2-現(xiàn)代礦床地球化學(xué)基本理論2004

1、第二講    現(xiàn)代礦床地球化學(xué)的基本理論,一、地球物理、化學(xué)結(jié)構(gòu),七種常見元素構(gòu)成了地球質(zhì)量的97% 。,1． 元素在地球系統(tǒng)的分布、共生規(guī)律 （1） 元素在地球系統(tǒng)的分布規(guī)律 --------地球物質(zhì)組成與成礦關(guān)系,1） 地殼（Crust）： 大洋地殼與成礦關(guān)系厚度: 10 km組成：= 蛇綠巖套（ophiolite suite）: 沉

2、積物（Sediments）+塊狀硫化物，石油+天然氣枕狀玄武巖（pillow basalt）席狀巖墻（sheeted dikes）塊狀輝長巖（ massive gabbro）超鎂鐵質(zhì)巖石 ultramafic (mantle) +鉻鐵礦,The Earth’s Interior,地殼／大陸地殼和洋殼,大陸地殼：年輕、老地殼，厚度: 20-90 km，平均厚度為 35 km成分變化大，平均成分為花崗閃長質(zhì) （granodior

3、ite），高K、Ti、LERR及其他比相容元素，特別是較高的Rb/Sr比值，一般認(rèn)為來源富集地幔。洋殼：古洋殼、年輕的洋殼，一般較薄（0~10m)，玄武質(zhì)巖，低K、Ti、LERR及其他比相容元素，特別是低Rb/Sr比值，一般認(rèn)為來源虧損地幔。,The Earth’s Interior,,,2） 地幔（Mantle） 橄欖巖（Peridotite (ultramafic)）,上地幔（Upper ）： “富集”的橄欖巖的帶，

4、to 410 km ，橄欖石 ® 尖晶石，從莫霍面／低速層（Low Velocity Layer），60-220 km,下地幔（Lower Mantle）： “虧損”的橄欖巖的帶，670km以下； 地震波的波速逐漸增加,過渡帶（Transition Zone ）： “虧損”橄欖榴輝巖的帶，從220到670／410-670km，波速迅速增加 （spinel ® perovskite- type

5、SiIV ® SiVI,,原始地幔：地球增生及核幔分離后，但沒有分離出地殼的地幔；Sm/Nd比值與球粒隕石相同，親銅元素主要進(jìn)入硫化物相；揮發(fā)元素（如K、Rb）相對(duì)于難熔元素（如U、Sr）的虧損發(fā)生與地球增生以前。金屬與硅酸鹽相在行星初期階段即已分離，期增生過程中只存局部平衡（Anderson，1983；Sun,1982；Taylor et al., 1985;等）。,地幔的化學(xué)結(jié)構(gòu),根據(jù)玄武巖的同位素研究（Hart,1988

6、），目前已經(jīng)鑒定出5種類型地幔：DMM：虧損的洋中脊玄武巖地幔，同位素特征如下。 143Nd／144Nd＝0.5134~0.5135 87Sr/86Sr=0.7020~0.7024 206Pb/204Pb=17.0~17.8/15.5~16.3;HIMU:高U/Pb比值地幔，同位素特征如下。143

7、Nd／144Nd＝0.512887Sr/86Sr=0.7026~0.7030206Pb/204Pb=21~22EMI-I富集地幔：143Nd／144Nd＝0.5123~0.512487Sr/86Sr=0.7054~0.7060 206Pb/204Pb=16.5~17.5,,EM2-II富集地幔，同位素特征如下。143Nd／144Nd＝0.5127~0.5129,87Sr/86Sr=0.707, 206Pb/204Pb=

8、18.5~19.5;PREMA常規(guī)地幔，同位素特征如下。143Nd／144Nd＝0.5130,87Sr/86Sr=0.7035,206Pb/204Pb=18.3地核：成分鐵多，非揮發(fā)性元素比值與太陽的球粒隕石相似。,二、 地球的元素的共生規(guī)律 （1) 元素自然分類（常見的V.M.戈?duì)柕滤姑芴睾虯.H. 查瓦里斯基）V. M.戈?duì)柕滤姑芴胤诸悇澐至耍?）親氣元素（大氣圈元素）; 2）親石元素（s2p6);

9、 3）親銅元素（s2p6d10); 4）親鐵元素（過渡性最外層電子數(shù)8-18）。依據(jù): 外電子層結(jié)構(gòu)、元素磁性(逆順）、對(duì)不同元素的化學(xué)親合力。意義：對(duì)了解地球的原始分異作用圈層構(gòu)造的形成、元素的地球化學(xué)性質(zhì)及其組合特征以及半生礦種具有重要意義。,親氣元素,親石元素（s2p6),親銅元素（s2p6d10),親鐵元素,,,,,A.H.查瓦里斯基 分類：1）氫族; 2）惰性氣體族; 3）造巖元素族; 4）巖漿射氣元素族；5）鐵

10、族元素; 6）稀有、稀土元素; 7）放射性元素; 8）親硫元素；9）鉑族元素; 10）半金屬和金屬礦化劑元素; 11）重鹵素元素主要依據(jù)：結(jié)晶化學(xué)特征、電子層結(jié)構(gòu)、離子半徑、元素的地球化學(xué)性質(zhì)以及元素在自然界中的組合情況，以擴(kuò)展的周期表為基礎(chǔ)。意義：這些元素反映了地殼中由于地質(zhì)作用的不同，而產(chǎn)生不同的共生組合，并能從原子結(jié)構(gòu)這一最本質(zhì)的原因去理解元素的一相互組合的內(nèi)在原因，其元素的分布規(guī)律對(duì)于找礦勘探和礦床成因研究具有重要

11、的指導(dǎo)意義。,1）氫族; 2）惰性氣體族; 3）造巖元素族; 4）巖漿射氣元素族；5）鐵族元素; 6）稀有、稀土元素; 7）放射性元素; 8）親硫元素；9）鉑族元素; 10）半金屬和金屬礦化劑元素; 11）重鹵素元素,三、 巖石學(xué)上的元素分類,1）過渡元素：TE 周期表第一過渡度族 Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu2）稀土元素：REE 鑭系+Y3）親石元素①大離子親石元素（LIL）： 離子半徑大，

12、包括K、Rb、Cs、Sr、Ba、Tl②放射性生熱元素（RHE）： 衰變生熱，包括K、U、Th③活動(dòng)性元素（ME）：z/r3, Nb 、Ta、Zr、Hf、P、Y⑤ 不相容元素（ICE）: HREE、Zr、Hf⑥ 親巖漿元素（M）: Di1,5）  不相容元素（ICE）:按進(jìn)入熔體的能力可分： ① 弱不相容元素：如Y、Tb、Ti、 ② 中等不相容元素: 如La、Ce

13、、Sr、Nb、P、Zr、Hf、Sm等 ③  強(qiáng)不相容元素: 如Cs、Rb、Ba、Th、U、K等6）  同位素分穩(wěn)定同位素和放射性同位素,1. 分類 根據(jù)成礦元素的地球化學(xué)在成礦過程的親合性，可將劃分：巖漿、熱液、沉積、風(fēng)化、可燃有機(jī)等五類。1）  巖漿成礦元素：鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖、中酸性巖、偉晶巖類； ①     鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)

14、的成礦元素 ②     超基性巖有關(guān)的成礦元素 ③     中酸性巖有關(guān)的成礦元素 ④     偉晶巖類有關(guān)的成礦元素2）  熱液成礦元素：巖漿熱液（幔、殼幔、下地殼、上地殼）、非巖漿熱液（地下水）3）  沉積成礦元素：海相、陸相、海陸交互相沉積成礦的元素；4） 

15、風(fēng)化成礦元素：干旱、潮濕以及交互環(huán)境成礦的元素；5）可燃有機(jī)元素：固體、氣體、液體成礦的元素；,四、成礦元素地球化學(xué),2.礦床元素地球化學(xué)研究意義,1）理論意義：礦床元素地球化學(xué)研究的主要內(nèi)容是研 究元素的自然狀態(tài)和分配規(guī)律以及不同介質(zhì)中的分餾特征，指導(dǎo)找礦和發(fā)現(xiàn)新礦種以及探討成礦；并進(jìn)行礦床成因、形成環(huán)境的判別以及建模等；2)實(shí)踐意義：元素的原生和次生元素地球化學(xué)研究，指導(dǎo)找礦，發(fā)現(xiàn)新礦床；3)工業(yè)意義：主礦種和伴生礦種，綜合利

16、用和提供冶煉技術(shù)；,礦床成礦物質(zhì)主要來自地殼和上地幔。各種元素的分布相差極大。地球元素豐度值中：鐵（32.0%）、氧（29.0%）、鎂（16.0%）、硅（13.0%）四元素占居地球總量的90%；其它相對(duì)較大的S、Ni、Ca、Al、Na、Cr、Mn、P八種占8.09%；其余元素只有1.91 %（黎彤，1976）具體表現(xiàn)： a）地殼、上地幔分布量最高的是氧（46%、43%）最少為氦（1.6ppb、1.9ppb）、兩者相差11-12數(shù)量

17、級(jí)； b） 地殼、上地幔分布量最高的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg七元素合計(jì)約為地殼總成分的99.4%、上地幔總成分的99.11%，是地殼中各類巖石的基本成分；其余85種不到1%。 c）成礦元素中上地幔鐵族、鉑族元素和鎂比較集中，分布量大于地殼幾倍 ~幾10倍；地 殼：稀有（Li、Ba、Nb、Ta）、稀土、及放射性元素比上地幔高分布量大于地殼幾倍~幾十倍；揮發(fā)份比上地幔高2-4倍。,自然界元素在不同的物態(tài)相內(nèi)的共

18、生規(guī)律是不同的，一般在巖石中的分配規(guī)律是： a） 豐度高的元素中，O、Si、Al、Ca元素是各類巖石的重要組成部分，Na、K在中酸性、酸性、堿性巖中含量較高，Mg、Fe在基性、超基性巖中較高。 b） Fe、Cr、Co、Ni、Pt在超基性巖中豐度值最大，向酸性巖急劇降低；U、Th、Li、Be、Nb、Ta、W、Sn、Mo、Pb等元素在酸性巖中豐度值最高，向超基性巖降低；V、Ti、Cu、Zn、Sb、Mo在基性巖中含量最