第三章：原生环境.ppt

原生环境与元素的分布 第三章 地球科学学院地球化学系 勘查地球化学 地球化学找矿的主要工作步骤 确定采样对象 建立采样方法 样品前处理 样品测试 数据处理与制图 异常解释与评价 异常查证 本章内容 一 地球化学旋回与元素分布二 元素的共生组合三 地壳元素丰度及其应用 一 地球化学旋回与元素分布 地球化学旋回常量组分分布特征微量元素分布特征表生作用中元素的分布特征 内生作用 元素的一生 一次轮回 岩浆 结晶 火成岩 分化搬运 土壤 沉积物 成岩作用 沉积岩 变质岩 变质作用 熔融 常量元素 能形成独立矿物相 其分配受相律的控制 遵循化学计量法则 微量元素 在自然体系中浓度极低 往往不能形成以本身为主要成分的独立矿物 因此 微量元素的分配不受相律和化学计量的限制 而服从稀溶液定律 即分配达到平衡时 元素在各相之间的化学位相等 常量组分分布特征 地壳 地幔 易熔组分长英质浅色矿物 难熔组分铁镁暗色矿物 微量元素分布特征 微观 受元素类质同象置换条件制约宏观 受元素分配系数制约 以某种统计规律反映富集贫化趋势 自然界的矿物一般都不是按某种化学式所组成的纯净的化合物 而往往混有杂质 这种杂质按其聚集和赋存状态可分为五种状态 机械分散物 固相 流体相 是成分不同于主矿物的细小独立矿物或固熔体分离结构 吸附相杂质 不参加主矿物晶格 在矿物表面 裂隙面等呈吸附状态 超显微非结构混入物 0 001mm 它不占主矿物晶格位置 但又不能形成可以进行矿物学研究的颗粒 其成分和性质不清 与有机质结合的形式 金属有机化合物 金属有机络合物 有机胶体吸附 类质同像 以原子 离子 络离子或分子为单位取代矿物晶格构造位置中的相应质点 例如 Zn2 0 83 与Mg2 0 78 Fe2 0 83 离子性质很相似 按戈氏法则能进入铁镁硅酸盐晶格 在硅酸盐熔体中往往形成ZnSiO4 硅锌矿 Zn4 Si2O7 OH 2 2H2O 异极矿 常见造岩矿物中类质同象混入物微量元素含量表 地壳 地幔 离心 向心 KD 1 相容元素KD 1 不相容元素 分配系数 晶体中浓度分数 熔体中浓度分数 地幔部分熔融形成岩浆 下地壳岩石在增温增压 特别是在含有一定水时可以重熔成岩浆 每次重熔 不相容元素和相容元素都产生一次分离 从而使晚期的岩浆较早期的岩浆更富集不相容元素 我国华南不同时期花岗岩中元素含量特征 一种倾向是选择与自身晶体化学性质相似的造岩元素以类质同像代换方式进入它们的晶格 呈分散状态 称 晶体化学分散 另一种倾向是那些与造岩元素差别大的微量元素不利于类质同像代换 而在残余熔体中聚积 在某一阶段形成独立矿物 副矿物 或转入到岩浆期后热水溶液中富集成矿 称 残余富集 微量元素地球化学行为 例 碱性岩体Be丰度7 9 10 6 酸性花岗岩岩体Be丰度3 5 10 6 在酸性花岗岩中的伟晶岩脉中 形成 Be3Al2Si6O18 绿柱石 为什么呢 首先从Be2 的地球化学性质来分析 Be2 R2 0 35 电负性1 5 离子电位 5 71 属两性元素 在硅酸熔体中 与Be2 最接近的常量元素是Si4 是以 BeO4 6 的形式对 SiO4 4 进行代换 实行这种代换需要具备两个条件 第一 介质呈碱性 Be2 两性元素 介质必须在碱性条件下才能以酸根的形式存在 第二 具有高价阳离子 以补偿 BeO4 6 的类质同像代换 SiO4 4 时 电价和能量的差异 其次 分析一下碱性岩浆的条件 富Na 富K 介质是碱性 Be2 呈铍酸根的形式 BeO4 6 同时岩浆中具有较丰富的高价阳离子 Ti4 Zr4 REE3 等 碱性岩浆的这种条件有利于Be的类质同像代换 在长石中 BeO4 6 REE3 SiO4 4 Na K 在辉石中 BeO4 6 Ti4 SiO4 4 Mg2 这样 在碱性岩岩浆中Be大量进入造岩矿物晶格而分散在岩石中 不利于Be的富集 虽碱性岩中Be丰度很高 但不能集中成矿 最后 看一看酸性岩浆中的条件 富Si介质呈酸性 Be2 呈BeO Be2 形式 这样 不具备与 SiO4 4 类质同像代换的条件 Be无法进入造岩矿物晶格 为此 Be元素大量集中在残余熔浆中 最后在富含挥发份的花岗伟晶熔浆中成矿 通过这个例子的剖析 清楚地反映了Be在不同的介质环境中分散和富集的倾向 二 元素的共生组合 自然界元素结合分两种 同种或性质相似元素结合 非极性键 一般形成共价键 异种元素结合 极性键 一般形成离子键 元素的地球化学亲和性 所谓地球化学亲和性 主要指阳离子在自然体系中趋向同某种阴离子化合的倾向 元素的地球化学亲和性的原因 元素本身性质 结构 元素结合的物理化学条件 宏观上 元素化合反应的能量效应 戈德斯密特 亲铁元素亲硫元素亲氧元素亲气元素亲生物元素 元素在自然界以金属状态产出的一种倾向 铁具有这种倾向 在自然界中 特别是O S丰度低的情况下 一些元素往往以自然金属状态存在 常常与铁共生 称之为亲铁元素 基本特征 不易与其他元素结合 因为它们的价电子不易丢失 具有较高电离能 亲铁性 亲氧性和亲硫性 亲石性和亲铜性 地壳内易于获得电子 成为阴离子 而与其他元素结合 丰度最高的为氧 其次是硫 硫的电负性小于氧 XsRoo 这样 硫的外电子联系较弱 导致硫受极化程度要比氧大得多 为此 硫倾向形成共价键 或配价键的给予体 氧倾向形成离子键 或部分共价键 与硫形成高度共价键的元素 称亲硫元素 具亲硫性 与氧形成高度离子键的元素称亲氧元素 具亲氧性 亲气元素 易挥发 主要集中在气体中亲生物元素 富集于有机体中的元素 化学反应制动原理当阴离子不足时 在自然体系中各阳离子将按亲和性强弱与阴离子反应 亲和性强的阳离子将抑制亲和性弱的化学反应 这是自然界的竞争机制 例子 在地壳中某体系内 阴离子 S2 不足 地壳中Fe的丰度比Mn高出两个数量级 由于Fe的亲硫性比Mn强 因此在这样的环境下 只能产生Fe的硫化物和Mn的氧化物 硅酸盐 共生现象 绝对不会发生硫锰矿和铁的氧化物共生的现象 这就是化学反应抑制原理在起作用 元素的共生组合特征 1 深成岩 2 沉积岩 K RbCa SrAl GaZr HfSi GeNb TaTREEPt Ru Rh Pd Os Ir 3 内生 外生环境中的一般共生关系 4 常见矿石中元素的共生关系 一般硫化物矿石Cu Pb Zn Ag Au As Hg Sb Se Te Mo Co Ni U V Bi CdS SeZn CdRb Tl斑岩铜矿矿石Cu Mo Au Re Te低温矿石Hg Sb As Bi多金属矿石Pb Zn Ag Cd BaSK岩型矿石Zn Pb Cu Ba F Sr贵金属矿石A 深成 Au Ag Cu Co As贵金属矿石B 低温 Au Ag Hf As Sb Te喷气成因矿石Hg Sb As Se 寻找未知矿 确定指示元素异常解释与评价确定矿化类型已知矿区 开发副产品 元素共生组合对找矿的意义 三 地壳元素的丰度及其应用 地壳元素丰度指地壳中化学元素的平均含量 又叫克拉克值 地壳元素的丰度在应用地球化学研究中的应用 1 衡量研究区化学元素富集或贫化的程度 从区域环境分析 扬子陆块是 的地球化学省 华北陆块是 的地球化学省 因为他们上地幔成矿元素扬子富Cu 华北富Au Fe 见下表 中国地方性甲状腺分布图 2 作为选择分析方法灵敏度的依据3 判断特殊地球化学过程4 作为矿产资源评价预测的基本资料 地球化学储量 地球化学系统中元素的总质量资源 地球化学储量中能被开采利用的部分矿产储量 资源中被探明的部分矿化度 资源量 地球化学储量 成矿元素的浓集系数 相对丰度 浓度克拉克值 化学元素在某一