元素分布的基本规律

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1、主要内容：一、地球化学旋回与元素分布二、元素的共生组合三、元素的空间分布四、元素含量的概率分布第一节地球化学旋回与元素分布　　勘查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。因此，了解元素分布分配的基本规律是十分必要的。　　元素分布、分配有两重含义：　　1、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；　　2、元素在各地质作用过程中的分布、分配。　　前者是后者的结果，是勘查地球化学研究的主要内容。　　此外，分布与分配也有差别。如下图（图1-1）中金矿中金以硫化物及自然金的形式存在，反映了Au在

2、矿石的具体分配形式，而矿石中金的品位则是反映其在矿石中的分布情况。（图1－1）石英脉型金矿石　　（一）地球化学旋回　　　元素演化是以元素的赋存介质的变迁实现的。从图1-2、3中可看出，在地幔对流驱动板块动移并发生岩石循环过程中，地幔物质分异出的岩浆及地壳物质重熔形成的岩浆通过上升，结晶形成岩浆岩，经构造运动隆升至地表或近地表，进入表生环境，遭受风化、剥蚀，搬运到湖、海盆地沈积成岩。沉积岩再经沉降或俯冲到地壳深处，发生变质或部分重熔而形成新的岩浆，完成一个大旋回。在大旋回演化过程中，同时还存不同级次的次级旋回。如沉积岩直接进入风化搬运，变质岩也可不遭受重熔而上升至地表遭受风化、

3、剥蚀等。图1-2　地幔对流与板块运移示意图图1-3　地球化学（岩石）旋回示意图　　图1-2、3中外生环境与内生环境的分界一般说来相当于潜水面，之下为还原环境，之上为氧化环境。但在基岩中断裂发育区，地下水下渗较深，也会对潜水面之下的岩石产生氧化作用。同时，我们还应当看到，地球化学旋回不是简单的机械重复，它始终伴随着物质形态的转变，化学成分的变化。可见，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　　地壳的形成，地壳的物质成分与地幔，特别是上地幔最有成因联系，这是因为地壳物质起源

4、点在地幔，地球化学旋回的最深点也在地幔。因此，研究元素的分布、分配的重点是地幔和地壳，特别是地壳。因为，地壳岩石出露，便于采样研究，而地幔岩石极少地表出露，只能根据偶尔获得的深源包裹体（主要是基性、超基性火成岩）的分析测试资料获得，而深源包体在其形成和上浸过程中还遭受了一定的化学混染作用，成分已不能真正反映原始地幔特征。研究地壳、地幔的物质组成，首先是通过直接样品分析获得，其次是与陨石物质对比和模拟上地幔的温度－压力条件对硅酸盐物质合成的实验研究获得。总的来说，地壳成分研究较为深入、准确，地幔成分研究尚在探索中，但由于它对研究地壳成分的起源及制约因素上的重要意义，正受到包括地

5、球化学家在内的地质学家的高度重视，国际上地幔计划（ＵＭＰ）代表了这方面的最新成绩。地壳是由地幔重熔分异演化而来，二者间现有联系又有差异，表1－1列出了地幔与地壳的主要氧化物成分特征：　表1－1　　　地幔与地壳成分特征成分地幔梅森，1966地幔林伍德，1975地壳罗诺夫，1969地壳黎彤，1965ＳiＯ243.0645.1657.6460.74ＭgＯ31.3237.473.873.41ＦeＯ6.668.044.303.51Ｆe2O31.660.462.432.80ＣaＯ2.653.087.015.61Ａl2Ｏ33.993.5415.4515.35Ｎa2Ｏ0.610.572.87

6、3.30Ｃr2Ｏ30.420.43  ＭnＯ0.130.140.150.13Ｐ2Ｏ50.080.060.230.27Ｋ2Ｏ0.220.132.322.36ＴiＯ20.580.710.880.86ＮiＯ0.390.20  Ｈ2Ｏ0.21 1.331.22　　由上表可见，虽然不同学者计算地幔、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、Al、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、Ｏ、Ａl、Ｆe、Ｎa、Ｋ、Ca、Ｍg、Ｔi

7、等九种元素占总量的百分之九十九以上，它们是岩石圈成分主体。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，结果造成地幔中铁镁暗色矿物为主、地壳中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　　微量元素的分布不同于常量元素，不受化学计量原则控制，其分布规律微观上受元素类质同象置换条件制约，以固溶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