地壳和地幔的元素组成ppt课件

1、地球化学Geochemistry第二章第二章 地壳和地幔的元素分布地壳和地幔的元素分布l第一节第一节 地球的构造地球的构造 l第二节第二节 地壳中化学元素的分布地壳中化学元素的分布l第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成 l第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物地壳与地幔的相互作用及物质交换质交换 地球内部主要壳层特征 深度范围（km） 密度（g/cm3） 占地球总质量（%） 地壳 A 035 2.73.0 0.8 M 界面（莫霍界面） B 35400 上地幔 3.323.65 10.4 地幔 C 4001,000 转变区 3.654.68 16.4 D 1,0002,900下地幔 4.6

2、85.69 41 G 界面（核-幔边界） E 2,9004,980 外核 9.4011.50 地核 F 4,9805,120过渡层 11.5012.0 G 5,1206,371 内核 12.012.3 31.5（地核） 1、地壳莫霍面以上，其厚度变化大，5km-80km，最厚的喜马拉雅山地域可达80km，而洋壳的厚度通常缺乏10km。最老的大陆地壳年龄为3.84.2Ga。现有的大洋地壳都是小于200Ma的中生代以来的产物。 大陆地壳的岩石组成模型 1)上地壳硅铝层，上部由未蜕变的岩石和绿片岩相岩石组成，如堆积岩和花岗质侵入体；上地壳的下部由英云闪长岩奥长花岗岩花岗片麻岩为主的角闪岩相岩石组成，

3、富Si、K、Rb、U、Th等下地壳硅镁层那么由成分不同的麻粒岩相岩石组成。 2)大洋地壳大洋地壳的构造：洋壳总成分相当于玄武岩，它由玄武岩、辉长岩加上不厚的12km的海洋堆积物构成。2、地幔、地幔地幔是地球最大的层圈，它从莫霍面到核幔地幔是地球最大的层圈，它从莫霍面到核幔边境，体积占地球的边境，体积占地球的83，质量占，质量占67。原始地幔构成于地球增生的最初几百万年，当原始地幔构成于地球增生的最初几百万年，当Fe-Ni分异构成地核时，由留下的富分异构成地核时，由留下的富Fe、Mg的的硅酸盐物质堆积构成的初始地幔称为原始地幔。硅酸盐物质堆积构成的初始地幔称为原始地幔。地幔的岩石组成模型地幔的岩

4、石组成模型 1)上地幔铁镁硅酸盐深度约从上地幔铁镁硅酸盐深度约从10km到到400km，其质量约占地球的，其质量约占地球的10，主要由橄榄，主要由橄榄石及辉石组成，相当于橄榄岩和榴辉岩。石及辉石组成，相当于橄榄岩和榴辉岩。2、过渡带地幔、过渡带地幔有时也作为上地幔的一部分。从有时也作为上地幔的一部分。从400km到到670km深处，深处，其质量占地球的其质量占地球的7.5。硅酸盐的矿物构造产生相变，。硅酸盐的矿物构造产生相变，橄榄石在橄榄石在400km处矿物构造转变为尖晶石构造；近处矿物构造转变为尖晶石构造；近700km时又从尖晶石构造转变为钙钛矿构造。时又从尖晶石构造转变为钙钛矿构造。3、下

5、地幔、下地幔深度由深度由670km至至2900km，其质量约占地球的，其质量约占地球的49。矿物物理实验支持下地幔能够由矿物物理实验支持下地幔能够由Mg、Si、O和和Fe组成，组成，具有钙钛矿具有钙钛矿CaTiO3晶体构造，称之为镁硅酸盐的晶体构造，称之为镁硅酸盐的钙钛矿钙钛矿Mg、FeSiO3构造，构成于很高压力即构造，构成于很高压力即20 GPa。此外，伴随镁方铁矿。此外，伴随镁方铁矿Mg、FeO，Si、Fe及及O相对于上地幔更为富集。相对于上地幔更为富集。Spinel 尖晶石尖晶石MgAl2O4Perovskite钙钛矿钙钛矿第二章第二章 地壳和地幔的元素分布地壳和地幔的元素分布l第一节

6、第一节 地球的构造地球的构造 l第二节第二节 地壳中化学元素的分布地壳中化学元素的分布l第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成 l第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物地壳与地幔的相互作用及物质交换质交换 第二章第二章 地壳和地幔的元素分布地壳和地幔的元素分布 第二节第二节 地壳中化学元素的分布地壳中化学元素的分布一一. . 地壳中化学元素丰度研讨意义与方法地壳中化学元素丰度研讨意义与方法二二. . 地壳中的化学元素的分布特点地壳中的化学元素的分布特点.丰度的研讨意义丰度的研讨意义 丰度是每一个地球化学体系的根本数据。丰度是每一个地球化学体系的根本数据。 近代地球化学正是在探求和了解丰度这

7、一过程中逐渐构成的。近代地球化学正是在探求和了解丰度这一过程中逐渐构成的。 一些重要的地球化学根本实际问题都离不开地球化学体系中元素丰一些重要的地球化学根本实际问题都离不开地球化学体系中元素丰度分布特征和规律研讨。度分布特征和规律研讨。1、地壳元素丰度克拉克值研讨的意义、地壳元素丰度克拉克值研讨的意义a、控制元素的地球化学行为、控制元素的地球化学行为克拉克值可以支配元素的地球化学行为，好像属碱金属元素，克拉克值可以支配元素的地球化学行为，好像属碱金属元素，K、Na等常构成独立的盐类矿床，而等常构成独立的盐类矿床，而Rb和和Cs等呈分散形状。等呈分散形状。元素克拉克值限定矿物种类及种属元素克拉克

8、值限定矿物种类及种属限定了自然体系的形状。限定了自然体系的形状。对元素的结合形状有影响。对元素的结合形状有影响。b、克拉克值是判别元素集中和分散及其程度的标尺。、克拉克值是判别元素集中和分散及其程度的标尺。查明区域的特征元素对于地球化学省的划分，确定地质体的含矿专查明区域的特征元素对于地球化学省的划分，确定地质体的含矿专属性，对矿床的找寻及评价等关系非常亲密。在环境研讨方面，对属性，对矿床的找寻及评价等关系非常亲密。在环境研讨方面，对于污染源的追溯及治理、地方病防治，都有重要作用。全国范围内于污染源的追溯及治理、地方病防治，都有重要作用。全国范围内区域地球化学丈量及填图将对农业规划及环境规划等

9、起着重要的指区域地球化学丈量及填图将对农业规划及环境规划等起着重要的指点作用。点作用。 d、可以阐明地壳的构成及演化以及板块构造运动有关的动力学问、可以阐明地壳的构成及演化以及板块构造运动有关的动力学问题。题。克拉克方法最早开场计算地壳的平均化学成分，克拉克方法最早开场计算地壳的平均化学成分，1924年他和年他和华盛顿华盛顿Clarke F W and Washington H S发表了发表了“地球的化学地球的化学组成，初次提出了元素的地壳平均含量。其方法：假设地壳组成，初次提出了元素的地壳平均含量。其方法：假设地壳的厚度为的厚度为16km，即最高的山脉及最深的海洋的高差。并采用包，即最高的山

10、脉及最深的海洋的高差。并采用包括岩石圈、水圈和大气圈的广义地壳，它们的质量比分别是括岩石圈、水圈和大气圈的广义地壳，它们的质量比分别是93%、7%、0.03%。又假定岩石圈中火成岩占。又假定岩石圈中火成岩占95%、堆积岩占、堆积岩占5%其中页岩其中页岩4%、砂岩、砂岩0.75%、石灰岩、石灰岩0.25%，而这，而这5%的的堆积岩是火成岩派生的，因此以为火成岩的平均化学成分代表堆积岩是火成岩派生的，因此以为火成岩的平均化学成分代表地壳的平均化学成分。根据世界上地壳的平均化学成分。根据世界上8602个火成岩的岩石化学数个火成岩的岩石化学数据据53种元素，从中选择了分析质量较好的种元素，从中选择了分

11、析质量较好的5159个数据作为个数据作为岩石圈中大陆和海洋火成岩平均化学成分计算的根底。其计算岩石圈中大陆和海洋火成岩平均化学成分计算的根底。其计算的地壳平均化学成分实践上是这三个地圈化学组成的综合。按的地壳平均化学成分实践上是这三个地圈化学组成的综合。按48个地理区域用算术平均法求得各区平均值，再归纳为个地理区域用算术平均法求得各区平均值，再归纳为9个大洲个大洲和大洋岛屿区域的平均值，最终求出整个地壳的平均值。和大洋岛屿区域的平均值，最终求出整个地壳的平均值。2. 2. 地壳中化学元素丰度研讨方法地壳中化学元素丰度研讨方法克拉克方法意义：克拉克方法意义：1、开创性的任务，而地球化学开、开创性

12、的任务，而地球化学开展打下了良好的根底。展打下了良好的根底。2、代表大陆地壳岩石圈成、代表大陆地壳岩石圈成分。分。后来，费尔斯曼后来，费尔斯曼19281938又根本遵照克拉克的又根本遵照克拉克的方法，利用本人的研讨成果汇编了地壳元素丰度表，方法，利用本人的研讨成果汇编了地壳元素丰度表，并进展了地壳中元素的原子百分数即元素并进展了地壳中元素的原子百分数即元素“原子克原子克拉克值的计算。拉克值的计算。2) 简化方法：简化方法：a、戈尔德施密特、戈尔德施密特 戈尔德施密特戈尔德施密特Goldschmidt，1954采用挪威南部广泛分布的采用挪威南部广泛分布的冰川粘土作为天然的地壳混合样品。分析了冰川

13、粘土作为天然的地壳混合样品。分析了77个这种物质的样个这种物质的样品，计算了地壳化学元素含量的平均值。他以为这种冰川粘土品，计算了地壳化学元素含量的平均值。他以为这种冰川粘土可以做为一种平均样品，代表着大面积分布的结晶岩石的平均可以做为一种平均样品，代表着大面积分布的结晶岩石的平均化学成分。其分析结果除了化学成分。其分析结果除了Na2O和和CaO偏低外，其它组分的含偏低外，其它组分的含量值都同克拉克和华盛顿的数据相当一致。量值都同克拉克和华盛顿的数据相当一致。2. 2. 地壳中化学元素丰度研讨方法地壳中化学元素丰度研讨方法2) 简化方法：简化方法：b、维诺格拉多夫、维诺格拉多夫Vinograd

14、ov，1962根据地壳中出露岩石的比根据地壳中出露岩石的比例进展样品组合，用两份酸性岩加一份基性岩的人工混合样品，例进展样品组合，用两份酸性岩加一份基性岩的人工混合样品，获得的化学成分的平均值代表地壳的元素丰度值。获得的化学成分的平均值代表地壳的元素丰度值。 c) 泰勒采用花岗岩和玄武岩的质量比为泰勒采用花岗岩和玄武岩的质量比为1：1进展计算。并简单地用进展计算。并简单地用花岗岩和玄武岩的标样来替代。花岗岩和玄武岩的标样来替代。 2. 2. 地壳中化学元素丰度研讨方法地壳中化学元素丰度研讨方法 研讨初期确定地壳元素丰度的各种方法，明显存研讨初期确定地壳元素丰度的各种方法，明显存在着以下主要问题

15、：采用的地壳概念不一致，均未在着以下主要问题：采用的地壳概念不一致，均未按照现代地壳构造模型进展元素丰度的计算；地壳按照现代地壳构造模型进展元素丰度的计算；地壳的计算厚度采用的计算厚度采用16km是人为确定的，未思索莫霍界是人为确定的，未思索莫霍界面；忽略了海洋地壳的物质成分，实践上多数数据面；忽略了海洋地壳的物质成分，实践上多数数据只能是大陆地壳的元素丰度。只能是大陆地壳的元素丰度。3 3、按照地壳模型加权法、按照地壳模型加权法 a) a) 波德瓦尔特和罗诺夫等采用符合现代地壳构造的波德瓦尔特和罗诺夫等采用符合现代地壳构造的全球地壳模型。全球地壳模型。 b) b) 黎彤在计算中国岩浆岩平均化

16、学成分的根底上，黎彤在计算中国岩浆岩平均化学成分的根底上，采用波德瓦尔特的全球地壳模型，将全球划分成采用波德瓦尔特的全球地壳模型，将全球划分成地盾区、褶皱区、浅洋区和深洋区四个构造单元地盾区、褶皱区、浅洋区和深洋区四个构造单元 3. 3. 地壳中元素丰度的研讨根本步骤地壳中元素丰度的研讨根本步骤首先建立地壳的实际方式：选择有代表性地域，根据地质学及地球物理剖面，建立规范地壳剖面；确定地壳的构造单元范围、面积、百分比；确定上地壳、下地壳的厚度及各类岩石的组成百分比。选择各类岩石代表性的、准确度较高的分析数选择各类岩石代表性的、准确度较高的分析数据，包括常量元素、稀土元素及微量元素的含量，据，包括

17、常量元素、稀土元素及微量元素的含量，作为计算的根本数据。作为计算的根本数据。用面积或质量加权平均或简单的算术平均法求用面积或质量加权平均或简单的算术平均法求得各构造单元的元素平均丰度，进而计算地壳的得各构造单元的元素平均丰度，进而计算地壳的平均化学成分。平均化学成分。对计算时采用的地壳模型及所得的克拉克值数对计算时采用的地壳模型及所得的克拉克值数据进展检验。据进展检验。 大陆地壳化学组成安山岩方式大陆地壳化学组成安山岩方式TaylorTaylor和和MclennanMclennan，19851985 4 4、地壳的化学成分估测的著名方法、地壳的化学成分估测的著名方法: : 大陆地壳化学组成英云

18、闪长岩方式大陆地壳化学组成英云闪长岩方式WedepohlWedepohl，19951995 大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，19851.上地壳： Taylor和Mclennan1985提出的上地壳成分主要数据是采用澳大利亚后太古宙页岩PAAS化学元素的平均含量减去20后作为上地壳的成分。 他们根据保管在堆积岩中稀土元素REERare Earth Element地球化学记录，讨论大陆地壳的成分及演化。堆积岩中REE研讨阐明：大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985堆积岩中REE研讨阐明：1在堆积过程中稀土元素没有发生明显的分异。Taylor等1

19、985研讨现代堆积环境REE的分布与世界各地后太古宙页岩的REE分布方式非常相近，后者包括后太古宙平均澳大利亚页岩PAAS，北美页岩组成NASC，欧洲页岩组成ES。大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985 大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985堆积岩中REE研讨阐明：2太古宙和太古宙以后堆积岩稀土组成明显不同：太古宙堆积岩以富集Eu或无Eu亏损为特征；太古宙以后堆积岩以Eu亏损为特征，不同时代堆积岩稀土元素组成方式相互平行，区别仅在于稀土总含量不同。 大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，19853太古宙以后堆积岩REE

20、方式的一致性阐明，堆积岩代表了地壳外表大面积平均取样。 Taylor等计算并确定了上地壳的REE丰度值，以为上地壳的REE规范化方式应该平行于页岩，但由于堆积岩中砂岩、碳酸岩、蒸发岩REE丰度较低，上地壳的REE绝对值应低于平均页岩值。从上地壳各类堆积岩REE质量平衡计算阐明，上地壳的REE的丰度与后太古宙澳大利亚页岩平均值减去20数值相当。 页岩页岩 砂岩砂岩 碳酸岩碳酸岩 蒸发岩蒸发岩 上地壳上地壳* * 上地壳上地壳* LaLa 3838 1414 4.54.5 1.11.1 3030 3030 SmSm 5.65.6 3.13.1 0.90.9 0.40.4 4.54.5 4.54.5

21、 EuEu 1.11.1 0.60.6 0.20.2 0.10.1 0.90.9 0.880.88 GdGd 4.74.7 2.72.7 0.80.8 0.30.3 3.83.8 3.83.8 YbYb 2.82.8 1.21.2 0.40.4 0.50.5 2.22.2 2.22.2 n n（LaLa） / /n n（YbYb） 13.613.6 11.711.7 11.311.3 2.22.2 13.613.6 13.613.6 EuEu 0.60.66 6 0.630.63 0.720.72 0.880.88 0.670.67 0.650.65 堆积岩中堆积岩中REEREE质量平衡计算质

22、量平衡计算 *上地壳的REE质量平衡计算时，采用页岩：砂岩：碳酸岩：蒸发岩72:11:15:2+上地壳的REE采用PAAS减去20 大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985 上地壳REE丰度值确实定，提供了估算其他元素丰度的途径。如利用nLa/nTh、nLa/nU、nK/nU等比值，可以计算出Th、U、K的丰度，进而利用其他元素与U、Th、K的比值估算其他元素含量。 大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，19852.整个陆壳总的化学成分： 他们对地壳总的化学成分的计算采用的是大陆地壳

23、生长模型，大陆地壳总体的化学成分相当于安山岩方式成分。大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985 Taylor对于陆壳总体成分方式提出如下想象：1陆壳总的物质组成来源于地幔的分异；总陆壳经部分熔融应能产生花岗闪长岩质上陆壳。2根据大陆地壳构成及演化历史，75陆壳构成于25亿a以前太古宙，来自太古宙方式火成作用，25的陆壳构成于太古宙以后，应具岛弧安山岩成分，即大陆地壳的整体化学成分应该是75太古宙陆壳成分25岛弧火山岩的安山岩方式成分。大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985大陆

24、地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，1985 Taylor对于陆壳总体成分方式提出如下想象：对于陆壳总体成分方式提出如下想象：3太古宙陆壳以太古宙陆壳以“双方式基性岩长英质火成双方式基性岩长英质火成岩组合为特征。基性岩为地幔部分熔融构成的玄武岩组合为特征。基性岩为地幔部分熔融构成的玄武岩、科马提岩等。长英质火成岩为富钠的深成岩岩、科马提岩等。长英质火成岩为富钠的深成岩TTG岩套的英云闪长岩、奥长花岗岩或喷出岩。岩套的英云闪长岩、奥长花岗岩或喷出岩。 大陆地壳化学组成安山岩方式Taylor和Mclennan，19853.下部陆壳的成分： 采取大陆地壳总成分减去上地壳的成分得出了

25、下地壳的化学成分。 他们以为，原始地壳部分熔融产生花岗岩浆，上侵构成上地壳，而剩余体构成下地壳，从而呵斥大陆地壳内部的分异作用。他们假设下地壳占整个大陆地壳厚度的75，上地壳占25。根据质量平衡原那么，他们由地壳总体组成减去上地壳的相应质量，求出了大陆下地壳的化学成分。大陆地壳化学组成英云闪长岩方式Wedepohl，1995 他的计算基于经过欧洲西部3000km长的折射地震剖面EGT。该剖面包括60%的古老地盾和40%较年青的褶皱带，莫霍面平均深度40km，据此，他建立了大陆地壳的规范剖面。地壳剖面分为上地壳及下地壳。各部分组成的主要岩石类型、厚度及所占比例如下图。计算所用各类岩石的化学成分资

26、料来源见表右侧阐明。 大陆地壳（EGT）标准剖面 62%太古宙元古宙地壳（45.5km 厚） 38%元古宙显生宙地壳（30km 厚） （大陆地壳总质量：2.131019t） 沉积岩（14%上地壳） 长英质侵入岩 （10.4km=50%上地壳） 辉长岩 （1.3km=6%上地壳） 片麻岩，云母片岩 角闪岩、大理岩 （6.3km=30%上地壳） 长英质麻粒岩 （61.5% 下地壳） 镁铁质麻粒石 （38.5% 下地壳） 沉积岩* 44.0% 页 岩 、 粉 砂 岩 （ Ronov and Yaroshevskiy, 1968） 20.9% 砂 岩 、 杂 砂 岩 （ Ronov and Yaros

27、hevskiy, 1968） 20.3% 镁 铁 质 火 山 岩 （ Ronov and Yaroshevskiy, 1968） 14.6% 碳 酸岩* *（ 0.8%蒸发岩 ） （ Ronov and Yaroshevskiy, 1968） 长英质 侵入岩* 50% 花 岗 岩 （ Whalen et al., 1987; Lemaitre, 1976） 40% 花 岗 闪 长 岩 （ Lemaitre, 1976） 10% 英 云 闪 长 岩 （ Wedepohl 1995） 辉长岩* （Lemaitre, 1973） 变质岩* （低及中级） 64% 片麻岩（Poldert, 1955）

28、15.4% 云母片岩（Poldervaart, 1955） 17.8% 角闪岩（Poldervaart, 1955） 2.6% 大理岩（Ronov and Yaroshevskiy, 1968） 长英质 麻粒岩 50% 太古宙, 50%后太古宙 （Rudnick and Presper, 1990） 镁铁质 麻粒岩 （Rudnick and Presper, 1990） 5、大洋地壳的化学组成 大洋地壳的研讨是经过海洋钻探、海底取大洋地壳的研讨是经过海洋钻探、海底取样及地球物理等方法对大洋玄武岩、海洋样及地球物理等方法对大洋玄武岩、海洋堆积物来进展研讨的。洋中脊玄武岩堆积物来进展研讨的。洋中脊

29、玄武岩MORB是洋壳的主要组成部分，来自是洋壳的主要组成部分，来自亏损地幔地球化学源区。以亏损的亏损地幔地球化学源区。以亏损的K2O、LREE等不相容元素及低的等不相容元素及低的nRb/nSr值和低的值和低的87Sr/86Sr初始值为特征。初始值为特征。第二章第二章 地壳和地幔的元素分布地壳和地幔的元素分布 第二节第二节 地壳中化学元素的分布地壳中化学元素的分布一一. . 地壳中化学元素丰度研讨方法地壳中化学元素丰度研讨方法二二. . 地壳中的化学元素的分布特点地壳中的化学元素的分布特点二二. . 地壳中的化学元素的分布特点地壳中的化学元素的分布特点 1. 1.地壳中化学元素分布具有明显的不均

30、匀性。地壳中化学元素分布具有明显的不均匀性。a a、分布最大的和分布最小的元素之间克拉克值、分布最大的和分布最小的元素之间克拉克值差别很大，如氧的克拉克值为差别很大，如氧的克拉克值为4747，是分布量最，是分布量最小的元素之一镤的小的元素之一镤的1.51.510151015倍。倍。 元素丰度假设按克拉克值递减的顺序来元素丰度假设按克拉克值递减的顺序来陈列，其次序为陈列，其次序为O O、SiSi、AlAl、FeFe、CaCa、NaNa、K K、MgMg、H H、TiTi、C C、ClCl等。等。 1. 1.地壳中化学元素分布具有明显的不均匀性。地壳中化学元素分布具有明显的不均匀性。b b、空间上

31、，上下地壳分布不均匀，陆壳和洋壳分布、空间上，上下地壳分布不均匀，陆壳和洋壳分布不均匀，陆壳内，各板块、地质体内分布不均一。不均匀，陆壳内，各板块、地质体内分布不均一。以以Ri=Ri=上地壳元素丰度上地壳元素丰度/ /下地壳元素丰度下地壳元素丰度RiRi约等于约等于1 1的有的有: Ca, Si, Zr, Nd, Pb: Ca, Si, Zr, Nd, Pb等。等。小于小于1 1的有：的有：MgMg，CuCu，V V，FeFe，NiNi，CrCr，AgAg，CoCo，SrSr等。等。大于大于1 1的有：的有：ClCl，C C，CsCs，K K，RbRb，U U，ThTh，BiBi，TlTl，N

32、bNb等。等。 1. 1.地壳中化学元素分布具有明显的不均匀性。地壳中化学元素分布具有明显的不均匀性。c c、时间上，地史早期，一些稳定元素富集如、时间上，地史早期，一些稳定元素富集如AuAu，FeFe，晚期，活泼元素富集如，晚期，活泼元素富集如W W。2. 2. 地壳中化学元素的分布量普通随原子序数的地壳中化学元素的分布量普通随原子序数的增大而降低。如将元素的原子克拉克值取对数后，增大而降低。如将元素的原子克拉克值取对数后，对应于原子序数作图，由图可见分布量大的元素对应于原子序数作图，由图可见分布量大的元素普通位于周期表的开场部分，随着原子序数的增普通位于周期表的开场部分，随着原子序数的增大

33、，元素的克拉克值也越来越小。大，元素的克拉克值也越来越小。 图 地壳中元素原子克拉克值相对于原子序数的曲线据费尔斯曼A E粗线表示偶数原子序数的元素；细线表示奇数原子序数的元素 元素分布的这些规律与元素的原子构造亲密相关，元素分布的这些规律与元素的原子构造亲密相关，分布量的大小与原子核的稳定性有关。如元素分分布量的大小与原子核的稳定性有关。如元素分布的偶数规那么及四倍规那么即是其反映。布的偶数规那么及四倍规那么即是其反映。1偶数规那么：地壳中偶数元素的分布量占偶数规那么：地壳中偶数元素的分布量占86，高于奇数元素，后者占，高于奇数元素，后者占14。而且某个详细。而且某个详细的偶数元素分布量普通

34、高于与它相邻的奇数元素。的偶数元素分布量普通高于与它相邻的奇数元素。稀土元素族特别明显地证明了这一规那么。稀土元素族特别明显地证明了这一规那么。2四倍规那么。元素的原子量化为整数或四倍规那么。元素的原子量化为整数或质量数质量数A除以除以4，可把元素分成四种类型。，可把元素分成四种类型。 3.地壳中化学元素的分布是与宇宙中化学元素的构成，以及太阳系、地球、地壳构成和演化所制约。对比地壳与太阳系元素丰度数据可以发现，它们在元素丰度的排序上有很大的不同：太阳系：HHe ONeNCSiMgFeS地球：FeOMgSiNiSCaAlCoTi Na地壳：OSiAlFeCaNa KMgH、Ti与太阳系相比，地

35、壳和地球都明显地贫H、He、Ne、N等气体。与地球相比，地壳明显贫Fe和Mg，同时富集Al，K和Na。二二. . 地壳中的元素的分布特点地壳中的元素的分布特点对比地壳与太阳系元素丰度数据可以发现，它们在元对比地壳与太阳系元素丰度数据可以发现，它们在元素丰度的排序上有很大的不同：素丰度的排序上有很大的不同：太阳系：太阳系：H HHe He O ONeNeN NC CSiSiMgMgFeFeS S地球：地球：FeFeO OMgMgSiSiNiNiS SCaCaAlAlCoCoTiTiNaNa地壳：地壳：O OSiSiAlAlFeFeCaCaNa Na K KMgMgH H、TiTi与太阳系相比，地

36、壳和地球都明显地贫与太阳系相比，地壳和地球都明显地贫H H、HeHe、NeNe、N N等气体。与地球相比，地壳明显贫等气体。与地球相比，地壳明显贫FeFe和和MgMg，同时富集，同时富集AlAl，K K和和NaNa。 二二. . 地壳中的元素的分布特点地壳中的元素的分布特点 这种差别阐明，地球构成时伴随着气态元素的逃逸。这种差别阐明，地球构成时伴随着气态元素的逃逸。而地球元素的化学演化表现为较随便溶的碱金属铝硅而地球元素的化学演化表现为较随便溶的碱金属铝硅酸盐在表层富集，而较重的难溶镁、铁硅酸盐和金属酸盐在表层富集，而较重的难溶镁、铁硅酸盐和金属铁那么向深度集中。铁那么向深度集中。 第二章第二

37、章 地壳和地幔的元素分布地壳和地幔的元素分布l第一节第一节 地球的构造地球的构造 l第二节第二节 地壳中化学元素的分布地壳中化学元素的分布l第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成 l第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物地壳与地幔的相互作用及物质交换质交换 第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成一一. .地幔化学组成的研讨方法地幔化学组成的研讨方法1 1地质学方法：直接获取上地幔在地表的地质学方法：直接获取上地幔在地表的露头，这些天然露头有碱性玄武岩、碧玄岩、露头，这些天然露头有碱性玄武岩、碧玄岩、玻基辉橄岩、橄榄拉斑玄武岩、金伯利岩中的玻基辉橄岩、橄榄拉斑玄武岩、金伯利岩中的超镁铁质

38、岩的深源包体。上述火山作用象一座超镁铁质岩的深源包体。上述火山作用象一座座天然的超深钻，把地幔中的岩石标本携带到座天然的超深钻，把地幔中的岩石标本携带到地表，成为地表，成为“天然的地幔信史。此外，以固天然的地幔信史。此外，以固态构造侵位的阿尔卑斯型镁铁质岩侵入体也是态构造侵位的阿尔卑斯型镁铁质岩侵入体也是上地幔在地表的露头，但他们经常也蒙受蛇纹上地幔在地表的露头，但他们经常也蒙受蛇纹石化，新颖程度不如深源包体。石化，新颖程度不如深源包体。第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成2与地球以外的星球进展对比：经过对陨石、月岩组成的研讨，了解地幔的演化及组成。3实验岩石学的方法：模拟地幔的高温高压

39、条件，进展岩石、矿物相转变的实验；以及在各种不同的温压条件下对不同组成的上地幔物质进展熔融实验，从而了解各类岩浆来源的条件。 第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成4根据地球物理的资料：了解地幔的密度、弹性、粘度、热形状等性质，从而更好地限定地幔的岩石学模型。 第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成二.原始地幔的化学成分Taylor1985获得原始地幔的元素丰度的方法：根据地幔的密度和地震资料确定原始地幔的FeO含量为8.0；难熔主要元素Si、Ti、Al、Mg、Ca之间应具有C型碳质球粒陨石的比值；第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成原始地幔的亲石微量元素丰度是C型球粒陨石的1.

40、5倍；挥发性元素经过各种途径研讨，获得它与难熔亲石元素之间的比值进展估算。第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成三地幔的端元组成三地幔的端元组成 80 80年代地幔地球化学研讨的主要成果是年代地幔地球化学研讨的主要成果是 地幔不均一性和地幔端元成分的发现地幔不均一性和地幔端元成分的发现 研讨阐明地幔存在垂向及侧向的不均一性研讨阐明地幔存在垂向及侧向的不均一性第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成地幔不均一性的产生能够有三种途径：地幔不均一性的产生能够有三种途径：地幔部分熔融及岩浆的析出地幔交代作用地壳及岩石圈物质重新进入地幔对流 第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成三地幔的端元组

41、成三地幔的端元组成 根据幔源岩石洋中脊玄武岩及洋岛玄根据幔源岩石洋中脊玄武岩及洋岛玄武岩的武岩的SrSr、NdNd、PbPb同位素及微量元素研讨，同位素及微量元素研讨，地幔中存在亏损地幔地幔中存在亏损地幔DepletedDepleted及富集及富集地幔地幔 地幔中相对于原始地幔亏损或富集地幔中相对于原始地幔亏损或富集不相容元素的区域或地幔不相容元素的区域或地幔 第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成三地幔的端元组成三地幔的端元组成 不相容元素是指容易由地幔固体矿物不相容元素是指容易由地幔固体矿物中析出而进入有利的熔体相的那些化学元中析出而进入有利的熔体相的那些化学元素。不相容性包括大离子半

42、径亲岩元素素。不相容性包括大离子半径亲岩元素LILELILE，不适宜进入地幔矿物的晶体构，不适宜进入地幔矿物的晶体构造。不相容元素具低的分配系数，经常造。不相容元素具低的分配系数，经常D0.1D0.1第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成三地幔的端元组成三地幔的端元组成 Hart S RHart S R19881988提出了提出了4 4种地幔端元组成：种地幔端元组成： 亏损地幔亏损地幔DDMDDM 高高值地幔值地幔HIMUHIMU 富集地幔富集地幔1EM11EM1 富集地幔富集地幔2EM22EM2后三者是洋岛玄武岩三种端元组分，主要来后三者是洋岛玄武岩三种端元组分，主要来自再循环大洋岩石圈

43、自再循环大洋岩石圈 根据Nd-Sr同位素划分的四种地幔端元组分图据Hofmann，1997第二章第二章 地壳和地幔的元素分布地壳和地幔的元素分布l第一节第一节 地球的构造地球的构造 l第二节第二节 地壳中化学元素的分布地壳中化学元素的分布l第三节第三节 地幔的元素组成地幔的元素组成 l第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物地壳与地幔的相互作用及物质交换质交换 第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物质交换地壳与地幔的相互作用及物质交换一、岩石圈物质的循环一、岩石圈物质的循环 二、地幔柱岩石圈的相互作用二、地幔柱岩石圈的相互作用第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物质交换地壳与地幔的相互作用及物质

44、交换一、岩石圈物质的循环一、岩石圈物质的循环 岩石圈是刚性的、冷的圈层，它由地幔的最上部和上覆的大陆壳及海洋下的洋壳构成。岩石圈在大洋区厚约100km，大陆地域厚约100400km，它是由海底扩张而挪动的构造板块组成。 岩石圈之下为软流圈，岩石圈板块好似漂浮在塑状的软流圈之上挪动。第四节第四节 地壳与地幔的相互作用及物质交换地壳与地幔的相互作用及物质交换岩石圈物质的再循环主要有二种方式：岩石圈物质的再循环主要有二种方式：大洋地壳或大陆地壳或岩石圈由于爬升消减大洋地壳或大陆地壳或岩石圈由于爬升消减作用被软流圈传导进入地幔作用被软流圈传导进入地幔拆沉作用拆沉作用delaminationdelami

45、nation地壳或岩石圈经底部地壳或岩石圈经底部侵蚀，其碎片沉入并集储在地幔侵蚀，其碎片沉入并集储在地幔 一、岩石圈物质的循环一、岩石圈物质的循环 1. 板块爬升作用产生的物质再循环板块爬升作用产生的物质再循环 爬升消减作用：由于岩石圈漂浮在软流圈之上，爬升消减作用：由于岩石圈漂浮在软流圈之上，被传到至海沟，爬升下滑回到岛弧之下地幔中去，被传到至海沟，爬升下滑回到岛弧之下地幔中去，经常呈经常呈45角爬升并到达角爬升并到达600km以下的深处。以下的深处。 地壳或岩石圈板片参与地幔，呵斥地幔成分的不均地壳或岩石圈板片参与地幔，呵斥地幔成分的不均一性，往往是富集地幔及高一性，往往是富集地幔及高值地幔端员组分构成的值地幔端员组分构成的缘由。缘由。 一、岩石圈物质的循环一、岩石圈物质的循环 2.拆沉作用拆沉作用以往人们以为陆源洋壳堆积物爬升作用是大陆地壳以往人们以为陆源洋壳堆积物爬升作用是大陆地壳再循环的独一机制。目前拆沉作用的提出，引起地再循环的独一机制。目前拆沉作用的提出，引起地质、地球化学和地球物理学者普遍注重。它是呵斥质、地球化学和地球物理学者普遍注重。它是呵斥下地壳及相应大陆地壳成分演化和壳幔物质交换下地壳及相应大陆地壳成分演化和壳幔物质交换的重要机制之一。的