地球化學課件第七講

1、College of geological science & engineering, Shandong university of science & technologyGeochemistry第七部分 地殼與地幔地球化學1第一節(jié) 地球的圈層構造及化學組成2一、地球的圈層結構3地殼、地幔、地核45?67891011二.地球元素豐度研究方法：1、隕石類比法： 認為與隕石同源，現(xiàn)今為分異結果，但總成分仍與隕石化學成分相同。假設：a.隕石在太陽系形成；b.隕石與小行星成分相同；c.隕石是破壞了的星體碎片；d.產(chǎn)生隕石的星體，其內(nèi)部結構和成分與地球相似。 但各類隕石比例如何確定？122、地球模型

2、和隕石類比法: 按地球的各主要圈層的比例計算：a.地核(32.4%)23.1%球粒隕石的鎳鐵金屬相+5.3%隕硫鐵(硫化物相)代表；b.地幔+地殼(67.6%)-球粒隕石的平均硅酸鹽成分。3、地球物理類比法(黎丹): A+B+C+D+E+F+G(層)結合地球物理資料。A：地殼；BCD分別為上地幔、中地幔和下地幔；EFG為外核、過渡層和內(nèi)核。13第二節(jié) 地殼平均化學成分14幾個概念：克拉克值：地殼的平均化學成分。重量克拉克值：地殼中元素的重量平均含量。原子克拉克值：地殼中元素的原子平均含量。1516172、細粒碎屑巖法碎屑巖是多種巖石混合，代有物源區(qū)地殼成分。2）Taylor and Mclen

3、nan(1985)發(fā)現(xiàn)泥質巖（如黃土、深海沉積物）稀土分配模式與現(xiàn)代大陸上地殼幾乎一致，用之估算。183、地殼模型法Taylor and Mclennan(1985)認為：地殼由75%太古宙+25%后太古宙。后太古宙發(fā)生在島孤地區(qū)（島孤安山巖）。局限：大陸地殼生長過程中不同時期原始物質認識不相同，結果不一致。1920二、地殼元素豐度特征21222、原子序數(shù)增加，豐度降低，但Li、Be、B豐度仍虧損，但規(guī)律不如太陽系元素特征規(guī)律強，表明兩者相似但有區(qū)別。3、除少數(shù)惰性氣體和少數(shù)元素外，質量數(shù)為偶數(shù)的元素豐度大于奇數(shù)。4、質量數(shù)為4倍數(shù)的元素占主導地位。4A（87%），4A+3（13%），4A+1

4、和4A+2（0.1n%)5、地殼虧親鐵元素，富集親氣不相容元素。23三、元素克拉克值在地球化學研究中的意義2425262、作為元素集中分散的標尺濃度克拉克值=觀測值/克拉克值大于1，元素富集或集中，小于1，元素貧化或分散。27283、標示地殼元素富集和成礦能力濃集系數(shù)=礦石邊界品位/克拉克值，表明元素富集成礦能力，即元素成為可開采利用礦石需富集倍數(shù)294、地殼豐度對地球能源限制 地殼能源來源：太陽能和放射性衰變。 地球形成45億年來，235U已衰變95%，238U已衰變50%，232Th已衰變20%。 地殼元素衰變影響地殼物質流。如18億前，衰變強，地球內(nèi)部活動強，物質垂直分流分異明顯。而18

5、億年后（古元古-中元古），隨235U衰變量減小，地球能量低，導致上地幔頂部和地殼合成統(tǒng)一的巖石圈，剛性增強，導致板塊水平運動。30第三節(jié) 地幔地球化學31一、地幔結構及低速帶由Ringwood提出的橄欖巖地幔模型和Anderson提出的橄欖巖-榴輝巖互層地幔模型。1.橄欖巖地幔巖模型Pyrolite model: Ringwood(1962) 提出可以用模式橄欖巖代表整個地幔的成分，并根據(jù)高溫高壓實驗成果提出一個完整的橄欖巖相轉變系列可以解釋地幔中主要地震波（剪切波Shear 、壓縮波Pressure）不連續(xù)面性質，即將地幔劃分為三個帶，各帶之間均為等化學的相轉變關系：32理由：橄欖石平均零壓

6、密度與上地幔密度相等。輝長巖-榴輝巖相變線與莫霍面不吻合，即在該深度不可能發(fā)生輝長巖-榴輝巖相變。地幔包裹體中橄欖石數(shù)量遠大于榴輝巖。33上地幔（從Mohorovic面到350km深度）由橄欖石olivine斜方輝石enstenite單斜輝石clinopyroxene石榴子石garnet組成。過渡帶transition zone(350900km)：地幔巖Pyrolite 發(fā)生相轉變，伴隨密度改變，引起地震波的不連續(xù)，350400km的地震波不連續(xù)面與橄欖石相（類尖晶石結構）、輝石石榴子石復雜固熔體的相變帶對應。 34670km深處地震波不連續(xù)則與輝石、橄欖石轉變?yōu)殁佽F礦ilmenite結構和

7、鈣鈦礦perovskite結構的相變相吻合。 下地幔(9002700km)是結構極為緊密的Mg、Fe硅酸鹽礦物組合（如鈣鈦礦結構等）。35鈣鈦礦結構四面體四面體和八面體八面體362.榴輝巖橄欖巖互層地幔模型 Anderson(1979,1982)根據(jù)計算發(fā)現(xiàn)：a、在220-270Km（壓縮波速）Vp、（剪切波速）Vs值比純橄欖巖高4-5%和3-7%，該速度與橄欖-榴輝巖相近。b、400km和670km地震波波速變化與Ringwood提出的相變不吻合。37將地幔自上而下劃分為三層： “富集”的橄欖巖上地幔（從Moho面到220km深度）enriched upper mantle ； “虧損”的橄

8、欖巖-榴輝巖過渡帶(220670km)depleted transitional zone ； “虧損”的橄欖巖下地幔depleted lower mantle。383、地幔低速帶 在巖石圈下部存在低速帶，地震波波帶低，熱流值大，高的電導率，稱為地幔低速帶（軟流圈）。 地幔低速帶對于板塊運動、巖漿形成及大陸演化具有重要意義。39Ringwood對地幔低速帶解釋：1）按照現(xiàn)代地熱增溫率，地幔含水降低巖石熔點才可能使地幔巖部分熔融。2）低壓下（ 104Be + + p168O = 104Be + + 2p57島弧火山巖10Be介于沉積物和火山巖之間。表明島孤火山巖中10Be是來自再循環(huán)的產(chǎn)物。58沉積物中10Be高，混入少量到地幔中就有明顯反映59（3） 微量元素證據(jù)以島弧火山巖為例富集低場強（大離子親石）元素：Sr、K、Ba、Rb等虧損高場強元素Ta、Nb、 Ti等60島弧火山巖微量元素的解釋：富集低場強元素Sr、K、Ba、Rb等原因：俯沖洋殼的去