其它作用的地球化學(xué)簡述

1、其它作用的地球化學(xué)簡述主要內(nèi)容 風(fēng)化作用的地球化學(xué) 沉積-成巖作用的地球化學(xué) 變質(zhì)作用的地球化學(xué) 有機(jī)地球化學(xué) 地球的化學(xué)演化風(fēng)化作用的地球化學(xué)風(fēng)化作用條件的特點(diǎn)和研究意義風(fēng)化過程中元素遷移的一般規(guī)律 粘土礦物 土壤（應(yīng)用地球化學(xué)中介紹）風(fēng)化作用條件的特點(diǎn)和研究意義 風(fēng)化作用條件的特點(diǎn)同常溫水-巖作用體系的特點(diǎn) 風(fēng)化作用的研究意義風(fēng)化殼型礦床的形成：如Fe, Al, Mn, TR, Nb, Ta, U尋找盲礦的標(biāo)志:風(fēng)化作用產(chǎn)物掩蓋了礦床，但同時(shí)在礦床的土壤及其蓋層存在著次生地球化學(xué)異常土壤成分與農(nóng)業(yè)的關(guān)系土壤成分與農(nóng)業(yè)的關(guān)系煙臺的蘋果黑云片麻巖優(yōu)于碳酸巖類巖石形成的土壤溫州蜜桔長石砂巖和花崗

2、巖優(yōu)于頁巖和砂頁巖形成的土壤貴州茶葉砂巖分布區(qū)優(yōu)于碳酸巖區(qū)南豐蜜桔風(fēng)化過程中元素遷移的一般規(guī)律影響風(fēng)化作用的因素外因：物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化，決定于氣候環(huán)境(溫度和水量)、地形和排水條件內(nèi)因：礦物和巖石的耐風(fēng)化能力：氧化物（鋯石，金紅石，剛玉，尖晶石，錫石，鈦鐵礦，磁鐵礦等）硅酸鹽（橄欖石，輝石，長石，云母）碳酸巖（石灰?guī)r等）硫化物（黃鐵礦等）一般規(guī)律：形成條件與表生條件差別大者易風(fēng)化。風(fēng)化過程的化學(xué)反應(yīng)類型粘土礦物 粘土礦物是化學(xué)風(fēng)化作用的主要產(chǎn)物，是大多數(shù)沉積巖（物）中的重要組分，粘土礦物的一般特征是晶粒較小，顆粒直徑通常小于2m 粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)粘土礦物的分類和化學(xué)組成粘土礦物的

3、性質(zhì)和離子交換能力粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu) 片狀粘土礦物（層狀硅酸鹽）：占絕大多數(shù)，包括絕大多數(shù)傳統(tǒng)上的粘土礦物 纖維狀粘土礦物：海泡石(Sepiolite) 、坡縷石(Palygorskite)(也有稱凹凸棒石，attapulgite, 巖石學(xué)名) , 可在不同的沉積環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)，包括海相和湖相沉積物、熱液礦床和干旱地區(qū)的土壤等 非晶質(zhì)粘土:如水鋁英石(Allophane)，是一種化學(xué)成分可變的鋁硅酸鹽，X射線衍射顯示非晶態(tài)，但能衍射電子，可能是層狀硅酸鹽黏土形成過程中的一個(gè)中間產(chǎn)物(Carroll，1970)。 粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)單元高嶺石和伊利石的結(jié)構(gòu)示意圖1:1型粘土礦物T-O型結(jié)構(gòu)2:1

4、型粘土礦物T-O-T型結(jié)構(gòu)T- 硅氧四面體片O-八面體片粘土礦物的分類和組成粘土礦物的分類是根據(jù)它們的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行，鑒定由粉末X射線衍射分析完成粘土礦物的分類和組成粘土礦物的分類和化學(xué)組成1:1型兩層粘土礦物：高嶺石亞族：高嶺石(Kaolinite)、迪開石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)、埃洛石(Halloysite)蛇紋石(Serpentine)和鐵蛇紋石(Greenalite)亞族2:1型三層粘土礦物葉蠟石族（葉蠟石和滑石）(Pyrophyllite)蒙皂石族, Smectite蛭石族, Vermiculite云母族, Mica2:1:1型四層粘土礦物綠泥石Chl

5、orite混層粘土礦物：蒙脫石-多水高嶺石（埃洛石）-高嶺石（潮濕或熱帶）或蒙脫石-綠泥石-伊利石（溫帶）纖維狀粘土礦物：海泡石(Sepiolite) 、坡縷石(Palygorskite)粘土礦物的膠體性質(zhì)和離子交換能力黏土礦物和其他粒徑海綠石(K,Na) 2O (Mg,CaFe)O (Fe,Al) 2O3xSiO2 yH2O=赤鐵礦(Fe2O3)菱錳礦(MnCO3) =褐錳礦(Mn2O3)=硬錳礦(mMnOMnO2 nH2O) =軟錳礦(MnO2)(2)Fe2+/Fe3+比值還原環(huán)境：Fe2+ Fe3+過渡環(huán)境：Fe2+ = Fe3+氧化環(huán)境：Fe2+ Fe3+物源研究沉積物中某些元素是穩(wěn)定

6、的，如REE,Th, Co, Sc, 可以用來研究沉積物的物源以及構(gòu)造演化（兩大陸對接）等構(gòu)造環(huán)境研究典型構(gòu)造環(huán)境，如島弧，活動大陸邊緣，被動大陸邊緣的碎屑巖等具有明顯不同的地球化學(xué)特征，因此可以用于研究其形成的構(gòu)造環(huán)境。主要內(nèi)容 風(fēng)化作用的地球化學(xué) 沉積-成巖作用的地球化學(xué) 變質(zhì)作用的地球化學(xué)(暫不講) 有機(jī)地球化學(xué) 地球的化學(xué)演化變質(zhì)作用的地球化學(xué)變質(zhì)作用及其類型變質(zhì)相及變質(zhì)相系P-T-t軌跡：變質(zhì)帶地殼演化歷史的再造變質(zhì)巖原巖恢復(fù)及形成構(gòu)造環(huán)境的判別變質(zhì)作用的及其類型變質(zhì)作用：地殼形成及演化過程中，原來已存在的巖石（如沉積巖、巖漿巖等），由于地質(zhì)環(huán)境及物理化學(xué)條件的改變，使原來巖石的礦物

7、成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生了改變，形成新條件下的穩(wěn)定礦物組合及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，這一過程稱為變質(zhì)作用。變質(zhì)作用的及其類型區(qū)域變質(zhì)作用：是指具有廣泛擴(kuò)展空間，大面積或是大的帶狀區(qū)域的變質(zhì)作用，有三種類型：埋藏變質(zhì)作用洋脊變質(zhì)作用造山變質(zhì)作用接觸變質(zhì)作用接觸變質(zhì)主要是熱變質(zhì)現(xiàn)象，并伴有質(zhì)量遷移和流體流動，形成于巖漿侵入體周圍的接觸變質(zhì)暈(帶),見于造山及非造山環(huán)境各種地質(zhì)背景 動力（高應(yīng)變）變質(zhì)作用沖擊變質(zhì)作用變質(zhì)作用的及其類型區(qū)域變質(zhì)作用接觸變質(zhì)作用動力（高應(yīng)變）變質(zhì)作用多見于造山帶，上地殼的斷裂帶和剪切帶常沿板塊邊緣分布，以低溫強(qiáng)變形為特征，又稱碎裂變質(zhì)作用。當(dāng)溫度及應(yīng)力強(qiáng)度增加，相當(dāng)于中地殼條件，巖石流變性

8、增加，產(chǎn)生韌性剪切變質(zhì)作用，形成特征的巖石為糜棱巖。差異應(yīng)力、應(yīng)變速率及溫度是這種變質(zhì)最重要的變化因素 沖擊變質(zhì)作用在極高的溫度壓力條件下快速沖擊，通過沖擊波發(fā)生的變質(zhì)作用。見于隕石、隕石的沖擊坑及其周圍 沖擊變質(zhì)可以產(chǎn)生高壓礦物及熔融玻璃，對其進(jìn)行研究不僅是研究地幔礦物及巖石，而且也是研究隕石的重要途徑及方法 影響變質(zhì)作用的主要因素 變質(zhì)作用地球化學(xué)主要以物理化學(xué)、熱力學(xué)為基礎(chǔ)，研究地殼的化學(xué)組成(X)在不同的溫度(T)、壓力(P)條件下礦物的組合、相平衡，即T-P-X間制約關(guān)系。制約變質(zhì)作用的主要變數(shù)是溫度T、壓力P。在開放體系有物質(zhì)交換的條件下，流體的參與是另一重要的變數(shù) 流體對變質(zhì)作用

9、的影響絕大多數(shù)變質(zhì)巖含有化學(xué)組成為H2O，CO2，O2，H2，CH4和S的流體 作為變質(zhì)作用的介質(zhì)流體重要性在于：變質(zhì)巖相平衡決定于流體分壓(如PH2O，PCO2等)；流體遷移傳導(dǎo)熱；流體與巖石的相互作用，可以使巖石的主要元素及同位素發(fā)生變化；流體可使成礦元素遷移富集成礦；流體包裹體可以提供變質(zhì)作用溫度、壓力及流體成分的信息。 變質(zhì)相及變質(zhì)相系變質(zhì)相是在時(shí)間及空間上重復(fù)出現(xiàn)的一組變質(zhì)礦物的固定組合，因而可以預(yù)測礦物組成與主要巖石化學(xué)成分間關(guān)系（Turner,1981)。變質(zhì)相是指變質(zhì)作用過程中同時(shí)形成的一套礦物共生組合及其形成時(shí)相應(yīng)的物理化學(xué)條件。每一變質(zhì)相都由一套具有各種原巖化學(xué)成分的變質(zhì)礦

10、物組合所組成，它們在時(shí)間上和空間上彼此緊密共生，且在不同地區(qū)重復(fù)出現(xiàn)，其礦物組合和巖石現(xiàn)在化學(xué)成分之間有著固定的可以預(yù)測的相互對應(yīng)關(guān)系。在達(dá)到熱力學(xué)平衡的基礎(chǔ)上，這些組合應(yīng)形成于相同的P-T區(qū)間，每一組合的礦物之間彼此平衡共生。所以研究一個(gè)變質(zhì)地區(qū)每一變質(zhì)相內(nèi)部礦物組合和巖石化學(xué)成分之間的關(guān)系，結(jié)合實(shí)驗(yàn)資料，就能確定它們形成時(shí)的P-T范圍及各相之間P-T條件的變化特點(diǎn)。 各變質(zhì)相之間的P-T界線一般認(rèn)為可用特定組合之間的變質(zhì)反應(yīng)來標(biāo)定。變質(zhì)相的類型每一個(gè)變質(zhì)相都是以一個(gè)或幾個(gè)典型地區(qū)的一套變質(zhì)礦物組合為基礎(chǔ)，通過廣泛的地質(zhì)和巖石礦物的研究建立起來的。由于影響變質(zhì)礦物組合的因素很復(fù)雜，因此在新變

11、質(zhì)相的建立及各種變質(zhì)地區(qū)變質(zhì)相對比等方面，目前仍存在許多分歧意見，以致變質(zhì)相的總數(shù)及其分類方案也很不一致。變質(zhì)相的類型變質(zhì)相變質(zhì)相系每一個(gè)變質(zhì)相相 當(dāng)于一定范圍的P-T區(qū)間及其他外部條件，但在一個(gè)變質(zhì)地區(qū)，溫度壓力的變化范圍經(jīng)常較大，不能用一個(gè)變質(zhì)相來代表。即使在單一變質(zhì)相的地區(qū)內(nèi)，由于溫度的變化也往往形成一系列變質(zhì)亞相。因此，從外界條件來看，每一變質(zhì)地區(qū)都應(yīng)有特征的變質(zhì)相系列，不同地區(qū)可有不同的相系低壓型(紅柱石夕線石型):以泥質(zhì)原巖中紅柱石、夕線石等出現(xiàn)為特征，其溫度梯度為 6025/km。中壓型(藍(lán)晶石夕線石型):以泥質(zhì)原巖中能出現(xiàn)藍(lán)晶石、十字石及鐵鋁榴石等為特征，溫度梯度2516/km

12、。高壓型(硬玉藍(lán)閃石型) : 以硬玉十石英代替鈉長石出現(xiàn)為特征，溫度梯度為167/km。 變質(zhì)相系與板塊構(gòu)造 都城秋穗(1961)指出變質(zhì)相系是構(gòu)造環(huán)境的函數(shù)。進(jìn)而，他確定了不同相系在不同造山帶以及造山帶內(nèi)不同位置的構(gòu)造背景。板塊構(gòu)造理論提出后不久，很快就查明藍(lán)閃石硬玉高壓變質(zhì)相系變質(zhì)作用與俯沖帶的變質(zhì)作用有關(guān)。Ernst等指出高P丁變質(zhì)作用研究可以提供俯沖帶的動力學(xué)及板塊構(gòu)造演化有價(jià)值的信息。Ernst(1973，1976)建立了變質(zhì)相系類型與板塊構(gòu)造的關(guān)系圖(圖12-3)。變質(zhì)相系與板塊構(gòu)造P-T-t軌跡:變質(zhì)帶地殼演化歷史的再造 變質(zhì)作用P-T-t軌跡，是指巖石從變質(zhì)作用歷史的起點(diǎn)到結(jié)束

13、被剝蝕露于地表所經(jīng)歷的P-T條件的連續(xù)變化過程。變質(zhì)作用P-T-t軌跡把時(shí)間因素引入到變質(zhì)作用研究中，并將變質(zhì)作用演化與地球動力學(xué)過程有機(jī)地結(jié)合起來，為變質(zhì)作用地球化學(xué)研究開辟了一條新途徑。主要意義在于能反映與特定地球動力學(xué)過程有關(guān)的溫度和壓力變化的態(tài)勢，并用以探討和解決巖石圈的構(gòu)造演化過程。變質(zhì)作用地球化學(xué)研究是通過地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)研究再造的P-T-t軌跡。 P-T-t軌跡:變質(zhì)帶地殼演化歷史的再造P-T條件是通過變質(zhì)巖的巖石學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)研究來確定的。例如標(biāo)志性礦物的出現(xiàn)及消失的條件；不同的變質(zhì)相及變質(zhì)相系礦物組合；地質(zhì)溫度計(jì)及地質(zhì)壓力計(jì)的應(yīng)用及變質(zhì)相平衡的計(jì)算；礦物

14、包裹體溫壓的測定以及穩(wěn)定同位素方法等t一時(shí)間的確定是以往建立P-T-t軌跡的難題之一，隨著測年技術(shù)的發(fā)展，離子探針和激光探針技術(shù)的應(yīng)用，使測定環(huán)帶狀礦物不同部位的年齡成為可能，使得P-T-t軌跡更為準(zhǔn)確。 P-T-t軌跡:變質(zhì)帶地殼演化歷史的再造已建立了不同地球動力學(xué)過程的P-T-t軌跡，大陸碰撞帶：P-T-t軌跡表現(xiàn)為順時(shí)針方向，熱高峰期常滯后于壓力高峰期，并常以出現(xiàn)近等熱減壓為特征。這類P-T-t軌跡一般形成中壓相系礦物組合；而另一類高壓、超高壓巖石，在壓力到達(dá)高峰之后常未經(jīng)加熱，直接出現(xiàn)降溫減壓的軌跡。島弧和大陸邊緣造山帶：P-T-t軌跡為逆時(shí)針方向，開始階段以增溫為主，接著以增壓為主，

15、溫度壓力同時(shí)到達(dá)高峰，而后以近等壓冷卻為特征。這類P-T-t軌跡有利于形成低壓相系變質(zhì)作用類型。大陸拉張環(huán)境：P-T-t軌跡的特點(diǎn)是，前期拉張階段以減壓同時(shí)增溫為主，有時(shí)為等溫減壓，拉張停止后的晚期階段則以近等壓冷卻為特征。許多低壓麻粒巖相變質(zhì)作用可能形成于這種構(gòu)造環(huán)境。 大陸碰撞變質(zhì)作用P-T-t軌跡大陸碰撞變質(zhì)作用P-T-t軌跡變質(zhì)巖原巖恢復(fù)及形成構(gòu)造環(huán)境的判別 變質(zhì)作用過程中各種巖石經(jīng)歷了重大改變，原有巖石的礦物組合及結(jié)構(gòu)構(gòu)造變得面目全非，恢復(fù)其變質(zhì)前原巖及了解其構(gòu)造環(huán)境，成為重塑該區(qū)地殼演化的重要問題。變質(zhì)巖原巖恢復(fù)地球化學(xué)研究的基本原理，基于變質(zhì)作用一般是在固體條件下進(jìn)行的，是在相對

16、封閉條件下的“等化學(xué)變質(zhì)作用”，除H2O，CO2等揮發(fā)組分外，不與外界發(fā)生物質(zhì)交換。 原巖的化學(xué)成分上的差異，主要受原巖形成作用的制約。在地殼演化過程中，不同地質(zhì)構(gòu)造背景及其物理化學(xué)條件的差異，從而引起元素的分異。這種分異表現(xiàn)在原巖的主要元素、稀土元素及痕量元素的特征有所差別，因而成為恢復(fù)原巖、判別形成時(shí)構(gòu)造環(huán)境的依據(jù)。 變質(zhì)巖原巖恢復(fù)及形成構(gòu)造環(huán)境的判別隨著板塊構(gòu)造理論的出現(xiàn)，變質(zhì)巖巖石學(xué)的進(jìn)展，以及微量元素、同位素分析測試技術(shù)的飛速發(fā)展，使得有可能借助于稀土元素及微量元素特征恢復(fù)各種原巖，判別其形成的構(gòu)造背景，許多圖解法、函數(shù)判別式應(yīng)運(yùn)而生 利用巖石的稀土元素判別巖石成因 運(yùn)用巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)判別大地構(gòu)造環(huán)境 多元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解法(或不相容元素圖解法) 利用“不活動的”痕量元素判別構(gòu)造環(huán)境 利用巖石的稀土元素判別巖石成因Balasov等(1972)根據(jù)稀土元素組成特征，將角閃