第二章-地球的化学组成省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件

第二章地球化学组成本章内容基本概念大陆地壳化学组成大洋地壳化学组成地幔化学组成地球化学组成小结及思索题1/150第0节、基本概念地球化学体系分布和丰度分布与分配绝对含量和相对含量研究元素丰度意义2/1501.地球化学体系

按照地球化学观点，我们把所要研究对象看作是一个地球化学体系，每个地球化学体系都有一定空间，都处于特定物理化学状态（C、T、P等），而且有一定时间连续。

这个体系可大可小。某个矿物包裹体，某矿物、某岩石可看作一个地球化学体系，某个地层、岩体、矿床（某个流域、某个城市）也是一个地球化学体系，从更大范围来讲，某一个区域、地壳、地球直至太阳系、整个宇宙都可看作为一个地球化学体系。地球化学基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中分布（丰度）、分配问题，也就是地球化学体系中“量”研究。3/1502、分布与丰度

“丰度”即元素在一个体系中相对含量，又称为元素在体系中“分布”。丰度值只反应元素在体系中分布趋近倾向（平均值）。实际上，元素在体系空间上分布是不均一，在较大体系中这一特征往往更显著。所以，分布还应反应元素在体系中离散程度。

3、分布与分配关系：分布→整体，分配→局部.

分布:是指元素在研究体系中（太阳、陨石、地球、地壳、地域等）总体平均含量。分配:指是元素在研究体系中各部分或各区段中含量。4/150需要指出是，从当前情况来看，地球化学对元素特征所积累资料（包含太阳系地球地壳）都仅限于丰度资料，关于元素分布离散程度及元素分布统计特征研究，仅限于少许范围不大地球化学体系内做一些工作。5/1504.绝对含量和相对含量绝对含量单位相对含量单位T吨％百分之×10-2kg千克‰千分之×10-3g克

mg毫克ppm、mg/kg、μg/g、g/T百万分之×10-6μg微克ppb、μg/kg十亿分之×10-9ng纳克ppt、ng/kg万亿分之×10-12pg皮克

pg/kg

×10-156/1505.研究元素丰度意义

①元素丰度是每一个地球化学体系基本数据。可在同一或不一样体系中进行用元素含量值来进行比较，经过纵向（时间）、横向（空间）上比较，了解元素动态情况，从而建立起元素集中、分散、迁移活动等一些地球化学概念。人类史在探索和了解丰度这一课题过程中，逐步建立起近代地球化学。

7/150时间尺度：Ir元素丰度在K/E界限上突变，意味着什么？空间尺度：在世界各地K/E界面上Ir元素丰度亦有相同变异，这示踪着什么？

18O,13C

突变Ir(×10-9)西班牙BarrancodelGrederoK/E剖面Ir丰度改变稳定同位素分馏8/150②研究元素丰度是研究地球化学基础理论问题主要素材之一。宇宙天体是怎样起源？地球又是怎样形成？地壳中主要元素为何与地幔中不一样？生命是怎么产生和演化？…………这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度、分布特征和规律。9/150第二章地球化学组成厚度(km)体积(1027cm3)密度(g/cm3)质量(1024kg)质量百分比(%)大气圈0.0000050.00009水圈3.80.001371.030.001410.024地壳170.0082.80.0240.4地幔28830.8994.54.01667.2地核34710.17511.01.93632.4整体地球63711.0835.525.976100地球各个圈层厚度、体积、密度和质量分布（White，1997）10/150第一节、大陆地壳化学组成大陆上地壳化学组成大陆深部地壳化学组成大陆整体地壳化学组成大陆地壳元素丰度特征及研究意义11/150大陆地壳-TheContinentalCrust大陆地壳化学组成是认识地球分异演化及其动力学过程基本资料，是人类认识地球起点，所以大陆地壳化学组成研究一直是地球化学学科中心问题之一。12/150大陆地壳元素丰度研究历史F.M.Clarke,1889F.M.ClarkeandH.S.Washington,1924V.M.Goldschmidt,1933,whoisregardedasthefatherofmoderngeochemistry.S.R.Taylor,1964D.M.Shaw,1967S.R.TaylorandS.M.McLennan,1985K.H.Wedepohl,1992

13/150地壳为地表向下到莫霍面，厚度改变在5-80km。大陆地壳（Thecontinentalcrust）上部硅铝层，由沉积岩层和花岗岩、片麻岩等组成，富Si、K、Rb、Th、U等元素下部硅镁层，相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩相岩石。14/150FigureT-Pdiagramshowingthegenerallyacceptedlimitsofthevariousfacies.Boundariesareapproximateandgradational.The“typical”oraveragecontinentalgeothermisfromBrownandMussett(1993),Winter().UppercrustMiddleCrustLowerCrust15/150大陆地壳结构和组成极度不均一性16/150研究方法化学组成存在问题一、大陆上地壳化学组成17/150TwoMajorMethods1、区域大规模取样法（Large-scaleregionalsampling）

2、简化取巧研究法（细粒碎屑沉积物法，Usingfine-grainedclasticsediments）

（一）大陆上地壳组成研究方法18/150

1、区域大规模取样法19/150早期克拉克计算法美国人F.W.Clarke和H.S.Washington于1924年发表地球化学资料中计算出来，后人将元素在地壳中丰度称克拉克值。思绪：地壳上部16公里范围内（最高山脉和最深海洋深度靠近16公里）分布着岩浆岩和变质岩占95%，沉积岩占5％（4%页岩，0.75%砂岩，0.25%灰岩），而这5%沉积岩也是岩浆岩派生，所以认为岩浆岩平均化学成份实际上能够代表地壳平均化学成份

20/150详细方法在世界各大洲和大洋岛屿采集了5159个不一样岩浆岩样品和676件沉积岩样品对53种元素进行了定量化学分析样品数量相当于这些样品在地球表面分布面积百分比，以岩石圈-水圈-大气圈质量比为93%-7%-0.03%计算时用算术平均求出整个地壳平均值。

此工作重大意义：开创性，为地球化学发展打下了良好基础；代表陆地域域岩石圈成份，其数据至今仍有参考价值。21/150加拿大地盾大规模取样Shaw、Eade和Fahring等人分析了大量样品，用了近时间（自上世纪60年代起）研究了加拿大地盾上地壳51种元素丰度。22/150中国东部大规模取样

高山和张本仁等、焉明才和迟清华先后用了十余年时间，采集了中国东部不一样结构单元上万件岩石样品，由这些样品制成千余件组合样品，用13种方法分析了这些组合样品中63~78种元素含量，然后按各类岩石在区域不一样结构层可能占百分比，计算了中国东部不一样结构单元上、中、下地壳及整体地壳元素丰度。23/15024/15025/150研究大陆上地壳成份最直接伎俩获取主量元素唯一伎俩成本昂贵、耗时长大规模取样法优缺点26/150

2、简化取巧研究法（对细粒碎屑沉积岩进行研究）维诺格拉多夫（1962）岩石百分比法是以两份酸性岩加一份基性岩计算地壳平均化学成份。泰勒（1964）则采取一份花岗岩加一份基性岩计算了全部地壳成份。

不足：未考虑岩石组成随深度和结构单元改变，这些方法局限于20世纪70年代研究中。27/150Shale(页岩)Mudstone(泥岩)Siltstone(粉砂岩)Graywacke(杂砂岩)Tillite(冰碛岩)Loess(黄土)……对细粒碎屑沉积岩进行研究28/15029/150Goldschmidt采集了挪威南部冰川成因粘土（77个样），用其成份代表地壳平均化学成份，结果与克拉克相同，但对微量元素丰度做了大量补充和修订，Na2O和CaO含量偏低（与表生条件下Na和Ca轻易淋滤沉淀相关）。泰勒和麦克伦南（Taylor&McLennan,1985）提出细粒碎屑沉积岩，尤其是泥质岩，可作为源岩出露区上地壳岩石天然混合样品，用太古宙后页岩平均值扣除20%计算上部陆壳元素丰度。

澳大利亚后太古宙平均页岩（PAAS）北美平均页岩（NASC）30/150细粒碎屑沉积岩法优缺点简单且廉价；能够提供不一样地质历史时期上地壳化学组成；不能给出大陆上地壳主量元素丰度，对微量元素也仅限于对REE、Y、Th、Sc、Co等较低不溶元素或中等程度不溶元素测定。31/150

MostelementsareMobileduringGeologicalProcesses风化过程Ca、Na、Sr丢失K、Rb、Cs、Ba保留.Al、Ga、HSFE(Ti、Zr、Hf、Ta、Th)和REE、Y、Sc是不活动32/150侵蚀与搬运过程Thesand-sizeeffect.Quartzandheavyminerals(锆石,金红石,磁铁矿,铬铁矿)areenrichedinsandstone.33/150成岩作用很多元素对氧化还原条件很敏感Fe、Mn在缺氧条件下会倾向形成易溶组分Fe、Cu、Mo、Pb、Zn、V、Ni、S、C经常在一些缺氧沉积物中，因为它们倾向形成硫化物U也喜好在一些缺氧沉积物中34/150变质作用Li和Pb可能会增加大多数元素和尤其是REE、Y、Th、HFSE、Cr、Sc是不活动35/150Quantitativelytransferredintofine-grainedclasticsedimentsInsolubleelementsTiGroupTi,Zr,Hf,Nb,Ta,Sn,CrAlGroupAl,GaREEGroupREE,Y,Th,Sc,Co,FeGroupFe,MnCuGroupCu,Pb,ZnHeavymineralsLittledispersioninigneousrocksRedoxsensitiveSulphides36/150大陆上地壳和细粒碎屑沉积岩含有完全相同REE配分模式。37/150大陆上地壳一些元素固定比值特征38/15039/150中国地质大学（武汉）高山资料40/150（二）大陆上地壳化学组成主量元素：大规模取样法微量元素：大规模取样法细粒碎屑沉积岩采样采取元素比值（REE）对其它元素进行估算41/150

Taylor&McLennanShawetal.WedepohlCondieGaoetal.Rudnick&Gao

19851967199519931998SiO26664.9364.9366.2165.4665.84TiO20.50.520.520.550.650.60Al2O315.214.6314.6314.9613.6514.31FeOT4.503.973.974.705.134.92MnO0.070.0680.070.10.10MgO2.22.242.242.422.522.47CaO4.24.124.123.63.313.46Na2O3.93.463.463.512.753.13K2O3.43.13.12.732.582.66H2O0.790.792.112.11P2O50.20.150.150.120.150.14Total100.1797.9897.9898.8098.4199.71大陆上地壳主要元素各种预计42/150Uppercrustalcompositionalestimates

(TaylorandMcLennan,1985)43/150（三）大陆上地壳化学组成研究中存在问题不少微量元素在上地壳中丰度还不清楚研究程度低不一样研究结果差异大过渡元素Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu等在加拿大地盾与中国东部上地壳预计值差异大。原因：加拿大地盾没有考虑上地壳组成差异、且出露角闪岩为主（代表中地壳）其它疑难元素Be、B、S、Cl、As、Se、Nb、Mo、Sn、Sb、Cs、Ba、Ta、W、Re、Tl、Hg、Bi、U、PGE：分析难、难溶44/150研究方法大陆中地壳成份大陆下地壳成份二、大陆深部地壳化学组成45/150（一）研究方法主要路径：暴露地表深部地壳剖面（exposedcrustalcross–section)火山岩中深部地壳包体（角闪岩和麻粒岩）地球物理法：利用勘探获取地震波速与岩石化学组成之间对应关系进行反演46/150Crustalstructurebasedondeepcrusalxenoliths

(Mengeletal.,1992)47/15048/150出露地表大陆地壳剖面普通模式Percivaletal，1992

49/150地震波速150MPa下侵入岩Vp随成份改变

(FountainandChristensen,1989)纵波(Vp)固液气中均可传输，速度快横波(Vs)只能在固体中传输，速度慢泊松比(

)横向变形系数=0.5{1–1/[(Vp/Vs)2–1]}50/150橄榄岩榴辉岩辉长岩铁镁质麻粒岩51/150(RudnickandFountain,1995)52/150（一）研究方法存在问题：出露地表麻粒岩地体与产于火山岩中麻粒岩包体在形成条件和成份上存在重大差异下地壳不一样尺度上成份不均一地球物理对深部探测是间接，其解释是非唯一53/150麻粒岩包体和麻粒岩地体差异麻粒岩地体麻粒岩包体时代太古－元古宙后太古宙压力700-1000MPa1000-1500MPa深度25-35km35-50km岩性中性和长英质为主镁铁质－超镁铁质为主

SiO255-75%40-55%原因：一、代表地壳不一样层次：麻粒岩地体代表下地壳中上部，麻粒岩包体代表地壳底部至壳幔过渡带。二、地壳成份和地壳生长机制随时间演化。54/1501、蛇纹岩2、石英岩3、花岗岩4、花岗闪长岩5、角闪岩相长英质片麻岩6、石英云母片岩7、绿片岩相变辉长岩8、辉长岩9、斜长角闪岩1、长英质角闪片麻岩2、长英质片麻岩3、中性麻粒岩4、斜长岩5、镁铁质麻粒岩6、斜长角闪岩7、麻粒岩相变泥质岩8、辉石岩9、榴辉岩10、纯橄榄岩/二辉橄榄岩Holbrooketal.(1992)55/150（二）大陆中地壳成份含有花岗闪长—云英闪长质总体成份SiO2和K2O低于上地壳，MgO、FeO和CaO高于上地壳REE分配模式仅显示弱负Eu异常或没有Eu异常56/150（三）大陆下地壳成份相对于上地壳，下地壳显著亏损K和U，不具Eu异常或具Eu正异常AfterRudnickandGao,57/150大陆地壳总体是安山质或花岗闪长质，SiO2含量范围为57-63%三、大陆整体地壳化学组成58/150具显著亏损Nb、Ta等高场强元素和富集Pb为特征。这一特征类似许多岛弧岩石，说明现今大陆地壳可能主体形成于岛弧环境。59/150从上地壳至下地壳随SiO2含量逐步降低，不相容元素含量亦逐步降低，相容元素含量逐步升高。大陆地壳储存了全硅酸盐地球大部分不相容元素（33%-35%Rb,Ba,K,Pb,Th,U）。60/150四、地壳元素丰度特征及研究意义元素丰度特征研究意义区域元素丰度研究61/150

1.

地壳中元素相对平均含量是极不均一，丰度最大元素是O：47%，与丰度最小元素Rn6x10-16相差达1017倍。相差十分悬殊。前九种元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti前五种:82.58%前九种:98.13%前十五种元素占99.61%，其余元素仅占0.39%

这表明：地壳中只有少数元素在数量上起决定作用，而大部分元素居隶属地位。（一）地壳元素丰度特征62/150（一）地壳元素丰度特征2.对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发觉，它们在元素丰度排序上有很大不一样：

太阳系：

H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S

地球：

Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na

地壳：

O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H

与太阳系或宇宙相比，地壳和地球都显著地贫H,He,Ne,N等气体元素；而地壳与整个地球相比，则显著贫Fe和Mg，同时富集Al,K和Na。63/150分析结论：地壳中元素丰度特征是由元素起源直到太阳系、地球（地壳）形成和存在至今这一段漫长时期内元素演化历史最终止果。地球形成气态元素逃逸核化学地球演化易熔碱金属铝硅酸盐在地球表层富集，而较重难熔镁、铁硅酸盐和金属铁则向深部集中电子化学元素原子核结构和稳定性物质分异64/150

3.地壳中元素丰度不是固定不变，它是不停改变开放体系。①地球表层H、He等气体元素逐步脱离地球重力场；②天天降落到地球表层地外物质102~105吨；③地壳与地幔物质交换；④放射性元素衰变；⑤人为活动干扰。（一）地壳元素丰度特征65/150（一）地壳元素丰度特征4.地壳元素分布不均一性。空间上分布不均一性时间上地壳元素分布不均一性66/150①空间上分布不均一性

垂向深度（陆壳）：上下地壳元素丰度不均匀性：上地壳：0-8~12km

偏酸性火成岩、沉积岩；下地壳：8~12km-莫霍面麻粒岩、玄武岩。

Ri=上地壳元素丰度/下地壳元素丰度：Ri约等于1:Ca,Si,Zr,Nd,Pb等；Ri<1:Mg,Cu,V,Fe,Ni,Cr,Ag,Co,Sr等；

Ri>1:Cl,C,Cs,K,Rb,U,Th,Bi,Tl,Nb等。反应了地壳物质在分异调整过程中宏观趋势。

67/150

横向分布：大陆地壳和海洋地壳不均一性

洋壳：占地球表面60%

以上，厚5-16km，它们化学成份与地幔物质相同，以镁、铁硅酸盐为主，主要分布着Cr,Fe,Ni,Pt等亲铁元素。

陆壳：占地球表面30%，厚30-50km，它们化学成份由铝、钾硅酸盐组成，主要分布着亲氧及亲硫元素W，Sn，Mo,Cu,Pb,Zn,Ag等。

陆壳内：板块间、区域间、地质体间、岩石间、矿物间元素分布不均一性。68/150②时间上地壳元素分布不均一性伴随地质历史发展，元素活动与分布有着显著规律性。

地史早期：一些稳定元素在地史早期富集。

Au元素：主要产在前寒武纪；

Fe元素:主要产在前寒武纪元古代（前寒武纪变质铁矿占世界铁矿储量60%）。

地史晚期：一些活泼不稳定元素向着地史晚期富集。

Sn,Nb,Ta和W等元素：钨成矿作用高峰期在中生代（燕山期）。69/150世界部分大陆（北美、南非、印度）不一样地史时期成矿元素改变规律:

前寒武纪：

Pt,Fe,Ni,Co,Au,U(占这些元素储量50%以上);

古生代:

U,Pb,Co,Ni,Pt,其次为W,Sn,Mo,Pb,Zn,Hg等;

中生代:

W,Sn,Ag,Sb等;

新生代:

Hg,Mo,Cu,Pb,Zn等。以上是从地质历史大时间跨度上来说是这么，就是从某一时期内元素在时间上分布也是不均匀。70/150

（二）元素地壳丰度研究地球化学意义

元素地壳丰度(克拉克值)是地球化学中一个很主要基础数据。它确定了地壳中各种地球化学作用过程总背景，它是衡量元素集中、分散及其程度标尺，本身也是影响元素地球化学行为主要原因。

71/150

①元素克拉克值在某种程度上影响元素参加化学过程浓度，从而支配元素地球化学行为。比如，地壳元素丰度高K、Na，在天然水中高浓度，在一些特殊环境中，发生过饱和作用而形成各种独立矿物（盐类矿床）；而地壳元素丰度低Rb、Cs，在天然水中极低浓度，达不到饱和浓度，为此不能形成各种独立矿物而呈分散状态。1.控制元素地球化学行为72/150

试验室条件下，化合成数十万种化合物。自然界中却只有3000各种矿物。②限定自然界矿物种类及种属73/150问题：

为何酸性岩浆岩造岩矿物总是长石、石英、云母、角闪石为主？因为地壳中O,Si,Al,Fe,K,Na,Ca等元素丰度最高，浓度大，轻易到达形成独立矿物条件。自然界浓度低元素极难形成独立矿物，如硒酸锂(Li2SeO4)和硒酸铷(Rb2SeO4)；但也有例外，“Be”元素地壳丰度很低(1.7×10-6)，不过它能够形成独立矿物Be3Al2Si6O18(绿柱石)。74/150自然界常见矿物钠长石石英云母角闪石75/150

③限制了自然体系状态试验室条件下能够对体系赋予不一样物理化学状态，而自然界体系状态受到限制，其中一个主要原因就是元素丰度影响。比如，酸碱度pH值在自然界改变范围比在试验室要窄很多，氧化还原电位也是如此。

④对元素亲氧性和亲硫性限定在试验室条件下，化合物组成剂量能够任意调配。在自然条件下，情况就不一样了：在地壳O丰度高，S丰度低环境下，Ca元素显然是亲氧；在地幔，陨石缺O富S环境，能形成CaS(褐硫钙石)。76/150

2.可作为微量元素集中、分散标尺①可认为说明地球化学省(场)特征提供标准。

例如在东秦岭地区进行区域地球化学研究表明：东秦岭是一个富Mo贫Cu地球化学省，Mo元素区域丰度比地壳克拉克值高2.3倍，而Cu元素则低于地壳克拉克值，这么区域地球化学背景，有利于形成Mo成矿带。

77/150资源：Mo地壳丰度1×10-6，东秦岭Mo区域丰度2.3×10-6Mo地球化学省。78/150环境：克山病病区中土壤有效Se、饮水Se含量、主食中Se含量普遍低于地壳背景，造成人体Se低水平。

79/150一些元素克拉克比值是相对稳定，当发觉这些元素比值发生了改变，示踪着某种地球化学过程发生。比如稀土元素比值、Th/U（3.3-3.5）、K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta在地壳环境下，性质相同，难以彼此分离，有相对稳定比值。一旦某地域、某地质体中某元素组比值偏离了地壳正常比值，示踪着某种过程发生。

Th/U<2则可认为本区存在铀矿化，Th/U>8-10则可认为本区发生了钍矿化。

②指示特征地球化学过程80/150

实例：东秦岭钼矿带各期岩浆岩中钼元素丰度改变

前加里东期基性火山岩（变质为斜长角闪岩）安山岩、安山玢岩

加里东期辉绿岩、辉长辉绿岩燕山期

花岗闪长岩、花岗斑岩、石英斑岩（深源）2.5ppm-5ppm早基性Mo少4-7ppm十几－几十ppm晚酸性Mo多

81/150③浓度克拉克值和浓集系数浓度克拉克值

=某元素在某一地质体中平均含量/某元素克拉克值

＞1意味该元素在地质体中集中了

＜1意味该元素在地质体中分散了

区域浓度克拉克值=某元素在区域内某一地质体中平均含量/某区域元素丰度值

浓集系数

=某元素最低可采品位/某元素克拉克值,反应了元素在地壳中倾向于集中能力。Sb和Hg浓集系数分别为25000和14000，Fe浓集系数为6，这说明Fe成矿时只要克拉克值富集6倍即可。82/150

3.地壳丰度对地壳能源限制

地壳能源有两个主要起源，一个是太阳能，另外一个是放射性元素衰变能。放射性衰变能是由放射性元素（K、U、Th）类型和数量所决定。比如，地球经过45亿年演化，235U已衰变95％，238U已衰变掉50%左右，而232Th仅消耗了其总量20％，周而复始，为地球提供能量。83/1504、大陆地壳组成对壳幔交换作用指示地幔橄榄岩产生原始岩浆是玄武质（基性）大陆地壳增生经过地幔熔融形成玄武质熔体添加而实现现今大陆地壳整体却是安山质（中性）英云闪长—奥长花岗—花岗闪长质（TTG）侵入岩成因84/150Evidence？85/150（三）详细区域元素丰度研究元素在太阳系、地壳中丰度是地球化学研究基础数据，不过我们普通都是在某个详细区域内工作，所以更关心是详细工作区域内元素分布规律。当我们想研究某地质体中元素是相对富集还是相对贫化了，拿什么做标准呢？只有与详细区域内元素区域丰度来进行比较会更有实际意义，而与地壳丰度对照，只能得到普通概念。为此，区域元素分布研究是区域地球化学研究一项基础工作。86/1501.区域元素研究意义它是决定区域地壳（岩石圈）体系物源、物理化学特征主要基础数据；为研究各类地质地球化学作用、分析区域结构演化历史及区域成矿规律提供主要基础资料；

为研究区域生态环境，为工业、农业、畜牧业、医疗保健等事业提供主要信息。87/1502.区域元素分布研究思绪①区域范围确实定——靶区选择

②研究元素空间上分布规律③研究元素在时间上分布规律④研究元素分布特征原因88/1502.区域元素分布研究思绪

①区域范围确实定——靶区选择

依据工作任务和区域特征来选择工作范围。

区域找矿：应该尽可能与结构单元中成矿区、带结合起来，因为一定结构环境中成矿带往往与一定地球化学过程相联络，某个特定地球化学必定含有一些特色元素分布。比如长江中下游Cu、Fe成矿带。

原生环境：某流域水系沉积物中元素高值区与该流域源区原岩化学组成及元素本身地球化学性质等原因相关。

89/150沿长江流域冲积成因土壤镉元素高值带图90/150②研究元素空间上分布规律

在区域内采集不一样时代和不一样岩石（土壤）类型样品，对所获样品进行测试分析，然后按照各类岩石在区域内所占百分比，求出该区域（表壳）元素丰度。为了要了解元素空间分布规律（普通是二维平面）就需要样品在空间上有一定密度展布。如沿江镉地球化学图（上图），就是每平方公里采集一个土壤样品(在采样点附近用梅花状5点采样组合成一个样），再经过计算机成图展示出镉元素空间分布趋势（上图）。

91/150③研究元素在时间上分布规律

我们以沿江镉分布为例。当代沿江冲积物镉含量较高，那么历史上又怎样呢？从表中我们能够看到，近70-80年以来长江冲积物中镉含量比早期沉积物高2-3倍。92/150④研究元素分布特征原因一个地域元素分布现实状况是整个地质历史过程中元素活动展示情况，是各种地质、地球化学作用综合结果，而每一个主要地质地球化学过程，元素活动必定有其特定组合和强度。所以，在元素时空分布资料中，蕴含着丰富地球化学信息。比如：沿长江（汉江）冲积成因土壤中镉是从哪里来？为何样会形成高值带？93/150研究区

Al2O3

Fe2O3MgOCaO

MgO+CaO

MgO/CaO

Na2O

K2O

Na2O/K2O

Cd

长江(26)

14.3

6.36

2.523.67

6.19

0.69

1.06

2.65

0.40

0.33汉江(27)

17.9

8.52

2.210.99

3.21

2.22

0.80

2.92

0.27

0.27研究区

Zn

Pb

Zn/Pb

As

Sb

As/Sb

Mo

Cr

Ni

Cr/Ni

F

pH

长江(26)10536.3

2.911.50.8114.2

0.81

9439.82.366808.02汉江(27)12732.0

4.018.21.2614.4

1.2611153.62.078766.8例1长江、汉江冲积成因土壤化学组成特征氧化物：％，其余：mg/kg；括号内为样品数94/150

结论1：用CaO+MgO

对pH作图，Fe2O3对Cr+Ni作图，Cr+Ni对Mo作图，由图可见，长江与汉江冲积成因土壤化学组成含有显著差异。95/15096/150两江汇水域表壳岩石化学组成特征

作为土壤母质沉积物来自各自汇水流域，河流沉积物中化学组成差异受控于各自汇水域表壳岩石化学组成。为此，长江沿江冲积成因土壤化学组成受长江中上游流域——扬子陆块表壳岩系化学组成制约，而汉江冲积成因土壤化学组成则受汉江中上游流域—秦岭造山带表壳岩系化学组成限定。

97/150扬子陆块、秦岭造山带上地壳化学组成化学组成结构单元Fe2O3MgO

CaOAsSbCrNiMoF扬子陆块1.543.827.403.290.2456330.63493秦岭造山带2.213.606.884.060.3182400.70526氧化物：％，其余：mg/kg98/150扬子陆块盖层中一个显著特征是碳酸盐发育，为此风化后沉积物CaO含量高，土壤呈碱性。而秦岭造山带表壳岩系中基性火山岩百分比大，这么，Fe2O3、Cr、Ni丰度偏大，其发育土壤中性偏酸。这些特征都分别被长江、汉江冲积成因灰潮土对应地继承下来了。

结论2:99/150例2：华北地台南缘与秦岭褶皱系北缘界限（豫西段）

森林植被覆盖、区域土壤地球化学测量；

Co,Ni,Cr,V,Ti累加异常南北迥异，为何？

北侧：华北地台，碳酸盐岩南侧：秦岭褶皱系，基性火山岩

界限-异常急变带-黑沟断裂带100/150例3.为何在秦始皇陵上有高Hg气异常？

在西安一带是中华民族发祥地之一，周秦汉唐等十几个王朝建过都，秦始皇墓葬“纳百川，容天地”水银（HgS）→河流，皇亲贵族死后“涂红绘彩”。

地球化学汞气测量来确定墓穴空间位置。101/150第二节、大洋地壳化学组成地壳为地表向下到莫霍面，厚度改变在5-80km，大陆地壳和大洋地壳之间存在显著差异。大陆地壳（Thecontinentalcrust）上部硅铝层，由沉积岩层和花岗岩、片麻岩等组成，富Si、K、Rb、Th、U等元素下部硅镁层，相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩相岩石。大洋地壳（Theoceaniccrust）上部2km为未固结海相沉积物下部为硅镁层（玄武质岩层）第二节、大洋地壳化学组成102/150蛇绿岩套大洋深海钻探（ODP）地球物理勘探获取地震波等参数一、研究大洋地壳路径103/150一、研究大洋地壳路径枕状玄武岩炽热岩浆接触到水后快速冷却而形成席状岩墙由一群玄武岩岩墙组成辉长岩带状或层状，由位于地壳下部岩浆结晶而成橄榄岩来自下地幔并经常蛇纹石化蛇绿岩套(ophiolitesuit)，就是一组由蛇纹石化超镁铁岩、基性侵入杂岩和基性熔岩以及海相沉积物组成岩套。104/150沿着我国雅鲁藏布江分布着一个黑绿、暗绿和紫色一套岩石，它们即为蛇绿岩套。蛇绿岩套同海洋底部岩石非常相同。所以地质学家们把它看作是古海洋地壳残骸。在五千万年以前漫长地质时期里，喜马拉雅地域是分隔欧亚大陆与印度大陆一片汪洋大海，这海叫特提斯海（属于古地中海一部份）。雅鲁藏布江蛇绿岩套就是古特提斯海洋地壳残余碎块，印度板块向北漂移、俯冲时被挤出地表。105/150一、研究大洋地壳路径1957年，美国科学家W.H.蒙克和H.H.赫斯倡议用深海钻孔穿过莫霍面，这就是“莫霍计划”(MOHOLE)。1964年，由美国斯克里普斯海洋研究所等五个单位联合发起组成“地球深层取样联合海洋机构”(JOIDES)，并提出了深海钻探计划，1965年在美国东海岸布莱克海台试钻成功。1968年8月，“格洛玛·挑战者”号首航墨西哥,深海钻探计划正式开始。苏联、联邦德国、法、英、日等国相继加入JOIDES，深海钻探计划进入国际合作新时代，即大洋钻探国际协作阶段（IPOD），又称“国际大洋钻探计划”。106/150107/150科拉超深钻孔是苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界地域所进行一项科学钻探，其中最深一个钻孔达12262米；德国大陆深钻计划项目于1987年9月18日至1989年4月4日完成先导孔（4000米）施工；1990年10月6日至1994年10月12日完成主孔（9101米）施工。中国大陆科学钻探工程1997年6月获国家科技领导小组同意，1999年9月27日获国家计委同意，选址江苏省东海县。12月17日经过国家发展改革委员会和国土资源部组织国家验收。项目由国土资源部负责组织，详细实施任务由中国地质调查局所属中国大陆科学钻探工程中心负担。项目总投资1.76亿元，其中国家安排投资1.3亿元。108/150二、大洋玄武岩类型洋中脊玄武岩MORB洋岛玄武岩OIB正常型N-MORB富集型E-MORB富集地幔Ⅰ型EM-1富集地幔Ⅱ型EM-2HIMU正常型N-MORB富集型E-MORB亏损地幔富集地幔109/150三、大洋地壳化学组成大洋玄武岩Pb亏损（负异常），和Nb富集（正异常）110/150第三节、地幔化学组成地幔为莫霍面以下到~2900km。上地幔：-~410km，主要由致密、刚性Fe-Mg硅酸盐岩组成，即斜长石相-石榴石相橄榄岩。过渡带：介于上下地幔之间，是一个温度相当于岩石熔点可流动塑性层，又称软流层。软流层内随深度改变岩石发生近等化学同质多象转变，橄榄石和辉石发生相变：镁橄榄石(Mg2SiO4，斜方)转变为镁尖晶石（Mg2SiO4，等轴)，其密度对应增加10%。下地幔：-~2900km，物质组成较为均一，矿物成份改变也不大，密度更大。主要由：橄榄石系列（Mg，Fe）SiO4（55%）钛铁矿型固溶体（Mg-Fe）SiO3-（Al，Cr，Fe）AlO3（36%）钙钛矿CaSiO3（6.5%）111/150一、研究地幔组成路径火成岩中地幔橄榄岩包体板块折返过程中暴露到地表橄榄岩地体深海橄榄岩地幔来火山岩和侵入岩人工高温高压试验地球物理勘探获取地震波、密度等参数宇宙地球化学方法112/150一、研究地幔组成路径火成岩中地幔橄榄岩包体板块折返过程中暴露到地表橄榄岩地体深海橄榄岩地幔来火山岩和侵入岩人工高温高压试验地球物理勘探获取地震波、密度等参数宇宙地球化学方法113/150地幔岩石类型1、橄榄岩橄榄石+两种辉石（单斜、斜方）+富铝相（二辉橄榄岩、斜方辉橄岩、纯橄榄岩）2、榴辉岩铁镁（玄武）质，富Na单斜辉石和石榴石3、辉石岩铁镁质-超铁镁质，辉石、富铝相（斜长石、尖晶石、石榴石）4、地幔岩（类似二辉橄榄岩）类似原始地幔，辉石+橄榄石含有上地幔已测出地震波速和弹性114/150地幔矿物组合橄榄石-Olivine(Ol)斜方辉石-Orthopyroxene(Opx)单斜辉石-Clinopyroxene(Cpx)斜长石-Plagioclase(Pl)尖晶石-Spinel(Sp)石榴石-Garnet(Grt)115/150地幔主要岩石化学组成