1第一章元素分布的基本规律 地球化学勘探 教学课件

55
40
20
390
12
2.1
0.1
42
94
60
30
680
金 (Au) 19.3
1063
2966
0.004
0.005
0.005
2.6
银 (Ag) 10.5
960.8
2212
0.075
0.06
0.05
10
氟 (F) 1.69(g/L)
-219.62 -118.14
450
170
100
氯 (Cl) 3.214(0 °) -100.98 -34.6
（1）向心元素 ν/μ＜1 c／ν＜1
• Mg、Cr、Fe、C0、Ni、Cu、Rn、Rh、Pt、Os、 Ir、Pd、Au
（2）最弱离心元素 ν/μ＞1 c/ν＜1
• P、Na、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Zn、C、N、Cl、 Br、I
（3）弱离心元素 ν/μ＜1 c／ν＞1
• Ga、Ge、As、Se、Sn、Te、Bi、Re、Mo
元素特征
地 壳 上地幔 下地幔 地 核
符号 比重(g/cm3) 熔点(℃) 沸点(℃)
锂 (Li) 铷 (Rb) 铯 (Cs)
0.534 1.532 1.8785
179 38.89 28.5
1317 688 690
21
4.1
0.5
-来自百度文库
78
2.6
2.0
-
1.4
0.3
0.1
-
锶 (Sr) 2.6 钡 (Ba) 3.51
280
5
5
溴 (Br) 3.119(g/L) 碘 (I) 4.93(g/L)
-7.2 113.5
-58.78 184.35
4.4 0.6
1.1
0.5
0.1
0.01
地球
1.4 1.8 0.09 40 23 1.7 0.5 0.8 0.3 1.7 2.1 0.06
1500 1200 32000 260 16000
夫用元素的向心力和离心力描述这种向地球
外圈贫化或富集的趋势。他将陨石成分（μ） 当作地球的平均成分，代表地球的原始浓度， 玄武岩作为地幔平均成分，将玄武岩元素丰 度（ν）作为元素离心的基本参数；页岩是 地壳中广泛分布的沉积岩，是地球表部各类 岩石的平均成分代表（c）。从而根据μ、 ν、c三个参数的比值特征将元素分为四组。
• 第一节 地球化学 旋回与元素分布
• 一、地球化学旋回
• 地球化学旋回的方式 可以重复，但其物质 成分的演化趋势是不 可逆的，从而引起了 化学元素的分异和演 化，这种分异和演化 是有规律的。
• 二、常量组分分布特征
• 丰度值一般均在10-2％以上元素称之为 “常量元素”。由于它们的含量变化幅 度相对平均含量基数是很小的，故地球 化学中称作“常量元素”。它们是组成 了地幔、地壳的各种岩石；各种岩石的 性质由它们决定。所以称这些元素为 “造岩元素”。造岩元素的丰度一般用 重量百分率（％）来表示。
• 亲气元素：原子外层电子为8个电子型，原子容积最大，具有 挥发性或易形成挥发性化合物，主要集中在气体中，如H、C、N、
0、I、Hg、He、Ne、Ar、Rr、Xe、Rn。
• 亲生物元素：生物圈中富集于有机物中的元素，如H、N、0、P、S、
Cl、（R）、（Ca）、（Fe）、（Ca）、（Fe）、(B)、（F）、(Si)、（Mn）、 （Cu）、I。
①氢族；②造岩元素族(Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba)；③ 惰性气体族 (He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)；④挥发分元素族(B、C、N、O、F、P、S、 Cl)；⑤铁族(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni);⑥稀土稀有元素族 (Sc、Y、Zr、Nb、 TR、Hf、Ta等)；⑦放射性元素族(Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U等）；⑧钨钼族 (Mo、 Tc、W、Re)；⑨铂族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)；⑩硫化矿床成矿元素族 (Cu、Zn、 Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、Hg、Tl、Pb等)；⑾半金属元素族(As、Sb、Bi、Se、Te、 Po)； ⑿重卤素元素族(Br、I、At)。
0.13 0.27 2.36 0.86
1.22
• 不同学者计算地幔、地壳的模型不同，但由于 地幔发展演化形成了地壳，二者在成分上差异规律
是一致的，即地壳中易熔的硅铝长英质成分（Si、 A1、Ca）和K、Na、水增加，而难熔组分Mg、Fe、 Ni、Co、Cr比例减少。
• 岩石圈中十余种常量元素占总量的绝大部分， 如地壳中Si、0、A1、Fe、Na、K、Ca、Mg、Ti九种 元素占总量的99％以上，它们是岩石圈成分的主体。 由于这些元素含量高，它们遵循化学计量原则形成 自然矿物，结果造成地慢中以铁镁暗色矿物为主、
2000 1500 98000 200 2000
660 360 82000 420 48000
钌 (Ru) 铑 (Rh) 钯 (Pd) 锇 (Os) 铱 (Ir) 铂 (Pt)
12.45 12.41 12.02 22.61 22.65 21.45
2310 1960 1552 3050 2443 1768
lppm=10-6=10-4％=0.0001％=1μg/g ppm单位相当于μg／g。对于超微量元素由于
丰度极低，通常以十亿分率（10-7％）表示， 用ppb（part per billion）代表。
lppb= 10-9=10-7％=0.0000001％=1ng/g
稀碱 金属
碱土 金属 稀土 元素
（Sn）、（Pb）、As、Sb、Bi、Se、Te、Fe。
• 亲氧元素（又称亲石元素）：离子外层电子云为8个电子的隋 性气体型稳定结构，与氧形成稳定的离子键化合物，易熔于硅 酸盐熔体的元素，如Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、B、
Al、Sc、Y、TR、C、Si、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、P、As、0、W、Mn、H、F、Cl、 Bi、I。
5 1 1.8 2.6 0.8 4.2 140 13 180 0.8 3.2 90 35 0.6 0.04
• 微量元素的分布规律：
• 微观上受元素类质同象置换条件制约，以固熔 体混合物形式分布于岩石中。
• 宏观上，受元素分配系数制约以某种统计规律 反应富集贫化趋势。微量元素在造岩矿物中多以类 质同象混入物形式存在，服从概率分布规律，既有 随机性，又有统计性。
第二节 元素的共生组合
• 一、元素的亲合性
• 地壳是一个包含92种天然元素组成的自 然体系。在其特定的温度、压力和酸碱环境 中，这些元素互相组合，形成了特定的共生 结合规律。
• 天然矿物一般按阴离子分类，地壳中常 见的是含氧化合物、硫化物、卤化物及天然 元素等。地球化学上把阳离子有选择地与阴 离子结合的倾向性，称为元素的亲合性。按 这种亲合性可以对元素进行分类。
0.001
0.1
0.10
16
0.001
0.02
0.02
3
0.01
0.09
0.12
5.5
0.001
0.05
0.05
8
0.001
0.05
0.05
2.6
0.05
0.20
0.20
13
铜 (Cu) 铅 (Pb) 锌 (Zn)
8.50~9.00 11.34 7.1 4
1083 327.3 419.40
2595 1744 907
• 戈尔德施密特分五组：
• 亲铁元素：自然界倾向于以自然元素产出，价电子不易丢失，
与氧、硫亲合力均弱，集中于铁一镍核中的元素，如Au、Ge、Sn、
（Pb）、C、P、（As）、Mo、（W）、Re、Fe、Cr、Co、Ni、Ru、I、Rh、Pd、0s、 Ir、Pt。
• 亲硫元素：与硫亲合力强，是因为这些元素的金属离子具有 8～18过渡型结构，易于极化而与易极化的硫离子形成共价键， 易熔于硫化铁熔体的元素，如Cu、Ag、Zn、Cd、Hg、In、Tl、（Ge）、
（4）离心元素 ν/μ＞1 c／ν＞1
• Li、Rb、Cs、Sr、Ba、Y、REE、Zn、Hf、Nb、 Ta、B、Al、In、Tl、Si、Pb、Sb、U、F、O
• 最强的离心元素当属在水圈、生物圈和
大气圈中富集的元素，如H、C、0、N及惰
性气体。岩浆结晶过程中，某些元素并不
进入造岩矿物晶格，它们倾向于在富含水
地球化学指标化学元素含量成矿元素伴生元素造岩元素特征存在形式水溶性可交换形式次生矿物硫化物硅酸盐各种组合关系元素对的比值各种统计特征值同位素chospbhe等同位素物理化学参数ph值eh值温度压力等将地壳或者地球表层系统中某一点放在直角坐标系xyz中该点任一时刻t存在着j个相每个相有i个地球化学指标该点指标i可表示为
地幔与地壳成分特征
成分
SiO2 MgO FeO Fe2O3 CaO Al2O3 Na2O Cr2O3 MnO P2O3 K2O TiO2 NiO H2O
地幔
地幔
地壳
（梅森，1966） （林伍德，1975） （罗诺夫，1969）
43.06
45.16
57.64
31.32
37.47
3.87
6.66
8.04
• 少量微量元素的分布不是类质同象混入物形式， 它们是超显微非结构混入物，是在矿物结晶生长时， 混入晶格缺陷或机械包裹。
• 如硅酸盐岩浆中，像黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、辉 钼矿和Ti、V、Mn、U、Th的氧化物，以及Au、Ag、 pb、Bi、Hg的原子态单元素自然矿物。
• 从地核到地壳的垂直方向上，分散在结晶矿 物中的微量元素产生了分异作用。谢尔巴科
的流体相中富集，地球化学家用元素相容
性来描述在结晶相或流体相富集的特征。 不相容元素（incompatib1e elments）是 指那些在结晶分异过程中倾向于残余流体 相中聚集的元素。相容元素（compatib1e elements）则是指容易进入结晶相而在残 余流体相中迅速降低的元素。一般用分配 系 的数 分（配K特D）征来。定量刻划微迹元素在两相中
地壳中以长英质浅色矿物为主。上述规律反应了地 幔与地壳在岩石矿物组成上的规律差异，这种差异 正是地幔熔融、分异演化的结果。
• 三、微量元素的分布规律
• 丰度均在10-2％以下。故称之为“微量元素”。 微量元素的含量不影响地壳各部分基本
物理、化学性质，但是在特定的条件下，可 以富集而形成矿床。微量元素由于丰度低， 其在地壳以及各种地质体中，一般以重量百 万分率（10-4％）来表示，为书写方便用ppm （part per million）代表。
769
1384
725
1638
480
120
10
-
390
76
1
-
钇 (Y) 镧 (La) 铈 (Ce) 镨 (Pr) 钕 (Nd)
4.469 6.146 6.770 6.773 7.008
1522 918 798 931 1021
3338 3464 3433 3520 3074
24
5.0
0.5
-
39
0.7
第一章元素分布的基本规律
应用地球化学主要是通过调查地球表层系 统中化学元素的分布特征来研究它对人类产生 的直接或间接利害关系。
理解元素分布、分配有两重含义，一是元 素在地球各圈层的分布，特别是地壳表层各地 质体间及各类岩石、矿物间的分布、分配，即 了解空间上、宏观上的分布、分配。二是元素 在各地质作用过程中的分布、分配，即元素活 动演化过程中的分布、分配。前者是后者的结 果，是应用地球化学研究的主要内容。而后者 是理论地球化学研究的主要内容。
KD
X
i
X
i
•
KD为元素在两相间的分配系数，
X
i
为在矿物
晶
体
中
浓
度
分
数
，X
i
为元素在熔体相中的浓
度分数。
• 根据分配系数KD的大小把微量元素分为弱不 相 容 元 素 （ KD=0.1 ～ 1 ） ， 如 Zr 、 Nb 、 Th 、 HREE；不相容元素（KD＜0.1），如K、Rb、U、
Th、Pb、LREE；把其中KD＜0.01的称为强不 相容元素，即99％聚集于流体相中，如Rb、 Cs、K、U、Th、Ta、Nb、Ba、La、Ce等。
13.5
4.0
0.056
0.013
铬 (Cr) 锰(Mn) 铁 (F) 钴 (Co) 镍 (Ni)
7.20 7.20 7.86 8.90 8.80~!8.90
1890 1244 1535 1495 1452
2484 2097 3000 2900 3075
110 1300 58000
25 89
1600 1600 95000 160 1500
稀有 元素 放射性 元素 铁族 元素
铂族 元素
有色 金属 贵金属
卤族 元素
地球及各圈层部分元素分布表 (10-6)及特征
Table 1-6 Distribution and characteristics of Partial element in the Earth and its different layer
0.4
-
43
1.1
0.7
-
5.7
1.0
0.1
-
26
5.0
0.8
-
铌 (Nb) 8.66 钽 (Ta) 17.1
2468
4927
19
2996
5425±100
1.6
6.0
1.0
0.1
0.1
0.01
0.006
铀 (U) 19.05 钍 (Th) 11.7
1132.3 ~1700
4
1.0
0.014
0.003
4.30
1.66
0.46
2.43
2.65
3.08
7.01
3.99
3.54
15.45
0.61
0.57
2.87
0.42
0.43
0.13
0.14
0.15
0.08
0.06
0.23
0.22
0.13
2.32
0.58
0.71
0.88
0.39
0.20
0.21
1.33
地壳 （黎彤，1965）
60.74 3.47 3.51 2.80 5.61 15.35 3.30