第二章 地殼中元素分布及遷移

851第二章地殼中元素的分布與遷移內(nèi)容：?主要介紹元素在地殼中的分布、分配狀況；?元素在地殼中的賦存狀態(tài)及其共生組合規(guī)律；?元素在地殼中的遷移規(guī)律以及元素的分布、分配、存在形式和遷移的現(xiàn)實(shí)意義。目的：?掌握元素分布與分配、元素共生與組合和遷移基本規(guī)律；?理解元素的概率分布特征；?了解元素在地球中，特別是在地殼中的分布、分配、組合和遷移。

852第一節(jié)地殼中元素的分布與分配第二節(jié)元素的存在形式與共生組合第三節(jié)元素的遷移第二章地殼中元素的分布與遷移853第一節(jié)地殼中元素的分布與分配一、地殼元素的豐度確定方法二、地殼豐度值分布特點(diǎn)及規(guī)律三、地殼豐度值的地球化學(xué)意義四、元素在地殼中的分配五、元素的空間分配六、元素的概率分布854元素分布、分配的兩重含義：其一：元素在地球各圈層分布，特別是地殼表層各地質(zhì)體間及各類巖石、礦物間的分布、分配；其二：元素在各地質(zhì)作用過程中的分布與分配。前者是后者的結(jié)果，是應(yīng)用地球化學(xué)研究的主要內(nèi)容。第一節(jié)地殼中元素的分布與分配855一、地殼元素的豐度確定方法地殼元素豐度(克拉克值)：地殼中化學(xué)元素的平均含量。有重要貢獻(xiàn)的人物：克拉克、戈爾德施密特、維爾納茨基、費(fèi)爾斯曼、梅(馬)遜、維諾格拉多夫、泰勒以及我國的黎彤。豐度：泛指任何宇宙體或地質(zhì)體中元素平均含量。元素豐度：是指元素在所研究對象中的平均含量。只有了解元素各地質(zhì)體中豐度及其規(guī)律后，才能探討各種地質(zhì)作用中元素地球化學(xué)行為及演化規(guī)律。

第一節(jié)地殼中元素的分布與分配856地球化學(xué)始于對地殼元素豐度的研究。1889年克拉克發(fā)表《元素相對豐度》，提出19種元素在地殼和大洋中平均含量。費(fèi)爾斯曼把地殼元素豐度稱為克拉克值?？死俗钤缬嬎愠龅貧て骄瘜W(xué)成分，采用廣義地殼概念，即地殼包括巖石圈、水圈和大氣圈，三者質(zhì)量比為93：7.0：0.03。一、地殼元素的豐度確定方法第一節(jié)地殼中元素的分布與分配857戈爾德施密特(1937)采用冰川成因的沉積物（77個樣），其成分代表巖石圈平均化學(xué)成分，其經(jīng)過與克拉克的經(jīng)過相似。維納格拉多夫(1949,1962)是以兩份酸性巖加1份基性巖的平均成分計算得出。泰勒(1964)從稀土元素的角度計算元素的地殼豐度。一、地殼元素的豐度確定方法第一節(jié)地殼中元素的分布與分配858黎彤(1976)在計算地殼元素豐度時采用全球地殼模型，運(yùn)用分區(qū)分巖類綜合平均方法進(jìn)行。計算時先計算各地殼構(gòu)造單元(或區(qū))的豐度，然后計算各區(qū)的豐度。在計算各構(gòu)造單元元素豐度時，采用巖石類型質(zhì)量加權(quán)法平均。整個地殼元素豐度按各區(qū)質(zhì)量加權(quán)平均求得。黎彤地殼元素豐度表，首次提供了區(qū)域地殼豐度資料，建立了地殼分區(qū)豐度體系。一、地殼元素的豐度確定方法第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85985101.元素地殼豐度值的特點(diǎn)：(1)多數(shù)作者所得數(shù)值比較接近，但存在差異。原因：對地球結(jié)構(gòu)模式認(rèn)識不同，運(yùn)用不同代表性的樣品造成的。如：克拉克和華盛頓(1924)以地殼厚度10km為標(biāo)準(zhǔn)。巖漿巖占95％，頁巖占4％，砂巖占0.75％，石灰?guī)r占0.25％，用加權(quán)法計算出各元素的平均含量。維諾格拉多夫采用兩份花崗巖(代表硅鋁層)和一份玄武巖(代表硅鎂層)組合樣品代表地殼總成分。(2)國外文獻(xiàn)，未考慮大洋地殼的組分。因而不能真正代表整個地殼的平均化學(xué)成分。二、地殼豐度值分布特點(diǎn)及規(guī)律第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85112.地殼中元素分布規(guī)律(1)地殼中元素相對的平均含量是極不均勻的。豐度最大的元素（O=47%）比豐度最小的元素。（Rn=7×10-16）在含量上可大1017倍，O占地殼總重量的近二分之一，而Rn僅重n×10t，相差十分懸殊。按克拉克值遞減順序排列，前2種元素占地殼總量的76.5％，前10種元素的質(zhì)量占99.58％。

二、地殼豐度值分布特點(diǎn)及規(guī)律第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8512

編號元素種數(shù)元素（以克拉克值降低為序）總量累計Ⅰ2O,Si76.5%76.5%Ⅱ6Al,Fe,Ca,Na,K,Mg22.53%99.03%Ⅲ2Ti,Mn0.55%99.58%Ⅳ9P,F,Ba,S,Sr,C,Cl,Zr,Rb0.377%99.957%Ⅴ18V,Cr,Zn,Ce,Ni,Cu,Nd,Li,Y,La,Nb,N,Ga,Co,Pb,Th,B,Sc0.0685%100.025%Ⅵ20Pr,Sm,Gd,Dy,Tb,Be,Cs,Er,Sn,Ta,U,Br,As,Ho,Ge,Eu,W,Mo,Hf,Tl65.3×10-4Ⅶ7Lu,Sb,I,Yb,Tu,In,Cd26.8×10-5Ⅷ4Hg,Ag,Se,Pd21.6×10-6Ⅸ3Bi,Au,Te14.3×10-7Ⅹ1Re7×10-8表2－2巖石圈中元素的克拉克值8513(2)將元素原子克拉克值取對數(shù)，作對數(shù)值——原子序數(shù)（Z）的曲線，可看出地殼中元素豐度隨原子序數(shù)增大而減小，Z為偶數(shù)元素的豐度大于Z為奇數(shù)元素（粗略地與太陽系元素的分布規(guī)律相同）。這一事實(shí)再此說明地球、地殼在物質(zhì)上同太陽系其它部分的統(tǒng)一性。二、地殼豐度值分布特點(diǎn)及規(guī)律第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85148515(3)地殼、地球和太陽系中分布最廣的元素豐度之間存在明顯的差異：太陽系：H﹥He﹥O﹥Ne﹥C﹥Si﹥Mg﹥Fe﹥S

地球：Fe﹥O﹥Mg﹥Si﹥Ni﹥S﹥Ca﹥Al﹥Co﹥Na地殼：O﹥Si﹥Al﹥Fe﹥Ca﹥Na﹥K﹥Mg﹥Ti﹥H(4)元素豐度大體上隨原子序數(shù)的增大而減小。

O(8)Si(14)泰勒（1964）4.64×10-12.815×10-1

(5)元素豐度隨原子核構(gòu)造的復(fù)雜程度加大而減小。

NaK泰勒（1964）2.36×10-12.09×10-1二、地殼豐度值分布特點(diǎn)及規(guī)律第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8516(6)偶數(shù)法則：周期表中原子序數(shù)為偶數(shù)的元素總分布量(86.36％)大于奇數(shù)元素總分布量(13.64%)。(7)奧多-哈根斯法則，相鄰元素之間偶數(shù)元素的分布量大于奇數(shù)元素的分布量。結(jié)論：地殼中元素的豐度不僅取決于元素原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，同時又受地球形成前、地球形成時以及地球存在時期物質(zhì)演化和分異的影響。二、地殼豐度值分布特點(diǎn)及規(guī)律第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85171.主要反映了地殼的平均化學(xué)成分。即反映各種地球化學(xué)過程總背景，影響地球化學(xué)行為，也提供了衡量元素集中、分散及其程度的標(biāo)尺；為找礦分析測試方法的靈敏度提供了總的標(biāo)準(zhǔn)。2.在某種程度上支配著地球化學(xué)行為。如：K和Na在各地質(zhì)體系中濃度大，可形成各種獨(dú)立礦物，甚至形成巖鹽和鉀鹽；Rb和Cs在各地質(zhì)體中濃度很低，只呈分散狀態(tài)存在于其他礦物中。3.為闡明地球化學(xué)省的特征提供一種標(biāo)準(zhǔn)。如：某區(qū)淺色花崗巖遠(yuǎn)多于鎂鐵質(zhì)巖石，則該區(qū)Mg和Fe及Cr、Ti、鉑族元素及Zn等都明顯低于克拉克值。三、地殼豐度值的地球化學(xué)意義第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8518地殼是由巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類型巖石組成的，元素在各類巖石中的分配差異較大。這一點(diǎn)可以從巖漿巖、沉積巖中化學(xué)元素的平均含量表等資料中直觀地獲知。四元素在地殼中的分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85191.元素在巖漿巖中的分配規(guī)律：

1)Fe、Mg、Ni、Co、Cr和Pt族元素，由超基性巖→基性巖→中性巖→酸性巖，含量逐步降低。這類元素只能在超基性巖中富集形成巖漿礦床。

2)Cu、Al、Ti、V、Mn、P和Sc等元素在基性巖中含量最高，在超基性巖、中性巖、酸性巖中降低。

3)K、Na、Si、H、Be、Rb、Cs、Tl、Ba、Y、TR、Hf、U、Th、Ta、W、Sn、Pb等元素，其含量隨超基性巖向中性巖、酸性巖過渡有規(guī)律地增長。

4)Au，Ge，Sb，As等元素在各類巖石中富集的傾向不明，含量變化不大。四元素在地殼中的分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85208521同類型巖漿巖，酸性噴出巖與酸性侵入巖相比，其巖漿基性元素分配量較高而酸性巖漿元素分配量較低。不同時代形成的同類巖漿巖元素分配量也有類似規(guī)律。如：不同時代酸性侵入巖隨時代更新，巖石酸性程度逐漸增高，酸性巖漿元素分配也逐漸增高；不同時代基性噴出巖隨時代更新，巖石基性程度逐漸增高，基性巖漿元素分配也逐漸增高。四元素在地殼中的分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8522主要類型巖漿巖中化學(xué)元素的平均含量85232.元素在沉積巖中分配規(guī)律1)Si以極大優(yōu)勢富集于砂巖中，Al和Si傾向于在頁巖和粘土巖類中濃集，而Ca和Mg則以碳酸鹽巖為最大濃集場所。2)絕大多數(shù)微量元素在頁巖和粘土類巖石中的豐度一般均高于在砂巖類和碳酸鹽類巖石中的豐度。3)Sr與Mn等顯著地富集于碳酸鹽類巖石中，而Zr和REE元素則傾向在砂巖類巖石中富集。四元素在地殼中的分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8524不同時代或不同成因的同種類型沉積巖中元素分配量也不同。例如，從元古宙至新生代形成的陸源沉積泥巖中K，Al，Ti，F(xiàn)e，Ni等元素含量普遍降低，而其他元素含量普遍升高。又如，在濱里海洼地和西西伯利亞低地的侏羅系和下白堊統(tǒng)中，在從淡水泥巖向海相泥巖過渡時，B，Sr含量增長了3倍。四元素在地殼中的分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8525

主要類型沉積巖中化學(xué)元素的平均含量85263.元素在變質(zhì)巖中分配規(guī)律：元素在變質(zhì)巖中分配與元素在巖漿巖和沉積巖中的分配不同。一般地，元素在各類變質(zhì)巖的分配量，特別是微量元素的分配量很不穩(wěn)定。元素分配量在很大程度上與變質(zhì)巖的原巖成分有關(guān)。四元素在地殼中的分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8527元素空間分配主要特征是區(qū)域分配量的差異性。元素不僅在大洋型地殼、大陸型地殼和過渡型地殼中的分配量有明顯差異，且在同種類型地殼內(nèi)部元素的分配也是不均勻的。某些成礦元素的分配量差異更加顯著。例如，在大陸型地殼內(nèi)不同地區(qū)某些成礦元素分配量相差很大，有的地區(qū)富含某二種或幾種元素。即使在同一地區(qū)不同地段或更小范圍內(nèi)，元素的分配量也是起伏變化的。五、元素的空間分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8528五、元素的空間分配第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8529六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配1.概述

地殼中元素分布具有結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性。結(jié)構(gòu)性指地殼中某一范圍內(nèi)，元素含量變化受某種地質(zhì)作用控制，有一定變化規(guī)律。隨機(jī)性則指元素含量變化出現(xiàn)不確定性，即使在明確地質(zhì)因素控制范圍內(nèi)，我們可預(yù)測某一位置可能出現(xiàn)的含量區(qū)間，而具體值難以預(yù)定。地質(zhì)體中元素含量是一種隨機(jī)變量。研究隨機(jī)變量的科學(xué)方法是概率統(tǒng)計方法。

8530六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配對于任何一種地質(zhì)體中某一元素來說，概率分布F(x)是客觀存在的，至于具體概率分布型式是何種，須視具體地質(zhì)體中元素分布特征而定。具某種分布型式的地質(zhì)體叫總體(母體)。地質(zhì)體中元素含量的概率分布型式是長期爭議的問題。爭論問題之一：是否存在某種概率分布型式部分人認(rèn)為不存在某種概率分布型式，認(rèn)為元素的分布是復(fù)雜且不可知的。另一部分人認(rèn)為可以用某種概率分布型式擬合實(shí)際分布。爭論問題之二：具體分布型式一是認(rèn)為元素含量服從正態(tài)分布，一是認(rèn)為服從對數(shù)正態(tài)分布。

85312.正態(tài)分布（高斯分布、正常分布）：對于一個隨機(jī)變量x的各次觀測值之間的差別是多因子，且這些因子中沒有特別突出的、起主導(dǎo)作用，那么它的概率分布傾向于正態(tài)分布(大數(shù)定律)。正態(tài)分布的密度函數(shù)有如下形式：它的積分式為：式中，σ和μ是正態(tài)分布的兩個重要參數(shù)，μ為該隨機(jī)變量x的數(shù)學(xué)期望值，σ叫標(biāo)準(zhǔn)離差。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8532對于一個正態(tài)分布的隨機(jī)變量，算術(shù)平均值(X)是數(shù)學(xué)期望值的最佳估計值。均方差s是標(biāo)準(zhǔn)差的無偏估計值：當(dāng)μ＝0，σ＝1時，稱標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的密度函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的積分函數(shù)(概率函數(shù))。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8533正態(tài)分布的概率密度函數(shù)圖特征：(1)圖形呈鐘形單峰對稱分布，最大峰值在C＝μ處，頻率最大。(2)圖形對稱軸為μ。(3)參數(shù)μ和σ決定了圖形形態(tài)，μ決定對稱軸的位置，σ決定了鐘形的“胖”、“瘦”程度。σ較小時，曲線較陡；σ較大時，曲線較寬緩。(4)當(dāng)Ci趨向極大或極小時，f(x)趨向于0，說明變量x在μ值附近概率密度最大，離μ值越遠(yuǎn)概率密度越小。8534直方圖:在整理化探資料時，習(xí)慣將原始含量分組，統(tǒng)計每組樣品數(shù)(頻數(shù))，除以樣品總數(shù)n，求出該組頻率(fi)。以頻率fi為縱坐標(biāo)，含量間隔為橫坐標(biāo)，作分布直方圖，間隔越小分組越多，越逼近真實(shí)分布。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8535分布型式檢驗(yàn):在分組研究概率分布型式時，可利用下面的公式計算算術(shù)平均值和均方差S

式中，n為樣品分組組數(shù)，fi*為第i組中的樣品數(shù)，Ci為第i組組中值。利用計算所得的

和S，分別代入密度函數(shù)公式就可以得到一條以為μ、S為σ的理想正態(tài)分布曲線。將曲線與分布直方圖的擬合曲線對比，看其符合程度，可以判斷研究母體元素含量是否服從正態(tài)分布，這就是分布型式檢驗(yàn)。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85363.對數(shù)正態(tài)分布母體中常量元素含量較接近正態(tài)分布，微量元素分布直方圖向高含量延伸，形成不對稱分布。最大頻率直方柱偏向左邊的為正偏分布，偏向右邊的為負(fù)偏分布。實(shí)際地球化學(xué)數(shù)據(jù)中，微量元素含量多呈正偏分布。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對數(shù)后再作圖，元素含量直方圖的對稱性大大改善。將原始數(shù)據(jù)取對數(shù)后所作的圖形呈正態(tài)分布形式，稱為對數(shù)正態(tài)分布。對數(shù)正態(tài)分布的平均數(shù)的真數(shù)叫幾何平均值，而方差叫做對數(shù)方差。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8537xμ

+σ

+2σ

-σ

-2σ

分布形式f(x)右偏（負(fù)偏）左偏（正偏）8538元素含量分布型式研究目的：(1)得到母體的分布參數(shù)，其意義：一是獲得集中性參數(shù)值，二是獲知樣品含量的離散程度。隨機(jī)變量的集中性參數(shù)可以用平均值()

、中位值(Me)和眾值(Mo)來表征。當(dāng)隨機(jī)變量服從正態(tài)分布時，＝Me＝Mo。隨機(jī)變量的離散性參數(shù)可以用均方差(S)、極差(R)來表示。用均方差來反映一個母體的元素含量分布的離散程度還有局限性。

(2)對該母體的地球化學(xué)特征有基本的認(rèn)識。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配85394.變化系數(shù)統(tǒng)計中引入變化系數(shù)(Cv)來表示相對離散程度。不同元素均方差(絕對值)不能直接對比，變化系數(shù)是相對單位均值的離散程度，計算公式為：變化系數(shù)是相對于單位均值的百分變化率，它反映數(shù)據(jù)的均勻性程度。所以它可以度量地質(zhì)體中不同元素的均勻性程度，是離散度參數(shù)。對一個地質(zhì)體元素的含量，確定了它的分布型式、均值、均方差和變化系數(shù)后，對該元素的分布特征就有了較深刻的理解了。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8540元素含量分布型式可以概括為：(1)單一地球化學(xué)作用形成的地質(zhì)體，多數(shù)服從對數(shù)正態(tài)分布；多次地球化學(xué)綜合作用，則服從正態(tài)分布。(2)由兩個以上地球化學(xué)作用疊加形成的復(fù)合地質(zhì)體，化學(xué)元素含量偏離正態(tài)分布μ值不大的正態(tài)母體疊加，元素含量分布仍服從正態(tài)分布或近似正態(tài)分布。(3)一般地常量元素服從正態(tài)分布，微量元素服從對數(shù)正態(tài)分布。(4)結(jié)合在多種礦物中的元素服從正態(tài)分布，如造巖元素和親石分散元素；結(jié)合在一兩種礦物中的元素呈對數(shù)正態(tài)分布，如成礦元素。(5)通過擴(kuò)散作用形成的元素含量呈對數(shù)正態(tài)分布；而通過對流混勻作用形成的元素含量服從正態(tài)分布。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8541研究地質(zhì)體元素含量分布型式意義：(1)認(rèn)識地質(zhì)體受地質(zhì)作用改造過程，為礦產(chǎn)勘查提供依據(jù)。(2)對兩個地質(zhì)體的地球化學(xué)特征進(jìn)行對比，判斷兩個地質(zhì)體的相似性。即分布型式相同、參數(shù)相近似的兩個地質(zhì)體可能具有同源性或相似性。(3)為計算背景值和異常下限提供理論依據(jù)和計算方法。(4)對某一具體研究母體，知道某元素含量的概率分布型式后，可預(yù)知某一含量出現(xiàn)的概率，了解該樣點(diǎn)的地質(zhì)意義。還應(yīng)注意多元統(tǒng)計方法越來越多地應(yīng)用于研究元素含量，探討元素共生組合和自然分類。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8542意義：掌握元素含量的概率分布規(guī)律，不僅能全面了解元素含量所能提供的地球化學(xué)信息，而且還為地球化學(xué)找礦工作中確定背景和異常下限、評價地質(zhì)體的含礦性等提供理論依據(jù)。還應(yīng)注意多元統(tǒng)計方法越來越多地應(yīng)用于研究元素含量，探討元素共生組合和自然分類。六、元素的概率分布第一節(jié)地殼中元素的分布與分配8543第二節(jié)元素的存在形式與共生組合一、獨(dú)立礦物二、類質(zhì)同象三、膠體吸附四、有機(jī)質(zhì)五、元素的共生組合8544元素的存在形式是指元素在一定條件下與周圍原子結(jié)合方式和其物理化學(xué)狀態(tài)，即賦存狀態(tài)。同一種成巖、成礦作用，不同元素可以有不同的存在形式；同一種元素，在不同的成礦階段、不同的物理化學(xué)條件下存在形式也不同。即同一元素的不同存在形式可以反映不同的成礦條件。元素的存在形式主要有獨(dú)立礦物、類質(zhì)同象、膠體吸附等。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合8545獨(dú)立礦物指自然形成的能夠在肉眼或顯微鏡下進(jìn)行礦物學(xué)研究、可用機(jī)械或物理方法分離出單礦物樣品的礦物顆粒(粒徑>0.001mm)。獨(dú)立礦物是元素在宏觀狀態(tài)下主要存在形式。常量元素和某些豐度值較高元素(P,Zr,Ti等)常形成獨(dú)立礦物，許多微量元素(Be,Ni,As,Mo,Cu,Pb,Sn等)在特殊環(huán)境下也形成獨(dú)立礦物，甚至富集成礦。獨(dú)立礦物的形式:自然元素、化合物和顯微包體。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合一、獨(dú)立礦物85468547類質(zhì)同象是指性質(zhì)相近的原子、離子、配離子在晶體中以可變量彼此替換的現(xiàn)象。類質(zhì)可理解為同類元素；同象指發(fā)生替換前后晶體結(jié)構(gòu)保持不變，或化學(xué)結(jié)構(gòu)式相同。類質(zhì)同象是微量元素重要存在形式，許多微量元素(Ga,In,Ge,Cd,Se,Rb等)主要以類質(zhì)同象形式存在于礦物中，有些微量元素雖能形成獨(dú)立礦物，但主要還是呈類質(zhì)同象形式賦存于其他礦物中。元素以類質(zhì)同象混入的礦物叫寄主礦物，它既可以是造巖礦物，也可以是礦石礦物。寄主礦物可以指示微量元素在巖石中的存在和富集程度。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合二、類質(zhì)同象8548類質(zhì)同象代換是自然界化合物中一種十分普遍的現(xiàn)象，地球化學(xué)性質(zhì)相似的一些元素之間常常出現(xiàn)這種代換關(guān)系。它對于元素的共生組合有著重要的影響，特別是對微量元素的地球化學(xué)行為起著重要的支配作用。類質(zhì)同象的替代原則：①半徑相近；②化學(xué)鍵類型相同或相似；③代換前后總電價平衡第二節(jié)元素的存在形式與共生組合二、類質(zhì)同象8549常見造巖礦物中類質(zhì)同象混入物微量元素含量表X%0.x%0.0x%0.00x%

橄欖石—Ni,MnCa,Al,Cr,Ti,P,CoZn,V,Cu,Sc角閃石—Ti,F,K,Mn,Cl,RbZn,Cr,V,Sr,NiBa,Cu,P,Co,Ga,Pb,Li,B

輝石—Ti,Ni,Mn,KCr,V,Ni,Cl,SrP,Cu,Co,Zn,Li,Rb,Ba黑云母Ti,FCa,Na,Ba,Mn,RbCl,Zn,V,Cr,Li,NiCu,Sn,Sr,Co,P,Pb,Ga斜長石KSrBa,Rb,Ti,MnP,Ga,V,Zn,Ni,Pb,Cu,Li綠簾石TRMn.,TiTh,SnV,Nb,Zn,Be,U8550X%0.x%0.0x%0.00x%榍石—TR,Nb,Sn,SrMn,Ta,V,CrBa磷灰石—Sr,TR,MnU,PbAs,Cr,V石榴石Mn,CrTi,TRGa—正長石NaCa,Ba,SrRb,TiPb,Ga,V,Zn,Ni,Cu,Li白云母—Ti,Na,Fe,Ba,Rb,LiCr,Mn,V,Cs,GaZn,Sn,Cu,B,Nb電氣石—Ti,Li,MnCr,Ga,Sn,Cu,VRb磁鐵礦Ti,Al,CrMn，VZn,Cu,Sn,NiCo,Pb,Mo鋯石HfTR,ThTi,Mn,PBe,U,Sn,Nb石英———Fe,Mg,Al,Ti,Na,B,Ga,Ge,Mn,Zn85518552研究類質(zhì)同象的意義：①類質(zhì)同象是支配地殼中元素(特別是一些微量元素)共生組合的一個重要因素。②反映微量元素的分布、分配、集中、分散及遷移的規(guī)律。③反映同時、同種成因處于同一空間所形成的元素組合。④有利于綜合找礦和開展礦產(chǎn)的綜合利用，充分發(fā)揮礦產(chǎn)資源的作用。如：利用它可以判斷成礦條件是否有利——若硅酸鹽中鎂含量高，不利于鎳的集中；反之，若鈣高、鎂低、硫多，則鎳易富集成礦。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合二、類質(zhì)同象8553膠體是一種物質(zhì)的極細(xì)微粒分散在另一種物質(zhì)之中所形成不均勻的細(xì)分散系。例如蛋白石就是Si02的極細(xì)微粒分散在H20中。通常把前者稱為分散質(zhì)或分散相；后者稱為分散媒體或分散介質(zhì)。分散質(zhì)的量遠(yuǎn)大于分散媒的膠體稱為膠凝體；而小于分散媒的則稱為膠溶體。膠體是帶電的，常以各種方式吸附各種離子，而參與成巖成礦作用。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合三、膠體吸附8554根據(jù)膠體粒子吸附陰陽離子的不同，可分為正膠體和負(fù)膠體兩種。正膠體可吸附多種配陰離子，如Fe203的膠體粒子能吸附V04-，CrO42-，PO43-，As043-等配陰離子。負(fù)膠體可吸附多種陽離子，如Mn02的膠體粒子能吸附Cu，Pb，Zn，Co，Ni，Ba等40多種陽離子，腐殖質(zhì)膠體粒子能吸附Ca，Mg，Cu，Ni等陽離子。此外，晶體表面也具有一定的吸附離子的作用。很多沸石和粘土礦物也具有很強(qiáng)的吸附能力。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合三、膠體吸附8555研究有機(jī)質(zhì)，對了解元素賦存狀態(tài)和相互結(jié)合的規(guī)律愈來愈重要。例：通過對某些沉積型鐵礦研究，發(fā)現(xiàn)它們多不是由水體中簡單化學(xué)作用形成，而是生活在海洋或湖沼中鐵細(xì)菌生物化學(xué)作用產(chǎn)物。海鞘能從海水中吸收V使其含量達(dá)0.5％，而水中只含5×10-7，即能提高100萬倍。全世界距今l8億到32億年前沉積巖中都發(fā)現(xiàn)條帶狀鐵礦層。這些鐵礦層中均發(fā)現(xiàn)含鐵細(xì)菌化石，這反映鐵細(xì)菌參與沉積鐵層建造，并起著關(guān)鍵作用。這解釋了前寒武紀(jì)中一段時間鐵礦特別富集。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合四、有機(jī)質(zhì)8556生物活著能選擇性攝取某些元素，死后通過各種腐殖酸作用，也能吸附許多元素或形成有機(jī)配合物。研究腐殖酸對金屬元素的作用可解決某些礦床成因，因?yàn)楦乘峥梢晕酵鈦碓兀诘厍蚧瘜W(xué)找礦中，為了避免假異常，采樣應(yīng)避開有機(jī)質(zhì)層。元素存在其他形式：氣液包裹體、機(jī)械混入物等。對元素存在形式研究，在地球化學(xué)找礦中無論對樣品采集、分析、異常與背景區(qū)分、異常評價等，都有重要作用。如：前蘇聯(lián)某鈾礦區(qū)，在背景區(qū)巖石中Pb主要呈類質(zhì)同象混入物形式賦存于鉀長石內(nèi)，在異常區(qū)巖石中由礦液帶入Pb呈極細(xì)粒的方鉛礦形式產(chǎn)出。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合四、有機(jī)質(zhì)8557元素共生組合是指有成因聯(lián)系且性質(zhì)相近的某些元素在某一地質(zhì)體中同時賦存的現(xiàn)象。注意：共生并不意味著共同富集。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合855885591.元素的親合性地球化學(xué)親和性：主要指陽離子在自然體系中趨向同某種陰離子的傾向。元素地球化學(xué)親和性的原因：①元素本身性質(zhì)；②元素結(jié)合的物理化學(xué)條件元素地球化學(xué)親和性分類：

在地球系統(tǒng)中，豐度最高的陰離子是氧，其次是硫；能以自然金屬形式存在的豐度最高的元素是鐵。因此，在自然體系中元素的地球化學(xué)親和性分類主要包括親氧性元素、親硫性元素和親鐵性元素三大類型。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8560戈爾德施密特將冶煉爐中出現(xiàn)的四相(金屬鐵、硫化鐵、硅酸鹽礦渣和氣體)與隕石中的鐵隕石、隕硫鐵和球粒隕石中的化學(xué)成分相比較，并結(jié)合地質(zhì)作用中元素共生規(guī)律，提出了劃分為親鐵、親硫(親銅)、親氧(親石)、親氣元素、親生物元素的分類方案，并得到了廣泛的認(rèn)同。元素親和性是我們在地球化學(xué)找礦中確定指示元素的依據(jù)。如選擇親硫元素作為硫化物礦床的指示元素。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8561(1)戈爾德施密特元素地球化學(xué)的分類：親鐵元素：以自然元素產(chǎn)出。如Mo,Fe,Cr,Co,Ni等。親硫元素：如Cu,Ag,Zn,Hg,As,Sb,Bi,Se,Te,Fe等。親氧元素(又稱親石元素)：如Li,Na,K,Rb,Ca,Sr,Ba等。親氣元素：主要集中在氣體中，如H,C,N,O,I,Hg等。親生物元素：生物圈中富集于有機(jī)物中的元素，如H,C,N,O,P,S等。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8562雙重性和過渡性：自然界元素的親和性不是絕對的，存在著雙重性和過渡性。Fe,MnFe2+,Mn2+低價具親硫性，如FeS2,MnS;

Fe3+,Mn4+高價具親氧性，如Fe2O3,MnO28563(2)戈爾德施密特分類在礦產(chǎn)勘查中意義:①親硫元素和親鐵元素的結(jié)合特點(diǎn)與親石元素有很大區(qū)別。親石元素多以類質(zhì)同象分散于造巖礦物中，親硫元素常以硫化物脈出現(xiàn)，或以自然元素在晚期以獨(dú)立礦物形式出現(xiàn)。②親硫元素、親鐵元素的親合性質(zhì)使這些元素集聚成礦，盡管元素豐度低，但成礦能力卻很強(qiáng)。③元素親合性是確定指示元素的依據(jù)。如親硫元素作為硫化物礦床的指示元素，親鐵元素常是貴金屬礦床和過渡金屬礦床的指示無素。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8564(3)元素共生組合意義：①為找礦確定指示元素；②為地球化學(xué)異常的解釋評價；③確定礦化類型提供了依據(jù)；④為礦產(chǎn)開發(fā)副產(chǎn)品的利用提供了依據(jù)。如閃鋅礦中的鎘，方鉛礦中的銀，均是工業(yè)上主要利用的對象。金常是黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、閃鋅礦中常見的元素，黃鐵礦、毒砂還是主要的載金礦物。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合85652.成巖成礦作用的典型元素組合一些元素傾向于密切伴生，共同產(chǎn)出，甚至在地質(zhì)條件極不相同的情況下始終保持共生特征。探索元素在內(nèi)生和外生環(huán)境中的共生組合關(guān)系，具有十分重要現(xiàn)實(shí)意義。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8566不同成因的磁鐵礦具有不同的標(biāo)型元素組合：85673、內(nèi)生-外生環(huán)境中一般共生關(guān)系：K-RbCa-SrAl-GaZr-HfSi-GeNb-TaTR-Pt-Ru-Rh-Pd-Os-Ir第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8568巖漿作用礦物有規(guī)律地結(jié)晶，形成各類巖漿巖，主元素有規(guī)律變化，微量元素遵循類質(zhì)同象原則分散在造巖礦物中。沉積巖繼承原巖元素分布特征，還因表生沉積環(huán)境而變化。微量元素組合反映特定沉積環(huán)境。各類巖石的微量元素組合，主要反映該巖石中主要造巖礦物的類質(zhì)同象元素。成礦主要元素為親硫元素、親鐵元素，不易進(jìn)入硅酸鹽晶體而富集在殘余流體或后期熱液中。同為親硫元素，由于成礦流體成分的差異性，不同礦床類型僅有一種以多種金屬元素為主，形成主要獨(dú)立礦物，形成特有的元素組合，為找礦確定指示元素提供依據(jù)。第二節(jié)元素的存在形式與共生組合五、元素的共生組合8569第三節(jié)元素的遷移一、遷移的一般概念二、遷移的方式三、遷移的影響因素四、元素的沉淀與分散8570是“動”的研究，即元素在自然作用體系中的含量和存在形式在時間、空間上的變化。例：元素從礦源層中活化遷移到沉淀成礦①金屬元素(Cu)呈分散狀態(tài)賦存礦物顆粒表面。該元素含量較高，形成礦源層；②某時期，深部發(fā)生某地質(zhì)作用，沿裂隙發(fā)生熱液活動，礦源層裂隙兩側(cè)物化狀態(tài)發(fā)生改變，礦源層中元素被萃取至流體中；③熱液遷移至上部由于物理化學(xué)條件的變化，流體中元素又以新的結(jié)合方式沉淀下來。第三節(jié)元素的遷移8571元素的遷移是指在各種自然條件下，元素結(jié)合與分離、集中與分散的重新分配的過程。元素的集中與分散是相對于克拉克值而言，常采用濃集克拉克值來衡量：濃集克拉克值=濃集克拉克值大于1為濃集，小于l為分散。元素遷移即發(fā)生于宏觀地質(zhì)作用，也發(fā)生于微觀地質(zhì)變化，如地質(zhì)體的后期熱液改造，使某些元素富集或貧化、礦物同位素組成的再平衡等。一個完整遷移過程包括元素活化、搬運(yùn)和沉淀三個環(huán)節(jié)，這三個環(huán)節(jié)貫穿整個地球化學(xué)旋回體系。第三節(jié)元素的遷移一、遷移的一般概念8572元素的地球化學(xué)遷移包含了以下三個要素：①環(huán)境物理化學(xué)條件的變化；②元素結(jié)合方式的改變；③導(dǎo)致元素在空間上的位移及元素集中、分散的轉(zhuǎn)化。因此，元素的遷移過程能指示元素發(fā)生變化的動態(tài)過程，以及各種物理化學(xué)條件的制約關(guān)系，從而揭示地質(zhì)、地球化學(xué)作用機(jī)制。第三節(jié)元素的遷移一、遷移的一般概念8573元素遷移可分為化學(xué)與物理化學(xué)遷移、機(jī)械遷移及生物遷移三類。1．化學(xué)及物理化學(xué)遷移1)硅酸鹽熔體遷移：在巖漿作用和超變質(zhì)作用中，元素主要以硅酸鹽熔體形式參與遷移，元素可能直接參與硅酸鹽晶體構(gòu)建或以賦存形式伴隨著硅酸鹽熔體遷移。2)水及水溶液遷移：在熱液作用中及水圈內(nèi)，元素主要以配離子形式遷移，在此過程中主要以擴(kuò)散作用、滲透作用和氣相運(yùn)移。3)氣體遷移：在火山或熱液及大氣圈環(huán)境中，元素多以氣體形態(tài)發(fā)生遷移。第三節(jié)元素的遷移二、遷移的方式8574

根據(jù)水中分散質(zhì)點(diǎn)的大小，可分為：溶液：以單分子或離子狀態(tài)存在（D＜10-6mm）膠體：分子或微粒子（D：10-3～10-6mm）懸浮物：D＞10-3mm元素在水溶液中遷移的形式85752．機(jī)械遷移機(jī)械遷移指元素組成的固態(tài)物質(zhì)在外力作用下，以機(jī)械運(yùn)動形式進(jìn)行遷移的方式，主要見于表生地質(zhì)作用中。此遷移過程只是元素空間位置的變更，較少涉及元素形態(tài)上的變化。3．生物遷移是由于生物遷移或吸附作用導(dǎo)致元素遷移。某些地區(qū)植物金屬含量異常往往指示地下礦床存在，這就是生物地球化學(xué)遷移反映。注意：自然界中遷移方式并沒有絕對界限，常常是一種遷移方式中伴隨著其他遷移方式。第三節(jié)元素的遷移二、遷移的方式8576遷移根本原因：元素按自身發(fā)展規(guī)律不斷演化。元素演化打破了原平衡，在新的物理化學(xué)條件下又力求保持相對平衡。這就是遷移的動力來源。影響元素遷移因素：內(nèi)因和外因，即元素的狀態(tài)、組成和存在形式以及元素所存在的環(huán)境。1．元素遷移的內(nèi)因1)元素存在形式：影響其活化轉(zhuǎn)移的能力，氣態(tài)元素的活性強(qiáng)于液態(tài)和固態(tài)元素，呈吸附離子態(tài)的元素遷移能力要強(qiáng)于參與礦物晶格的元素。元素空間位置變化，要借助氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)的搬運(yùn)，固態(tài)的交代和變質(zhì)，也有孔隙溶液參加。第三節(jié)元素的遷移三、遷移的影響因素85772)地球化學(xué)親和性：反映元素在地質(zhì)作用中化學(xué)地球化學(xué)行為和存在形式，決定了元素遷移的目標(biāo)。3)原子重力性質(zhì)（原子量）：主要決定元素位置，是在上還是在下、能否分離、分離狀況如何等。表生作用中物質(zhì)的搬運(yùn)、沉積，內(nèi)生作用中巖漿熔體的結(jié)晶分異等都是因元素重力性質(zhì)不同造成的。4)濃度：擴(kuò)散作用的主導(dǎo)因素，導(dǎo)致元素的富集與分散。5)氧化還原電位：衡量元素氧化還原能力，決定元素離子價態(tài)的遷移能力。第三節(jié)元素的遷移三、遷移的影響因素85782．元素遷移的外因1)化合物和礦物性質(zhì)：硬度、熔點(diǎn)、