是元素在研究体系中各部分或各区段中含量。,4/150,需要指出是，从当前情况来看，地球化学对元素特征所积累资料（包含太阳系地球地壳）都仅限于丰度资料，关于元素分布离散程度及元素分布统计特征研究，仅限于少许范围不大地球化学体系内做一些工作。,5/150,4.,绝对含量和相对含量,绝对含量单位,相对含量单位,T,吨,百分之,10,-2,kg,千克,千分之,10,-3,g,克,mg,毫克,ppm,、,mg/kg,、,g/g,、,g/T,百万分之,10,-6,g,微克,ppb,、,g/kg,十亿分之,10,-9,ng,纳克,ppt,、,ng/kg,万亿分之,10,-12,pg,皮克,pg/kg,10,-15,6/150,5.,研究元素丰度意义,元素丰度是每一个地球化学体系基本数据。,可在同一或不一样体系中进行用元素含量值来进行比较，经过,纵向（时间）、横向（空间）,上比较，了解元素,动态,情况，从而建立起元素,集中、分散、迁移,活动等一些地球化学概念。人类史在探索和了解丰度这一课题过程中，逐步建立起,近代地球化学,。,7/150,时间尺度：,Ir,元素,丰度,在,K/E,界限上突变，意味着什么？,空间尺度：,在,世界各地,K/E,界面上,Ir,元素丰度亦有,相同,变异，这示踪着什么？,18,O,13,C,突变,Ir(,10,-9,),西班牙,Barranco del Gredero K/E,剖面,Ir,丰度,改变,稳定同位素分馏,8/150,研究元素丰度是研究地球化学基础理论问题主要素材之一,。,宇宙天体是怎样起源？,地球又是怎样形成？,地壳中主要元素为何与地幔中不一样？,生命是怎么产生和演化？,这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度、分布特征和规律。,9/150,第二章 地球化学组成,厚度,(km),体积,(10,27,cm,3,),密度,(g/cm,3,),质量,(10,24,kg),质量百分比,(%),大气圈,0.000005,0.00009,水圈,3.8,0.00137,1.03,0.00141,0.024,地壳,17,0.008,2.8,0.024,0.4,地幔,2883,0.899,4.5,4.016,67.2,地核,3471,0.175,11.0,1.936,32.4,整体地球,6371,1.083,5.52,5.976,100,地球各个圈层厚度、体积、密度和质量分布（,White,，,1997,）,10/150,第一节、大陆地壳化学组成,大陆上地壳化学组成,大陆深部地壳化学组成,大陆整体地壳,化学组成,大陆地壳元素丰度特征及研究意义,11/150,大陆地壳,-The Continental Crust,大陆地壳化学组成是认识地球分异演化及其动力学过程基本资料，是人类认识地球起点，所以,大陆地壳化学组成研究一直是地球化学学科中心问题之一,。,12/150,大陆地壳元素丰度研究历史,F.M.Clarke,1889,F.M.Clarke and H.S.Washington,1924,V.M.Goldschmidt,1933,who is regarded as the father of modern geochemistry.,S.R.Taylor,1964,D.M.Shaw,1967,S.R.Taylor and S.M.McLennan,1985,K.H.Wedepohl,1992,13/150,地壳为地表向下到莫霍面，厚度改变在,5-80km,。,大陆地壳（,The continental crust,）,上部硅铝层，由沉积岩层和花岗岩、片麻岩等组成，富,Si,、,K,、,Rb,、,Th,、,U,等元素,下部硅镁层，相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩相岩石。,14/150,Figure,T-P diagram showing the generally accepted limits of the various facies.Boundaries are approximate and gradational.The“typical”or average continental geotherm is from Brown and Mussett(1993),Winter().,Upper crust,Middle Crust,Lower Crust,15/150,大陆地壳结构和组成极度不均一性,16/150,研究方法,化学组成,存在问题,一、大陆上地壳化学组成,17/150,Two Major Methods,1,、区域大规模取样法,（,Large-scale regional sampling,）,2,、简化取巧研究法,（细粒碎屑沉积物法，,Using fine-grained clastic sediments,）,（一）大陆上地壳组成研究方法,18/150,1,、区域大规模取样法,19/150,早期克拉克计算法,美国人,F.W.Clarke,和,H.S.Washington,于,1924,年发表地球化学资料中计算出来，,后人将元素在地壳中丰度称克拉克值,。,思绪：,地壳上部,16,公里范围内（最高山脉和最深海洋深度靠近,16,公里）分布着岩浆岩和变质岩占,95%,，沉积岩占,5,（,4%,页岩，,0.75%,砂岩，,0.25%,灰岩），而这,5%,沉积岩也是岩浆岩派生，所以,认为岩浆岩平均化学成份实际上能够代表地壳平均化学成份,20/150,详细方法,在世界各大洲和大洋岛屿采集了,5159,个,不一样岩浆岩样品和,676,件,沉积岩样品,对,53,种,元素进行了定量化学分析,样品数量相当于这些样品在地球表面分布面积百分比，以岩石圈,-,水圈,-,大气圈质量比为,93%-7%-0.03%,计算时用算术平均求出整个地壳平均值。,此工作重大意义：,开创性，为地球化学发展打下了良好基础；,代表陆地域域岩石圈成份，其数据至今仍有参考价值。,21/150,加拿大地盾大规模取样,Shaw、Eade和Fahring等人分析了大量样品，用了近时间（自上世纪60年代起）研究了加拿大地盾上地壳51种元素丰度。,22/150,中国东部大规模取样,高山和张本仁等、焉明才和迟清华先后用了十余年时间，采集了中国东部不一样结构单元,上万件,岩石样品，由这些样品制成,千余件,组合样品，用,13,种,方法分析了这些组合样品中,6378,种,元素含量，然后按各类岩石在区域不一样结构层可能占百分比，计算了中国东部不一样结构单元上、中、下地壳及整体地壳元素丰度。,23/150,24/150,25/150,研究大陆上地壳成份最直接伎俩,获取主量元素唯一伎俩,成本昂贵、耗时长,大规模取样法优缺点,26/150,2,、简化取巧研究法（对细粒碎屑沉积岩进行研究）,维诺格拉多夫,（,1962,）,岩石百分比法是以两份酸性岩加一份基性岩计算地壳平均化学成份。,泰勒（,1964,）则采取一份花岗岩加一份基性岩计算了全部地壳成份。,不足：未考虑岩石组成随深度和结构单元改变，这些方法局限于,20,世纪,70,年代研究中。,27/150,Shale(,页岩,),Mudstone(,泥岩,),Siltstone(,粉砂岩,),Graywacke(,杂砂岩,),Tillite(,冰碛岩,),Loess(,黄土,),对细粒碎屑沉积岩进行研究,28/150,29/150,Goldschmidt,采集了挪威南部,冰川成因粘土,（,77,个样），用其成份代表地壳平均化学成份，结果与克拉克相同，但对微量元素丰度做了大量补充和修订，,Na,2,O,和,CaO,含量偏低（与表生条件下,Na,和,Ca,轻易淋滤沉淀相关）。,泰勒和麦克伦南（,Taylor&McLennan,1985,）提出细粒碎屑沉积岩，尤其是泥质岩，可作为源岩出露区上地壳岩石天然混合样品，用,太古宙后页岩,平均值扣除,20%,计算上部陆壳元素丰度。,澳大利亚后太古宙平均页岩（,PAAS,）,北美平均页岩（,NASC,）,30/150,细粒碎屑沉积岩,法优缺点,简单且廉价；,能够提供不一样地质历史时期上地壳化学组成；,不能给出大陆上地壳主量元素丰度，对微量元素也仅限于对,REE,、,Y,、,Th,、,Sc,、,Co,等较低不溶元素或中等程度不溶元素测定。,31/150,Most elements are Mobile during Geological Processes,风化过程,Ca,、,Na,、,Sr,丢失,K,、,Rb,、,Cs,、,Ba,保留,.,Al,、,Ga,、,HSFE(Ti,、,Zr,、,Hf,、,Ta,、,Th),和,REE,、,Y,、,Sc,是不活动,32/150,侵蚀与搬运过程,The sand-size effect.,Quartz and heavy minerals,(,锆石,金红石,磁铁矿,铬铁矿,)are enriched in sandstone.,33/150,成岩作用,很多元素对氧化还原条件很敏感,Fe,、,Mn,在缺氧条件下会倾向形成易溶组分,Fe,、,Cu,、,Mo,、,Pb,、,Zn,、,V,、,Ni,、,S,、,C,经常在一些缺氧沉积物中，因为它们倾向形成硫化物,U,也喜好在一些缺氧沉积物中,34/150,变质作用,Li,和,Pb,可能会增加,大多数元素和尤其是,REE,、,Y,、,Th,、,HFSE,、,Cr,、,Sc,是不活动,35/150,Quantitatively transferred into,fine-grained clastic sediments,Insoluble elements,Ti Group,Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Sn,Cr,Al Group,Al,Ga,REE Group,REE,Y,Th,Sc,Co,Fe Group,Fe,Mn,Cu Group,Cu,Pb,Zn,Heavy minerals,Little dispersion,in igneous rocks,Redox sensitive,Sulphides,36/150,大陆上地壳和细粒碎屑沉积岩含有完全相同,REE,配分模式。,37/150,大陆上地壳一些元素固定比值特征,38/150,39/150,中国地质大学（武汉）高山资料,40/150,（二）大陆上地壳化学组成,主量元素：,大规模取样法,微量元素：,大规模取样法,细粒碎屑沉积岩采样,采取元素比值（,REE,）对其它元素进行估算,41/150,Taylor&McLennan,Shaw et al.,Wedepohl,Condie,Gao et al.,Rudnick&Gao,1985,1967,1995,1993,1998,SiO2,66,64.93,64.93,66.21,65.46,65.84,TiO2,0.5,0.52,0.52,0.55,0.65,0.60,Al2O3,15.2,14.63,14.63,14.96,13.65,14.31,FeOT,4.50,3.97,3.97,4.70,5.13,4.92,MnO,0.07,0.068,0.07,0.1,0.10,MgO,2.2,2.24,2.24,2.42,2.52,2.47,CaO,4.2,4.12,4.12,3.6,3.31,3.46,Na2O,3.9,3.46,3.46,3.51,2.75,3.13,K2O,3.4,3.1,3.1,2.73,2.58,2.66,H2O,0.79,0.79,2.11,2.11,P2O5,0.2,0.15,0.15,0.12,0.15,0.14,Total,100.17,97.98,97.98,98.80,98.41,99.71,大陆上地壳主要元素各种预计,42/150,Upper crustal compositional estimates,(Taylor and McLennan,1985),43/150,（三）大陆上地壳化学组成研究中存在问题,不少微量元素在上地壳中丰度还不清楚,研究程度低,不一样研究结果差异大,过渡元素,Sc,、,V,、,Cr,、,Co,、,Ni,、,Cu,等在加拿大地盾与中国东部上地壳预计值差异大。,原因：加拿大地盾没有考虑上地壳组成差异、且出露角闪岩为主（代表中地壳）,其它疑难元素,Be,、,B,、,S,、,Cl,、,As,、,Se,、,Nb,、,Mo,、,Sn,、,Sb,、,Cs,、,Ba,、,Ta,、,W,、,Re,、,Tl,、,Hg,、,Bi,、,U,、,PGE,：分析难、难溶,44/150,研究方法,大陆中地壳成份,大陆下地壳成份,二、大陆深部地壳化学组成,45/150,（一）研究方法,主要路径：,暴露地表深部地壳剖面（,exposed crustal cross section),火山岩中深部地壳包体（角闪岩和麻粒岩）,地球物理法：利用勘探获取地震波速与岩石化学组成之间对应关系进行反演,46/150,Crustal structure based on deep crusal xenoliths,(Mengel et al.,1992),47/150,48/150,出露地表大陆地壳剖面普通模式,Percival et al,，,1992,49/150,地震波速,150 MPa,下侵入岩,Vp,随成份改变,(Fountain and Christensen,1989),纵波,(Vp),固液气中均可传输，速度快,横波,(Vs),只能在固体中传输，速度慢,泊松比,(,),横向变形系数,=0.51 1/(Vp/Vs),2,1,50/150,橄榄岩,榴辉岩,辉长岩,铁镁质麻粒岩,51/150,(Rudnick and Fountain,1995),52/150,（一）研究方法,存在问题：,出露地表麻粒岩地体与产于火山岩中麻粒岩包体在形成条件和成份上存在重大差异,下地壳不一样尺度上,成份不均一,地球物理对深部探测是间接，其解释是,非唯一,53/150,麻粒岩包体和麻粒岩地体差异,麻 粒 岩 地 体,麻 粒 岩 包 体,时 代,太古 元古宙,后太古宙,压 力,700-1000 MPa,1000-1500 MPa,深 度,25-35 km,35-50 km,岩 性,中性和长英质为主,镁铁质超镁铁质为主,SiO,2,55-75%,40-55%,原因：,一、代表地壳不一样层次：麻粒岩地体代表下地壳中上部，麻粒岩包体代表地壳底部至壳幔过渡带。,二、地壳成份和地壳生长机制随时间演化。,54/150,1,、蛇纹岩,2,、石英岩,3,、花岗岩,4,、花岗闪长岩,5,、角闪岩相长英质片麻岩,6,、石英云母片岩,7,、绿片岩相变辉长岩,8,、辉长岩,9,、斜长角闪岩,1,、长英质角闪片麻岩,2,、长英质片麻岩,3,、中性麻粒岩,4,、斜长岩,5,、镁铁质麻粒岩,6,、斜长角闪岩,7,、麻粒岩相变泥质岩,8,、辉石岩,9,、榴辉岩,10,、纯橄榄岩,/,二辉橄榄岩,Holbrook et al.(1992),55/150,（二）大陆中地壳成份,含有花岗闪长,云英闪长质总体成份,SiO,2,和,K,2,O,低于上地壳，,MgO,、,FeO,和,CaO,高于上地壳,REE,分配模式仅显示弱负,Eu,异常或没有,Eu,异常,56/150,（三）大陆下地壳成份,相对于上地壳，下地壳显著亏损,K,和,U,，不具,Eu,异常或具,Eu,正异常,After Rudnick and Gao,57/150,大陆地壳总体是安山质或花岗闪长质，,SiO,2,含量范围为,57-63%,三、大陆整体地壳化学组成,58/150,具显著亏损,Nb,、,Ta,等高场强元素和富集,Pb,为特征。,这一特征类似许多岛弧岩石，说明现今大陆地壳可能主体形成于岛弧环境。,59/150,从上地壳至下地壳随,SiO,2,含量逐步降低，不相容元素含量亦逐步降低，相容元素含量逐步升高。,大陆地壳储存了全硅酸盐地球大部分不相容元素（,33%-35%,Rb,Ba,K,Pb,Th,U,）。,60/150,四、地壳元素丰度特征及研究意义,元素丰度特征,研究意义,区域元素丰度研究,61/150,1.,地壳中元素相对平均含量是极不均一,，丰度最大元素是,O,：,47%,，与丰度最小元素,Rn6x10,-16,相差达,10,17,倍。相差十分悬殊。,前九种元素：,O,、,Si,、,Al,、,Fe,、,Ca,、,Na,、,K,、,Mg,、,Ti,前五种,:,82.58%,前九种,:,98.13%,前十五种元素占,99.61%,，其余元素 仅占,0.39%,这表明：地壳中只有少数元素在数量上起决定作用，而大部分元素居隶属地位。,（一）地壳元素丰度特征,62/150,（一）地壳元素丰度特征,2.,对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发觉，它们在元素丰度排序上有很大不一样：,太阳系：,HHeONeNCSiMgFeS,地球：,FeOMgSiNiSCaAlCoNa,地壳：,OSiAlFeCaNaKMgTiH,与太阳系或宇宙相比，地壳和地球都显著地贫,H,He,Ne,N,等气体元素；,而地壳与整个地球相比，则显著贫,Fe,和,Mg,，同时富集,Al,K,和,Na,。,63/150,分析结论：,地壳中元素丰度特征是由元素起源直到太阳系、地球（地壳）形成和存在至今这一段漫长时期内元素演化历史最终止果。,地球形成,气态元素逃逸,核化学,地球演化,易熔碱金属铝硅酸盐在地球表层富集，而较重难熔镁、铁硅酸盐和金属铁则向深部集中,电子化学,元素原子核结构和稳定性,物质分异,64/150,3.,地壳中元素丰度不是固定不变，它是不停改变开放体系。,地球表层,H,、,He,等气体元素逐步脱离地球重力场；,天天降落到地球表层地外物质,10,2,10,5,吨；,地壳与地幔物质交换；,放射性元素衰变；,人为活动干扰。,（一）地壳元素丰度特征,65/150,（一）地壳元素丰度特征,4.,地壳元素分布不均一性。,空间上分布不均一性,时间上地壳元素分布不均一性,66/150,空间上分布不均一性,垂向深度（陆壳）：,上下地壳元素丰度不均匀性：,上地壳,：,0-812,km,偏酸性火成岩、沉积岩；,下地壳,：,812,km,-,莫霍面,麻粒岩、玄武岩。,Ri,=,上地壳元素丰度,/,下地壳元素丰度：,Ri,约等于,1:Ca,Si,Zr,Nd,Pb,等；,Ri 1:Cl,C,Cs,K,Rb,U,Th,Bi,Tl,Nb,等。,反应了地壳物质在分异调整过程中宏观趋势。,67/150,横向分布：,大陆地壳和海洋地壳不均一性,洋壳：,占地球表面,60%,以上，厚,5-16km,，它们化学成份与地幔物质相同，,以镁、铁硅酸盐为主,，主要分布着,Cr,Fe,Ni,Pt,等亲铁元素。,陆壳：,占地球表面,30%,，厚,30-50,km,，它们化学成份,由铝、钾硅酸盐组成,，主要分布着亲氧及亲硫元素,W,，,Sn,，,Mo,Cu,Pb,Zn,Ag,等。,陆壳内：,板块间、区域间、地质体间、岩石间、矿物间元素分布不均一性。,68/150,时间上地壳元素分布不均一性,伴随地质历史发展，元素活动与分布有着显著规律性。,地史早期：,一些稳定元素在地史早期富集。,Au,元素：主要产在前寒武纪；,Fe,元素,:,主要产在前寒武纪元古代（前寒武纪变质铁矿占世界铁矿储量,60%,）。,地史晚期：,一些活泼不稳定元素向着地史晚期富集。,Sn,Nb,Ta,和,W,等元素：钨成矿作用高峰期在中生代（燕山期）。,69/150,世界部分大陆（北美、南非、印度）不一样地史时期,成矿元素改变规律,:,前寒武纪,：,Pt,Fe,Ni,Co,Au,U,(,占这些元素储量,50%,以上,);,古生代,:,U,Pb,Co,Ni,Pt,其次为,W,Sn,Mo,Pb,Zn,Hg,等,;,中生代,:,W,Sn,Ag,Sb,等,;,新生代,:,Hg,Mo,Cu,Pb,Zn,等。,以上是从地质历史大时间跨度上来说是这么，就是从某一时期内元素在时间上分布也是不均匀。,70/150,（二）元素地壳丰度研究地球化学意义,元素地壳丰度,(,克拉克值,),是地球化学中一个很主要基础数据。它确定了地壳中各种地球化学作用过程总背景，它是衡量元素集中、分散及其程度标尺，本身也是影响元素地球化学行为主要原因。,71/150,元素克拉克值在某种程度上影响元素参加化学过程浓度，从而支配元素地球化学行为,。,比如,，地壳元素丰度高,K,、,Na,，在天然水中高浓度，在一些特殊环境中，发生过饱和作用而形成各种独立矿物（盐类矿床）；而地壳元素丰度低,Rb,、,Cs,，在天然水中极低浓度，达不到饱和浓度，为此不能形成各种独立矿物而呈分散状态。,1.,控制元素地球化学行为,72/150,试验室条件下，化合成数十万种化合物。,自然界中却只有,3000,各种矿物。,限定自然界矿物种类及种属,73/150,问题：,为何酸性岩浆岩造岩矿物总是长石、石英、云母、角闪石为主？,因为地壳中,O,Si,Al,Fe,K,Na,Ca,等元素丰度最高，浓度大，轻易到达形成独立矿物条件。,自然界浓度低元素极难形成独立矿物，如硒酸锂,(Li,2,SeO,4,),和硒酸铷,(Rb,2,SeO,4,),；但也有例外，,“,Be”,元素地壳丰度很低,(1.710,-6,),，,不过它能够形成独立矿物,Be,3,Al,2,Si,6,O,18,(,绿柱石,),。,74/150,自然界常见矿物,钠长石,石英,云母,角闪石,75/150,限制了自然体系状态,试验室条件下能够对体系赋予不一样物理化学状态，而自然界体系状态受到限制，其中一个主要原因就是元素丰度影响。比如，酸碱度,pH,值在自然界改变范围比在试验室要窄很多，氧化还原电位也是如此。,对元素亲氧性和亲硫性限定,在试验室条件下，化合物组成剂量能够任意调配。在自然条件下，情况就不一样了：在地壳,O,丰度高，,S,丰度低环境下，,Ca,元素显然是亲氧；在地幔，陨石缺,O,富,S,环境，能形成,CaS,(,褐硫钙石,),。,76/150,2.,可作为微量元素集中、分散标尺,可认为说明地球化学省(场)特征提供标准。例如在东秦岭地区进行区域地球化学研究表明：东秦岭是一个富Mo贫Cu地球化学省，Mo元素区域丰度比地壳克拉克值高2.3倍，而Cu元素则低于地壳克拉克值，这么区域地球化学背景，有利于形成Mo成矿带。,77/150,资源：,Mo,地壳丰度,110-6,，东秦岭,Mo,区域丰度,2.310-6 Mo,地球化学省。,78/150,环境：克山病病区中土壤有效,Se,、饮水,Se,含量、主食中,Se,含量普遍低于地壳背景，造成人体,Se,低水平。,79/150,一些,元素克拉克比值,是相对稳定，当发觉这些元素比值发生了改变，示踪着某种地球化学过程发生。,比如稀土元素比值、,Th/U,（,3.3-3.5,）、,K/Rb,、,Zr/Hf,、,Nb/Ta,在地壳环境下，性质相同，难以彼此分离，有相对稳定比值。一旦某地域、某地质体中某元素组比值偏离了地壳正常比值，示踪着某种过程发生。,Th/U8-10,则可认为本区发生了钍矿化。,指示特征地球化学过程,80/150,实例：东秦岭钼矿带各期岩浆岩中钼元素丰度改变,前加里东期,基性火山岩（变质为斜长角闪岩）安山岩、安山玢岩,加里东期,辉绿岩、辉长辉绿岩,燕山期,花岗闪长岩、花岗斑岩、石英斑岩（深源）,2.5ppm-5ppm,早 基性,Mo,少,4-7ppm,十几几十,ppm,晚 酸性,Mo,多,81/150,浓度克拉克值和浓集系数,浓度克拉克值,=,某元素在某一地质体中平均含量,/,某元素克拉克值,1,意味该元素在地质体中集中了,1,意味该元素在地质体中分散了,区域浓度克拉克值,=,某元素在区域内某一地质体中平均含量,/,某区域元素丰度值,浓集系数,=,某元素最低可采品位,/,某元素克拉克值,反应了元素在地壳中倾向于集中能力。,Sb,和,Hg,浓集系数分别为,25000,和,14000,，,Fe,浓集系数为,6,，这说明,Fe,成矿时只要克拉克值富集,6,倍即可。,82/150,3.,地壳丰度对地壳能源限制,地壳能源有两个主要起源，一个是太阳能，另外一个是放射性元素衰变能。放射性衰变能是由放射性元素,（,K,、,U,、,Th,）,类型和数量所决定。,比如，地球经过,45,亿年演化，,235,U,已衰变,95,，,238,U,已衰变掉,50%,左右，而,232,Th,仅消耗了其总量,20,，,周而复始，为地球提供能量。,83/150,4,、大陆地壳组成对壳幔交换作用指示,地幔橄榄岩产生原始岩浆是,玄武质（基性）,大陆地壳增生经过地幔熔融形成玄武质熔体添加而实现,现今大陆地壳整体却是,安山质（中性）,英云闪长,奥长花岗,花岗闪长质（,TTG,）侵入岩成因,84/150,Evidence,？,85/150,（三）详细区域元素丰度研究,元素在太阳系、地壳中丰度是地球化学研究基础数据，不过我们普通都是在某个详细区域内工作，所以更关心是详细工作区域内元素分布规律。,当我们想研究某地质体中元素是相对富集还是相对贫化了，拿什么做标准呢？,只有与详细区域内元素区域丰度来进行比较会更有实际意义，而与地壳丰度对照，只能得到普通概念。为此，区域元素分布研究是区域地球化学研究一项基础工作。,86/150,1.,区域元素研究意义,它是决定区域地壳（岩石圈）体系物源、物理化学特征主要基础数据；,为研究各类地质地球化学作用、分析区域结构演化历史及区域成矿规律提供主要基础资料；,为研究区域生态环境，为工业、农业、畜牧业、医疗保健等事业提供主要信息。,87/150,2.,区域元素分布研究思绪,区域范围确实定,靶区选择,研究元素空间上分布规律,研究元素在时间上分布规律,研究元素分布特征原因,88/150,2.,区域元素分布研究思绪,区域范围确实定,靶区选择,依据工作任务和区域特征来选择工作范围。,区域找矿：,应该尽可能与结构单元中成矿区、带结合起来，因为一定结构环境中成矿带往往与一定地球化学过程相联络，某个特定地球化学必定含有一些特色元素分布。比如长江中下游,Cu,、,Fe,成矿带。,原生环境：,某流域水系沉积物中元素高值区与该流域源区原岩化学组成及元素本身地球化学性质等原因相关。,89/150,沿长江流域冲积成因土壤镉元素高值带图,90/150,研究元素空间上分布规律,在区域内采集不一样时代和不一样岩石（土壤）类型样品，对所获样品进行测试分析，然后按照各类岩石在区域内所占百分比，求出该区域（表壳）元素丰度。,为了要了解元素空间分布规律（普通是二维平面）就需要样品在空间上有一定密度展布。,如沿江镉地球化学图（上图），就是每平方公里采集一个土壤样品,(,在采样点附近用梅花状,5,点采样组合成一个样），再经过计算机成图展示出镉元素空间分布趋势（上图）。,91/150,研究元素在时间上分布规律,我们以沿江镉分布为例。当代沿江冲积物镉含量较高，那么历史上又怎样呢？,从表中我们能够看到，近,70-80,年以来长江冲积物中镉含量比早期沉积物高,2-3,倍。,92/150,研究元素分布特征原因,一个地域元素分布现实状况是整个地质历史过程中元素活动展示情况，,是各种地质、地球化学作用综合结果，而每一个主要地质地球化学过程，元素活动必定有其特定组合和强度,。所以，在元素时空分布资料中，蕴含着丰富地球化学信息。,比如：沿长江（汉江）冲积成因土壤中镉是从哪里来？为何样会形成高值带？,93/150,研究区,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,MgO,CaO,MgO+CaO,MgO,/CaO,Na,2,O,K,2,O,Na,2,O,/K,2,O,Cd,长江,(26,),14.3,6.36,2.52,3.67,6.19,0.69,1.06,2.65,0.40,0.33,汉江,(27),17.9,8.52,2.21,0.99,3.21,2.22,0.80,2.92,0.27,0.27,研究区,Zn,Pb,Zn,/Pb,As,Sb,As,/Sb,Mo,Cr,Ni,Cr,/Ni,F,pH,长江,(26),105,36.3,2.9,11.5,0.81,14.2,0.81,94,39.8,2.36,680,8.02,汉江,(27),127,32.0,4.0,18.2,1.26,14.4,1.26,111,53.6,2.07,876,6.8,例1 长江、汉江冲积成因土壤化学组成特征,氧化物：,，其余：,mg/kg,；括号内为样品数,94/150,结论,1,：用,CaO+MgO,对,pH,作图，,Fe,2,O,3,对,Cr+Ni,作图，,Cr+Ni,对,Mo,作图，由图可见，长江与汉江冲积成因土壤化学组成含有显著差异。,95/150,96/150,两江汇水域表壳岩石化学组成特征,作为土壤母质沉积物来自各自汇水流域，河流沉积物中化学组成差异,受控于各自汇水域表壳岩石化学组成,。为此，长江沿江冲积成因土壤化学组成受长江中上游流域,扬子陆块表壳岩系化学组成制约，而汉江冲积成因土壤化学组成则受汉江中上游流域,秦岭造山带表壳岩系化学组成限定。,97/150,扬子陆块、秦岭造山带上地壳化学组成,化学组成,结构单元,Fe,2,O,3,MgO,CaO,As,Sb,Cr,Ni,Mo,F,扬子陆块,1.54,3.82,7.40,3.29,0.24,56,33,0.63,493,秦岭造山带,2.21,3.60,6.88,4.06,0.31,82,40,0.70,526,氧化物：,，其余：,mg/kg,98/150,扬子陆块,盖层中一个显著特征是碳酸盐发育，为此风化后沉积物,CaO,含量高，土壤呈碱性。,而,秦岭造山带,表壳岩系中基性火山岩百分比大，这么，,Fe,2,O,3,、Cr、Ni,丰度偏大，其发育土壤中性偏酸。,这些特征都分别被长江、汉江冲积成因灰潮土对应地继承下来了。,结论,2,:,99/150,例2：华北地台南缘与秦岭褶皱系北缘界限（豫西段）,森林植被覆盖、区域土壤地球化学测量；,Co,Ni,Cr,V,Ti,累加异常南北迥异，为何？,北侧：华北地台，碳酸盐岩,南侧：秦岭褶皱系，基性火山岩,界限-异常急变带-黑沟断裂带,100/150,例3.为何在秦始皇陵上有高,Hg,气异常？,在西安一带是中华民族发祥地之一，周秦汉唐等十几个王朝建过都，秦始皇墓葬“纳百川，容天地”,水银（,HgS,）,河流，皇亲贵族死后“涂红绘彩”。,地球化学汞气测量来确定墓穴空间位置。,101/150,第二节、大洋地壳化学组成,地壳为地表向下到莫霍面，厚度改变在,5-80km,，大陆地壳和大洋地壳之间存在显著差异。,大陆地壳,（,The continental crust,）,上部硅铝层，由沉积岩层和花岗岩、片麻岩等组成，富,Si,、,K,、,Rb,、,Th,、,U,等元素,下部硅镁层，相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩相岩石。,大洋地壳（,The oceanic crust,）,上部,2km,为未固结海相沉积物,下部为硅镁层（玄武质岩层）,第二节、大洋地壳化学组成,102/150,蛇绿岩套,大洋深海钻探（,ODP,）,地球物理勘探获取地震波等参数,一、研究大洋地壳路径,103/150,一、研究大洋地壳路径,枕状玄武岩,炽热岩浆接触到水后快速冷却而形成,席状岩墙,由一群玄武岩岩墙组成,辉长岩,带状或层状，由位于地壳下部岩浆结晶而成,橄榄岩,来自下地幔并经常蛇纹石化,蛇绿岩套,(ophiolite suit),，就是一组由,蛇纹石化,超镁铁岩、基性侵入杂岩和基性熔岩以及海相沉积物组成岩套。,104/150,沿着我国,雅鲁藏布江,分布着一个黑绿、暗绿和紫色一套,岩石,，它们即为蛇绿岩套。,蛇绿岩套同海洋底部岩石非常相同。所以地质学家们把它看作是古海洋地壳残骸。,在五千万年以前漫长地质时期里，喜马拉雅地域是分隔欧亚大陆与印度大陆一片汪洋大海，这海叫,特提斯海,（属于古,地中海,一部份）。雅鲁藏布江蛇绿岩套就是古特提斯海洋地壳残余碎块，,印度板块,向北漂移、俯冲时被挤出地表。,105/150,一、研究大洋地壳路径,1957,年,，美国科学家,W.H.,蒙克和,H.H.,赫斯倡议用深海钻孔穿过莫霍面，这就是“莫霍计划”,(MOHOLE),。,1964,年,，由美国斯克里普斯海洋研究所等五个单位联合发起组成“地球深层取样联合海洋机构”,(JOIDES),，并提出了深海钻探计划，,1965,年在美国东海岸布莱克海台试钻成功。,1968,年,8,月,，“格洛玛,挑战者”号首航墨西哥,深海钻探计划正式开始。苏联、联邦德国、法、英、日等国相继加入,JOIDES,，深海钻探计划进入国际合作新时代，即大洋钻探国际协作阶段（,IPOD,），又称“国际大洋钻探计划”。,106/150,107/150,科拉超深钻孔是苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界地域所进行一项科学钻探，其中最深一个钻孔达12262米；,德国大陆深钻计划项目于1987年9月18日至1989年4月4日完成先导孔（4 000 米）施工；1990年10月6日至1994年10月12日完成主孔（9 101米）施工。,中国大陆科学钻探工程 1997年6月获国家科技领导小组同意，1999年9月27日获国家计委同意，选址江苏省东海县。12月17日经过国家发展改革委员会和国土资源部组织国家验收。项目由国土资源部负责组织，详细实施任务由中国地质调查局所属中国大陆科学钻探工程中心负担。项目总投资1.76亿元，其中国家安排投资1.3亿元。,108/150,二、大洋玄武岩类型,洋中脊玄武岩,MORB,洋岛玄武岩,OIB,正常型,N-MORB,富集型,E-MORB,富集地幔,型,EM-1,富集地幔,型,EM-2,HIMU,正常型,N-MORB,富集型,E-MORB,亏损地幔,富集地幔,109/150,三、大洋地壳化学组成,大洋玄武岩,Pb,亏损（负异常），和,Nb,富集（正异常）,1
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