3-地球的化学组成

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1)元素的浓集系数--元素在矿床中的最低可采品位与 其克拉克值的比值。 浓集系数可以表明该元素形成矿床的难易程度。如Fe 的浓集系数为6,铁只要比克拉克值富集6倍就可以 形成矿床。Cu的浓集系数为80,形成矿床的难度就 比铁大的多。
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
稀有金属和贵金属的浓集系数达数百、数千,甚 至几万倍。表明形成矿床需要很高的富集程度。 如Mo需要富集460倍,汞10000倍,铋1250000倍, 这些元素要在克拉克值基础上富集数百到数万倍 才能成矿。
地壳可以分为大陆地壳和大洋地壳,大陆占地球 表面的41%,大陆地壳的质量占整个地壳质量的79%, 大陆地壳由演化的、低密度的岩石组成,使大陆高于 海平面,是人类生活和获取资源的主要场所,因此大 陆地壳是地壳化学组成研究的中心。
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
元素克拉克值是元素在地壳中的丰度,反映了地壳的 平均化学成分,决定着地壳作为一个物理化学体系的 总特征及地壳中各种地球化学过程的总背景。既是一 种影响元素地球化学行为的重要因素,又为地球化学 提供了衡量元素集中或分散程度的标尺。 1. 控制元素的地球化学行为 1)支配元素的地球化学行为 例如:地球化学性质相似的碱金属 (丰度高)K, Na 形成各种独 立 矿 物(盐类矿床) (丰度低)Rb, Cs 不能形成各种独立矿物,呈分
酸性岩浆岩的造岩矿物以长石、
石英、云母、角闪石为主,为 什么?
4.3 3.3 4.3 3.3 5.8 5.8 25.8 25.8
24.7 24.7
地壳中O、 Si、Al、Fe、K、Na 和Ca等元素丰度最高,浓度大,
容易达到形成独立矿物的条件。
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地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
地球的结构
根据压缩地震波-P(纵 波-波长与传播方向一 致,能通过固体和流 体)和剪切地震波-S(横 波-波长与传播方向垂 直,只能在固体中传播) 的反射和折射资料, 地球内部物质密度和 弹性不均一,在一定 深度表现为突变。将 地球内部分成地壳、 地幔和地核三层。 Seismic velocity structure of the Earth
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
2)指示特征的地球化学过程
某些元素克拉克比值是相对稳定的,当发现这些元 素比值发生变化,示踪着某种地球化学过程的发生。 Th/U(3.3~3.5), K/Rb, Zr/Hf, Nb/Ta在地壳环境 下,性质相似,难以彼此分离,有相对稳定的比值。一 旦某地区、某地质体中的某元素组比值偏离了地壳正常 比值,示踪着某种过程的发生。 Th/U < 2 Th/U 8-10 铀矿化 钍矿化
幔的化学组成是动态的变化过程。
地球的结构 地球不同圈层主要元素组成
Schematic diagram showing some of the major reservoirs in the Earth (atmosphere, ocean, continental crust, oceanic crust, mantle, core) and how they may interact. Red ovals represent regions where solid mantle is being partially melted.
地球的平均化学成分
地球元素 丰度值 (wB) 引自韩吟文 等2003
地球的平均化学成分
地球的平均化学成分
地球元素丰度及其规律
地球中元素含量从高到低的顺序为: Fe、O、Si、Mg、Ni、S、Ca、Al、Na、Co、P、K、Ti… 90% >1% 0.01-1%
太阳系:H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S 地壳:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H 地球中元素丰度的顺序与太阳系中元素丰度顺序明显不同, 说明组成地球的物质相对于太阳系组成已发生了明显的 化学分异。
地球的结构
地地地图 壳幔核 1 仅 占 占 26 占整整地 地个个球 球地地结 总球球构 质质质- 量量量不 0 约约成 2 2 1 比 3 3 例 .
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地球的结构 地球不同圈层主要元素组成
地球的结构 地球不同圈层主要元素组成
地球自形成以来,不仅存在来源于地幔物质的大陆地壳生长, 也存在各物质储库间的交换,即壳幔物质再循环。地壳和地
元素形成矿物种数与元素地壳丰度的关系(Tischendorf,1985)
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
3) 限制了自然体系的状态
实验室条件下:可对体系赋予不同物理化学状态; 自然界:体系的状态受到限制,其中的一个重要的 因素就是元素丰度的影响 O2(游离氧) 氧化还原环境 H+ (pH) 溶液的酸碱度 4)对元素亲氧性和亲硫性的限定 在O丰度高,S丰度低的地壳环境下,Ca元素显 然是亲氧的。 在地幔环境,缺O富S,能形成CaS(褐硫钙石)
后太古宙泥质 岩:澳大利亚后 太古宙泥质岩 (PAAS),北美页 岩组合样品 (NASC),欧洲 页岩组合样品 (EC)和中国东 部后太古宙泥 质岩组合样品 (PAECP)
地壳元素的丰度
细粒碎屑沉积岩法(戈尔德斯密特算法)
泰勒等进一步指出,细碎屑沉积岩中REE,Th,Sc 和Co等元素的水-岩分配系数很小,它们几乎不溶 于水,能基本以碎屑沉积物形式被带至沉积盆地, 这些元素包括不相容元素REE和Th,也包括相容元 素Sc和Co。细碎屑沉积岩不仅能用来研究上地壳组 成,其中两类元素比值还可用来指示源区镁铁质和 长英质岩石的比例,不仅可以研究现今大陆上地壳 成分,还可研究大陆上地壳组成随时间的变化。
元素富集成矿的可能性并不完全取决于元素克拉 克值,还取决于元素地球化学性质即元素迁移能 力和活动性等。如Au的浓集系数6000,但金的大 型超大型矿床很多,表明金的活动和迁移能力很 强。
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
2)元素克拉克值愈低,则浓集为有经济价值 的矿床所需的“地质时间”就愈长。如Fe、Ti、 Cr、Ni、Co等元素形成于前寒武纪,而其它一 些克拉克值很低的元素则要在地壳的进一步演 化中才能富集。
地壳元素的丰度
大陆地壳剖面法
造山作用可使下地壳甚至上地幔的岩石大规模暴 露到地表,出露地表的大陆地壳剖面是研究大陆地壳 元素丰度的良好样品。这样的剖面仅分布在少量地区, 如意大利南部的Calabria(卡拉布里亚区)带,加拿 大Kapuskasing(卡普斯卡辛)隆起。 深部大陆地壳剖面抬升至地表机制,早期认为与 碰撞造山过程有关,现认为有多种机制,如挤压抬升 (compressional uplift):由逆冲断层将深部地壳推至 地表,还有压扭抬升(transpressional uplift)和陨石撞 击抬升(impactogenic uplift)等
地壳元素的丰度
岩石平均化学组成法
2.维诺格拉多夫(1962)采用1份基性岩加2份酸性岩计算 了大陆地壳成分;
3.泰勒(1964)则采用1份花岗岩加1份基性岩计算了全部 地壳成分; 上ห้องสมุดไป่ตู้方法基本限于20世纪70年代以前的研究。
地壳元素的丰度
细粒碎屑沉积岩法(戈尔德斯密特算法)
戈尔德斯密特(Goldschmidt)认为挪威南部广布的 冰川溶化后沉淀出的细粒冰川粘土,是冰川所经地 区出露岩石的天然平均样品,代表大面积分布结晶 岩石的平均化学成分。并分析了77个样品,计算了 平均值,大部分元素含量与克拉克和华盛顿研究结 果一致。只是Na2O和CaO偏低,显然与风化作用中 Na和Ca易被淋滤有关。
地球的平均化学成分
由于地球内部结构已高度演化,这种化学不均一性 可能自地球形成以来便存在。因此没有能代表地球 初始组成的直接测量样品。 对地球元素丰度的估算均建立在各种模型的基础之 上,包括: 陨石法(不同类型陨石按比例加权计算) 地球模型与陨石类比法(不同圈层用不同陨石对应) 地球物理类比法(不同圈层用地球岩石平均组成、理 想岩石或物质相加权计算)。
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
3)浓度克拉克值
浓度克拉克值 = 某元素在某一地质体中平均含量 某元素的克拉克值 >1 意味该元素在地质体中发生了富集 <1意味该元素在地质体中发生了分散
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
3.元素克拉克值是进行矿产资源评价的重要指标 矿床是有用矿物和有用元素集合体。当元素富集到可 以在经济上开采而获利后就构成了矿床。
散状态
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
2)限定自然界的矿物种类及种属
实验室条件下:可合成数十万种化合物。 自然界:只有3000多种矿物。
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泰勒和麦克伦南(1985)发展了戈氏方法,提出细粒 碎屑沉积岩特别是泥质岩,可以作为源岩出露区上 地壳岩石天然混合样品,对研究大陆地壳元素丰度 具有特殊的意义。
地壳元素的丰度
细粒碎屑沉积岩法(戈尔德斯密特算法)
地壳元素的丰度
细粒碎屑沉积岩法(戈尔德斯密特算法)
细粒碎屑沉积岩法证 明:后太古宙泥质岩 REE组成模式与现今 大陆地壳完全一致。 若将泥质岩REE含量 降低20%~30%,结 果与现今大陆上地壳 REE含量相当。大陆 上地壳REE含量之所 以比泥质岩低,是因 为大陆上地壳还有一 定量REE含量很低的 碳酸盐岩和蒸发岩。
上次课回顾
地球化学体系、元素的丰度及表 示方法、研究意义
陨石的分类及研究意义
太阳系元素丰度规律
2、地球的化学组成-1
地球的结构
地球和地壳是地球化学研究的主要对象,了解地 球内部成分与状态是理解地壳中各类地球化学过 程的基本前提。 地球的物质组成是不均一的,不能以地表物质成 分代表地球的组成,所以地球结构模型成为研究 地球化学成分的基础。至今人们对地球内部结构、 物质成分和状态的认识还主要依据间接资料。
地壳元素的丰度
大陆地壳化学组成研究方法
岩石平均化学组成法
细粒碎屑沉积岩法
大陆地壳剖面法
区域大规模取样和分析 火山岩中深部地壳包体研究法 地球物理法
地壳元素的丰度
岩石平均化学组成法
1.克拉克和华盛顿(1924)首先用此法计算地壳元素丰度
思路:地壳上部16公里范围内分布95%的岩浆岩+变质 岩,4%的页岩,0.75%的砂岩, 0.25%的灰岩,而变 质岩+这5%沉积岩也是岩浆岩派生的,因此认为岩浆岩 的平均化学成分实际上可以代表地壳的平均化学成分。 方法:①在世界上采集了5159个不同岩浆岩样品; ②对53种元素进行了定量的化学分析; ③采用岩石圈、水圈、大气圈的质量比值为 93%、7%、0.03%; ④计算时用算术平均求出整个地壳的平均值。
地球的平均化学成分
地球的化学分异过程
70
流纹岩
60
SiO2 (wt%)
安山岩
50
玄武岩
40 30
Bulk earth
橄榄岩 (地幔)
Fe-Ni核
20
地壳元素的丰度
研究化学元素在地壳中的分布是地球化学研究的 基本任务之一。它是地球化学学科发展的基础,地球 化学的产生及发展就是从研究化学元素在地壳中的分 布开始的。
地球元素丰度遵循太阳系元素丰度基本规律,如奇偶规律, 递减规律等。
地球的平均化学成分
地球的化学分异过程
地球形成初期主要经历了圈层的演化过程,埃尔萨瑟 (Elsasser1963)提出了地核形成的假说:原始地球形成 经历一段时间后,在其内部大约几百公里深度温度达 到了金属铁的熔点,游离铁发生熔融并逐渐汇聚成液 态铁层。由于液态铁的密度大于硅酸盐,液态铁就向 地球的中心下沉,形成地核。在熔铁向中心不对称下 沉时,导致较轻的硅酸盐不对称上升和遭受部分熔融, 部分熔融的物质上升并形成地壳。因此地壳是三大层 圈中最年轻的成员。其中还未发现年龄大于4.4Ga的 古老岩石。
地壳元素的丰度
元素克拉克值研究地球化学意义
2. 地壳克拉克值可作为微量元素集中、分散的标尺
1)可以为阐明地球化学省(场)特征提供标准。 资源:Mo地壳丰度1 × 10-6,东秦岭Mo区域丰度 2.3 × 10-6, Mo的地球化学省。 环境:克山病病区:土壤有效Mo、饮水Mo含量、 主食中Mo含量普遍低于地壳背景,导致 人体Mo低水平。
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