1、第二講 現代礦床地球化學的基本理論 一、地球物理、化學結構一、地球物理、化學結構地球分層構造深度密度 壓力（大氣壓）溫度物性 狀態花崗巖層（Si-Al)地殼地幔上地幔下地幔外地核過渡層地核內地核Km0400100020003000400050006000036912 Km/s v深度橫波縱波縱波5-60413720最深地震中心物質成分ABCDEFG固態液態固態51004980289898413.889.8912.7012.265.624.443.563.322.7-2.99000140,000382,00013400003.3106500-10003.61061000-200020002480

2、40005000鐵鐵硫模式 尖晶石方鎂石 方鐵礦 柯石英 玄 武巖層純橄欖 巖層根據地震波傳播速度確定的地球分層以及各層物質分布狀態參考圖 1 1 元素在地球系統的分布、共生規律元素在地球系統的分布、共生規律 （1 1） 元素在地球系統的分布規律元素在地球系統的分布規律 -地球物質組成與成礦關系地球物質組成與成礦關系 大洋地殼與成礦關系大洋地殼與成礦關系厚度: 10 km組成：= 蛇綠巖套（ophiolite suite）: 沉積物（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 gabb

3、ro）超鎂鐵質巖石 ultramafic (mantle) +鉻鐵礦The Earths Interior 地殼地殼大陸地殼和洋殼大陸地殼和洋殼大陸地殼：年輕、老地殼，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 （granodiorite），高K、Ti、LERR及其他比相容元素，特別是較高的Rb/Sr比值，一般認為來源富集地幔。洋殼：古洋殼、年輕的洋殼，一般較薄（010m)，玄武質巖，低K、Ti、LERR及其他比相容元素，特別是低Rb/Sr比值，一般認為來源虧損地幔。The Earths Interior元 素 、同 位 素 巖 石

4、 圈 地 幔 地 幔 源 堿 性玄 武 巖 典 型 變 質沉 積 巖 地 殼（ 同 化巖 石 ） 地 殼 流 體 洋 殼 脫 水 流 體（ 4 1 % ） 8 7S r/8 6S r 0 .7 0 2 7 0 .7 0 4 0 .7 3 6 0 .7 3 5 0 .7 2 2 0 0 .7 2 2 0 S r 1 2 p p m 7 5 0 1 5 0 p p m 5 0 0 p p m 1 0 0 p p m 3 6 0 p p m 1 8O 5 .7 + 5 .6 + 1 3 .6 + 1 9 + 1 4 + 2 0 資 料 來 源 E l l a m a n d H a w k e s

5、w o r th , 1 9 8 8 ; H a rt , 1 9 8 8 ; H a rm o n a n d H o e f s , 1 9 9 2 T a y l o r , H . P. a n d S h e p p a r d , S. M . F . , 1 9 8 6. T a y l o r , H .P . a n d S h e p p a r d ,S . M . F . , 1 98 6 . T a y l o r , H .P . a n d S h e p p a r d ,S . M . F . , 1 98 6 . B en tio et al., 1 9 9

6、 9 B en tio et al., 1 9 9 9 2） 地幔（地幔（Mantle） 橄欖巖（Peridotite (ultramafic)）橄欖石 尖晶石，從莫霍面60-220 km 地震波的波速逐漸增加410-670km，波速迅速增加 （spinel perovskite- type 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，親銅元素主要進入硫化物相；揮發元素（如K、Rb）相對于難熔元素（如U、Sr）的虧損發生與地球增生以前。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

7、,1982；Taylor et al., 1985;等）。地幔的化學結構 根據玄武巖的同位素研究（Hart,1988），目前已經鑒定出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。 143Nd144Nd0.51340.5135 87Sr/86Sr=0.70200.7024 206Pb/204Pb=17.017.8/15.516.3;HIMU:高U/Pb比值地幔，同位素特征如下。143Nd144Nd0.512887Sr/86Sr=0.70260.7030206Pb/204Pb=2122EMI-I富集地幔：143Nd144Nd0.51230.512487Sr/86Sr=0.7054

8、0.7060 206Pb/204Pb=16.517.5 EM2-II富集地幔，同位素特征如下。143Nd144Nd0.51270.5129,87Sr/86Sr=0.707, 206Pb/204Pb=18.519.5; PREMA常規地幔，同位素特征如下。143Nd144Nd0.5130,87Sr/86Sr=0.7035,206Pb/204Pb=18.3 地核：成分鐵多，非揮發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律 （1) 元素自然分類（常見的V.M.戈爾德斯密特和A.H. 查瓦里斯基）V. M.戈爾德斯密特分類劃分了；1）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8-18）。依據: 外電子層結構、元素磁性(逆順）、對不同元素的化學親合力。意義：對了解地球的原始分異作用圈層構造的形成、元素的地球化學性質及其組合特征以及半生礦種具有重要意義。.H. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0102030405060708090010203040506070原子容積原子序數HeLiBeCNOFBNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMn FeCoNiCuZnGaGeSeAsBrKrRbSrYZrNbMoTeR

10、hPdCdInSnSbAgRuTcIXeBaTRHfWReOsIrPtAuHgTlPbBiPo AtCsRnRaAcThPaULaCeTa親氣元素親石元素（s2p6)親銅元素（s2p6d10)親鐵元素 A.H. A.H.查瓦里斯基查瓦里斯基 分類：分類：1 1）氫族）氫族; 2; 2）惰性氣體族）惰性氣體族; 3; 3）造巖元素族）造巖元素族; 4; 4）巖）巖漿射氣元素族；漿射氣元素族；5 5）鐵族元素）鐵族元素; 6; 6）稀有、稀土元素）稀有、稀土元素; 7; 7）放射性元素放射性元素; 8; 8）親硫元素；）親硫元素；9 9）鉑族元素）鉑族元素; 10; 10）半金屬）半金屬和金屬礦化

11、劑元素和金屬礦化劑元素; 11; 11）重鹵素元素）重鹵素元素主要依據：結晶化學特征、電子層結構、離子半徑、元素的主要依據：結晶化學特征、電子層結構、離子半徑、元素的地球化學性質以及元素在自然界中的組合情況，以擴展的地球化學性質以及元素在自然界中的組合情況，以擴展的周期表為基礎。周期表為基礎。意義：這些元素反映了地殼中由于地質作用的不同，而產生意義：這些元素反映了地殼中由于地質作用的不同，而產生不同的共生組合，并能從原子結構這一最本質的原因去理不同的共生組合，并能從原子結構這一最本質的原因去理解元素的一相互組合的內在原因，其元素的分布規律對于解元素的一相互組合的內在原因，其元素的分布規律對于找

12、礦勘探和礦床成因研究具有重要的指導意義。找礦勘探和礦床成因研究具有重要的指導意義。1 1）氫族）氫族; 2; 2）惰性氣體族）惰性氣體族; 3; 3）造巖元）造巖元素族素族; 4; 4）巖漿射氣元素族；）巖漿射氣元素族；5 5）鐵）鐵族元素族元素; 6; 6）稀有、稀土元素）稀有、稀土元素; 7; 7）放射性元素放射性元素; 8; 8）親硫元素；）親硫元素；9 9）鉑）鉑族元素族元素; 10; 10）半金屬和金屬礦化劑）半金屬和金屬礦化劑元素元素; 11; 11）重鹵素元素）重鹵素元素三、三、 巖石學上的元素分類巖石學上的元素分類1 1）過渡元素：）過渡元素：TE TE 周期表第一過渡度族周期

13、表第一過渡度族 ScSc、TiTi、V V、CrCr、MnMn、FeFe、CoCo、NiNi、CuCu2 2）稀土元素：）稀土元素：REE REE 鑭系鑭系+Y+Y3 3）親石元素）親石元素大離子親石元素（大離子親石元素（LILLIL）：）： 離子半徑大，包括離子半徑大，包括K K、RbRb、CsCs、SrSr、BaBa、TlTl放射性生熱元素（放射性生熱元素（RHERHE）：）： 衰變生熱，包括衰變生熱，包括K K、U U、ThTh活動性元素（活動性元素（MEME）：）：z/r3,z/r3, Nb : z/r3, Nb 、TaTa、ZrZr、HfHf、P P、Y Y 不相容元素（不相容元素（

14、ICEICE）: HREE: HREE、ZrZr、HfHf 親巖漿元素（親巖漿元素（M M）: D: Di i1, Ta1, Ta、ThTh、LaLa、CeCe 過親巖漿元素（過親巖漿元素（H H）: D: Di i0.2-0.5,Cr115 5） 不相容元素（不相容元素（ICEICE）: :按進入熔體的能力可分：按進入熔體的能力可分： 弱不相容元素：如弱不相容元素：如Y Y、TbTb、TiTi、 中等不相容元素中等不相容元素: : 如如LaLa、CeCe、SrSr、NbNb、P P、ZrZr、HfHf、SmSm等等 強不相容元素強不相容元素: : 如如CsCs、RbRb、BaBa、ThTh、

15、U U、K K等等 6 6） 同位素同位素 分穩定同位素和放射性同位素分穩定同位素和放射性同位素1. 分類 根據成礦元素的地球化學在成礦過程的親合性，可將劃分：巖根據成礦元素的地球化學在成礦過程的親合性，可將劃分：巖漿、熱液、沉積、風化、可燃有機等五類。漿、熱液、沉積、風化、可燃有機等五類。1 1） 巖漿成礦元素：鎂鐵巖漿成礦元素：鎂鐵- -超鎂鐵質巖、中酸性巖、偉晶巖類；超鎂鐵質巖、中酸性巖、偉晶巖類； 鎂鐵鎂鐵- -超鎂鐵質巖有關的成礦元素超鎂鐵質巖有關的成礦元素 超基性巖有關的成礦元素超基性巖有關的成礦元素 中酸性巖有關的成礦元素中酸性巖有關的成礦元素 偉晶巖類有關的成礦元素偉晶巖類有關

16、的成礦元素2 2） 熱液成礦元素：巖漿熱液（幔、殼幔、下地殼、上地殼）、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）非巖漿熱液（地下水）3 3） 沉積成礦元素：海相、陸相、海陸交互相沉積成礦的元素；沉積成礦元素：海相、陸相、海陸交互相沉積成礦的元素；4 4） 風化成礦元素：干旱、潮濕以及交互環境成礦的元素；風化成礦元素：干旱、潮濕以及交互環境成礦的元素；5 5）可燃有機元素：固體、氣體、液體成礦的元素；）可燃有機元素：固體、氣體、液體成礦的元素； 四、成礦元素地球化學四、成礦元素地球化學2.2.礦床元素地球化學研究意義礦床元素地球化學研究意義1 1）理論意義：礦床元

17、素地球化學研究的主要內容是研）理論意義：礦床元素地球化學研究的主要內容是研 究元素的自然狀態和分配規律以及不同介質中的分餾究元素的自然狀態和分配規律以及不同介質中的分餾特征，指導找礦和發現新礦種以及探討成礦；并進行特征，指導找礦和發現新礦種以及探討成礦；并進行礦床成因、形成環境的判別以及建模等；礦床成因、形成環境的判別以及建模等；2)2)實踐意義：元素的原生和次生元素地球化學研究，指實踐意義：元素的原生和次生元素地球化學研究，指導找礦，發現新礦床；導找礦，發現新礦床；3)3)工業意義：主礦種和伴生礦種，綜合利用和提供冶煉工業意義：主礦種和伴生礦種，綜合利用和提供冶煉技術；技術； 礦床成礦物質主

18、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： 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數量級； b） 地殼、上地幔分布量最高的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg七元素合計約為地殼總成分的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；揮發份比上地幔高2-4倍。 自然界元素在不同的物態相內的共生規律是不同的，一自然界元素在不同的物態相內的共生規律是不同的，一般在巖石中的分配規律是：般在巖石中的分