第三章：原生环境.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,原生环境与元素的分布,第三章,地球科学学院地球化学系,勘查地球化学,地球化学找矿的主要工作步骤：,确定采样对象,建立采样方法,样品前处理,样品测试,数据处理与制图,异常解释与评价,异常查证,本章内容,一、地球化学旋回与元素分布,二、元素的共生组合,三、地壳元素丰度及其应用,一、地球化学旋回与元素分布,地球化学旋回,常量组分分布特征,微量元素分布特征,表生作用中元素的分布特征,内生作用,元素的一生（一次轮回）,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,能形成独立矿物相，其分配受相律的控制，遵循,化学计量法则,。,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,（即分配达到平衡时，元素在各相之间的化学位相等）。,常量组分分布特征,地壳,地幔,易熔组分,长英质浅色矿物,难熔组分,铁镁暗色矿物,微量元素分布特征,微观,：受元素,类质同象,置换条件制约,宏观,：受,元素分配系数,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,五种状态,：,机械分散物,：（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；,吸附相杂质,：不参加主矿物晶格，在矿物表面、裂隙面等呈吸附状态,；,超显微非结构混入物,：（,1:,相容元素,K,D,1:,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，从而使,晚期,的岩浆较早期的岩浆更,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,成岩时期,雪峰,-,四堡期,加里东期,海西期,燕山期,研究岩体数,61,143,62,272,SiO,2,（）,69.3,70.53,71.23,72.76,K,2,O,29,3.8.6,4.36,4.74,Nb,15,21,21,35,Ta,3,6,4,8,REE,208,209,152,256,WO,3,2.87,2.79,5.16,Li,67,58,96,Rb,190,214,358,一种倾向,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,-,称,“,晶体化学分散,”,。,另一种倾向,是那些与造岩元素差别大的微量元素不利于类质同像代换，而在残余熔体中聚积。在某一阶段形成独立矿物（副矿物）或转入到岩浆期后热水溶液中富集成矿,-,称,“,残余富集,”,。,微量元素地球化学行为？,例：碱性岩体,Be,丰度,7-9,10,-6,酸性花岗岩岩体,Be,丰度,3-5,10,-6,在酸性花岗岩中的伟晶岩脉中,形成：,Be,3,Al,2,Si,6,O,18,(,绿柱石,),为什么呢,?,首先从,Be,2+,的地球化学性质来分析：,Be,2+,R,2+,=0.35,电负性,1.5,，离子电位,(,)=5.71,属两性元素,.,在硅酸熔体中，与,Be,2+,最接近的常量元素是,Si,4+,是以,BeO,4,6-,的形式对,SiO,4,4-,进行代换，实行这种代换需要具备两个条件：,第一，介质呈碱性，,Be,2+,两性元素，介质必须在碱性条件下才能以酸根的形式存在,;,第二，具有高价阳离子，以补偿,BeO,4,6-,的类质同像代换,SiO,4,4-,时,电价和能量的差异。,其次，分析一下碱性岩浆的条件：,富,Na,富,K,介质是碱性，,Be,2+,呈铍酸根的形式,BeO,4,6-,，同时岩浆中具有较丰富的高价阳离子，,Ti,4+,Zr,4+,REE,3+,等，碱性岩浆的这种条件有利于,Be,的类质同像代换：,在长石中,:BeO,4,6-,+REE,3+,SiO,4,4-,+(Na,K),+,在辉石中,:BeO,4,6-,+Ti,4+,SiO,4,4-,+Mg,2+,这样,在碱性岩岩浆中,Be,大量进入造岩矿物晶格而分散在岩石中,不利于,Be,的富集,虽碱性岩中,Be,丰度很高,但不能集中成矿。,最后，看一看酸性岩浆中的条件，富,Si,介质呈酸性，,Be,2+,呈,BeO,、,Be,2+,形式,.,这样,不具备与,SiO,4,4-,类质同像代换的条件,Be,无法进入造岩矿物晶格,.,为此,Be,元素大量集中在残余熔浆中，最后在富含挥发份的花岗伟晶熔浆中成矿。,通过这个例子的剖析，清楚地反映了,Be,在不同的介质环境中分散和富集的倾向。,二、元素的共生组合,自然界元素结合分两种：,同种或性质相似元素结合,-,非极性键，一般形成共价键；,异种元素结合,-,极性键，一般形成离子键。,元素的地球化学亲和性,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：,元素本身性质（结构）；,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）,戈德斯密特：,亲铁元素,亲硫元素,亲氧元素,亲气元素,亲生物元素,元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。,铁具有这种倾向，在自然界中，特别是,O,，,S,丰度低的情况下，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。,基本特征：,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）。,亲铁性,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，丰度最高的为氧，其次是硫。,硫的电负性小于氧（,Xs,Ro,o,）。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）,.,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,亲硫元素,（具亲硫性）,;,与氧形成高度离子键的元素称,亲氧元素,（具亲氧性）。,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,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和性强弱与阴离子反应，亲和性强的阳离子将抑制亲和性弱的化学反应（这是自然界的竞争机制）。,例子：,在地壳中某体系内，阴离子（,S,2-,）不足，地壳中,Fe,的丰度比,Mn,高出两个数量级。由于,Fe,的亲硫性比,Mn,强，因此在这样的环境下，只能产生,Fe,的硫化物和,Mn,的氧化物,（硅酸盐）共生现象，绝对不会发生,硫锰矿和铁的氧化物,共生的现象。这就是化学反应抑制原理在起作用！,元素的共生组合特征,岩石类型,元 素 共 生 组 合,一般组合,Si-Al-Fe-Mg-Ca-Na-K-Ti-Mn,Zr-Hf-Th-U-B-Be-Li-Sr-Ba-P-V,Cr-,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-Sc,1,、深成岩,黑色页岩,U-Cu-,Pb-Zn-Cd-Ag-Au-V-Mo,-,Ni-As-Bi-,Sb,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-Be,2,、沉积岩,K-,Rb,Ca-,Sr,Al-,Ga,Zr-Hf,Si-Ge,Nb,-Ta,TREE,Pt-,Ru-Rh-Pd-Os-Ir,3,、内生,-,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,一般硫化物矿石,Cu-,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,Cu-Mo-Au-Re-Te,低温矿石,Hg-,Sb,-As-Bi,多金属矿石,Pb-Zn-Ag-Cd-Ba,SK,岩型矿石,Zn-,Pb-Cu-Ba-F-Sr,贵金属矿石,A(,深成,)Au-Ag-Cu-Co-As,贵金属矿石,B(,低温,)Au-Ag-,Hf-As-Sb-Te,喷气成因矿石,Hg-,Sb,-As-Se,寻找未知矿：,确定指示元素,异常解释与评价,确定矿化类型,已知矿区：,开发副产品,元素共生组合对找矿的意义：,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，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,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,2,、作为选择分析方法灵敏度的依据,3,、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,地球化学储量：,地球化学系统中元素的总质量,资源：,地球化学储量中能被开采利用的部分,矿产储量：,资源中被探明的部分,矿化度：,资源量,/,地球化学储量,成矿元素的浓集系数,相对丰度（浓度克拉克值）：,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值,矿石浓度系数：,矿石平均品位与地壳丰度比值,最低浓集系数：,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,大别陆块,江南台隆,长江中下游成矿带,本章小结,重点掌握：,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,了解：,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,