第二章 地壳中化学元素的分布

三．地壳中化学元素丰度研究
1. 地壳中化学元素丰度研究历史
1) 克拉克（19最早开始计算地壳的平均化学成分。采用包括 岩石圈、水圈和大气圈的广义地壳。它们的质量比分别是 93%、7%、0.03%。其计算的地壳平均化学成分实际上 是这三个地圈化学组成的综合 2) 戈尔德施密特采用挪威南部古老片麻岩地区的冰川粘土
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
沉积岩中REE研究表明： （1）在沉积过程中稀土元素没有发生明显的 分异。Taylor等（1985）研究现代沉积环境 REE的分布与世界各地后太古宙页岩的REE 分布模式十分相近，后者包括后太古宙平均 澳 大 利 亚 页 岩 （ PAAS ） ， 北 美 页 岩 组 成 （NAS分含量 -6 /10 57.9 36.5 2.0 3.5
矿物中铍 的含量 -6 /10 6.00 1.35 5.40 13.00
1 克岩石中的 各矿物所含 -6 铍 的 量 /10 3.48 0.48 0.11 0.65
各矿物中 铍量所占 的百分数 73.7 10.2 2.3 13.8
上地壳REE丰度值的确定，提供了估算其 他元素丰度的途径。如利用n（La）/n（Th）、 n（La）/n（U）、n（K）/n（U）等比值，可 以计算出Th、U、K的丰度，进而利用其他元 素与U、Th、K的比值估算其他元素含量。
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
第一节 地壳中化学元素的分布
一．地壳中化学元素的分布与分配 1.分布与分配的概念 元素的分布与分配都是有关元素含量的 概念。分布指元素在各种宇宙体或地质体 中（太阳、行星、陨石、地球、地圈、地 壳）整体（母体）的含量；而分配则指元 素在构成该宇宙体或地质体内各个部分或 各区段（子体）中的含量。二者既有联系 又有区别，而且是一个相对的概念。
2.整个陆壳总的化学成分： 他们对地壳总的化学成分的计算采用 的是大陆地壳生长模型，大陆地壳总体的 化学成分相当于安山岩模式成分。
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） 大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
Taylor对于陆壳总体成分模式提出如下设想： （1）陆壳总的物质组成来源于地幔的分异；总陆壳经部分 熔融应能产生花岗闪长岩质上陆壳。 （2）根据大陆地壳形成及演化历史，75％陆壳形成于25亿a 以前太古宙，来自太古宙形式火成作用，25％的陆壳形成于 太古宙以后，应具岛弧安山岩成分，即大陆地壳的整体化学 成分应该是75％太古宙陆壳成分＋25％岛弧火山岩的安山岩 模式成分。
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） 大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
Taylor对于陆壳总体成分模式提出如下设想： （3）太古宙陆壳以“双模式”基性岩－长英质火成岩组合 为特征。基性岩为地幔部分熔融形成的玄武岩、科马提岩等。 长英质火成岩为富钠的深成岩（TTG岩套的英云闪长岩、奥 长花岗岩）或喷出岩。
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） 3.下部陆壳的成分： 采取大陆地壳总成分减去上地壳的成分 得出了下地壳的化学成分。 他们认为，原始地壳部分熔融产生花岗 岩浆，上侵形成上地壳，而残余体形成下地 壳，从而造成大陆地壳内部的分异作用。他 们假设下地壳占整个大陆地壳厚度的75％， 上地壳占25％。根据质量平衡原则，他们由 地壳总体组成减去上地壳的相应质量，求出 了大陆下地壳的化学成分。
第二章 地壳及地幔中化学元素 的分布
第一节 地壳中化学元素的分布 第二节 地幔的结构及组成 第三节 地壳与地幔的相互作用及物质交换
第二章 地壳及地幔中化学元素 的分布
第一节 地壳中化学元素的分布
一．地壳中化学元素的分布与分配 二．地壳中化学元素的丰度—克拉克值 三. 地壳中化学元素丰度研究 四. 地壳中的化学元素的分布特点
3) 维诺格拉多夫根据粘土和页岩的平均化学成分
三．地壳中化学元素丰度研究
4) 泰勒采用花岗岩和玄武岩的质量比为1：1进行计算。并简 单地用花岗岩和玄武岩的标样来代替 5) 波德瓦尔特和罗诺夫等采用符合现代地壳结构的全球地壳 模型 6) 黎彤在计算中国岩浆岩平均化学成分的基础上，采用波德 瓦尔特的全球地壳模型，将全球划分成地盾区、褶皱区、 浅洋区和深洋区四个构造单元
2）岩石中元素在各组成矿物中的分配，富 集矿物及荷载矿物
所谓“荷载矿物”是指岩石中某元素的总 含量主要部分分配在这种矿物之中，而单 矿物中某元素的含量不一定很高。“富集 矿物”是指矿物中明显富集某元素，含量 高于岩石中的平均含量，对该元素在该矿 物中的分配量不一定最多。
表 铍在花岗岩各造岩矿物中的分配
“原子克拉克值”：费尔斯曼提出地壳中 化学元素的丰度以元素的原子百分数表示， 即以元素的重量克拉克值÷元素的原子量 ＝元素的原子克拉克值。 地壳中元素丰度常用重量单位表示。 主量元素常以重量百分含量（wt%）表示； 常用克/吨（g/t或10-6）即百万分之一表示 微量元素的丰度；以毫克/吨（mg/t或10-9 ） 即十亿分之一的重量单位表示超微量元素 的丰度。
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） 1.上地壳： Taylor和Mclennan（1985）提出的上地 壳成分主要数据是采用澳大利亚后太古宙页 岩（PAAS）化学元素的平均含量减去20％后 作为上地壳的成分。 他们根据保存在沉积岩中稀土元素REE （Rare Earth Element）地球化学记录，探讨 大陆地壳的成分及演化。沉积岩中REE研究 表明：
三．地壳中化学元素丰度研究方法
地壳的化学成分估测的著名方法:
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） 大陆地壳化学组成英云闪长岩模式 （Wedepohl，1995）
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
1.上地壳： Taylor和Mclennan（1985）提出的上地壳成 分主要数据是采用澳大利亚后太古宙页岩（PAAS ）化学元素的平均含量减去20％后作为上地壳的 成分。 他们根据保存在沉积岩中稀土元素REE（Rare Earth Element）地球化学记录，探讨大陆地壳的 成分及演化。
2）岩石中元素在各组成矿物中的分配，富 集矿物及荷载矿物 在确定不同类型岩石中元素丰度的基 础上，进一步查明元素在组成各类岩石的 矿物中的含量，单矿物在岩石及矿石中所 占的百分比，进行岩石或矿石中元素分配 的平衡计算，是研究元素地球化学迁移与 富集，矿石综合利用、矿石冶炼工艺、环 境治理的基础，具有重要理论及实际意义。 分配的平衡计算，可以查明元素赋存的 “荷载矿物”和“富集矿物”。
沉积岩中REE质量平衡计算
页岩 La Sm Eu Gd Yb 38 5.6 1.1 4.7 2.8 砂岩 14 3.1 0.6 2.7 1.2 11.7 0.63 碳酸岩 4.5 0.9 0.2 0.8 0.4 11.3 0.72 蒸发岩 1.1 0.4 0.1 0.3 0.5 2.2 0.88 上 地 壳 * 上 地 壳 ** 30 4.5 0.9 3.8 2.2 13.6 0.67 30 4.5 0.88 3.8 2.2 13.6 0.65
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
沉积岩中REE研究表明： （2）太古宙和太古宙以后沉积岩稀土组成明 显不同：太古宙沉积岩以富集Eu或无Eu亏损 为特征；太古宙以后沉积岩以Eu亏损为特征， 不同时代沉积岩稀土元素组成模式相互平行， 区别仅在于稀土总含量不同。
①首先建立地壳的理论模式：选择有代表 性地区，根据地质学及地球物理剖面，建 立标准地壳剖面；确定地壳的构造单元范 围、面积、百分比；确定上地壳、下地壳 的厚度及各类岩石的组成百分比。
三．地壳中化学元素丰度研究方法
②选择各类岩石代表性的、精确度较高的 分析数据，包括常量元素、稀土元素及微 量元素的含量，作为计算的基本数据。 ③用面积或质量加权平均或简单的算术平 均法求得各构造单元的元素平均丰度，进 而计算地壳的平均化学成分。 ④对计算时采用的地壳模型及所得的克拉 克值数据进行检验。
n La） n Yb） 13.6 （ /（
Δ Eu 0.66
*上地壳的REE质量平衡计算时，采用页岩：砂岩：碳酸岩：蒸发岩＝72:11:15:2 +上地壳的REE采用PAAS减去20％
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） 大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985）
第一节 地壳中化学元素的分布
化学元素在地壳中的分布，也就是元 素在地球（母体）中的各层圈（子体）分 配的总和。而元素在构成地壳的各构造层 及各类型岩石中的分布，则又是元素在地 壳（母体）中各子体中分配。
第一节 地壳中化学元素的分布
一．地壳中化学元素的分布与分配 2.元素在岩石和矿物中分配 1）各类岩石中元素的平均含量 涂里干和魏德波（Turekian K and Wedepohl K，1961）首先发表了火成岩、沉积岩和 深海沉积物等主要岩石类型的元素平均含 量。其后，前苏联地球化学家维诺格拉多 夫（Vinogradov，1962）发表了各类岩浆 岩和沉积岩的元素平均含量
大陆地壳化学组成安山岩模式 （Taylor和Mclennan，1985） （3）太古宙以后沉积岩REE模式的一致性表 明，沉积岩代表了地壳表面大面积平均取样。 Taylor等计算并确定了上地壳的REE丰度值， 认为上地壳的REE标准化模式应该平行于页岩， 但由于沉积岩中砂岩、碳酸岩、蒸发岩REE丰 度较低，上地壳的REE绝对值应低于平均页岩 值。从上地壳各类沉积岩REE质量平衡计算表 明，上地壳的REE的丰度与后太古宙澳大利亚 页岩平均值减去20％数值相当。