应用地球化学——第2章 原生地球化学环境与元素的原生分布

第二章
第一节 地壳的物质组成与元素丰度
地壳的结构与物质组成 地壳的元素丰度 地壳元素丰度在应用地球化学研究中的应用 成矿元素的浓度系数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一节 地壳物质组成与元素丰度
第二章
1.地壳的结构与物质组成 （1）地球圈层结构划分的依据
极半经：6 356.8km 赤道半经：6 378.2km 平均半经：6 371km 扁率： 1 / 298.253
第二章
莫霍面
莫霍面
地壳厚度变化大，大陆区20-80km，平均33km。又分为上地壳和下地壳（以康拉德面 为界，深约15km）。上地壳平均密度约2.7g/cm3，由沉积岩、变质岩和岩浆岩组成，一般 称硅铝层或花岗质岩壳；下地壳（厚约18km）平均密度约2.9g/cm3，一般称硅镁层或玄武 质岩壳。大洋区平均7km，且较为均匀。洋底普遍堆积有0.5km厚的沉积层，再下便是厚 约5-8km的硅镁层（密度2.9g/cm3），缺失硅铝层。
第一节 地壳物质组成与元素丰度
1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
（b）地幔 古登堡面（2891km）（美国地震学家古
登堡于1912年发现）S波终止，P波急剧减低。 莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。地 幔 的 厚 度 约 2870km ， 物 质 密 度 由 顶 层 的 3.31g/cm3增至5.55g/cm3,平均约4.5g/cm3,质量 约4.03×1024kg。根据地幔上部与下部物质成 分和温度、压力的差异性，和670km深处的地 震波速显著间断面分为上、下地幔。
第二章
（a）地壳
莫霍面（大陆33km、洋底5-8km）是地震波速显著不连续面（南斯拉夫地震学家莫 霍诺维奇于1909年发现）。莫霍面以上的由固体岩石组成的地球最外部圈层称为地壳。 地壳平均厚度约18km，平均密度2.8g/cm3，质量约2.35×1022kg。
第一节 地壳物质组成与元素丰度 1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
地球内部主要壳层特征
第一节 地壳物质组成与元素丰度 1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
第二章
第一节 地壳物质组成与元素丰度 1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
第二章
第一节 地壳物质组成与元素丰度 1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
第二章
古登堡面
第一节 地壳物质组成与元素丰度
第二章
1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
（b）地幔 上地幔
盖层 深度为20-80km，密度3.37g/cm3，物质成分推测为橄榄岩，固态。 低速层 深度80-220km，（顶面在大陆区较深，大洋区较浅，底界的差异不大。密度 3.36g/cm3）全球普遍存在、厚度不很均一的波速降低层。横波局部地区不能通过，表明低 速层部分物质可能呈熔融态，因而又称软流层（或软流圈）。 均匀层 深度220-400km。波速传播均匀，表明物质成分变化不大。 过渡层 深度400-670km。密度3.73-3.99g/cm3.
（d）岩石圈
地壳与上地幔的顶部（软流圈以上部 分），都是由固态岩石组成的，因而称 岩石圈。
地球结构概要（据Anderson et al., 1993）
区域
大陆地壳 海洋地壳 上地幔 过渡带 下地幔
外核 内核
深度（km）
0-50 0-10 10-400 400-650 650-2890 28590-5150 5150-6370
表面积：510064472km2 体积：10832×108km3
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1.地壳的结构与物质组成 （1）地球圈层结构划分的依据
（1）宇宙地质依据
❖ 宇宙物质具有内在的统一性，宇宙天体（尤其是太阳系内天体）的物质成分可作为 推断地球内部物质成分的重要参考依据（例如陨石）；
Applied Geochemistry
应用地球化学
第二章 原生地球化学环境与元素的原生分布
主讲：徐良伟 河北地质大学
地球科学学院
表 生 环 境 原 生 环 境
温度 压力 空间
成分
化学反应 反应方式
矿物
时空差异
表生环境 温度低，变化大 常压，变化小
广阔 富含O2、CO2、多组分水 有生物及人类活动参加
化学反应多、复杂 放热反应
生成矿物数多，粒经小
时空差异性大
内生环境 温度高，变化小 高压，变化大
有限
贫O2、CO2、水
化学反应较少 吸热反应
矿物少，粒经大
时空差异小，易进 行全球对比
第二章 原生地球化学环境与元素的元生分布
第一节 地壳的物质组成与元素丰度 第二节 各类岩浆岩中化学元素的丰度 第三节 沉积岩中化学元素的丰度 第四节 地壳中元素的赋存形式
（2）地质学依据
❖ 岩浆岩来自地下较深的部位，研究其物质成分和形成的温压条件可帮助人类认识地 下的物质状态及环境。特别是超基性岩，它们常来自地球深部（例如：含金刚石的金 伯利岩，金刚石生成温度为1100-2200℃、压力为5万个大气压，相当150km深度）。
第一节 地壳物质组成与元素丰度
第二章
1.地壳的结构与物质组成 （1）地球圈层结构划分的依据
占地球质量 占地幔和地壳
的比例
的比例
0.00374 0.00099 0.103 0.075 0.492 0.308 0.017
（3）地球物理依据
❖ 地震波是弹性波，分为体波、面 波和自由振动等类型。体波有纵波 （P）和横波（S）之分。纵波可在 固态、液态和气态的介质中传播， 横波只能在固态介质中传播。地震 波速的大小与介质的密度和弹性有 关。利用地球物理依据来划分地球 圈层结构主要是地震波速的变化。
地球各层传播地震波的速度图（据李四光等，1972）
下地幔.
深度670-2891km，厚度2221km，平均密度5.1g/cm3。据实验岩石学分析，由呈紧密堆 积结构的氧化矿物，如MgO、FeO、SiO 组成。
第一节 地壳物质组成与元素丰度
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1.地壳的结构与物质组成 （2）地球内部圈层的划分及特征
（c）地核
古登堡面以下直至地心的部分称地 核。它是一个半径为3480km的球体，平 均密度为10.83g/cm3。一般认为物质成分 主要为铁。外核横波消失，应为液态。