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1、原生环境与元素的分布第三章地球科学学院地球化学系地球科学学院地球化学系勘查地球化学勘查地球化学地球化学找矿的主要工作步骤：地球化学找矿的主要工作步骤：确定采样对象确定采样对象建立采样方法建立采样方法样品前处理样品前处理样品测试样品测试数据处理与制图数据处理与制图异常解释与评价异常解释与评价异常查证异常查证本章内容本章内容一、地球化学旋回与元素分布一、地球化学旋回与元素分布二、元素的共生组合二、元素的共生组合三、地壳元素丰度及其应用三、地壳元素丰度及其应用一、地球化学旋回与元素分布一、地球化学旋回与元素分布 地球化学旋回地球化学旋回 常量组分分布特征常量组分分布特征 微量元素分布特征微量元素分布
2、特征 表生作用中元素的分布特征表生作用中元素的分布特征内生作用内生作用元元素素的的一一生生（一一次次轮轮回回）岩浆结晶火成岩分化搬运土壤、沉积物成岩作用沉积岩变质岩变质作用熔融常量元素常量元素能形成独立矿物相，其分配受能形成独立矿物相，其分配受相律的控制，遵循相律的控制，遵循化学计量法则化学计量法则。微量元素微量元素在自然体系中浓度极低，往往不能形成以本身为主要成分的独立矿物，因此，微量元素的分配不受相律和化学计量的限制。而服从稀溶液定律稀溶液定律（即分配达到平衡时，元素在各相之间的化学位相等）。常常量量组组分分分分布布特特征征地壳地幔易熔组分长英质浅色矿物难熔组分难熔组分铁镁暗色矿物铁镁暗色
3、矿物微量元素分布特征微量元素分布特征微观微观：受元素类质同象类质同象置换条件制约宏宏观观：受元元素素分分配配系系数数制约，以某种统计规律反映富集贫化趋势。 自然界的矿物一般都不是按某种化学式所组成的纯净的自然界的矿物一般都不是按某种化学式所组成的纯净的化合物，而往往混有杂质，这种杂质按其聚集和赋存状态可化合物，而往往混有杂质，这种杂质按其聚集和赋存状态可分为分为五种状态五种状态：机械分散物机械分散物：（固相、流体相），是成分不同于主矿物的：（固相、流体相），是成分不同于主矿物的细小独立矿物或固熔体分离结构；细小独立矿物或固熔体分离结构；吸附相杂质吸附相杂质：不参加主矿物晶格，在矿物表面、裂隙面
4、等：不参加主矿物晶格，在矿物表面、裂隙面等呈吸附状态呈吸附状态；超显微非结构混入物超显微非结构混入物：（1: 相容元素相容元素KD1: 不相容元素不相容元素分配系数：晶体中浓度分数熔体中浓度分数 地幔部分熔融形成岩浆，下地壳岩石在增温增地幔部分熔融形成岩浆，下地壳岩石在增温增压，特别是在含有一定水时可以重熔成岩浆。每次压，特别是在含有一定水时可以重熔成岩浆。每次重熔，不相容元素和相容元素都产生一次分离，从重熔，不相容元素和相容元素都产生一次分离，从而使而使晚期晚期的岩浆较早期的岩浆更的岩浆较早期的岩浆更富集不相容元素富集不相容元素。我国华南不同时期花岗岩中元素含量特征我国华南不同时期花岗岩中元
5、素含量特征成岩时期雪峰-四堡期加里东期海西期燕山期研究岩体数6114362272SiO2（）69.370.5371.2372.76K2O293.8.64.364.74Nb15212135Ta3648REE208209152256WO32.872.795.16Li 67 5896Rb190214358 一种倾向一种倾向是选择与自身晶体化学性质相似的造岩元素是选择与自身晶体化学性质相似的造岩元素以类质同像代换方式进入它们的晶格，呈分散状态以类质同像代换方式进入它们的晶格，呈分散状态-称称“晶体化学分散晶体化学分散”。 另一种倾向另一种倾向是那些与造岩元素差别大的微量元素不利是那些与造岩元素差别大的
6、微量元素不利于类质同像代换，而在残余熔体中聚积。在某一阶段形成于类质同像代换，而在残余熔体中聚积。在某一阶段形成独立矿物（副矿物）或转入到岩浆期后热水溶液中富集成独立矿物（副矿物）或转入到岩浆期后热水溶液中富集成矿矿-称称“残余富集残余富集”。微量元素地球化学行为？微量元素地球化学行为？例：碱性岩体例：碱性岩体 Be丰度丰度7-910-6,酸性花岗岩岩体酸性花岗岩岩体Be丰度丰度3-5 10-6, 在酸性花岗岩中的伟晶岩脉中在酸性花岗岩中的伟晶岩脉中, 形成：形成：Be3Al2Si6O18 (绿柱石绿柱石) 为什么呢为什么呢? 首先从首先从Be2+的地球化学性质来分析：的地球化学性质来分析：
7、Be2+, R2+=0.35, 电电负负性性1.5，离离子子电电位位( ) =5.71 ,属属两两性性元元素素. 在在硅硅酸酸熔熔体体中中，与与Be2+最最接接近近的的常常量量元元素素是是Si 4+, 是是以以BeO46- 的的形形式式对对SiO44-进进行行代代换换， 实实行行这种代换需要具备两个条件：这种代换需要具备两个条件： 第第一一， 介介质质呈呈碱碱性性， Be2+两两性性元元素素，介介质质必必须须在在碱性条件下才能以酸根的形式存在碱性条件下才能以酸根的形式存在; 第第二二，具具有有高高价价阳阳离离子子，以以补补偿偿BeO46-的的类类质质同同像代换像代换SiO44-时时, 电价和能
8、量的差异。电价和能量的差异。其次，分析一下碱性岩浆的条件：其次，分析一下碱性岩浆的条件： 富富Na,富富K, 介介质质是是碱碱性性，Be2+呈呈铍铍酸酸根根的的形形式式BeO46- ，同同时时岩岩浆浆中中具具有有较较丰丰富富的的高高价价阳阳离离子子，Ti4+, Zr4+, REE3+等等，碱碱性性岩岩浆浆的的这这种种条条件件有有利利于于Be的的类类质质同像代换：同像代换：在长石中在长石中:BeO46- + REE3+ SiO44 - + (Na,K)+在辉石中在辉石中: BeO46- +Ti4+ SiO44 - + Mg2+ 这这样样,在在碱碱性性岩岩岩岩浆浆中中Be大大量量进进入入造造岩岩矿
9、矿物物晶晶格格而而分分散散在在岩岩石石中中, 不不利利于于Be的的富富集集,虽虽碱碱性性岩岩中中Be丰丰度度很很高高,但不能集中成矿。但不能集中成矿。 最最后后，看看一一看看酸酸性性岩岩浆浆中中的的条条件件，富富Si介介质质呈呈酸酸性性，Be2+呈呈BeO、Be2+形形式式. 这这样样,不不具具备备与与SiO44-类类质同像代换的条件质同像代换的条件, Be无法进入造岩矿物晶格无法进入造岩矿物晶格. 为为此此, Be元元素素大大量量集集中中在在残残余余熔熔浆浆中中，最最后后在在富富含挥发份的花岗伟晶熔浆中成矿。含挥发份的花岗伟晶熔浆中成矿。 通通过过这这个个例例子子的的剖剖析析，清清楚楚地地反
10、反映映了了Be在在不不同同的的介质环境中分散和富集的倾向。介质环境中分散和富集的倾向。二、元素的共生组合二、元素的共生组合自然界元素结合分两种：自然界元素结合分两种：同同种种或或性性质质相相似似元元素素结结合合-非非极极性性键键，一一般般形形成成共共价价键；键；异种元素结合异种元素结合-极性键，一般形成离子键。极性键，一般形成离子键。元素的地球化学亲和性元素的地球化学亲和性所谓地球化学亲和性：所谓地球化学亲和性：主要指阳离子在自然体主要指阳离子在自然体系中趋向同某种阴离子化合的倾向。系中趋向同某种阴离子化合的倾向。元素的地球化学亲和性的原因：元素的地球化学亲和性的原因：元素本身性质（结构）；元
11、素本身性质（结构）；元素结合的物理化学条件（宏观上：元素化元素结合的物理化学条件（宏观上：元素化合反应的能量效应）合反应的能量效应）戈德斯密特：戈德斯密特： 亲铁元素亲铁元素 亲硫元素亲硫元素 亲氧元素亲氧元素 亲气元素亲气元素 亲生物元素亲生物元素元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。铁具有这种倾向，在自然界中，特别是铁具有这种倾向，在自然界中，特别是O O，S S丰度丰度低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共生，称之为亲铁元素。常常与铁共生，称之为亲铁元素。基本特征：基本特征：不易与其他元素结
12、合，因为它们的价不易与其他元素结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离能）。电子不易丢失（具有较高电离能）。 亲铁性亲铁性 亲氧性和亲硫性（亲石性和亲铜性）亲氧性和亲硫性（亲石性和亲铜性） 地壳内易于获得电子，成为阴离子，而与其他元素结合，地壳内易于获得电子，成为阴离子，而与其他元素结合，丰度最高的为氧，其次是硫。丰度最高的为氧，其次是硫。 硫硫的的电电负负性性小小于于氧氧（XsRoo）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫受极化程度要比氧大得多。）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫受极化程度要比氧大得多。 为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体）为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体）.
13、 氧倾向形成离子键（或部分共价键）氧倾向形成离子键（或部分共价键） 与硫形成高度共价键的元素，称与硫形成高度共价键的元素，称亲硫元素亲硫元素（具亲硫性）（具亲硫性）; 与氧形成高度离子键的元素称与氧形成高度离子键的元素称亲氧元素亲氧元素（具亲氧性）。（具亲氧性）。亲气元素：易挥发，主要集中在气体中亲气元素：易挥发，主要集中在气体中亲生物元素：富集于有机体中的元素亲生物元素：富集于有机体中的元素化学反应制动原理化学反应制动原理 当阴离子不足时，在自然体系中各阳离子将按亲当阴离子不足时，在自然体系中各阳离子将按亲和性强弱与阴离子反应，亲和性强的阳离子将抑制亲和性强弱与阴离子反应，亲和性强的阳离子将
14、抑制亲和性弱的化学反应（这是自然界的竞争机制）。和性弱的化学反应（这是自然界的竞争机制）。例子：例子：在地壳中某体系内，阴离子（在地壳中某体系内，阴离子（S S2-2-）不足，地壳）不足，地壳中中FeFe的丰度比的丰度比MnMn高出两个数量级。由于高出两个数量级。由于FeFe的亲硫性比的亲硫性比MnMn强，因此在这样的环境下，只能产生强，因此在这样的环境下，只能产生FeFe的硫化物和的硫化物和MnMn的氧化物的氧化物（硅酸盐）共生现象，绝对不会发生（硅酸盐）共生现象，绝对不会发生硫锰硫锰矿和铁的氧化物矿和铁的氧化物共生的现象。这就是化学反应抑制原共生的现象。这就是化学反应抑制原理在起作用！理在
15、起作用！元素的共生组合特征元素的共生组合特征岩石类型岩石类型元元 素素 共共 生生 组组 合合一般组合Si-Al-Fe-Mg-Ca-Na-K-Ti-MnZr-Hf-Th-U-B-Be-Li-Sr-Ba-P-VCr-Sn-Ga-Nb-Ta-W-卤族-TR超基性岩Cr-Co-Ni-Mg-Fe-Cu基性岩Fe-Mg-Ti-V-Sc花岗岩Ba-Li-W-Mo-Sn-Zr-Hf-U-Th碱性岩Ti-Nb-Ta-Zr-TR-F-P伟晶岩Li-Rb-Cs-Be-REE-Nb-Ta-U-Th-Zr-Hf-Sc1、深成岩、深成岩黑色页岩U-Cu-Pb-Zn-Cd-Ag-Au-V-Mo- Ni-As- Bi-Sb
16、碳酸岩TR-Ti-Nb-Ta-F-P-U-Mo磷灰石U-V-Mo-Ni-Ag-Pb-F-TR蒸发岩Li-Rb-Cs-Sr-Br-I-B岩屑、砂岩Au-Pt-Sn-Nb-Ta-Zr-Hf-Th-TR大陆红壤U-V-Se-As-Mo-Pb-Cu火山来源红壤Cu-Pb-Zn-Ag-V-Se红土Ni-Cr-V铝土Nb-Ti-Ga-Be2、沉积岩、沉积岩K-RbCa-SrAl-Ga Zr-HfSi-GeNb-TaTREEPt-Ru-Rh-Pd-Os-Ir3、内生、内生-外生环境中的一般共生关系外生环境中的一般共生关系4、常见矿石中元素的共生关系、常见矿石中元素的共生关系一般硫化物矿石一般硫化物矿石 Cu
17、-Pb-Zn-Ag-Au-As-Hg-Sb-Se- Te-Mo-Co-Ni-U-V-Bi-Cd S-Se Zn-Cd Rb-Tl斑岩铜矿矿石斑岩铜矿矿石 Cu-Mo-Au-Re-Te低温矿石低温矿石 Hg-Sb-As-Bi多金属矿石多金属矿石 Pb-Zn-Ag-Cd-BaSK岩型矿石岩型矿石 Zn-Pb-Cu-Ba-F-Sr贵金属矿石贵金属矿石A(深成深成) Au-Ag-Cu-Co-As贵金属矿石贵金属矿石B(低温低温) Au-Ag-Hf-As-Sb-Te喷气成因矿石喷气成因矿石 Hg-Sb-As-Se寻找未知矿：寻找未知矿：确定指示元素确定指示元素异常解释与评价异常解释与评价确定矿化类型确定
18、矿化类型已知矿区：已知矿区：开发副产品开发副产品元素共生组合对找矿的意义：元素共生组合对找矿的意义：三、地壳元素的丰度及其应用三、地壳元素的丰度及其应用地壳元素丰度指地壳中化学元素的平均含量，地壳元素丰度指地壳中化学元素的平均含量，又叫克拉克值。又叫克拉克值。地壳元素的丰度在应用地球化学研究中的应用地壳元素的丰度在应用地球化学研究中的应用1、衡量研究区化学元素富集或贫化的程度从区域环境分析：扬子陆块是的地球化学省，华北陆块是的地球化学省，因为他们上地幔成矿元素扬子富Cu，华北富Au(Fe)（见下表）中国地方性甲状腺分布图中国地方性甲状腺分布图2、作为选择分析方法灵敏度的依据、作为选择分析方法灵
19、敏度的依据3、判断特殊地球化学过程、判断特殊地球化学过程4、作为矿产资源评价预测的基本资料、作为矿产资源评价预测的基本资料地球化学储量：地球化学储量：地球化学系统中元素的总质量地球化学系统中元素的总质量资源：资源：地球化学储量中能被开采利用的部分地球化学储量中能被开采利用的部分矿产储量：矿产储量：资源中被探明的部分资源中被探明的部分矿化度：矿化度：资源量资源量/地球化学储量地球化学储量成矿元素的浓集系数成矿元素的浓集系数相对丰度（浓度克拉克值）：相对丰度（浓度克拉克值）：化学元素在某一局化学元素在某一局部地段或某一地质体中的平均含量与地壳丰度比部地段或某一地质体中的平均含量与地壳丰度比值值矿石浓度系数：矿石浓度系数：矿石平均品位与地壳丰度比值矿石平均品位与地壳丰度比值最低浓集系数：最低浓集系数：最低可采品位与地壳丰度比值最低可采品位与地壳丰度比值各类岩石中化学元素的丰度各类岩石中化学元素的丰度大别陆块江南台隆长江中下游成矿带本章小结重点掌握：重点掌握： 常见岩石、矿石类型中元素的组合特征常见岩石、矿石类型中元素的组合特征元素含量的概率分布与背景值计算元素含量的概率分布与背景值计算了解：了解： 常量元素、微量元素分布特征常量元素、微量元素分布特征元素的共生组合对找矿的意义元素的共生组合对找矿的意义
