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1、第一章 太阳系和地球系统元素的丰度F二、地球的结构和化学成分F先讲两个概念 1) abundance,distribution:丰度（分布） （欧美这两个词混用，我国前者译丰度，后者译分布） ：指元素在宇宙体或较大的地球化学系统中的平均含量（本书）。 或者说 元素在较大自然体系中的平均含量。 如太阳、行星、陨石、地球、地壳等。 强调 整体（母体） ，大的地球化学系统丰度的类型： 重量丰度 (WB)、原子丰度、相对丰度（宇宙丰度）元素常用含量单位： 以重量丰度 (WB)为例10-2（百分含量， %）、10-6（ parts per million,1/百万 ,ppm,g/t,g/g ),10-9
2、 （ parts per billion,ppb, 1/10亿， mg/t,ng/g) ，10-12 (parts per trillion,ppt, 1/万亿， g/t,pg/g )二、地球的结构和化学成分2)分配 （ partition, distribution):元素在构成该宇宙体或地质体内各个部分或各区段（子体）中的含量。分配强调整体中的一部分（ 母体中各子体），一般用于岩石、矿物等小地质体丰度（分布）与分配是相对的概念如地球上元素的平均含量，相对于太阳系是 分配 ，而相对于地壳、地幔、地核等是 丰度F两个基本知识 1)地球在天体分级体系中的位置：宇宙 超星系团 星系团 银河系 太阳
3、系 地球 上下四方曰宇，古往今来曰宙。宇宙是包容了一切时空范围的自然体系，是最高级别的体系 在宇观尺度上，三维空间在任何时刻都是均匀各向同性的，所有星系经历了相似的演化历程，都具有均匀的物质分布。所以从太阳系的化学组成可推知宇宙的物质分布。2)与其它类地行星一样，地球内部的物质组成不均一 ,具有壳、幔、核 层圈构造地球成因： 46亿年前诞生，由形成太阳和其他行星的同样物质所构成。形成方式有两种假说： 炽热的气态星云凝聚（均一增生再熔融分异） 冷的固态质点逐渐吸积（非均一增生说 )。 地球轻气体 H、 He等及重气体 Kr、 Xe等都强亏损有利该说。目前，星子连续吸积说较流行。太阳星云自转加速
4、= 星云盘 +原太阳=温度增高引起星云盘内的物质分馏。靠近原太阳的星子主要由难熔的金属 Fe、 Ni及其氧化物所组成，与原太阳距离的增加，星子的化学组成逐渐被 Mg和 Fe的硅酸盐以及水、甲烷（ CH4)、氨 (NH3)以及其他的挥发组分的冰所组成(一 ).地球的结构 和元素丰度1.地球的内部结构认为由地壳、地幔、地核等不同层圈组成主要依据： 地震波传播速度的变化及地球内物质密度的不均匀分布等地球物理资料（间接资料）F纵波（压缩波） PF横波（剪切波） S1.地球的内部结构布伦（ 1975）B层包括岩石圈地幔和软流圈F注意： 4001000Km划分较混乱 650（ 670） Km下地幔； 40
5、01000Km过渡层（转变区）F先分壳幔核三层F布伦模型 :A、 B、 C、 D、 E、 F、 G地球结构概要引自 Anderson(1993)2.地球元素丰度：（ 1）地球元素丰度的研究方法 ： 陨石类比法 ：依据 :a.陨石在太阳系形成； b.陨石与小行星成分相同； c.陨石是破坏了的星体碎片； d.产生陨石的星体，其内部结构和成分与地球相似。 各类陨石平均（如 Clarke,1924)， 问题 :陨石比例确定？发现的铁陨石多，而实际陨落的石陨石多，所以结果 Fe高 O、 Mg、 Si低 球粒陨石单类陨石平均（如 Ahrens,1965)， 问题 : Fe低 !（凝聚形成地球的星子靠近太阳
6、，发生过分异，富难熔元素，与球粒陨石有差异）F与地球中 Fe的现代估算值（百分之三十几）比较（ 1）地球元素丰度的研究方法 地球模型 -陨石类比法 （华盛顿， 1925；Mason,1966):按地球的各主要圈层的比例计算：F 地核 ： 32.4%，以球粒陨石的镍铁金属相 (总量27.1%)+陨硫铁（硫化物相） (占 5.3%)代表F 地幔 +地壳 ： 67.6%， 以 球粒陨石的平均硅酸盐成分 代表又叫 SMT法 (硅酸盐相 S-金属相 M-硫化物相 T)（ 1）地球元素丰度的研究方法 地球物理类比法 (黎彤， 1976):在布伦模型 A+B+C+D+E +F+G(层 )基础上 ,提出各层圈
7、（地壳、上地幔、下地幔、外核、内核）质量分数和物质成分，再加权平均计算获得地球元素丰度（ 2）地球元素丰度及其规律F请与书上的 “ 因特网上国际地球化学参考模型数据， 1998” 对比华盛顿， 1925； Mason,1966： 地球模型 -陨石类比法黎彤， 1976： 地球物理类比法（ 2）地球元素丰度及其规律F Fe+O+Si+Mg 90%；F 含量大于 1%的元素： Ni,Ca,Al,S；F 含量介于 0.01%-1%的元素Na,K,Cr,Co,P,Mn,Ti。F 地球元素丰度遵循太阳系元素丰度的基本规则，如奇偶规律、递减规律等。但地球中亲气元素含量低 （原因？）（相似是因为有相同的起源
8、，不同是地球物质遭受过分异，如太阳风对挥发性组分的驱赶）欧阳自远， 1983Kr (二 ).地壳的组成和元素的丰度1.地壳的组成（ 1） 大陆地壳 : 由 沉积岩 , 变质岩 , 侵入岩和火山岩组成，平均厚 3740Km，占地壳质量的 79% ，地球质量的 0.35%。其高演化的化学成分在太阳系独一无二近地表 深部辉长岩质花岗质上地壳 下地壳偏酸性火成岩和沉积岩长英质麻粒岩 镁铁质麻粒岩（ 1）大陆地壳F据出露地表剖面大陆地壳地球物理分层的结构模型（据折射地震测深资料）上、中、下地壳平均厚度 12、 11、 14(17)Km地壳：拉张带薄、挤压造山带厚（已去根者也薄）（ 1）大陆地壳F据欧洲
9、3000Km地质 -地球物理剖面确定上部地壳深成岩体的体积比例F 花岗岩类和花岗闪长岩类 77 %F 石英闪长岩类 8 %F 闪长岩类 1 %F 辉长岩类 13 %F 正长岩类、斜长岩类、橄榄岩类 1 % F 总 量 100 %（ 1）大陆地壳F海洋沉积物 （ 12 Km） -洋底玄武岩+席状岩墙群 +辉长岩 -超镁铁堆积岩(以上为洋壳 ) 上地幔变形橄榄岩（ 2） 洋壳主要由洋中脊玄武岩组成（ 以低 的 K2O, TiO2 , LREE , Rb/Sr 和 ISr为特征 ). 厚 010Km，占地球质量 0.1% ，现今洋壳年龄 HeONeNCSiMgFeS地球： FeOMgSiNiSCaA
10、lCoNa地壳： OSiAlFeCaNaKMgTiH(含水圈大气圈） (P，不含水气圈 )2、地壳的平均化学成分与元素克拉克值3）地壳元素丰度特征（规律） 各种元素丰度极不均匀F O, Si, Al 占 82%F O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg占 98%， 前 13种元素 占地壳总重量的 99.7 ；其余只占 0.3F O 与 Rn相差 1017倍 随原子序数的增加其丰度降低， 例外： Li, Be, B; 232Th、 238U、 235U；贵金属 , Se, Te等。 Li, Be, B与太阳系一样仍表现为亏损3）地壳元素丰度特征 除了惰性气体和少数元素外，质量数
11、为偶数的元素丰度大于奇数（偶数的元素含量占 86%）。但有反偶数规则：如 :3Li4Be16S, 23V24Cr独立矿物 (K,Na)克拉克值低 =类质同象 (Rb,Cs)元素的克拉克值与可形成矿物种数的关系4）元素克拉克值的地球化学意义 作为元素集中分散的标尺F浓度克拉克值的概念浓度克拉克值 =观测值 /克拉克值4）元素克拉克值的地球化学意义 判断元素在地壳中富集成矿的能力浓集系数：矿石边界品位 /克拉克值一些元素的浓集系数值4）元素克拉克值的地球化学意义浓集系数低的较容易富集成矿（但也不是绝对的，有的元素集中能力强）FSi, Al, Fe分别 仅需富集 1.5， 3， 6倍即可达到工业品位
12、（矿主要形成于前寒武纪）。 FCu, Zn, Ag分别 需富集 50， 600， 2000倍 才可达到工业品位（矿主要形成于古生代以后）。 计算资源潜力 美国矿产储量 R(吨） =A(10-6) 106 (McKelvey,1960);地壳质量按 1公里深计算 世界资源潜力 R(吨） =2.45A(10-6) 106 17.3 (Erickson,1973) R3=MAF/h-(R1+R2)（黎彤， 1990）M地壳质量； A元素丰度； h地壳深度； F成矿率， R1历史已采储量 R2现有储量； R3资源预测量4）元素克拉克值的地球化学意义 地球化学相似或相关元素的比值变化可用于示踪特殊地质作用 （如壳幔体系 中 Nb/Ta= 17.5, Zr/Hf=37,若明显降低，说明有富 F流体交代或高 F花岗岩的岩浆结晶分异） 区域元素克拉克值可以为阐明地球化学省的特征或划分大地构造单元提供依据4）元素克拉克值的地球化学意义
