元素地球化學(xué)剖析課件

一、引言二、沉積巖中元素的分布三、沉積環(huán)境的元素地球化學(xué)標志第二章元素地球化學(xué)一、引言第二章元素地球化學(xué)1迄今為止，地球化學(xué)已包括許多分支學(xué)科，其中得到國內(nèi)外公認的也有20多種。劃分分支學(xué)科的準則有粗有細，依據(jù)也有所不同。1973年美國出版的《地球化學(xué)定向》一書把地球化學(xué)劃分為四大分支，即天體化學(xué)、固體地球化學(xué)(或內(nèi)生地球化學(xué))、外生地球化學(xué)和有機地球化學(xué)。按重要的地質(zhì)作用作為劃分分支學(xué)科的準則，可劃分出：巖漿作用地球化學(xué)、沉積作用地球化學(xué)、內(nèi)生作用地球化學(xué)、外生作用地球化學(xué)、深部地球化學(xué)、構(gòu)造地球化學(xué)等分支學(xué)科。按研究對象來劃分，則有：天體化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、生物地球化學(xué)、區(qū)域地球化學(xué)、礦床地球化學(xué)、水文地球化學(xué)等。按地質(zhì)時代劃分，如太古代地球化學(xué)、第四紀地球化學(xué)等。強調(diào)室內(nèi)研究手段，則可分為實驗地球化學(xué)、包裹體地球化學(xué)等。

化學(xué)組成作為劃分分支學(xué)科的準則，則有：有機地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、元素地球化學(xué)。一、引言第二章元素地球化學(xué)迄今為止，地球化學(xué)已包括許多分支學(xué)科，其中得2元素地球化學(xué)是地球化學(xué)領(lǐng)域最老的分支學(xué)科，也可以說早期的地球化學(xué)就是元素地球化學(xué)。隨著科學(xué)的發(fā)展，地球化學(xué)的含義、概念和研究范圍不斷發(fā)展，不斷豐富，并且不是一成不變的。同樣，元素地球化學(xué)的研究范圍、含義和概念也是不斷發(fā)展的。第二章元素地球化學(xué)元素地球化學(xué)是地球化學(xué)領(lǐng)域最老的分支學(xué)科，也31、元素地球化學(xué)的概念及主要研究內(nèi)容（沉積）元素地球化學(xué)——是研究沉積巖中元素分布與分配規(guī)律，包括元素的豐度和賦存狀態(tài)，元素的遷移與搬運機制，元素的分散和聚集及控制元素上述地球化學(xué)行為的各種因素。1）概念第二章元素地球化學(xué)1、元素地球化學(xué)的概念及主要研究內(nèi)容（沉積）元素地4

(1)元素的物理、化學(xué)和晶體化學(xué)性質(zhì)研究。包括元素的原子結(jié)構(gòu)、同位素組成、化合價、元素的原子和離子半徑、離子類型、極化性質(zhì)、電負性等。(2)元素在宇宙、星體、隕石、月球和地球各圈層的分布、分配研究。元素在各種地質(zhì)體分布量的差異以及他們的地球化學(xué)意義研究。(3)元素的賦存狀態(tài)及遷移形式的研究。其中包括各種地球化學(xué)過程中的化學(xué)反應(yīng)以及元素運動的物理化學(xué)條件的研究等。第二章元素地球化學(xué)2）主要研究內(nèi)容(1)元素的物理、化學(xué)和晶體化學(xué)性質(zhì)研究。包5(4)元素的演化和循環(huán)歷史研究。生物是演化的，無機界是演化的，元素也在演化。生物有產(chǎn)生、發(fā)展和衰亡的變化，元素也有這種變化。如放射性元素鈾在自然界的原子數(shù)量不斷減少，而鉛原子的數(shù)量在不斷增加。

(5)元素的富集規(guī)律及主要礦床類型研究。這些內(nèi)容是礦床學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)的主要部分，也是元素地球化學(xué)的重要內(nèi)容。(6)元素在環(huán)境中的運移規(guī)律和與人類的關(guān)系。第二章元素地球化學(xué)2）主要研究內(nèi)容(4)元素的演化和循環(huán)歷史研究。生物是演化62、元素地球化學(xué)的研究方法第二章元素地球化學(xué)除了使用地質(zhì)的和地球化學(xué)的研究方法以外，同時還要運用物理的和化學(xué)的研究方法，歸納起來有以下幾個方面；(1)元素地球化學(xué)的研究要和地質(zhì)研究結(jié)合起來，因為通過上述研究可查清元素存在和遷移的背景(地質(zhì)的、物理的和化學(xué)的環(huán)境)。(2)靈敏度高、精度高、快速和經(jīng)濟的測定、分析手段的應(yīng)用。如中子活化分析、電子探針、X熒光光譜等技術(shù)的應(yīng)用。(3)各種地球化學(xué)模擬實驗研究工作的進行。(4)一些物理化學(xué)、熱力學(xué)等理論在研究元素地球化學(xué)研究中的應(yīng)用。(5)在元素地球化學(xué)研究中常常遇到大量數(shù)據(jù)，所以必須用先進、快速的手段(包括數(shù)理統(tǒng)計和計算機等手段)加以處理。2、元素地球化學(xué)的研究方法第二章元素地球化學(xué)除了73、元素地球化學(xué)的研究歷史第二章元素地球化學(xué)大約在20世紀40年代末期地球化學(xué)成為一門獨立的學(xué)科，但在20世紀20－40年代是地球化學(xué)打基礎(chǔ)的時期。這個時期的研究主要限于研究地球的化學(xué)組成，在理論上采用了晶體化學(xué)來探討礦物中元素的分配和結(jié)合規(guī)律，可以說這段時期就是元素地球化學(xué)的起始階段。這個時期的代表性著作有：克拉克的《地球化學(xué)資料》和《地殼的平均化學(xué)成分》兩本專著。第二次世界大戰(zhàn)以后，由于尖端技術(shù)和軍事工業(yè)的需要，一些放射性元素、稀有元素和難溶元素等的地質(zhì)勘探工作大規(guī)模開展起來，因而這些元素的地球化學(xué)研究工作也發(fā)展起來了。K.H.Wedepohl(60年代末至70年代初)主編的《地球化學(xué)手冊》反映了戰(zhàn)后元素地球化學(xué)研究的成果。目前微量元素、稀土元素和與尖端技術(shù)有關(guān)的一些元素的地球化學(xué)研究無論在應(yīng)用方面，還是在理論研究方面都有很高的水平。但是元素地球化學(xué)的研究發(fā)展至今也不平衡。例如元素在固體地質(zhì)體、在熱水溶液中的行為研究成果多，而在熔融體中的行為研究成果少；稀有、分散元素研究工作深入，而造巖元素及黑色、某些有色元素研究工作深度不夠。3、元素地球化學(xué)的研究歷史第二章元素地球化學(xué)大約8我國使用金屬的歷史非常久遠，有關(guān)元素地球化學(xué)的知識在遠古時期即已開始積累。但解放前發(fā)展非常緩慢。解放后，新中國工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防現(xiàn)代化的發(fā)展推動了地質(zhì)事業(yè)，也推動了元素地球化學(xué)的發(fā)展。稀有元素、稀土元素、鈾等元素都有專著出版，還多次召開了全國性的稀有元素地球化學(xué)學(xué)術(shù)會議。元素地球化學(xué)研究工作得到迅速的發(fā)展。我國有關(guān)高等學(xué)校開設(shè)了元素地球化學(xué)課程。中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會建立了專門的元素地球化學(xué)專業(yè)委員會。在不少研究機構(gòu)中，元素地球化學(xué)也受到了重視。3、元素地球化學(xué)的研究歷史第二章元素地球化學(xué)我國使用金屬的歷史非常久遠，有關(guān)元素地球化學(xué)的知識在9沉積巖的形成過程同時也是地殼中元素再分配和重新分布的過程。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布

分布和分配

豐度

常用的含量單位沉積巖的形成過程同時也是地殼中元素再分配和重10第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布分布：指的是元素在這個體系中的相對含量（平均含量），亦即：“豐度”。另外還包含著元素在體系中不均一性的特征。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布分11第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布地球化學(xué)研究中常用的含量單位

絕對含量單位相對含量單位

T噸0/0百分之....10-2Kg千克0/00千分之....

10-3g克mg毫克

g微克ppm,百萬分之

10-6ng毫微克ppb,十億分之

10-9pg微微克ppt,萬億分之

10-12第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布地球化學(xué)研究中常12地殼中各元素的平均含量稱為克拉克值。由于沉積作用的復(fù)雜性和多樣性，所以沉積巖的元素組成變化更大。不同巖石類型中元素含量不同，如Li元素，在頁巖中為66ppm，在砂巖中為15ppm，碳酸鹽巖中為5ppm。同一種巖石中不同元素含量不同。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布1、元素的平均含量地殼中各元素的平均含量稱為克拉克值。由于沉積作用的復(fù)13元素地球化學(xué)剖析課件14第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布沉積巖中常量元素的含量與組成巖石的主要礦物成分有關(guān)。在沉積巖中豐度最高的元素為Si、Al、Mg、Ca、Na、K，它們常以硅酸鹽，鋁硅酸鹽，碳酸鹽礦物形式存在，這些元素又稱造巖元素。

（1）常量元素的分布（造巖元素）2、元素的分布造巖元素（rockformingelement）指地殼中分布最廣，組成各種巖石的最基本的元素，如硅、鋁、鐵、錳、鎂、鈣、鉀、鈉、鈦、氫、磷等幾種。造巖元素（rockformingelement）地殼和上地幔中分布量最多的7種元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg，合計約占地殼總成份的99.4%，這些元素是地殼中的各類巖石的基本成份，通稱造巖元素。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布15硅：在地殼中分布很廣，它在所有元素豐度分布順序上，僅次于氧占第二位，它也是巖石圈上部最重要的帶陽電荷的元素。從地殼向地核過渡，硅的含量逐漸下降，不能大量集中到地球深處。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布

（1）常量元素的分布（造巖元素）2、元素的分布在風(fēng)化作用中，巖漿巖中的石英溶解度很低，在其他硅酸鹽礦物被破壞或轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩恋V物后，仍可保留在風(fēng)化物的剖面中。長石和云母類礦物表生條件下易轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩恋V物。橄欖石、輝石和角閃石類礦物易于分解。表生帶中的水、氧和碳酸是促使巖漿巖中硅酸鹽礦物分解的主要因素?！猄i硅：在地殼中分布很廣，它在所有元素豐度分布順16天然水中都含一定量的SiO2。河水中最低(2－3)×10-6，最高可達80×10-6，平均值大約是13×10-6。湖水中(2－10)×10-6，最高可達70×10-6。海洋水中，無論在垂直方向上，還是水平方向上，SiO2的含量變化都很大。海表面，許多地方不到1×10-6；深水中大約為(6－9)×10-6。海水中SiO2的含量受生物的影響很大，因為海水中有大量硅藻、放射蟲、含硅質(zhì)海綿和珊瑚等，在它們活著時，從海水中吸收SiO2，當它們死亡后遺體分解SiO2又回到海水中。

地下水和熱泉中SiO2含量變化很大，與含水層巖石性質(zhì)有關(guān)。如灰?guī)r層水中SiO2含量很低，熱泉中可達529×10-6。碎屑沉積物中的砂巖和礫巖。SiO2含量在65％－95％間。有些石英砂巖幾乎是純的SiO2(99.99％)，雜質(zhì)極少，有重要的經(jīng)濟意義。

化學(xué)成因的巖石SiO2含量變化更大，如隧石、硅土、硅華，SiO2含量很高，而石灰?guī)r中則含量很低。只是有硅質(zhì)條帶的灰?guī)r例外。

第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Si天然水中都含一定量的SiO2。河水中最低(217

鋁：主要以鋁硅酸鹽礦物（長石、輝石、角閃石、云母等）的形式出現(xiàn)，風(fēng)化作用下都可以轉(zhuǎn)變成粘土礦物，主要的粘土礦物有伊利石、高嶺石和蒙脫石，含鋁量分別為13.5％、21％和11％。在酸性條件下，主要形成高嶺石，在堿性條件下主要形成蒙脫石。

第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Al鋁：主要以鋁硅酸鹽礦物（長石、輝石、角閃石、18高嶺石單體六方板狀，集合體書冊狀、蠕蟲狀單體六方板狀，集合體書冊狀、蠕蟲狀高嶺石單體六方板狀，集合體書冊狀、蠕蟲狀單體六方板狀，集合體19蒙脫石：單體絮狀，集合體菜花狀蒙脫石：單體絮狀，集合體菜花狀20伊利石：單體片狀伊利石：單體片狀21綠泥石：單體針葉片狀，集合體格架狀綠泥石：單體針葉片狀，集合體格架狀22第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Al沉積巖中鋁的分布不均衡。真正的殘余沉積物中鋁含量很低。例如石英巖中鋁平均含量為0.7％，砂巖為2.5％，石灰石為0.4％。頁巖鋁含量為11％。動植物體內(nèi)部含有鋁，植物的含量高于動物。已知海洋浮游植物含鋁(38－440)×10-6，海洋褐藻62×10-6，地衣(20－6000)×10-6，真菌(30－350)×10-6，細菌210×10-6。高等植物中鋁的含量高于低等植物。鋁在植物中的存在形式還不清楚。

鋁土礦的成因，一部分屬于紅土風(fēng)化殼型，也有一部分是由海相或湖泊沉積而成的。海相沉積鋁土礦往往分布在海、盆地的邊緣地帶，分布在石灰?guī)r層的不整合面上。如貴州的鋁土礦發(fā)育于寒武紀白云質(zhì)灰?guī)r的侵蝕面上，而華北的鋁土礦則分布在中奧陶世灰?guī)r的侵蝕面上。一般認為，鋁土礦在河及湖、海盆地都可沉積起來。第二章元素地球化學(xué)（1）常量元素的分布（造巖元素）——23第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Mg地球鎂的豐度為16％，地核為0.019％，下地幔為26％，上地幔為21％，地殼為2.8％(黎彤，1976)。可見，地球上鎂主要集中在地幔，可以認為鎂是具有地幔特征的元素。

鎂的最重要的礦物有鎂的正硅酸鹽礦物，如鎂橄欖石；鎂的偏硅酸鹽輝石族，如頑火輝石、透輝石、易變輝石、普通輝石，石榴石族的鎂鋁榴石，綠柱石族的苔青石；角閃石族的，如鎂鐵閃石、陽起石系列、普通角閃石等；云母族的，如金云母、黑云母，綠泥石族和鎂粘土礦物等。

非硅酸鹽鎂礦物以菱鎂礦和白云石最重要。鎂的氧化物礦物除了尖晶石外是很少見到。蒸發(fā)沉積物中可見到鎂的鹽類礦物，如硫酸鹽、磷酸鹽、砷酸鹽、硼酸鹽、鹵化物、硝酸鹽礦物。含鎂礦物種類雖然很多，但是鎂主要存在于鎂的正硅酸鹽和偏硅酸鹽礦物中，即鎂橄欖石、橄欖石和方解石族礦物中。第二章元素地球化學(xué)（1）常量元素的分布（造巖元素）——24

在風(fēng)化過程中，多數(shù)情況下鎂離子進入到沉積循環(huán)中。而在CO2存在的環(huán)境中，在風(fēng)化場所鎂離子可沉積為菱鎂礦(MgCO3)，特別是在橄欖巖被風(fēng)化的情況下，相當大的橄欖巖巖體可以借這種方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱怄V礦，而其中的二氧化硅則被溶化而流失，部分硅通常形成非晶質(zhì)的蛋白石而沉淀。據(jù)測定，河水中鎂的含量＜(1－50)×10-6，平均為4×10-6。據(jù)計算，目前每年全球通過河流進入海洋的鎂有1.86×1015t。水中鎂的主要遷移形式是MgCl2和MgCO3

，其次是含鎂礦物的微粒。普通的土壤、現(xiàn)代海洋沉積物及頁巖中鎂的含量(MgO)在1.5％－2.5％之間。鎂多半以黑云母、白云母、蛇紋石及滑石的碎屑出現(xiàn)，它們常和一些粘土礦物一起沉淀。碎屑沉積物如石英砂和砂巖中鎂的含量很低，砂巖中鎂的豐度為0.7％，大部分鎂以綠泥石碎屑形式出現(xiàn)。第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Mg在風(fēng)化過程中，多數(shù)情況下鎂離子進入到沉積循環(huán)25

海水中鎂的質(zhì)量濃度為1290mg／dm3，Mg2+在海水中停留時間為12×l06a。鎂和鈣兩種元素性質(zhì)雖然接近，但是在天然水和海水中兩者的質(zhì)量濃度差別相當大。例如，天然水中鎂的質(zhì)量濃度為4mg／dm3，鈣為15mg／dm3，鈣＞鎂。但海水中鈣的質(zhì)量濃度為412mg／dm3，低于鎂，停留時間只有1×l06a(Bowen，1979)。這表明鎂在海水中的富集作用比鈣強，海水中鎂的含量僅次子氯和鈉。海水中鈣含量低，是因為大部分鈣被作為碳酸鹽沉積下來。

在蒸發(fā)沉積物中可形成很多種類的鎂礦物，有光鹵石、水鎂礬、鉀鹽鎂礬、雜鹵石等。第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Mg海水中鎂的質(zhì)量濃度為1290mg／dm3，26第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Ca鈣是自然界豐富的元素之一，是常見元素。整個地球鈣的豐度(×10-6)為9200，地核為300，下地幔為7000，上地幔為22000，地殼為52000(黎彤，1976)。就整個地球而言，鈣是次于鐵、氧、鎂、硅、氖、硫、鎳的第八個豐富的元素。而在地殼上鈣的豐度是次于氧、硅、鋁和鐵的第五位豐富的元素。

表生作用中鈣是活動性相當強的元素。巖漿中的鈣礦物容易因風(fēng)化而被破壞。鈣礦物抗風(fēng)化的能力由強至弱是鈣閃石－鈣輝石－鈣長石。所有硅酸鹽中的鈣都可成為可溶性碳酸氫鈣而進入水溶液，從而被運移帶走，只有部分鈣可形成碳酸鹽和硫酸鹽被短時留在風(fēng)化殼中。第二章元素地球化學(xué)（1）常量元素的分布（造巖元素）——27天然水中鈣的質(zhì)量濃度平均為15mg／dm3(2—120mg／dm3)，鈉的質(zhì)量濃度平均為6mg／dm3(0.7—25mg／dm3)?？梢姡锈}含量大于鈉。但海水中鈣的質(zhì)量濃度平均為412mg／dm3，停留時間為1Ma；而鈉的質(zhì)量濃度為770mg／dm3，停留時間為68Ma(Bowen，1979)。可見，海水鈉的濃度大大超過鈣。這是因為鈣在海水中可以形成碳酸鹽巖而大量沉淀，因而在水中停留時間短，而鈉能大量保留在海水中。相反，大陸上湖、河水中的鈣因為有充分的補充源，所以含量超過鈉。

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Ca沉積巖中鈣的分布，頁巖為2.21％，砂巖為3.91％，碳酸鹽巖為30.23％，深海沉積物碳質(zhì)為31.24％，粘土質(zhì)為2.9％。從以上事實可看到，在外生作用下，鈣主要集中在碳酸鹽巖中。殘余沉積物中鈣的含量都很低，除以碳酸鈣作為膠結(jié)物的砂巖、礫巖外，一般沉積物中的CaO含量在1％以下。泥質(zhì)沉積物產(chǎn)的細分散顆粒是經(jīng)風(fēng)化、搬運聚積到水盆地中的，在漫長的歷程中鈣幾乎都被除掉了。第二章元素地球化學(xué)天然水中鈣的質(zhì)量濃度平均為15mg／dm3(28地球及其各個圈層鈉的豐度(×10-6)(黎彤，1976)：地球為4.9×10-6，下地幔為5.7×10-6，上地幔為9.1×10-6，地殼為2.3×10-6，而地核可能無鈉存在?？梢?，地球上的鈉愈向地球表層含量愈大。

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Na天然水(淡水)中鈉的質(zhì)量濃度為6mg／dm3。但封閉湖中可達(1000－10000)mg／dm3。至于蒸發(fā)量很大的內(nèi)陸湖，可干涸而成鹽湖，或形成無水的鹽類堆積。青海柴達木盆地24個第四紀鹽湖鹽類儲量達6×1010t。海水中鈉的質(zhì)量濃度為1077mg／dm3，其來源一是大陸輸入，一是海底噴發(fā)的火山補給，鈉在海水中可停68Ma。風(fēng)化殘余砂巖可能有少量的鈉長石碎屑顆粒，這種巖石中鈉的含量不到1％。海相泥質(zhì)沉積物中鈉含量也很低。海相頁巖含鈉約1％(含Na2O1.3％)，其Na／K值約0.6。石灰石中的鈉含量在0.008％－0.75％之間。瀉湖蒸發(fā)可以形成海相鹽礦，可以形成一系列鹵族元素礦物(石鹽、鉀鹽、鉀鐵鹽、鉀芒硝等)。因此，沉積鹽礦是鈉的重要來源。植物和動物體內(nèi)部存在元素鈉。植物中鈉的含量(×10-6)：海洋浮游生物為6000，海洋藻類為26000－41000，地衣為1000。大陸動物平均含鈉33000×l0-6。哺乳動物腦中含鈉12000×10-6，腎中含鈉800×10-6。第二章元素地球化學(xué)地球及其各個圈層鈉的豐度(×10-6)(黎彤，19729

（1）常量元素的分布（造巖元素）——K地球各圈層及整個地球鉀的豐度(×10-6)，據(jù)黎彤(1976)：整個地球為8.3×10-6，下地幔為3×10-6，上地幔為2.3×10-6，地殼為1.7×10-6，而地核中鉀的含量不清楚。上述數(shù)據(jù)說明，在地球分異過程中鉀如同鈉等堿金屬一樣，在向地殼聚集。含鉀的原生硅酸鹽礦物容易風(fēng)化分解，使鉀析出而被水攜帶流失。因為鉀離子半徑較大，極化率高，很容易被土壤吸附。所以土壤中鉀含量高于鈉，而海水中鈉含量大干鉀。據(jù)計算，鉀大量保留在大陸上，進入海洋的僅有0.038％。天然水中鉀的質(zhì)量濃度平均為2.2mg／dm3(0.5－10mg／dm3)。海水中鉀的質(zhì)量濃度平均為399.6mg／dm3，停留時間6.8Ma。海相水解沉積物中鉀含量大干鈉。鉀在頁巖中含量較高，K2O含量在0.49％－4.34％之間(90個泥質(zhì)沉積物，劉英俊等，1984)，平均2.81％。石灰?guī)r中鉀含量很低，K2O含量在0.02％－1.54％之間。砂巖沉積物中鉀含量也較低，K2O含量在1.50％左右。但如果碎屑中有長石、海綠石及云母時，則巖石中K2O的含量會顯著升高。無論是植物還是動物，都需要鉀。氯、磷、鉀是植物的生長三要素。植物中鉀的含量(×10-6)：海洋紅藻為115000，海洋綠藻為13000，海洋紅藻為32000，海洋褐藻為50000，地衣為52000。第二章元素地球化學(xué)（1）常量元素的分布（造巖元素）——K地球30沉積巖中常量元素的分布特征為，在砂巖中Si含量最高，并含有較多的Al、K、Na。泥巖中Al含量最高，其次為K。碳酸巖鹽中Ca、Mg含量高，Na、K含量低。第二章元素地球化學(xué)影響巖石類型的元素主要為造巖元素（主量元素），Si，Ti，Al，F(xiàn)e，Mn，Mg，Ca，Na，K，P共10種元素。這些元素的氧化物在酸性巖中平均為98.3%，在中性巖中平均97.7%，在基性和超基性中平均為95.9%，在砂巖中平均為94.9%，在泥巖中平均為91.4%，在碳酸鹽巖中為60%。沉積巖中常量元素的分布特征為，在砂巖中Si含31巖石圈中元素的克拉克值（A.П.維諾格拉多夫，1962）第二章元素地球化學(xué)巖石圈中元素的克拉克值（A.П.維諾格拉多夫，1962）第32（1）Si以極大的優(yōu)勢富集于砂巖中，Al和Si傾向于在頁巖和粘土巖中濃集，而Ca和Mg則以碳酸鹽巖為最大濃集場所。（2）絕大多數(shù)微量元素在頁巖和粘土巖石中的豐度一般均高于在砂巖類和碳酸鹽類巖石中富集。（3）Sr與Mn等顯著地富集于碳酸鹽類巖石中，而Zr和REE元素等則傾向在砂巖類巖石中富集。（4）堿金屬元素Li、Na、K、Rb、Cs等在頁巖和泥質(zhì)巖中含量最高，碳酸鹽巖中最低，含量之差常達10倍（Li、Cs）至數(shù)10倍（K、Na）。（5）鎂在深海碳酸鹽沉積物中并不富集，這是因為MgCO3溶解度大于CaCO3。由于Mg2+在大洋深部環(huán)境能交換微粒長石中的K+形成綠泥石，因而海洋泥質(zhì)沉積物比鈣質(zhì)沉積物相對富鎂(約高5倍)。（6）過渡元素Mn、Co、Ni在深海沉積物中含量高，因而在深海沉積物中形成了巨大的海底錳結(jié)核礦產(chǎn)。并伴有Ni、Co等可供綜合利用。與Mn類似，在深海沉積物中富集的元素還有B、Na、Ba、P、S、Cu、Mo、Pb及鹵族元素F、Cl、Br、I等，它們的含量都高于各自在巖漿巖中含量的最高值。第二章元素地球化學(xué)（1）Si以極大的優(yōu)勢富集于砂巖中，Al和Si傾向33

沉積巖中的微量元素或以類質(zhì)同相或被粘土礦物吸附而存在于碎屑巖和碳酸巖鹽中，因而沉積巖中微量元素含量相對較低。

鋇：在粉砂巖和泥巖中含量較高，砂巖中含量變化較大，碳酸巖鹽中含量較低。鍶：為沉積巖中含量較高的元素，特別在泥巖和碳酸鹽巖中含量更高，因為鍶的分布與鈣關(guān)系密切，這是由于兩者的離子半徑相近，常以類質(zhì)同相形式存在。另外其易被粘土吸附。

錳：在泥巖和碳酸巖鹽中有富集的趨勢。由于其為變價元素，因而其受環(huán)境的pH－Eh控制。第二章元素地球化學(xué)（2）微量元素的分布沉積巖中的微量元素或以類質(zhì)同相或被粘土礦物34第二章元素地球化學(xué)（2）微量元素的分布銣：其主要分布于層狀硅酸鹽中，由于粘土的吸附作用，在泥巖中含量較高。碳酸巖鹽中含量較低。鉻：在泥巖中含量高于砂巖和碳酸巖鹽。在碎屑巖中其含量與粒度有關(guān)，隨粒度的減小而增加。在富含有機質(zhì)的頁巖中富含鉻。在碳酸巖鹽中其含量與其中的粘土含量有關(guān)。鎳：碳質(zhì)頁巖和黑色頁巖中其含量高，這與有機質(zhì)的吸附有關(guān)。鎵：其在泥巖中含量明顯高于砂巖和碳酸巖鹽，在碳酸巖鹽中含量很低?？偟膩碚f，F(xiàn)e、P、V、Cr、Co、Cu等元素在砂巖中含量最低，粉砂巖中較高，在泥巖中達到最大值，在泥灰?guī)r中降低，在灰?guī)r中達到最小值。稀有元素Zr、Y、Li、Cs、Be、Ta也有同樣的變化規(guī)律。第二章元素地球化學(xué)（2）微量元素的分布銣35第二章元素地球化學(xué)3、元素分布的控制因素沉積巖中元素的分布是沉積分異和地球化學(xué)演化的結(jié)果。影響元素分布的因素包括：1）母巖成分和風(fēng)化強度（1）母巖成分直接影響其風(fēng)化產(chǎn)物和原始元素的組成。如母巖為基性巖和超基性巖其常量元素為O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K；微量元素為Ni、Ti、V、Mn、Co；母巖為花崗巖其常量元素為Si、Al、K、Na；微量元素為B、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag、Sn。第二章元素地球化學(xué)3、元素分布的控制因素沉36（2）風(fēng)化作用的強度和性質(zhì)，不同風(fēng)化作用類型對元素的分異有很大的影響。風(fēng)化作用中元素總的遷移趨勢是：遷移能力最強的Cl、S最先流失，其次為Ca、Mg、F，而Al、Fe、Ti遷移能力最差。第二章元素地球化學(xué)（2）風(fēng)化作用的強度和性質(zhì)，不同風(fēng)化作用類型對元素的分異有很37第二章元素地球化學(xué)（1）機械搬運——在遷移和沉積過程中元素及化合物沒有明顯的化學(xué)變化。（2）化學(xué)搬運——以此方式搬運的元素其遷移規(guī)律取決于元素的地球化學(xué)行為，如離子半徑，離子電位，化學(xué)性質(zhì)，晶格能大小，元素和化合物的溶解度；還與所處的物理化學(xué)條件包括溫度，壓力，氧化還原條件等有關(guān)。（3）生物搬運——元素要與生物進行有關(guān)生物化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致元素的分散和聚集?？傊氐倪w移形式與沉積分異是控制沉積巖中元素分布的重要因素，由于此過程非常復(fù)雜，所以，元素的分異與聚集沒有一個簡單的規(guī)律。

2）元素的遷移形式與沉積分異第二章元素地球化學(xué)（1）機械搬運——在遷移和38第二章元素地球化學(xué)第二章元素地球化學(xué)393）沉積-埋藏環(huán)境的影響

第二章元素地球化學(xué)沉積物沉積后在埋藏過程中必然與沉積環(huán)境中的水介質(zhì)和孔隙水之間進行一系列的地球化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致元素的再分配，但不同埋藏環(huán)境由于物理化學(xué)條件不同所進行的地球化學(xué)反應(yīng)不同，元素的分配聚集特征不同。許多研究者的研究表明，在含氧的海水之下，沉積物與水界面以下的數(shù)十米范圍內(nèi)一般可區(qū)分出三個特征的生態(tài)層序(Claypool和Kaplan，1974；Berner，1981；Brooks和Wolte；1987)。每一個層序具有各自的生物化學(xué)反應(yīng)，可形成不同的礦物組合。以鐵的化合物形式為例，可以看出環(huán)境對元素分異聚集的明顯影響。3）沉積-埋藏環(huán)境的影響第二章元素地球化學(xué)40第一層序帶稱OX帶，以喜氧生物的呼吸作用為主要新陳代謝過程：其主要反應(yīng)為CH2O+O2=H2O+CO2。在這個帶內(nèi)有機質(zhì)被溶解氧氧化為CO2，有機質(zhì)被消耗。該帶的下限由沉積物中所含的分子氧向下擴散的程度而定，一般不超過數(shù)厘米，底棲生物的活動可使這個帶加深。該帶內(nèi)不存在還原反應(yīng)，鐵主要以Fe3+的化合物形式存在。第二章元素地球化學(xué)第一層序帶稱OX帶，以喜氧生物的呼吸作用為主41第二層序帶稱SR帶，厭氧細菌對硫酸鹽的還原作用為主要新陳代謝過程．隨著有機質(zhì)的分解，沉積物中的氧的逐漸消耗，硫酸鹽還原細菌等厭氧細菌的作用將海水中呈溶解狀態(tài)的SO42-還原，其反應(yīng)式為：2CH2O+SO42-=HS-+HCO3-+H2O+CO這一反應(yīng)受海水中SO42-的多少和沉積物中有機質(zhì)的豐度所控制。該帶的深度約1米，在貧有機質(zhì)的沉積物中可增加到數(shù)米。在SR帶內(nèi)，沉積物碎屑礦物中的鐵與之反應(yīng)，形成鐵的單硫化物和硫化物；Fe3+不斷被還原；沉積物中Fe2+，S等元素富集。當有機質(zhì)或SO42-離子供應(yīng)不足，以至不足以產(chǎn)生足夠的H2S時，形成非氧化－非硫化物環(huán)境，則形成菱鐵礦或Fe3+－Fe2+的硅酸鹽。第二章元素地球化學(xué)第二層序帶稱SR帶，厭氧細菌對硫酸鹽的還原作42第三層序帶為甲烷帶，也可稱之為ME帶；發(fā)生在硫酸鹽的滲透作用達不到的深度以下，或隨著SO42-在SR帶的消耗，硫酸鹽還原作用停止的情況下，在該帶內(nèi)有機質(zhì)被繼續(xù)分解產(chǎn)生甲烷和一些礦物：蘭鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦等，在該帶內(nèi)；甲烷的生成與Fe2+的還原作用相結(jié)合產(chǎn)生介質(zhì)的強堿性條件，十分有助于碳酸鹽的沉淀作用，CH2O+2Fe2O3+3H2O=4Fe2++HCO3-+7OH-。當沉積物中Fe2+較少時，會減少孔隙水的堿性特征，碳酸鹽礦物又變得不穩(wěn)定。第二章元素地球化學(xué)第三層序帶為甲烷帶，也可稱之為ME帶；發(fā)生在硫酸鹽的滲透作用43沉積物在成巖過程中，在溫度壓力等影響下，隨成巖作用（如壓溶作用，交代作用，重結(jié)晶作用）的進行，元素要進行再分配和重新分布。第二章元素地球化學(xué)4、成巖作用中的元素再分配沉積物在成巖過程中，在溫度壓力等影響下，44根據(jù)元素在砂泥巖剖面中的變化規(guī)律，運用元素絕對數(shù)值法、曲線及曲線交會法、圖版法進行巖性識別，建立了利用化學(xué)元素進行巖性解釋及地層劃分的方法。利用化學(xué)元素進行巖性識別根據(jù)元素在砂泥巖剖面中的變化規(guī)律，運用元素絕對數(shù)值法、曲線及451）元素數(shù)值法Si元素含量27～28作為砂泥巖的分界。Al元素含量8～9作為砂泥巖劃分的界限。Ti元素含量0.45作為砂泥巖劃分的參考值。Mg元素含量1.2作為砂泥巖劃分的參考值Fe元素含量7作為砂泥巖劃分的參考值。選取砂泥巖分界明顯、疊合較少的元素做為巖性識別和地層劃分的標準元素。根據(jù)各元素特征綜合分析，可快速、系統(tǒng)的識別巖性。利用化學(xué)元素進行巖性識別1）元素數(shù)值法Si元素含量27～28作為砂泥巖的分界。46鎮(zhèn)涇地區(qū)中生界砂巖具有高Si、高Ca、高Mn，低Al、低K、低Mg、低Ti特征；泥巖具有低Si、低Ca、低Mn，高Al、高K、高Mg、高Ti的特征。進而根據(jù)建立的元素含量曲線以及上述曲線的組合，進行巖性識別和地層劃分。2）曲線及曲線交會法利用化學(xué)元素進行巖性識別鎮(zhèn)涇地區(qū)中生界砂巖具有高Si、高Ca、高Mn472）曲線及曲線交會法鎮(zhèn)涇5-8井X射線熒光分析成果與測井成果對比圖曲線交會法同時考慮了多種元素曲線的變化特征，并且非常直觀、快捷。利用化學(xué)元素進行巖性識別2）曲線及曲線交會法鎮(zhèn)涇5-8井X射線熒光分析成果與測井成48鎮(zhèn)涇地區(qū)Si－Fe交會圖版鎮(zhèn)涇地區(qū)Si－Al交會圖版3）圖版法識別巖性運用巖心巖石樣品實驗室地球化學(xué)數(shù)據(jù)，對鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組、延安組進行Si－Fe、Si－Al圖版投點，可以看出泥巖樣品和砂巖樣品的Si－Fe、Si－Al值的分布規(guī)律明顯。泥巖集中分布在投點區(qū)的上方，砂巖集中分布在投點區(qū)的下方。交會點的分布具有一定的區(qū)域性，并且交會點的展布也具有一定的方向性。利用化學(xué)元素進行巖性識別鎮(zhèn)涇地區(qū)Si－Fe交會圖版鎮(zhèn)涇地區(qū)Si－Al交會圖版3）493）圖版法識別巖性對鎮(zhèn)涇地區(qū)砂巖、泥巖中任意兩種化學(xué)元素組合進行投點分析，Al-Fe、Al-K、K-Fe和Al-Ti圖版中砂泥巖分區(qū)明顯，能夠應(yīng)用于巖性識別的判別。識別砂泥巖的Al－Fe交會圖版識別砂泥巖的Al－K交會圖版識別砂泥巖的K－Fe交會圖版識別砂泥巖的Al－Ti交會圖版利用化學(xué)元素進行巖性識別3）圖版法識別巖性對鎮(zhèn)涇地區(qū)砂巖、泥巖中任50關(guān)于古鹽度的測定和判別方法眾多，如應(yīng)用古生物、巖礦和古地理資料定性描述水體鹽度，應(yīng)用常量和微量元素地球化學(xué)方法半定量劃分水體鹽度，應(yīng)用間隙流體或液相包裹體直接測量鹽度，應(yīng)用沉積磷酸鹽或硼和粘土礦物資料定量計算古鹽度等方法。三、沉積環(huán)境的元素地球化學(xué)標志（一）古鹽度的測定關(guān)于古鹽度的測定和判別方法眾多，如應(yīng)用古生物511、硼法——是計算古鹽度最常用的方法，早在1932年由Goldschmid,Peter提出，1963年Walker，Price進一步證實，其理論基礎(chǔ)是：硼在海水中主要是以硼酸及其離解產(chǎn)物的形式存在：H3BO3+2H2O=H3O++B(OH)-當粘土礦物處于含硼水溶液中，硼經(jīng)過三級過程從溶液進入粘土礦物：

第一、吸附在粘土礦物薄片邊沿第二、因靜電作用在薄片邊沿固定下來第三、因新物質(zhì)圍繞硼的增長和硼的擴散進入粘土晶格中。

三、沉積環(huán)境的元素地球化學(xué)標志（一）古鹽度的測定1、硼法——是計算古鹽度最常用的方法，早在193252粘土礦物從溶液中提取的硼是溶液中硼的線性函數(shù)。溶液中硼的濃度是鹽度線性函數(shù)。所以，粘土中的硼含量是鹽度的函數(shù)。三、沉積環(huán)境的元素地球化學(xué)標志（一）古鹽度的測定粘土礦物從溶液中提取的硼是溶液中硼的線性函數(shù)532、計算方法1）沃克法（相當硼法）海水中硼的質(zhì)量分數(shù)與鹽度呈線性關(guān)系(Couch，1971)，而沉積物中的硼質(zhì)量分數(shù)與水介質(zhì)中的硼質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，正常情況下海相泥巖沉積物中硼質(zhì)量分數(shù)高于淡水相沉積物中的硼質(zhì)量分數(shù)，這是硼可以作為古鹽度標志的依據(jù)(周仰康等1984)。所謂相當硼——就是相當于伊利石中K2O含量為5%時的硼含量。經(jīng)研究：相當硼﹤200ppm為淡水；=200－300ppm為半咸水；=300－400ppm為正常海水；﹥400ppm為咸水或超咸水。相當硼的求法：1、求伊利石的含量——伊利石中K2O含量為8.5%，如巖石中沒有其他含鉀礦物，則純伊利石含量為K2O/8.52、求校正硼含量——所謂校正硼含量就是純伊利石中的硼含量，所以校正硼=實測硼含量×8.5/K2O3、求相當硼含量——根據(jù)K2O及校正硼含量在相當硼散射曲線上查找相當硼含量。 2、計算方法1）沃克法（相當硼法）54元素地球化學(xué)剖析課件55圖1計算相當硼含量的偏離曲線［（據(jù)Walker等，1963）CCORRB為校正硼含量；CEQUIB為相當硼含量］圖1計算相當硼含量的偏離曲線［（據(jù)Walker等，1963561968年沃克進一步研究了有機質(zhì)對鉀的稀釋作用，對K2O的資料進行了修改

K2O=粘土組分中K2O/100-粘土組分中C%*1.25，同時沃克修正了相當硼的散射曲線。1968年沃克進一步研究了有機質(zhì)對鉀的稀釋作用，57通過對鄂爾多斯盆地長6油層組有關(guān)樣品進行測試分析，其中在長611-1的5個樣品中相當硼含量為120～160ppm，平均值為138.6ppm。其值小于200ppm，表明長611-1為淡水沉積環(huán)境。在長611-25個樣品中相當硼含量為130～150ppm，平均值為142ppm。其值均小于200ppm，表明長611-2為淡水沉積環(huán)境。鄂爾多斯盆地延長組B含量分析表通過對鄂爾多斯盆地長6油層組有關(guān)樣品進行測試分析，其581965年，亞當斯（Admas）根據(jù)現(xiàn)代英國多維河口沉積提出如下公式：Y=0.0977X－7.043；（Y－水的鹽度，X－相當硼的含量）。根據(jù)上述相當硼的含量，依據(jù)亞當斯公式計算結(jié)果如表所示，研究區(qū)長611-1的古鹽度為4.974％～9.681％，平均7.3224％，長611-2古鹽度為5.658％～7.612％，平均6.8304％；上述結(jié)果表明在長6沉積過程中不同階段湖盆水體鹽度是變化的，但總體為淡水環(huán)境。

（2）亞當斯法1965年，亞當斯（Admas）根據(jù)現(xiàn)代英國59（3）科奇法該方法考慮不同粘土礦物吸附硼的能力不同，換算出同一礦物吸附的相當硼，根據(jù)實驗伊利石中的硼是蒙脫石中的兩倍，高嶺石的四倍，因此，根據(jù)下面公式計算高嶺石中的硼：Bk=B/(4Xi+2Xm+Xk)Bk為高嶺石中的硼，Xi為伊利石的含量，Xm為蒙脫石的含量，Xk為高嶺石的含量。然后就可根據(jù)下面公式計算古鹽度：LogBk=1.28LogSp+0.11（4）地區(qū)性計算方法

錢凱在肯定科奇法的基礎(chǔ)上，指出其未考慮成巖作用的影響，應(yīng)求取不同礦物的成巖系數(shù)恢復(fù)原始沉積物中的粘土礦物含量，進而求取古鹽度。

LogSp=LogBis－1.375/0.49

Sp----古鹽度；Bis---沉積伊利石的含量（3）科奇法（4）地區(qū)性計602）元素比值法（1）B/Ga國外研究認為B/Ga<1.5為淡水，B/Ga=5～6近岸海相，B/Ga>7為海相。國內(nèi)研究認為B/Ca<3為淡水，B/Ga=3～4.5為半咸水，B/Ga=4.5～5為海水。(2)Sr/Ba一般認為：海洋沉積Sr/Ba＞1，陸相沉積Sr/Ba＜1(3)C/S研究認為C/S＜

10為海相沉積，C/S＞

10為陸相沉積(4)Sr/Ca研究認為Sr/Ca＜

1為淡水沉積，Sr/Ca＞

1為海相沉積（5）Fe/Mn研究認為Fe/Mn=1為正常鹽度，F(xiàn)e/Mn＜

1咸水，F(xiàn)e/Mn=5為淡水。此外Na/Ca、Rb/K、V/Ni、Mg/Ca也可進行古鹽度的判別。2）元素比值法61鄂爾多斯盆地西北部石千峰組元素含量表(%)鄂爾多斯盆地西北部石千峰組多種元素比值表鄂爾多斯盆地西北部石千峰組元素含量表(%)鄂爾多斯盆地西北部62鍶(Sr)／鋇(Ba)與鍶(Sr)／鈣(Ca)比值法鄂爾多斯盆地石千峰組的測試數(shù)據(jù)，Sr／Ba為0.065～0.254，平均為0.151，均小于1，表明研究區(qū)石千峰組為淡水的沉積環(huán)境。Sr／Ca比值也可以用來推測湖水介質(zhì)的古鹽度。淡水沉積物中Sr／Ca＜1，而海水中Sr／Ca＞1（鄧宏文等，1993）。鄂爾多斯盆地石千峰組所有樣品分析結(jié)果均表現(xiàn)為Sr／Ca＜1，平均為0.014，因而也說明當時水體介質(zhì)性質(zhì)為淡水。鍶(Sr)／鋇(Ba)與鍶(Sr)／鈣(Ca)比值法63Sr和Ba的化學(xué)性質(zhì)十分相似，它們均可以形成可溶性重碳酸鹽、氧化物和硫酸鹽進入水溶液中。當水體礦化度即鹽度逐漸加大時，鋇以BaSO4的形式首先沉淀，留在水體中的鍶相對鋇趨于富集。當水體的鹽度加大到一定程度時鍶亦以SrSO4的形式和遞增的方式沉淀，因而記錄在沉積物中的鍶豐度和Sr／Ba比值與古鹽度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。Ba的硫酸鹽化合物溶解度要低一些，且易在岸邊區(qū)沉積，而Sr的硫酸鹽化合物遷移能力較高。根據(jù)對我國陸相盆地沉積的Sr／Ba值的研究表明，Sr／Ba的比值常作為區(qū)分淡水和咸水沉積的標志。一般情況是當Sr/Ba大于1時，為咸水環(huán)境，當Sr/Ba小于1時，為咸水－半咸水環(huán)境。從對鄂爾多斯盆地石千峰組的測試數(shù)據(jù)（表）可以看出Sr／Ba的變化范圍較小，為0.0125－0.5132，平均為0.1729，其值均小于1，表明鄂爾多斯盆地石千峰組為淡水－微咸水的沉積環(huán)境。Sr和Ba的化學(xué)性質(zhì)十分相似，它們均可以形成可643）沉積磷酸鹽法

該方法計算公式：Fca-p=0.09+0.26Sp（鹽度）Fca-p=磷酸鈣/（磷酸鐵+磷酸鈣）Sp<0.4為淡水相Sp=0.4—0.8為過渡相Sp>0.8為海相3）沉積磷酸鹽法654）微量元素散點圖根據(jù)有關(guān)樣品分析的B、V含量在Potter所建立的散點圖上投點，可以確定出水體的古鹽度特征。如根據(jù)鄂爾多斯盆地延長組分析樣品，可以看出所有的點均落在淡水區(qū)，但靠近淡水相與海相分界線，總體說明長6沉積期湖盆水體鹽度為淡水環(huán)境，但水體鹽度較高。4）微量元素散點圖根據(jù)有關(guān)樣品分析的B、V含量在P66（二）氧化還原條件的判別沉積環(huán)境氧化還原條件的判別主要依據(jù)礦物組合沉積相鐵離子主要鐵礦物沉積巖有機質(zhì)EhPh氧化相Fe3+赤鐵礦褐鐵礦砂巖，粉砂巖無>0.027.2-8.9過度相Fe3+>Fe2+----Fe2+>Fe3+綠泥石磷綠泥石粉砂巖砂巖硅藻土磷灰石少0.2-0.1弱還原相Fe2+菱鐵礦鮞綠泥石泥質(zhì)沉積多0-0.37.0-7.8強還原相Fe2+鐵白云石菱鐵礦白鐵礦白云巖石灰?guī)r黑色頁巖很多-0.3-0.5>7.87.2-91鐵礦物組合（二）氧化還原條件的判別沉積環(huán)境氧化還原條件的判別主要依據(jù)67（二）氧化還原條件的判別

2Fe2+/Fe3+比值

Fe2+/Fe3+>>1為還原環(huán)境Fe2+/Fe3+＞1為弱還原環(huán)境Fe2+/Fe3+=1為中性環(huán)境Fe2+/Fe3+＜1為弱氧化環(huán)境Fe2+/Fe3+<<1為氧化環(huán)境（二）氧化還原條件的判別2Fe2+/Fe3+比值68（二）氧化還原條件的判別3Kfe系數(shù)

即用巖石中總鐵向菱鐵礦和黃鐵礦的轉(zhuǎn)化程度，來反映環(huán)境的氧化還原程度：Kfe=(Fe2+HCl+Fe2+FeS2)/FeO

考慮到有機質(zhì)的影響，上述公式進行了如下修改Kfe=(Fe2+HCl×0.236+Fe2+FeS2)/FeO

不同地球化學(xué)相的Kfe值地球化學(xué)相Kfe值鐵地球化學(xué)相氧化相強氧化亞相0---0.05赤鐵礦相氧化亞相0.05---0.12菱鐵礦—赤鐵礦弱氧化亞相0.12---0.2赤鐵礦—菱鐵礦還原相弱還原亞相0.2---0.3菱鐵礦還原亞相0.3---0.55黃鐵礦—菱鐵礦強還原亞相0.55---0.8菱鐵礦---黃鐵礦硫化氫相＞0.8黃鐵礦（二）氧化還原條件的判別3Kfe系數(shù)地球化學(xué)相Kf69（二）氧化還原條件的判別4Cu/Zn、Cu+Mo/ZnHallberg(1976)提出Cu/Zn和Cu+Mo/Zn比值可作為判別沉積環(huán)境的氧化還原的標志，研究表明氧化環(huán)境上述比值低，還原環(huán)境上述比值高。（二）氧化還原條件的判別4Cu/Zn、Cu+Mo/Zn70（三）離岸距離的標志現(xiàn)代沉積物元素地球化學(xué)研究表明，元素的聚集與分散與離岸距離有一定關(guān)系，這一性質(zhì)主要是元素在沉積作用中所發(fā)生的機械分異作用、化學(xué)分異作用、生物分異作用的結(jié)果。1、元素組合根據(jù)斯特拉霍夫?qū)μ窖笱芯浚砻饔蔀I岸向海洋不同相帶元素組合不同（1）鐵族元素［Fe、Cr（鉻）、V、Ge（鍺）］——濱海（2）水解性元素［Al、Ti、Zr(鋯)、Ga(鎵)、Nb(鈮)、Ta(鉭)］——淺海（3）親硫性元素［Pb、Zn、Cu、As（砷）］——半深海（4）錳族元素［Mn、Co（鈷）、Ni、Mo（鉬）］——深海（三）離岸距離的標志現(xiàn)代沉積物元素地球化學(xué)712、元素比值（1）Fe/Mn元素鐵和錳在沉積過程中分異現(xiàn)象明顯，在海洋環(huán)境隨離岸距離的增加鐵含量逐漸減少，錳含量逐漸增加。在大型湖泊中同樣如此，如松遼盆地白堊紀湖盆，從濱湖－淺湖－深湖，MnO2由0.00094（濱湖）－0.0015（淺湖）－0.051（深湖）（2）Mn/Ti、Co/Ti、Ni/Ti水生元素和陸源元素的比值，即Mn/Ti，Co/Ti，Ni/Ti可作為離岸距離的標志。如太平洋沉積物近岸大陸架Mn/Ti＜0.1，離岸100米Mn/Ti=0.1，超過300米Mn/Ti=0.1—0.3（三）離岸距離的標志2、元素比值（三）離岸距離的標志721、SiO2/Al2O3－K2O/Na2O分析PM——被動大陸邊緣ACM——活動大陸邊緣A1——大陸島弧A2——大洋島?。ㄋ模?gòu)造背景的判別此方法是新西蘭學(xué)者B.P.Roser和R.J.Korsch(1986)1、SiO2/Al2O3－K2O/Na2O分析PM——被動732、M.R.Bahtia根據(jù)氧化物的比值判別構(gòu)造背景A——為大洋島弧，B——大陸島弧，C——活動大陸邊緣，D——被動大陸邊緣（四）構(gòu)造背景的判別2、M.R.Bahtia根據(jù)氧化物的比值判別構(gòu)造背景A——74大洋島弧大陸島弧活動陸緣被動陸緣SiO258.8370.6973.8681.95TiO21.060.640.460.49Al2O317.1114.0412.898.41Fe2O31.951.431.31.32FeO5.523.051.581.76MnO1.050.10.10.05MgO3.651.971.231.39CaO5.832.682.481.89Na2O4.13.122.771.07K2O1.61.892.901.71P2O50.260.160.090.12Fe2O3+MgO11.736.794.632.89Al2O3/SiO20.290.20.180.1K2O/Na2O0.390.610.991.6Al2O3/(CaO+Na2O)1.722.422.564.153、根據(jù)砂巖的平均化學(xué)成分各種構(gòu)造環(huán)境砂巖的平均化學(xué)成分及參數(shù)（Bhatia,1983）大洋島弧大陸島弧活動陸緣被動陸緣SiO258.8370.6975（四）構(gòu)造背景的判別構(gòu)造背景物源區(qū)類型稀土元素參數(shù)LaCe稀土元素總量La/YbLan/Ybn重稀土/輕稀土Eu/Eu*大洋島弧未切割的巖漿弧8±1。719±3。750±104。2±1。32。8±0。93。8±0。91。04±0。11大陸島弧切割的巖漿弧27±4。559±8。2146±2011±3。67。5±2。57。7±1。70。79±0。3活動陸緣隆起的基地377818612。58。59。10。6被動陸緣克拉通構(gòu)造高地398521015。910。88。50。564、根據(jù)稀土元素含量及比值（四）構(gòu)造背景的判別構(gòu)造物源區(qū)類型稀土元素參數(shù)LaCe稀土元76（五）判別硅質(zhì)巖的成因1、Al－Fe－Mn元素分區(qū)（五）判別硅質(zhì)巖的成因1、Al－Fe－Mn元素分區(qū)77（五）判別硅質(zhì)巖的成因利用硅質(zhì)巖中的SiO2－Al2O3

SiO2－MgOFe2O3－FeOSiO2－K2O＋Na2O的元素組合關(guān)系判別硅質(zhì)巖成因2、氧化物散點圖（五）判別硅質(zhì)巖的成因利用硅質(zhì)巖中的278沉積介質(zhì)（水體）中碳酸鹽巖、重碳酸鹽巖以及氫氧化物的總量稱為堿度。借鑒松遼盆地白堊系研究經(jīng)驗（王璞珺，2001），Ca和Mg在海水中明顯富集而Si和Al明顯貧化。選?。–a+Mg）/（Si+Al）作為太平林場組暗色泥巖沉積水介質(zhì)的堿度指標，其變化范圍在0.03～0.05之間（表4-4），反映沉積水體具一定的堿度。沉積介質(zhì)（水體）中碳酸鹽巖、重碳酸鹽巖以及氫氧化物的總量稱為79一、引言二、沉積巖中元素的分布三、沉積環(huán)境的元素地球化學(xué)標志第二章元素地球化學(xué)一、引言第二章元素地球化學(xué)80迄今為止，地球化學(xué)已包括許多分支學(xué)科，其中得到國內(nèi)外公認的也有20多種。劃分分支學(xué)科的準則有粗有細，依據(jù)也有所不同。1973年美國出版的《地球化學(xué)定向》一書把地球化學(xué)劃分為四大分支，即天體化學(xué)、固體地球化學(xué)(或內(nèi)生地球化學(xué))、外生地球化學(xué)和有機地球化學(xué)。按重要的地質(zhì)作用作為劃分分支學(xué)科的準則，可劃分出：巖漿作用地球化學(xué)、沉積作用地球化學(xué)、內(nèi)生作用地球化學(xué)、外生作用地球化學(xué)、深部地球化學(xué)、構(gòu)造地球化學(xué)等分支學(xué)科。按研究對象來劃分，則有：天體化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、生物地球化學(xué)、區(qū)域地球化學(xué)、礦床地球化學(xué)、水文地球化學(xué)等。按地質(zhì)時代劃分，如太古代地球化學(xué)、第四紀地球化學(xué)等。強調(diào)室內(nèi)研究手段，則可分為實驗地球化學(xué)、包裹體地球化學(xué)等。

化學(xué)組成作為劃分分支學(xué)科的準則，則有：有機地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、元素地球化學(xué)。一、引言第二章元素地球化學(xué)迄今為止，地球化學(xué)已包括許多分支學(xué)科，其中得81元素地球化學(xué)是地球化學(xué)領(lǐng)域最老的分支學(xué)科，也可以說早期的地球化學(xué)就是元素地球化學(xué)。隨著科學(xué)的發(fā)展，地球化學(xué)的含義、概念和研究范圍不斷發(fā)展，不斷豐富，并且不是一成不變的。同樣，元素地球化學(xué)的研究范圍、含義和概念也是不斷發(fā)展的。第二章元素地球化學(xué)元素地球化學(xué)是地球化學(xué)領(lǐng)域最老的分支學(xué)科，也821、元素地球化學(xué)的概念及主要研究內(nèi)容（沉積）元素地球化學(xué)——是研究沉積巖中元素分布與分配規(guī)律，包括元素的豐度和賦存狀態(tài)，元素的遷移與搬運機制，元素的分散和聚集及控制元素上述地球化學(xué)行為的各種因素。1）概念第二章元素地球化學(xué)1、元素地球化學(xué)的概念及主要研究內(nèi)容（沉積）元素地83

(1)元素的物理、化學(xué)和晶體化學(xué)性質(zhì)研究。包括元素的原子結(jié)構(gòu)、同位素組成、化合價、元素的原子和離子半徑、離子類型、極化性質(zhì)、電負性等。(2)元素在宇宙、星體、隕石、月球和地球各圈層的分布、分配研究。元素在各種地質(zhì)體分布量的差異以及他們的地球化學(xué)意義研究。(3)元素的賦存狀態(tài)及遷移形式的研究。其中包括各種地球化學(xué)過程中的化學(xué)反應(yīng)以及元素運動的物理化學(xué)條件的研究等。第二章元素地球化學(xué)2）主要研究內(nèi)容(1)元素的物理、化學(xué)和晶體化學(xué)性質(zhì)研究。包84(4)元素的演化和循環(huán)歷史研究。生物是演化的，無機界是演化的，元素也在演化。生物有產(chǎn)生、發(fā)展和衰亡的變化，元素也有這種變化。如放射性元素鈾在自然界的原子數(shù)量不斷減少，而鉛原子的數(shù)量在不斷增加。

(5)元素的富集規(guī)律及主要礦床類型研究。這些內(nèi)容是礦床學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)的主要部分，也是元素地球化學(xué)的重要內(nèi)容。(6)元素在環(huán)境中的運移規(guī)律和與人類的關(guān)系。第二章元素地球化學(xué)2）主要研究內(nèi)容(4)元素的演化和循環(huán)歷史研究。生物是演化852、元素地球化學(xué)的研究方法第二章元素地球化學(xué)除了使用地質(zhì)的和地球化學(xué)的研究方法以外，同時還要運用物理的和化學(xué)的研究方法，歸納起來有以下幾個方面；(1)元素地球化學(xué)的研究要和地質(zhì)研究結(jié)合起來，因為通過上述研究可查清元素存在和遷移的背景(地質(zhì)的、物理的和化學(xué)的環(huán)境)。(2)靈敏度高、精度高、快速和經(jīng)濟的測定、分析手段的應(yīng)用。如中子活化分析、電子探針、X熒光光譜等技術(shù)的應(yīng)用。(3)各種地球化學(xué)模擬實驗研究工作的進行。(4)一些物理化學(xué)、熱力學(xué)等理論在研究元素地球化學(xué)研究中的應(yīng)用。(5)在元素地球化學(xué)研究中常常遇到大量數(shù)據(jù)，所以必須用先進、快速的手段(包括數(shù)理統(tǒng)計和計算機等手段)加以處理。2、元素地球化學(xué)的研究方法第二章元素地球化學(xué)除了863、元素地球化學(xué)的研究歷史第二章元素地球化學(xué)大約在20世紀40年代末期地球化學(xué)成為一門獨立的學(xué)科，但在20世紀20－40年代是地球化學(xué)打基礎(chǔ)的時期。這個時期的研究主要限于研究地球的化學(xué)組成，在理論上采用了晶體化學(xué)來探討礦物中元素的分配和結(jié)合規(guī)律，可以說這段時期就是元素地球化學(xué)的起始階段。這個時期的代表性著作有：克拉克的《地球化學(xué)資料》和《地殼的平均化學(xué)成分》兩本專著。第二次世界大戰(zhàn)以后，由于尖端技術(shù)和軍事工業(yè)的需要，一些放射性元素、稀有元素和難溶元素等的地質(zhì)勘探工作大規(guī)模開展起來，因而這些元素的地球化學(xué)研究工作也發(fā)展起來了。K.H.Wedepohl(60年代末至70年代初)主編的《地球化學(xué)手冊》反映了戰(zhàn)后元素地球化學(xué)研究的成果。目前微量元素、稀土元素和與尖端技術(shù)有關(guān)的一些元素的地球化學(xué)研究無論在應(yīng)用方面，還是在理論研究方面都有很高的水平。但是元素地球化學(xué)的研究發(fā)展至今也不平衡。例如元素在固體地質(zhì)體、在熱水溶液中的行為研究成果多，而在熔融體中的行為研究成果少；稀有、分散元素研究工作深入，而造巖元素及黑色、某些有色元素研究工作深度不夠。3、元素地球化學(xué)的研究歷史第二章元素地球化學(xué)大約87我國使用金屬的歷史非常久遠，有關(guān)元素地球化學(xué)的知識在遠古時期即已開始積累。但解放前發(fā)展非常緩慢。解放后，新中國工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防現(xiàn)代化的發(fā)展推動了地質(zhì)事業(yè)，也推動了元素地球化學(xué)的發(fā)展。稀有元素、稀土元素、鈾等元素都有專著出版，還多次召開了全國性的稀有元素地球化學(xué)學(xué)術(shù)會議。元素地球化學(xué)研究工作得到迅速的發(fā)展。我國有關(guān)高等學(xué)校開設(shè)了元素地球化學(xué)課程。中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會建立了專門的元素地球化學(xué)專業(yè)委員會。在不少研究機構(gòu)中，元素地球化學(xué)也受到了重視。3、元素地球化學(xué)的研究歷史第二章元素地球化學(xué)我國使用金屬的歷史非常久遠，有關(guān)元素地球化學(xué)的知識在88沉積巖的形成過程同時也是地殼中元素再分配和重新分布的過程。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布

分布和分配

豐度

常用的含量單位沉積巖的形成過程同時也是地殼中元素再分配和重89第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布分布：指的是元素在這個體系中的相對含量（平均含量），亦即：“豐度”。另外還包含著元素在體系中不均一性的特征。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布分90第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布地球化學(xué)研究中常用的含量單位

絕對含量單位相對含量單位

T噸0/0百分之....10-2Kg千克0/00千分之....

10-3g克mg毫克

g微克ppm,百萬分之

10-6ng毫微克ppb,十億分之

10-9pg微微克ppt,萬億分之

10-12第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布地球化學(xué)研究中常91地殼中各元素的平均含量稱為克拉克值。由于沉積作用的復(fù)雜性和多樣性，所以沉積巖的元素組成變化更大。不同巖石類型中元素含量不同，如Li元素，在頁巖中為66ppm，在砂巖中為15ppm，碳酸鹽巖中為5ppm。同一種巖石中不同元素含量不同。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布1、元素的平均含量地殼中各元素的平均含量稱為克拉克值。由于沉積作用的復(fù)92元素地球化學(xué)剖析課件93第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布沉積巖中常量元素的含量與組成巖石的主要礦物成分有關(guān)。在沉積巖中豐度最高的元素為Si、Al、Mg、Ca、Na、K，它們常以硅酸鹽，鋁硅酸鹽，碳酸鹽礦物形式存在，這些元素又稱造巖元素。

（1）常量元素的分布（造巖元素）2、元素的分布造巖元素（rockformingelement）指地殼中分布最廣，組成各種巖石的最基本的元素，如硅、鋁、鐵、錳、鎂、鈣、鉀、鈉、鈦、氫、磷等幾種。造巖元素（rockformingelement）地殼和上地幔中分布量最多的7種元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg，合計約占地殼總成份的99.4%，這些元素是地殼中的各類巖石的基本成份，通稱造巖元素。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布94硅：在地殼中分布很廣，它在所有元素豐度分布順序上，僅次于氧占第二位，它也是巖石圈上部最重要的帶陽電荷的元素。從地殼向地核過渡，硅的含量逐漸下降，不能大量集中到地球深處。第二章元素地球化學(xué)二、沉積巖中元素的分布

（1）常量元素的分布（造巖元素）2、元素的分布在風(fēng)化作用中，巖漿巖中的石英溶解度很低，在其他硅酸鹽礦物被破壞或轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩恋V物后，仍可保留在風(fēng)化物的剖面中。長石和云母類礦物表生條件下易轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩恋V物。橄欖石、輝石和角閃石類礦物易于分解。表生帶中的水、氧和碳酸是促使巖漿巖中硅酸鹽礦物分解的主要因素?！猄i硅：在地殼中分布很廣，它在所有元素豐度分布順95天然水中都含一定量的SiO2。河水中最低(2－3)×10-6，最高可達80×10-6，平均值大約是13×10-6。湖水中(2－10)×10-6，最高可達70×10-6。海洋水中，無論在垂直方向上，還是水平方向上，SiO2的含量變化都很大。海表面，許多地方不到1×10-6；深水中大約為(6－9)×10-6。海水中SiO2的含量受生物的影響很大，因為海水中有大量硅藻、放射蟲、含硅質(zhì)海綿和珊瑚等，在它們活著時，從海水中吸收SiO2，當它們死亡后遺體分解SiO2又回到海水中。

地下水和熱泉中SiO2含量變化很大，與含水層巖石性質(zhì)有關(guān)。如灰?guī)r層水中SiO2含量很低，熱泉中可達529×10-6。碎屑沉積物中的砂巖和礫巖。SiO2含量在65％－95％間。有些石英砂巖幾乎是純的SiO2(99.99％)，雜質(zhì)極少，有重要的經(jīng)濟意義。

化學(xué)成因的巖石SiO2含量變化更大，如隧石、硅土、硅華，SiO2含量很高，而石灰?guī)r中則含量很低。只是有硅質(zhì)條帶的灰?guī)r例外。

第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Si天然水中都含一定量的SiO2。河水中最低(296

鋁：主要以鋁硅酸鹽礦物（長石、輝石、角閃石、云母等）的形式出現(xiàn)，風(fēng)化作用下都可以轉(zhuǎn)變成粘土礦物，主要的粘土礦物有伊利石、高嶺石和蒙脫石，含鋁量分別為13.5％、21％和11％。在酸性條件下，主要形成高嶺石，在堿性條件下主要形成蒙脫石。

第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Al鋁：主要以鋁硅酸鹽礦物（長石、輝石、角閃石、97高嶺石單體六方板狀，集合體書冊狀、蠕蟲狀單體六方板狀，集合體書冊狀、蠕蟲狀高嶺石單體六方板狀，集合體書冊狀、蠕蟲狀單體六方板狀，集合體98蒙脫石：單體絮狀，集合體菜花狀蒙脫石：單體絮狀，集合體菜花狀99伊利石：單體片狀伊利石：單體片狀100綠泥石：單體針葉片狀，集合體格架狀綠泥石：單體針葉片狀，集合體格架狀101第二章元素地球化學(xué)

（1）常量元素的分布（造巖元素）——Al沉積巖中鋁的分布不均衡。真正的殘余沉積物中鋁含量很低。例如石英巖中鋁平均含量為0.7％，砂巖為2.5％，石灰石為0.4％。頁巖鋁含量為11％。動植物體內(nèi)部含有鋁，植物的含量高于動物。已知海洋浮游植物含鋁(38－440)×10-6，海洋褐藻62×10-6，地衣(20－6000)×10-6，真菌(30－350)×10-6，細菌210×10-6。高等植物中鋁的含量高于低等植物。鋁在植物中的存在形式還不清楚。

鋁土礦的成因，一部分屬于紅土風(fēng)化殼型，也有一部分是由海相或湖泊沉積而成的。海相沉積鋁土礦往往分布在海、盆地的邊緣地帶，分