應(yīng)用地球化學(xué)講義元素分布

1、地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所-第一章應(yīng)用地球化學(xué)應(yīng)用地球化學(xué)任利民任利民第2頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日本章內(nèi)容w 一、地球化學(xué)旋回與元素分布w 二、元素的共生組合w 三、元素的空間分布w 四、元素含量的概率分布第3頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第一章 元素分布的基本規(guī)律w 元素分布、分配有兩重含義：w 1、元素在地球各圈層的分布，特別是地殼表層各地質(zhì)體間及各類巖石、礦物間的分布、分配；w 2、元素在各地質(zhì)作用過程中的分布、分配。w 前者是后者的結(jié)果，是

2、應(yīng)用地球化學(xué)研究的主要內(nèi)容w 自然組合方式與賦存形式自然組合方式與賦存形式 第4頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第5頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第一節(jié) 地球化學(xué)旋回w 一、地球化學(xué)旋回w 二、常量組分分布特征w 三微量元素的分布規(guī)律第6頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日一、地球化學(xué)旋回w 元素演化是以元素的賦存介質(zhì)的變遷實現(xiàn)的。w 巖石大循環(huán)巖石大循環(huán)：w 在大旋回演化過程中，同時還存在不同級次的次級旋回。w 地球化學(xué)旋回的方

3、式可以重復(fù)，但其物質(zhì)成分的演化趨勢是不可逆的，不能簡單的重復(fù)，從而引起了化學(xué)元素的分異和演化，這種分異和演化是有規(guī)律的。第7頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w a巖石循環(huán)第8頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日View of Earths layered structure第9頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第10頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第11頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中

4、國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第12頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日二、常量組分分布特征w 遵循化學(xué)計量原則形成自然礦物w 地殼地殼：易熔的硅鋁長英質(zhì)成分（Si、Al、Ca）和、Na、水增加，以長英質(zhì)淺色礦物為主w 地幔地幔：難熔組分Mg、Fe、Ni、Co、Cr；以鐵鎂暗色礦物為主第13頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日三微量元素的分布規(guī)律w 微觀微觀上受元素類質(zhì)同象置換條件制約w 宏觀宏觀上受元素分配系數(shù)制約，以某種統(tǒng)計規(guī)律反映富集貧化趨勢。第14頁/

5、共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日常見造巖礦物中類質(zhì)同象混入物微量元素含量表X%0.x%0.0 x%0.00 x% 橄欖石 Ni,MnCa,Al,Cr,Ti,P,CoZn,V,Cu,Sc角閃石Ti,F,K,Mn,Cl,RbZn,Cr,V,Sr,NiBa,Cu,P,Co, Ga,Pb,Li,B 輝 石 Ti,Ni,Mn,KCr,V,Ni,Cl,SrP,Cu,Co,Zn,Li,Rb,Ba黑云母 Ti,FC a , N a , B a , Mn,Rb Cl,Zn,V,Cr,Li,NiC u , S n , S r , C o , P,Pb,Ga斜長石

6、KSrBa,Rb,Ti,MnP,Ga,V,Zn,Ni,Pb,Cu,Li綠簾石TRMn.,TiTh,SnV,Nb,Zn,Be,U第15頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日X%0.x%0.0 x%0.00 x%榍榍 石石TR,Nb,Sn,SrMn,Ta,V,CrBa磷灰石磷灰石Sr,TR,MnU,PbAs,Cr,V石榴石石榴石Mn,CrTi,TRGa正長石正長石NaCa,Ba,SrRb,TiPb,Ga,V,Zn,Ni,Cu,Li白云母白云母Ti,Na,Fe,Ba,Rb,LiCr,Mn,V,Cs,GaZn,Sn,Cu,B,Nb電氣石電氣石Ti,Li

7、,MnCr,Ga,Sn,Cu,VRb磁鐵磁鐵Ti,Al,CrMn，VZn,Cu,Sn,NiCo,Pb,Mo 鋯鋯 石石HfTR,ThTi,Mn,PBe,U,Sn,Nb石英石英Fe,Mg,Al,Ti,Na,B,Ga,Ge,Mn,Zn第16頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日元素的地球化學(xué)分類w 戈爾德斯密特的元素分類（戈爾德斯密特的元素分類（5類類）（圈層分）（圈層分異）異）w 查瓦理斯基分類（查瓦理斯基分類（12族族）（成巖成礦作用）（成巖成礦作用）w 謝爾巴科夫謝爾巴科夫w 相容性分類（巖漿作用）相容性分類（巖漿作用）第17頁/共37頁應(yīng)用

8、地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 謝爾巴科夫用元素的向心力和離心力描述這種向地球外圈貧化或富集的趨勢。其假設(shè)：w 隕石成分（u）當作地球的平均成分，代表地球的原始濃度w 玄武巖作為地幔平均成分，將玄武巖元素豐度（V）作為元素離心的基本參數(shù)；w 頁巖是地殼中廣泛分布的沉積巖，是地球表部各類巖石的平均成分代表（c）第18頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 1、向心元素 v/u1 c/v1 c/v1w P、Na、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Zn、C、N、Cl、Br、Iw 3、弱離心元素 v/u1w Ga

9、、Ge、As、Se、Sn、Te、Bi、Re、Mow 4、離心元素 v/u1 c/v1w Li、Rb、Cs、Sr、Ba、Y、REE、Zn、Hf、Nb、Ta、B、Al、In、Tl、Si、Pb、 Sb、U、F、O第19頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日元素相容性分類w 地球化學(xué)家用來描述在結(jié)晶相或流體相富集的特征。w D1為相容元素，相當于謝爾巴科夫的向心元素w D1為不相容元素，相當于謝爾巴科夫的離心元素，如LILE第20頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 總分配系數(shù)： Dw 相容元素：

10、D1w 不相容元素：D1w 弱不相容： D ：0.1-1 ：Zr、Nb 、Ta、HREE； w 0.1的有K K、RbRb、U U、ThTh、PbPb、LREELREE等w 強不相容： D ： 0.01 RbRb、CsCs、K K、U U、ThTh、Nb 、Ta、BaBa、LaLa、CeCew 大離子親石元素：離子半徑大，電荷高而不易進行類質(zhì)同象置換，如K、Pb、Sr、Ba、Nb、Ta、W、LREEw 高場強元素：離子電位3的不溶于水的不相容元素，Th、Nb、Ta、P、Zr、Hf、HREE第21頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 w Hof

11、man(1988年)排出了親石元素不相容性降低序列：w Rb、Pb、U、Th、Ba、K、La、Ce、Nb、Pr、Sr、Nd、Zr、Na、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Y、Tm、Ti、Lu、Cu、Sc、Co、Mg、Ni。w 地幔部分熔融形成巖漿，下地殼巖石在增溫增壓，特別是在含有一定水時可以重熔成巖漿。每次重熔，不相容元素和相容元素都產(chǎn)生一次分離，從而使晚期的巖漿較早期的巖漿更富集不相容元素。第22頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日我國華南不同時期花崗巖中元素含量特征成巖時期雪峰-四堡期加里東期海西期燕山期研究巖體數(shù)6114362

12、272SiO2（）69.370.5371.2372.76K2O293.8.64.364.74Nb15212135Ta3648TR（總量)208209152256WO32.872.795.16Li 67 5896Rb190214358第23頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日成巖時期雪峰-四堡期加里東期海 西 期燕 山 期研究巖體數(shù)6114362272Be1.61.65.4Cs1616152.5F7267921388Sn15152542Cu28271838Pb33373654Cr129614628V8751616Co104.61第24頁/共37

13、頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第25頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 華南花崗巖的形成時代由老到新，巖石中SiO2、K2O的含量越來越高，相應(yīng)的不相容元素Nb、Ta、REE、W、Sn、Be、Li、Rb、Pb、F、Cu等含量越來越高，巴爾科特把巖漿巖演化的這種規(guī)律總結(jié)為極性演化，即酸性巖越來越酸性，基性巖越來越基性。w 這為礦產(chǎn)評價與找礦提供了思路，即在時代最新的花崗巖類巖體中尋找不相容元素的礦床，如我國稀有金屬元素總是與燕山期花崗巖有關(guān)，而相容元素如Cr、Ni、Pt等主要在最年輕的基性巖、

14、超基性巖巖體中去找。第26頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第二節(jié) 元素的共生組合w 一、元素的親和性w 二、成巖與成礦作用的典型元素組合w 三、元素的時空分布地球化學(xué)場第27頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第二節(jié) 元素的共生組合一、元素的親和性w 戈爾德施密特將冶煉爐中出現(xiàn)的四相(金屬鐵、硫化鐵、硅酸鹽礦渣和氣體)與隕石中的鐵隕石、隕硫鐵和球粒隕石中的化學(xué)成分相比較，并結(jié)合地質(zhì)作用中元素共生規(guī)律，提出了劃分為親鐵、親硫(親銅)、親氧(親石)、親氣、親生物元素的分類方案，并得到了廣泛的

15、認同。第28頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第29頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第30頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日常見巖石、礦石類型中元素的組合特征二成巖成礦作用的典型元素組合巖石類型巖石類型元元 素素 共共 生生 組組 合合1、深成巖一般組合Si-Al-Fe-Mg-Ca-Na-K-Ti-MnZr-Hf-Th-U-B-Be-Li-Sr-Ba-P-VCr-Sn-Ga-Nb-Ta-W-鹵族-TR超基性巖Cr-Co-Ni-Mg-

16、Fe-Cu基性巖Fe-Mg-Ti-V-Sc花崗巖Ba-Li-W-Mo-Sn-Zr-Hf-U-Th堿性巖Ti-Nb-Ta-Zr-TR-F-P偉晶巖Li-Rb-Cs-Be-REE-Nb-Ta-U-Th-Zr-Hf-Sc第31頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日2. 沉積巖黑色頁巖U-Cu-Pb-Zn-Cd-Ag-Au-V-Mo- Ni-As- Bi-Sb碳酸巖TR-Ti-Nb-Ta-F-P-U-Mo磷灰石U-V-Mo-Ni-Ag-Pb-F-TR蒸發(fā)巖Li-Rb-Cs-Sr-Br-I-B巖屑、砂巖Au-Pt-Sn-Nb-Ta-Zr-Hf-Th-TR

17、大陸紅壤U-V-Se-As-Mo-Pb-Cu火山來源紅壤 Cu-Pb-Zn-Ag-V-Se紅土Ni-Cr-V鋁土Nb-Ti-Ga-Be第32頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日3、內(nèi)生-外生環(huán)境中w 一般共生關(guān)系 ：w K-Rb Ca-Sr Al-Ga w Zr-Hf Si-Ge Nb-Taw TR- Pt-Ru-Rh-Pd-Os-Ir第33頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 4. 常見礦石類型w 一般硫化物礦石 Cu-Pb-Zn-Ag-Au-As-Hg-Sb-Se- Te-Mo-Co-N

18、i-U-V-Bi-Cd S-Se Zn-Cd Rb-Tlw 斑巖銅礦礦石 Cu-Mo-Au-Re-Tew 低溫礦石 Hg-Sb-As-Biw 多金屬礦石 Pb-Zn-Ag-Cd-Baw SK巖型礦石 Zn-Pb-Cu-Ba-F-Srw 貴金屬礦石A（深成） Au-Ag-Cu-Co-Asw 貴金屬礦石B（低溫） Au-Ag-Hf-As-Sb-Tew 噴氣成因礦石 Hg-Sb-As-Se第34頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 各類巖石中的微量元素組合，主要反映了該巖石中主要造巖礦物的類質(zhì)同象元素。w 超基性巖主要由橄欖石和輝石組成，與鐵、鎂

19、類質(zhì)同象置換的Co、Ni、Cr、Cu是該類巖石的典型元素組合。w 從超基性巖到酸性巖，還具有由相容元素組合變?yōu)椴幌嗳菰亟M合的特征。w 成礦主要元素為親硫元素、親鐵元素，不易進入硅酸巖晶體而富集在殘余流體或后期熱液中。第35頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 第三節(jié)元素的空間分布w 一、正常分布與異常分布w 一般將遵從常規(guī)、不悖常理、無特別異舉即為正常，其核心是從眾，相反即為異常。w 地球化學(xué)的正常分布，也就是某一空間中多數(shù)位置上元素含量所具有的相對波動不大的特征。w 地球化學(xué)中的異常，是指某一區(qū)段的地球化學(xué)特征明顯不同于周圍無礦背景區(qū)的現(xiàn)

20、象。第36頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日三層含義：w 1、地球化學(xué)特征不同，具有一定的空間范圍，元素含量或地球化學(xué)指標值偏離背景值 。w 背景區(qū)元素含量總是在上限Ca和下限C1之間變動，接近C1或Ca含量值的樣品是少數(shù)，大多數(shù)接近平均值C0。第37頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日元素含量的背景分布圖Ca背景上限C0背景值C1背景下限第38頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 w 2、異常區(qū)，微量元素分布與正常區(qū)不同，它不服從“大數(shù)

21、定律”，偏離平均值的樣品屢屢出現(xiàn)。w 把異常區(qū)內(nèi)高于正常上限Ca的樣品數(shù)n與總樣品數(shù)n的比值n/n稱為異常率w 異常率的大小，不僅與成礦作用的強度、規(guī)模有關(guān)，成礦作用越強，越接近礦化中心，異常率越高。第39頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 3、正常與異常具有相對性，背景的范圍、尺度不同，異常的規(guī)模與性質(zhì)也就不同。w 如果將全球地殼豐度值作背景，則地球化學(xué)省是最大的一級異常，w 在地球化學(xué)省上發(fā)育的成礦區(qū)帶是區(qū)域地球化學(xué)異常，地球化學(xué)省則是區(qū)域異常的背景w 區(qū)域異常又是局部異常（礦床異常）的背景。第40頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)

22、地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日全球的背景值地球化學(xué)省的背景值局部的背景值區(qū)域的背景值不同級次的背景和異常第41頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 二、元素區(qū)域分布不均勻性地球化學(xué)省w 在地殼的某一大范圍內(nèi)，某些成分富集特征特別明顯，不止是一兩類巖石中元素豐度特別高，而且該種元素的礦床常成群出現(xiàn)，礦產(chǎn)出現(xiàn)率也特別高。通常將地殼的這一區(qū)段稱為地球化學(xué)省。w 地球化學(xué)省實質(zhì)上是一種地球化學(xué)異常，它是以全球地殼為背景的規(guī)模巨大的一級地球化學(xué)異常。第42頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022

23、年3月21日w 地殼中元素分布的這種不均勻性應(yīng)當從地幔成分上去查原因。w 首先是行星吸積形成過程中就存在著原始化學(xué)組成上的不均一性，w 其次，在地球形成分異過程中，地幔中形成了兩個對流圈，對流圈的中心部位和邊角部位是不流動的，不同對流圈之間物質(zhì)交流是有限的，每一對流圈保持了自身組成的相對獨立的特征 w 地球化學(xué)省的存在對找礦具重要意義，提供了找礦的戰(zhàn)略方向和空間，地球化學(xué)省還與環(huán)境和生物學(xué)有密切關(guān)系。第43頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日第44頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日ij i

24、j三、元素的時空分布地球化學(xué)場w 地球化學(xué)指標是指一切能提供地球化學(xué)信息或地質(zhì)信息的，能直接或間接測定的地球化學(xué)變量。w 應(yīng)用最多的是：元素含量元素含量，其次是地球化學(xué)環(huán)境標志，如pH、Eh、T、P等w 地球化學(xué)指標在三度空間和時間上的分布與演化稱為地球化學(xué)場。第45頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日三、元素的時空分布地球化學(xué)場w 將地殼或者地球表層系統(tǒng)中某一點放在直角坐標系（x.y.z）中，該點任一時該t，存在著j個相，每個相有i個地球化學(xué)指標，該點指標i可表示為w Ci,j=F（x，y，z，t）w 空間屬性與時間屬性的統(tǒng)一，構(gòu)成了地球化

25、學(xué)場的全部意義。 第46頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日地球化學(xué)場有以下特征：w 1與地球物理場相比，它沒有嚴格的數(shù)學(xué)公式或化學(xué)定律進行準確的描述、推斷、或延拓，它是具體點上地球化學(xué)環(huán)境（化學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)）綜合制約的結(jié)果，可以定性推測而不能準確推算。w 2地球化學(xué)場是一個連續(xù)的非均勻場。w 3地球化學(xué)場是一個不可逆動態(tài)演化的非穩(wěn)定場。w 4. 地球化學(xué)場的指標不具有傳遞性。 第47頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 對地球化學(xué)場公式積分形式具有總量的意義，它可以按線、面、體分別

26、積分。w 其中為密度。分別稱某元素的線地球化學(xué)量、面地球化學(xué)量和體積地球化學(xué)量。w 對于線、面、體的平均含量可定義為w llcdlMsscdsMvvpcdvMllldlcdlCsssdscdsCvvvdvcdvC第48頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 實際計算時，只能用近似公式來求，積分形式只是一種理想的表達式，這也是與地球物理場的不同之處。w 對公式（1-1）的微分形式，就是濃度梯度，或稱為變化率。w 凡是濃度梯度極大值所在的點，叫做地球化學(xué)障，其實質(zhì)就是地球化學(xué)環(huán)境發(fā)生驟然變化 ， 元 素 活 動 性 發(fā) 生 急 劇 改 變 的 地

27、 段（A彼列爾曼）。它是一種地球化學(xué)環(huán)境的邊界。第49頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 概率P與含量的依賴關(guān)系。w 式中為隨機變量，（）是概率密度函數(shù)，w （）是指隨機變量小于等于給定值時的概率。w 地球化學(xué)家們相信，對于任何一種地質(zhì)體中某一元素來說，概率分布（）是客觀存在的，至于具體概率分布是何種形式，須視具體地質(zhì)體中元素分布特征而定。xdccfXCPXF)()()(第四節(jié) 元素含量的概率分布第50頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 對于一個隨機變量只要它的各次觀測值之間的差別是多

28、因子，而且這些因子中沒有一個是特別突出的、起主導(dǎo)作用的，那么它的概率分布自然傾向于正態(tài)分布（大數(shù)定律），又叫高斯分布，也叫正常分布。正態(tài)分布的密度函數(shù)有如下形式。w 它的積分式為w 和 是正態(tài)分布的兩個重要參數(shù)， 稱為該隨機變量的數(shù)學(xué)期望值， 叫做標準離差，二正態(tài)分布222)(21)(xexfxdccfXF)()(第51頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 均方差是標準差的無偏估計值w 當 ， 時的正態(tài)分布，稱為標準正態(tài)分布。下圖為標準正態(tài)分布的密度函數(shù)和標準正態(tài)分布的積分函數(shù)（概率函數(shù)）。w 對于正態(tài)分布的隨機變量，算術(shù)平均值 是數(shù)學(xué)期望

29、值 的最佳估計值。X1)(12nCCSnii01nCiXni1第52頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日f(x)F(x)XX+-2+2+-2+2標準正態(tài)分布密度函數(shù)（左）和積分函數(shù)（右）f(x)F(x)xx+2+-2-2第53頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日正態(tài)分布的概率密度函數(shù)圖具有如下特征： 1.圖形呈鐘形單峰對稱分布，最大峰值在 處，頻率最大。 2. 圖形對稱軸為。 3.參數(shù)和決定了圖形形態(tài)，決定對稱軸的位置，決定了鐘形的“胖”“瘦”程度較小時，曲線較陡，峰值高，圖形“瘦”。較大時

30、曲線較寬緩峰值低，圖形（胖）。X不同值的正態(tài)分布=1/2=1=20123-1-2-3x+1/2221-1-2-33f(x)第54頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日分布形式f(x)x+2-2w 右偏（負偏）w 左偏（正偏）w 正態(tài)（鐘形對稱）第55頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日SN6.005.755.505.255.004.754.504.254.003.753.503.253.002.752.502.252.001.75SNFrequency3002001000Std. Dev =

31、.64 Mean = 3.57N = 1327.00第56頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日Normal P-P Plot of SNObserved Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00第57頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日FE14.5013.5012.5011.5010.509.508.507.506.505.504.503.502.50FEFrequency4003002001000Std. Dev

32、 = 1.26 Mean = 5.51N = 1327.00第58頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日Normal P-P Plot of FEObserved Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00第59頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日255N =Au1086420162314661546154219501625170315441707第60頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作

33、，2022年3月21日Normal P-P Plot of AUObserved Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00w For variable Au .w Normal distribution parameters estimated:w location = 2.70 and scale = 0.83第61頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w For variable Au .w Lognormal distribution parameters es

34、timated: scale = 2.66 and shape = 0.35Lognormal P-P Plot of AuObserved Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00第62頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w For variable Au .w Lognormal distribution parameters estimated: w scale = 2.58 and shape = 0.31Lognormal P-P Plot of AUOb

35、served Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00第63頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日CA24.022.020.018.016.014.012.010.08.06.04.02.00.0CAFrequency6005004003002001000Std. Dev = 2.80 M ean = 2.2N = 1327.00第64頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日Normal P-P Plot of CAOb

36、served Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00第65頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日Lognormal P-P Plot of CAObserved Cum Prob1.00.75.50.250.00Expected Cum Prob1.00.75.50.250.00第66頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日Detrended Lognormal P-P Plot of CAObserved Cum P

37、rob1.21.0.8.6.4.20.0-.2Deviation from Lognormal.03.02.010.00-.01-.02-.03-.04第67頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日Lognormal Q-Q Plot of CAObserved Value403020100-10Expected Lognormal Value403020100-10第68頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日4.i趨向極大或極小值時，i趨向于，當Ci 時，該組頻率最大，為當Ci=S時，該組頻率為

38、最大頻率值的0.607倍，即當Ci趨向極大或極小時，f(x)趨向于0，說明變量X在值附近概率密度最大，離值越遠概率密度越小。2121)(222)(cexfC607. 0212121)(212)(2eexfSC作分布直方圖，間隔越小分組越多，越逼近真實分布第69頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日 在分組研究概率分布型式時，可利用下面的公式計算算術(shù)平均值 和均方差S。式中N為樣品分組組數(shù)，fi*為第i組中的樣品數(shù)，Ci為第I組組中值。分布型式檢驗：常用方法有2檢驗法，偏度豐度檢驗法，柯爾莫哥洛夫斯米爾諾夫檢驗法（K-S），以及正態(tài)分布概率格紙檢

39、驗法等。 CNCifiCNi1*1)(*12NCCifiNiCs第70頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 最大頻率直方柱偏向左邊的，稱為正偏分布，最大頻率直方柱偏向右邊的，稱為負偏分布，高含量樣品較多。w 將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對數(shù)后再作圖，元素含量直方圖的對稱性大大改善了。w 將原始數(shù)據(jù)取對數(shù)后所作的圖形呈正態(tài)分布形式，稱為對數(shù)正態(tài)分布。對數(shù)正態(tài)分布的平均數(shù)的真數(shù)叫幾何平均值，而方差叫做對數(shù)方差。第71頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 隨機變量的集中性參數(shù)集中性參數(shù)：平均值(X)，中位

40、值(Me)和眾值(Mo)來表征。w 隨機變量的離散性參數(shù)離散性參數(shù)：均方差(S)，極差(R)來表示。w 當隨機變量服從正態(tài)分布時，X=Me=Mo。w 用均方差來反映一個母體的元素含量分布的離散程度還有局限性。如有Ti、Au含量的兩組數(shù)據(jù)：w Ti含量(10-6) 1000、1200、1500、1300、1100、1400、1250、1400，x=1250，s=156，R=500w Au含量(10-9) 15、3、3.5、2.8、10、5、3.2、1.5、1，X=5，s=4.3，R=14第72頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 數(shù)理統(tǒng)計中又

41、引入變異系數(shù)(Cv)來表示相對離散程度。w Cv(%)=S/X*100%w 變異系數(shù)是相對于一個單位均值的百分變化率，變化系數(shù)可以度量地質(zhì)體中不同元素的均勻性程度，是一絕對值可比的離散度參數(shù)。第73頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 50年代阿倫斯（1954，1957）提出常量元素服從正態(tài)分布，微量元素服從對數(shù)正態(tài)分布規(guī)律，概括了當時最有影響的認識。地質(zhì)體中元素含量的概率分布型式與該地質(zhì)體經(jīng)歷的地質(zhì)作用過程有關(guān)。w 維斯捷里斯(V.B.Visteeius.1960)的研究最有代表性，他認為，單一地球化學(xué)過程所形成的地質(zhì)體，元素含量服從正態(tài)

42、分布，由數(shù)個地球化學(xué)作用過程疊加所形成的復(fù)合地質(zhì)體中元素含量偏離正態(tài)分布，并且多為正偏分布（其中有些服從對數(shù)正態(tài)分布）。他將這一結(jié)論稱為“地球化學(xué)過程的基本定律”。第74頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日w 總結(jié)已有的元素含量分布型式研究資料，可以概括為w 1.單一地球化學(xué)作用所形成的單一地質(zhì)體，化學(xué)元素含量服從正態(tài)分布。w 2.由兩個以上地球化學(xué)作用疊加形成的復(fù)合地質(zhì)體中，化學(xué)元素含量偏離正態(tài)分布。但兩個u值相差不大的正態(tài)母體的疊加，元素含量分布仍服從正態(tài)分布或近似正態(tài)分布。第75頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研

43、究所制作，2022年3月21日w 3.一般情況下，常量元素服從正態(tài)分布，微量元素服從對數(shù)正態(tài)分布（因為勘查地球化學(xué)研究區(qū)經(jīng)常遭受后期礦化作用疊加）。w 4.結(jié)合在多種礦物中的元素服從正態(tài)分布，如基本造巖元素和親石分散元素，象Ga、V等元素。而結(jié)合在一、兩種礦物中的元素呈對數(shù)正態(tài)分布，如花崗巖中的Pb、Zn元素常以硫化物獨立存在。w 5.通過擴散作用形成的元素含量對數(shù)正態(tài)分布，而通過對流混勻作用形成的元素含量服從正態(tài)分布。第76頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日AL20.018.016.014.012.010.08.06.04.02.00.0

44、ALFrequency8006004002000Std. Dev = 1.72 Mean = 13.1N = 3061.00StatisticsAL3061013.0761-.357.0442.047.088ValidMissingNMeanSkewnessStd. Error of SkewnessKurtosisStd. Error of Kurtosis第77頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日鎘鎘.52.49.46.43.40.37.34.31.28.25.22.19.16.13.10.07Frequency4003002001000

45、Statistics鎘300160.21381.667.0454.770.089ValidMissingNMeanSkewnessStd. Error of SkewnessKurtosisStd. Error of Kurtosis第78頁/共37頁應(yīng)用地球化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所制作，2022年3月21日ZN1100.01000.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100.00.0ZNFrequency16001400120010008006004002000Std. Dev = 46.34 Mean = 89.4N = 3061.00StatisticsZN3061089.40746.967.044105.300.088ValidMissingNMeanSk