元素结合规律与赋存状态5

消光。
镁橄榄石(Fo)
Nm c 001
111 021
O.A.120 110
铁橄榄石(Fa)
固溶体的晶格常数随化合物 成分的改变发生线性变化。 橄榄石晶格常数的变化可以 图和下式表示：
橄榄石晶格常数与固溶体 成分的关系-类质同象
c＝0.579＋0.1x
c为晶胞中c轴长度,单位 为nm。
x＝w(Fe)
完全类质同象(隐蔽型)相当于图2.9(b)，形成均一 的近似于理想的固体溶液。有限类质同象作用相 当于图2.9(c)，其发育程度受两离子间性质差别、 温度条件、相对浓度(溶解度)控制。
在给定的自然体系内元素的两种赋存状态(两个平 衡共生相)之间的分配，也是环境物理化学条件的 函数。具有地球化学意义。
有限类质 同像区
不混溶区
完全类质同象区
长石族中Or-Ab-An体系有限类质同象 A区－完全类质同象区；B区－有限类质同象区-高温下稳定，低温
地球化学中常见实验方法可以测定的赋存形式如 下：
2.6.1 地壳中元素主要的赋存形式
1. 独立矿物
形成能够进行肉眼或显微镜下进行矿物学研究的 颗粒(粒径>0.001mm)，且可用机械或物理方法分 离出单矿物样品来。 石英
方铅矿
库里南1号-520克拉。是1905年发 现于南非普列米尔矿山重3106.75 克拉(621.2克)(还有96颗小钻石)
有时元素在一种地质体中可呈多种赋存状态，它 们之间常有一定联系，处于某种平衡。
如花岗岩中类质同象态Pb与微细分散状Pb之间处 于某种平衡，受岩浆中fS2控制。一定条件下可以 进行定量计算。在一些复杂地质体系中一个元素 的多种存在形式可能受多次作用叠加或多种因素 影响，如矿床围岩蚀变可以观察到几次叠加形成 的Pb，土壤中的Pb也是多种赋存状态共存。
第2章元素结合规律与赋存状态
2.6 元素的赋存状态及其研究方法
也称存在形式、结合方式、相态、迁移形式等。 指元素在其迁移历史某个阶段所处的物理化学状 态及与共生元素的结合性质。
赋存状态包括元素所处物态、化合物种类和形式、 键型、价态、在晶体构造中的配位位置等物理化 学特征。赋存状态是化学反应产物，是体系各种 条件的函数。研究赋存状态对于追踪元素迁移历 史、探索地球化学作用条件有重要意义。根据热 力学亚稳态原理，观测到的元素在固相的存在状 态大多能反映形成时的环境条件。
橄榄石：(Mg,Fe)2[SiO4]-典型的类质同N象m c 系列
斜方晶系，晶体呈厚板状、粒状或短 001
柱状，解理{010}，{100}不完全。
101 021
黄绿色-绿色，薄片下无色，正高突起-
O.A.P.
Np b
Ng
正极高突起，一般见不到解理，常见 a
010 120
不规则的裂纹。干涉色II级-III级，平行 110
同种元素不同存在形式呈现不同地球化学行为
钼有五种价态，形成多种化合物，有复杂地球化学行为。
华南红壤、砖红壤分布区和东北森林区，土壤总钼含量很 高, >3×10-6，高达10×10-6，远高于世界土壤含量。高钼 含量非但没有损害该区植物，还呈现某种程度供钼不足， 需施钼肥。这可能与华南土壤偏酸性、富铁铝氧化物及粘 土束缚了能被植物吸收的高价钼(MoO4)2-的活动。东北酸 性富腐植质环境使钼发生复杂聚合反应，形成难被植物根 系吸收的化合物，如[H3Mo12O21]3-等聚多酸。
2. 类质同象形式
也称结构混入物。由于参加主元素矿物的晶格， 用机械或化学方法不能使二者分离，欲使其分离 只有破坏原晶格。因此独立矿物和类质同象都属 于较牢固的结合形式。
根据热力学计算，一定条件下微量组分进入常量 元素的矿物晶格，其晶出体系在能量上更为有利。 因此，在一定浓度范围内微量成分首先形成类质 同象固溶体，在浓度和性质差异超过一定限度时 才形成独立矿物。
形成独立矿物的地球化学意义在于出现了宏观上 独立的相(形成元素的独立晶格)，即元素在体系 中达到了一定的浓度，并有较充分时间聚集成颗 粒.
独立矿物属于集中状态，形成独立矿物与元素的 丰度有关。常量元素在地壳中主要以独立矿物形 式存在，而微量元素及稀有元素只有总量的极少 部分形成独立矿物，绝大部分处于分散状态。
热液活动产物以方铅矿和铅硫盐类矿物沉淀。部 分以类质同象形式赋存于闪锌矿、黄铁矿和黄铜 矿等矿物晶格中。
地表风化中岩石和矿物中Pb可呈真溶液、胶体溶 液和有机络合物迁移，形成以白铅矿(PbCO3)为 主的次生铅矿物；土壤和粘土有吸附态Pb，Pb可 呈碎屑、胶体或真溶液形式带入海水，海水含极 微量Pb，还原体中形成富PbS沉积层。深循环溶 液浸滤岩石中Pb，以络合物形式在热液中迁移， 并在富S体系中沉淀。
以铅为例说明在各种地质作用产物中元素存在形 式的变化。
岩浆熔体中主要以简单阳离子Pb2+形式，部分呈 PbS分子形式存在。岩浆岩中约80％以上以类质同 象置换K的形式赋存于长石中，长石含Pb达30100ppm，少量(<20%)以微细颗粒PbS分散于岩石 中。
热液活动中形成Cl－、F－、HS－的络离子形式迁 移：PbCl+、PbCl42－、Pb(HS)2、[Pb(HS)3]－等。
若元素结合形式不同，将具有不同化学活动性。 例如，不论常量还是微量元素，存在于矿物晶格 中，相对比较稳定，基本不受外界环境和化学条 件影响，不会因环境酸碱度改变而从矿物中析出。
如果元素只是以被粘土矿物吸附形式存在，当环 境变为酸性时，H+将和重金属离子争夺粘土矿物 表面的可交换位置，结果使被吸附的粘土矿物表 面部分重金属离子被释放出来；H+离子浓度愈大， 释放出的重金属离子就愈多。环境极为酸性时， 粘土矿物吸附的重金属离子几乎全部被释放，进 入环境或流体中。
石灰能提高土壤碱性，有利于形成(MoO4)2-离子并从土壤 吸附体中被释放参与到土壤-植物循环中去。因此施用石 灰，在不额外施钼肥下可解除植物缺钼症状。
一定的地质产物和物理化学条件造成元素特定的 结合状态。因此元素的赋存状态不仅具有地质成 因意义，而且具有重要的实践意义。
可以从多种角度和不同层次上划分元素的赋存状 态。