2019年第八章巖漿作用巖漿起源與演化過(guò)程中元素的活動(dòng)規(guī)律.doc

1、第一節(jié) 巖漿作用巖漿起源與演化過(guò)程中元素的活動(dòng)規(guī)律1巖漿起源與演化地球除地核以外的部分以固態(tài)為主， 因此，巖漿的起源實(shí)質(zhì)上是由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的熔 融過(guò)程，且由于固體地球的熱能有限，巖漿常常是部分熔融的產(chǎn)物。在部分熔融過(guò)程中，新 產(chǎn)生的液相優(yōu)先富集不相容元素，在殘余固相中則相對(duì)富集相容元素。巖漿的類型及其化學(xué)組成，主要受源區(qū)巖石的組成、溫度、壓力、揮發(fā)份和熔融程度等 因素的控制。 大量實(shí)驗(yàn)已證明， 花崗巖類巖漿主要是陸殼巖石部分熔融的產(chǎn)物， 它們不能直 接導(dǎo)源于上地慢； 安山巖漿的產(chǎn)生至今仍是一個(gè)謎， 它們主要產(chǎn)于俯沖帶上， 但是地幅橄欖 巖和洋殼巖石的熔融實(shí)驗(yàn)均不能產(chǎn)生真正的安山巖漿。 實(shí)驗(yàn)研

2、究暗示安山巖巖漿可能包含了 多種作用過(guò)程 （包括各種源區(qū)、分離結(jié)晶、巖漿混合和同化混染等）的相互疊置；玄武巖漿起源于上地慢不同深度和不同熔融程度的橄欖巖， H20 的加入有利于生成 Si02 飽和度大的巖 漿，C02的加入則有利于形成 SiOz飽和度小的巖漿；近年來(lái)，在某些稀少的火成巖起源方面 獲得了重要進(jìn)展，如在含 H20條件下，生成高 MgO和相對(duì)高SiO 2的巖漿壓力較低時(shí)（1.1 1. 6GPa生成高鎂安山巖，壓力較高時(shí)（2. o 一 5. 5GPa生成鉀鎂煌斑巖，在含C02（十HzO）條件下則生成高 MgO但低SiOz的巖漿，如金伯利巖、霞石巖和碳酸巖等。由部分熔融產(chǎn)生的巖漿林原生巖

3、漿。 原生巖漿任上計(jì)還地表現(xiàn)地元伐邰的漢徑干任注要 經(jīng)歷多種變異作用， 如分離結(jié)晶、巖漿不混熔、巖漿混合和同化混染作用等，這是火成巖多 樣性的重要原因。2巖漿熔體結(jié)構(gòu)巖漿是多組分的高溫硅酸鹽熔體。 其成分相當(dāng)復(fù)雜， 周期表上的所有元素在巖漿中幾 乎均存在， 除了主要造巖組分外， 還有種類繁多的微量和稀有元素以及揮發(fā)性組分。 不同類 型巖漿的主要造巖組分是相同的，只是含量比例有所差別，但微量和揮發(fā)性組分差別較大。早期，人們認(rèn)為硅酸鹽熔體是陽(yáng)離子與陰離子的理想混合（離子溶液模型 ），或者是簡(jiǎn)單氧化物的理想混合 （簡(jiǎn)單氧化物理想模型 ）。它們?cè)跉v史上曾經(jīng)起過(guò)一定的積極作用，但 由于這些模型與實(shí)際情況

4、相差太大， 已基本上被據(jù)棄。 當(dāng)前比較公認(rèn)的硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)模型 是聚合模型，其基本內(nèi)容可歸納如下：1）硅酸鹽熔體與硅酸鹽晶體一樣，其最基本的結(jié)構(gòu)單元也是S O四面體。它們通過(guò)橋氧連結(jié)成不同形狀、 大小和復(fù)雜程度的絡(luò)陰離子團(tuán)， 這就是聚合作用。 聚合程度的不同 是熔體結(jié)構(gòu)多樣性的基本原因。從局部（短程 ）來(lái)看，例如在 20 人范圍內(nèi)，熔體結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)非常相似；但從整體 （長(zhǎng)程 ）來(lái)看，熔體不像晶體那樣原子在三維空間內(nèi)連續(xù)地有規(guī)律地 排列，也不像晶體那樣一個(gè)晶體只含有一種結(jié)構(gòu)單元，而是多種結(jié)構(gòu)單元（島、鏈、席、網(wǎng)等）共存于同一熔體中。2）在硅酸鹽熔體中存在著橋氧、 非橋氧和自由氧三種結(jié)構(gòu)狀態(tài)，三

5、種氧結(jié)構(gòu)狀態(tài)的比例和分布，是決定熔體聚合程度的基本因素。橋氧為連接相鄰兩個(gè)Si O四面體的氧，它與兩個(gè)Si ''離子（或其它四次配位陽(yáng)離子）相鄰，表示為 Si O S山非橋氧是連接一個(gè)Sit離子（或其它四次配位陽(yáng)離子）和一個(gè)非四次配位陽(yáng)離子的氧，表示為 Si O M ;自由氧 指與除Si''離子及取代Si''的四次配位陽(yáng)離子以外的金屬陽(yáng)離子相連接的氧，表示為MOM。顯然，熔體中橋氧的比例越高，熔體的聚合程度也越高。3）陽(yáng)離子的種類對(duì)硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)有重大影響。陽(yáng)離子的電負(fù)性和電離勢(shì)直接影響到非橋氧的生成焙和熔體的混合自由能， 影響到三種結(jié)構(gòu)態(tài)氧在

6、熔體中的量比和分布狀態(tài)， 從 而影響熔體的聚合程度。根據(jù)陽(yáng)離子對(duì)聚合作用的貢獻(xiàn)，可將它們分為兩類：（1）成網(wǎng)陽(yáng)離子，在熔體中一般與氧呈四次配位，位于Si（T O四面體中心，起著形成網(wǎng)絡(luò)、增強(qiáng)聚合程度的作用，女口 Si4'、Ti”、一部分 A1 “和Fe”以及在 Al” iSi ''替換中起平衡電荷作用的 Nat、K'等離子；（2）變網(wǎng)陽(yáng)離子，位于 Si（T O四面體之間，與氧呈六次或更高次配位，起 著降低聚合程度的作用，如Fe”、Mn2/、Mg”、Ca'及一部分Al”、Fe”、Nat、K'等。陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)作用很復(fù)雜。這是因?yàn)殛?yáng)離子種類繁多，結(jié)構(gòu)作

7、用各異，相互影響也較大，而且有的陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)作用有兩重性，有的陽(yáng)離子還有價(jià)態(tài)的變化，而不同價(jià)態(tài)的結(jié)構(gòu)作用不同。因此，對(duì)硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)際上主要集中在對(duì)陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)作用的研究上。4）揮發(fā)份對(duì)熔體結(jié)構(gòu)的影響也是巨大的。根據(jù)結(jié)構(gòu)作用的不同，揮發(fā)份可分兩類。 一類以H zO為代表，包括H zS HCI和HF等，它們?nèi)芙庥趲r漿時(shí)破壞橋鍵，降低橋氧的比 例，導(dǎo)致熔體的解聚作用，其直接結(jié)果是大大降低熔體的固相線溫度和熔體的粘度，提高熔體的電導(dǎo)率。另一類以 C02為代表，包括P 20s和SO 2等，它們?nèi)芙庥趲r漿時(shí)破壞非橋鍵， 降低非橋鍵的數(shù)量比，使熔體的聚合程度提高。這兩類揮發(fā)份在巖漿熔體中的結(jié)構(gòu)作用

8、不同， 因而在巖漿過(guò)程中的作用也根本不同。例如，在上地幅橄欖巖發(fā)生部分熔融的過(guò)程中，由于H20和COz在硅酸鹽熔體中的結(jié)構(gòu)作用相反，所產(chǎn)生的巖漿性質(zhì)也截然不同。在富H 20條件下，產(chǎn)生比較富硅的石英拉斑玄武巖漿；而在富C02條件下，產(chǎn)生比較富堿貧硅的巖漿，如堿性玄武巖漿、碧玄巖漿和金伯利巖漿等。3 巖漿演化過(guò)程中元素的活動(dòng)規(guī)律 （1）主要元素的地球化學(xué)行為主要元素包括0、S、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K八種元素，這些元素又稱造巖兀素， 它們共占巖漿質(zhì)量的90%以上， 疋巖兀素。致了巖漿巖的形成，而且制約著微量元素的分散和富集。同其他主要元素的電子層結(jié)構(gòu)相比較，氧是唯一作為陰離子存在于巖漿中

9、的。顯然，氧可以與那些半徑小、電價(jià)高、極化力強(qiáng)、離子電位高的元素（如Si “，有時(shí)A1 ”）呈配位鍵結(jié)合，形成絡(luò)陰離子，即 SiOd 一和A10 35。而氧與 Nat、K' Mg”、Fe2/、ca z'等 元素相互作用時(shí)，只能成離子鍵結(jié)合。 這些元素在爭(zhēng)奪氧方面根本不能與硅和鋁相比，除非在硅和鋁極少的情況下，F(xiàn)e34、Mg”、Fez'能替代之，一般均不能與氧形成絡(luò)陰離子，而只能在硅（鋁）氧絡(luò)陰離子之外，呈典型的自由離子。在巖漿演化過(guò)程中，隨著硅氧絡(luò)陰離子團(tuán)聚合程度的增高（島狀、單鏈、雙鏈、層狀和架狀），公用氧的數(shù)目不斷增加，因此氧的有效電價(jià)逐漸降低，從而吸引陽(yáng)離子的能力

10、 逐漸減弱（表& 1），這決定了不同聚合程度的硅氧絡(luò)陰離子與不同的陽(yáng)離子相結(jié)合。表硅瓶蠟陰高子團(tuán)申置的有效電價(jià)畦鋁）載蚪陰離子類辛四飯?bào)w狂用角頂數(shù)n的有St電價(jià)械的椅牝強(qiáng)度島狀購(gòu)*一0I全卵SW?2/32/3CSXJ1131-276/116/11總狀SiXX'21/2-2/51/2-2/5架我AL&zOe?- LAISljO JSOt4L/4-MglFe、Ca、Na、K這些元素的晶體化學(xué)性質(zhì)表明它們的極化能力依次降低。因此，Mg”、Fez'傾向與那些有效電價(jià)高的硅氧絡(luò)陰離子結(jié)合，而Ca24、Nal、K'則傾向與有效電價(jià)低的絡(luò)陰離子結(jié)合。由此可見，島狀和鏈

11、狀的硅氧絡(luò)陰離子與Mg ”、Fe'結(jié)合形成橄欖石和輝石、單鏈和雙鏈的硅氧絡(luò)陰離子與Ca24、Mg”、Fe'結(jié)合形成輝石和角閃石以及層狀和架狀的硅氧絡(luò)陰離子與Ca2/、Nat、K'結(jié)合形成云母和長(zhǎng)石，在能量上最合適。這就清楚地表明，這些元素自巖漿中析出的順序是：Mg Fe- Ca- NaK。這些元素在巖漿中的但在一般情況下，隨i酸性巖，MglFe主要元素在巖漿中析出的順序除決定于元素本身的特點(diǎn)以外， 濃度以及其他元素的影響，都可以在一定程度上改變它們的析出順序。著巖漿的演化，主要元素的析出有著明顯的規(guī)律性：從超基性巖一中性巖 含量遞減，Na、K含量遞增，Ca在基性巖中含量

12、最高，氧和硅的含量變化不甚明顯，但也 有向巖漿晚期富集的趨勢(shì)。（2）微量元素的地球化學(xué)行為巖漿巖中微量元素通常指在巖漿巖中含量在1 %以下的元素，呈分散狀態(tài)的微量元素基本上有兩種存在形式：一種呈非類質(zhì)同象形式存在，如在礦物中形成微包裹體、被礦物 吸附和在礦物之間呈分子狀態(tài)等；另一種是呈類質(zhì)同象形式存在于其他礦物中。形成非類質(zhì)同象混入物的主要控制因素， 包括類質(zhì)同象混入物的分解、 吸附以及硅 酸鹽熔體結(jié)晶作用的條件等等。例如，在高溫條件下Zn2'可以類質(zhì)同象方式進(jìn)入黑云母和角閃石的晶格，置換其中的Mg '和Fe2',但溫度下降后，這一類質(zhì)同象混入物便可被分解出來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)槌史?/p>

13、類質(zhì)同象形式存在。在巖漿中晶體化學(xué)規(guī)律對(duì)于控制微量元素的活動(dòng)十分重要。礦床形成的可能性在很大程度上取決于這些元素是否呈類質(zhì)同象混入于主要造巖礦物的晶格中。若與它們形成類質(zhì)同象，則這些元素部分或全部趨向于分散。例如Rb和Cs在花崗巖中的活動(dòng)就是很好的例子，Rb 的各種地球化學(xué)參數(shù)與主要造巖元素 K 很相似，因此它在巖漿結(jié)晶過(guò)程中幾乎全被鉀礦 物所“捕獲”。但Cs卻與Rb不同，它不進(jìn)入那些造巖礦物中，雖然它在花崗巖中的含量較 Rb4氏得多，但它卻能集中于巖漿晚期的花崗偉晶巖中，并能形成獨(dú)立的礦物一一艷榴石。控制類質(zhì)同象的基本國(guó)素包括鍵狀、 晶體化學(xué)性質(zhì)、 置換的能量效應(yīng)和置換時(shí)的物 理化學(xué)條件等。

14、 1起基性巖和基性巖主要巖類的地球化學(xué)特征超基性巖和基性巖中的元素，除在地殼中分布較廣的S、0、Mg、Fe外，還有Ti、Cr、Ni以及C、Na、A1、P、S(C1) Ca V、Mn、Co和鉑族元素等。這些巖石具有以下地球 化學(xué)特征。1) 巖石中主要元素的原子序數(shù)為偶數(shù)(如Mg、Si、0、Ti、Fe、Ni、Cr、S、Ca、Pt等)。這些元素的含量占總原子數(shù)的97以上，這一規(guī)律突出地表現(xiàn)在超基性巖中。在基性巖中，由于 Na、 K、 A1 加入長(zhǎng)石晶格，奇數(shù)元素的數(shù)量略有增加。2) 巖石中元素的原子核結(jié)構(gòu)大多屬4q 型，例如 o(16)、 Mg(24)、 Si(28)、 S(32)、Ca(40)Ti

15、(48)、Cr(52)、Fe(56)等。這些元素的原子核穩(wěn)定性最大。3) 巖石中的元素，以電價(jià)為偶數(shù)的元素(如 Mg”、Fe2L、Ni”、Ti 等)為主，電價(jià)為奇數(shù)的元素(如Na4、K'、A1”等)較少。4) 超基性巖和基性巖漿的結(jié)晶， 是在缺氧條件下進(jìn)行的， 其中的元素常處于低氧化狀態(tài)， 例如，這一時(shí)期形成的鐵的硫化物，主要是磁黃鐵礦而不是黃鐵礦。5) 超基性和基性巖中類質(zhì)同象極為發(fā)育。等價(jià)置換的，如橄欖石是中Fe'、置換Mg ”，普通輝石中 Mn 2 '置換Fe”，橄欖石中Ni''和C。z4置換Fe''和Mg ' i，鉑族元

16、素的相互置換等等。異價(jià)置換的，如SC'加入鎂硅酸鹽的品格， 欽礦物中存在有 Nb”和Ta" 自然鉑中存在有 Fez'和Cu”；磁鐵礦中存在的)4i''和V”以及Mg”、鉻尖晶石中存在 Fe' 和 A1 '等。6) 這類巖石的礦物中經(jīng)常聚集鐵族元素(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)。這些元素的離子具不對(duì)稱性， 故染色性高， 順磁性顯著， 從而使這類巖石具有很深的顏色和很強(qiáng)的磁性。7) 這類巖石中礦物晶格能較大， 這就決定了這些礦物具有一定的工藝技術(shù)價(jià)值，如高硬度 (金剛石、尖晶石、鉻鐵礦 )、化學(xué)穩(wěn)定性 (金剛石、剛玉、鉑族元素礦

17、物、石棉等 )和 耐高溫 (剛玉、鉻鐵礦、石墨、滑石 )等。根據(jù)Mg()/ FeO比值的不同，有人將我國(guó)的超基性巖和基性巖分為 5種類型：鎂質(zhì) 超基性巖(MgO/FeO>6, 5, 一般變化于6. 514之間)、鐵質(zhì)超基性巖(MgO/FeO比值介 于2 6. 5之間)、富鐵質(zhì)超基性巖(MgO/ FeO比值介于0. 5 2之間)、鐵質(zhì)基性巖(MgO /Fe()v 2)和富鐵質(zhì)基性巖(MgO/ FeOv o. 5)。顯而易見，由超基性巖向基性巖變化時(shí)， Mg '' 逐漸減少，F(xiàn)e z'相對(duì)增加，因此 MgO / Fe()比值不斷下降。2.花崗巖類花崗巖類巖石中的常見元

18、素有Li、Be、B、F、Na、A1、Si、P、Cl、K、Rb、Y、TR、Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 W、 Sn、 Mo、 U、 Th 等。它們組合成花崗巖類巖石中特有的礦物： (1)主 要礦物為石英、微斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、酸性斜長(zhǎng)石、黑云母和白云母；(2)副礦物包括鉻石、磷灰石、稠石、褐簾石、獨(dú)居石、電氣石、錫石、螢石、金紅石等。在Ch叩pell和 White（1974）L3s '將花崗巖劃分為S型和I型的基礎(chǔ)上，Pitcher（1982）L5d '認(rèn)為“不同成因類型的花崗巖類代表不同的活動(dòng)帶”，也就是說(shuō)，特定的構(gòu)造環(huán)境將產(chǎn)生特定的花崗巖。據(jù)此，他把花崗巖分為5類：（1）海洋島

19、弧型（M型）：以大洋島弧型斜長(zhǎng)花崗巖為主；（2）活動(dòng)大陸板塊邊緣型（科迪勒拉I型）：以大量輝長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng) 巖組合為代表； 造山期后隆起型（加里東I型）：以花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖為主；克拉通稻皺帶和大陸碰撞帶型（S型）:為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖組合；（5）穩(wěn)定稻皺帶和克拉通官隆和裂谷型（A型）：為堿性花崗巖組合。表8. 2為Pitcher提出的分類。顯而易見，這些不同成因類型的花崗巖類，且有不同的地質(zhì)地球化學(xué)特征。8-2 Pitcher 出的花聞巖牛類MS1型（科迪1 « <里親)A®賦叫于理枇巖 的料規(guī)花島巖謹(jǐn)云囚撓肖為£.或 井由囚檢魯常二檢 花甜暮?jiǎn)臃痘◢忛W怕晉-花

20、尚 巖.與郴它有明顯再 別的昔*曲閃石訊做h古就斯怛監(jiān)嗣報(bào) 辛的花閉巖以庚色二 民扼崗侍為土.需韻以耳除性花崗巖和正氏 巖滴比盤列有關(guān)的異 云母花崗巖"具畔菲* 鮮町的酸性甚桂羌系艮曽靶懈艮巖小倉(cāng)含人量黑口母的花詢氏巖共生巖類詈石為主普通陽(yáng)悶石和普逋菊囚石和 at.克快礦“躺石以聶云昭為丄1覽快 礦利AE鐵曠白云爭(zhēng)印如色聲云酣.牡拄礦、腔居石、13操色H云酣砒住?£同 君內(nèi)借曬性如閃石利子石.革青石徒性薛打*早葉石構(gòu)的怦怏石"間他帶憚快石* r獰長(zhǎng)石一熾為嗔粧 的和穿箱的*手標(biāo)本 帕tl色事肉石卑円品出圧有 灣崔的變化歷史.手標(biāo) 卒白魚.出現(xiàn)自交猶件*統(tǒng)丘石里性丸

21、直耆摘訓(xùn)怪巖捕男棒.町能以罄悅我?guī)r閒為體為司澳捕膳悴+也晉基tl主巖槳團(tuán)Al/ Z 9 K *Al/ (Na+K+2O)A7 CNfi + K+2O)Al/ Z + 1C + 2CQ >通當(dāng)屋過(guò)雀件的.相對(duì)2C：*) <1.0<1.05L. 05SCF"Sr嚴(yán)Sr 初 Mt<0. 706>0. 705 <0- 709>o- m堡比范ES大a- 7昭一比701m ti?小刑石範(fàn)閃氏 仔輝應(yīng)昇連式尸軽宅期紜性巖科， 有亠系列宣舍的破 火山口征的一奩呂覩巖斗，裸嵐齊和需 輩，t£罠小，旦段I羽 花崗巖輕HJit&持證多期屮出式瞅火

22、擊口井生同九規(guī)輯的安山巖 和英安劃扶生有吋閒高國(guó)熨玄黃W空ill巖燔巖共主可皿和含集齊林的席 巖共生創(chuàng)-怨欣乏犬 盤對(duì)用的火山巖阿威火山口中心冒航 性熔沖共生愫暑乩21創(chuàng)（科迪勒扌初1 51 t加里東A曲尙期性的療岐怯陽(yáng) 持第時(shí)閻民深曜作用捋續(xù)時(shí)剜 毎.為運(yùn)功期呂的琢成徉冋排履時(shí)阿中 爭(zhēng).為河運(yùn)功勒弐延創(chuàng) 加的理哎作用時(shí)間俎協(xié)林璽Jt岸甜安第斷型兀嵌邊編 % 1疫菓些磚師*如 耕幾內(nèi)亞）帥地京創(chuàng)席合拆的君和克tti內(nèi)柯性剪切僭血山朋后啞朮迪訕環(huán)開細(xì)曙叢埋抵 埒蠻噴柞用毎商運(yùn)功"椚宿儲(chǔ)向 塢塩，理理筮變廣柞 用葉阿和走向的帝 就躊怯遲化燮歳作 用大幅匱摘規(guī)1恆巖帝內(nèi) 的低匿愛(ài)朋偉用i

23、JE崗 巖霍列的一部力好隆聃鼻咨榨罔斑料型5, Au 礦比Me 礦化礦比通云英巖舉和抹璧W3“ 茁化規(guī)恢雷石槽螢石與超基性和基性巖相比，花崗巖類巖石中元素的地球化學(xué)特征明顯表現(xiàn)出以下幾個(gè)規(guī)律：（1）除在地殼中分布最廣的Si和0外，原子序數(shù)為偶數(shù)和電價(jià)為偶數(shù)的元素，特別是 4q型原子（如Fe、Ca、Mg）的含量大大降低，而原子序數(shù)為奇數(shù)，電價(jià)亦為奇數(shù)的元素，如A1的含量則大為增加；堿金屬元素K、Na、Rb、Cs的含量大大增加，Si的含量也明顯升高；（3）半徑大的Y、TR、Zr、Hf、Nb、Ta Th、U和半徑小的瓤、Be、B等元素的含量均有增加； 易成揮發(fā)性化合物的 F、Cl、P、OH等元素，其

24、含量也明顯升高。3 堿性巖類堿性巖在礦物成分和化學(xué)成分上都有著與其它巖石完全不同的特點(diǎn)。在礦物成分上的特點(diǎn)是：（1）長(zhǎng)石成分以堿性長(zhǎng)石（正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石）為主；（2） 般含有霞石，其 它副長(zhǎng)石礦物如白榴石、方鈉石、渤方石、藍(lán)方石、鈣霞石、方沸石等也經(jīng)常出現(xiàn)；（3）鐵鎂礦物往往是堿性的，如霓石、霓輝石、鈉鈣閃石、鐵錘云母等；副礦物相當(dāng)復(fù)雜，常見的有鉆石、磷灰石、棍石、螢石等，有時(shí)還可見鉆和鉆的復(fù)雜硅酸鹽，如異性石、閃葉石、硅飾鐵礦、燒綠石、欽鐵礦以及欽磁鐵礦等。在巖石化學(xué)成分上的特點(diǎn)是：（1）SiO2的含量較酸性巖低，Al z02也相對(duì)不足；（2）堿金屬元素特別是 Na、K的含量很高；（

25、3）具有大量的 揮發(fā)份，如F、C1、COz和0H等；Nb、Zr、TR “ J Th等稀有元素能集中形成獨(dú)立礦物 或礦床。険£3兩類疏性老的巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征粟噴火成皆云濮正惶巖N*1O+K»0/AM>i>lNn3O4KxO/AMh<l匸丄的作用車大，Sr uTUft為特托狀心的作用丸FejO!>FeOZr、Nb. TR 的洋高，Nb>T*P O/Y>10劭 Nb, TR 的常低，C*/Y<)0害TifiT朝種類謨芽含Ti獷鴨種覺(jué)車劣F. Ck的柞用福尢，有時(shí)不CC4或含量很少C0和作廂丸.Ci含慨少.F忡用不大無(wú)口和Be的確足*

26、物或礦牝LL Be能羽成運(yùn)立1T物和曠比Th>LiTh<Li堿性巖的主要代表是霞石正長(zhǎng)巖。根據(jù)化學(xué)成分的不同，可以將霞石正長(zhǎng)巖分成兩類： 一類是鈉質(zhì)火成巖，特別富含Na和Fe, K zO十Na 2（）/A1z（）2> 1,這種堿性巖具有與其它巖石相反的結(jié)晶順序，一般是Zr、Ti和Fe的化合物析出較晚；另一類是云霞正長(zhǎng)巖，富含鉀、結(jié)晶順序正常。這兩類堿性巖的巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征見表8 3。在鈉質(zhì)火成巖中，由于 SD 2含量不足，故不能形成石英，甚至不能全部形成長(zhǎng)石，而只能形成霞石等似長(zhǎng)石礦物，后者不能與石英共生。由于鈉質(zhì)火成巖中含有大量的Na,而Si和Al相對(duì)不足，放在形成似

27、長(zhǎng)石和長(zhǎng)石以后，巖漿熔體中Si和A1的濃度大大降低，從而使熔體中沒(méi)有足夠的絡(luò)陰離子與堿金屬離子 彼此結(jié)合，以保持系統(tǒng)的平衡。這時(shí)就只有通過(guò)陽(yáng)離子中的兩性元素（如Zr、Ti、Nb、Ta、Be等），與氧結(jié)合成絡(luò)陰離子，再和Na、K結(jié)合。Ti、Zr、Nb、Ta Be等兩性元素在 Si、Al含量很低時(shí)，形成Tiod”、LZrO*”、Nb041 ”、Ta（）d13、BeOd等絡(luò)陰離子，這些絡(luò) 陰離子與SOd 一連接形成許多復(fù)雜硅酸鹽礦物，如異性石、星葉石等，Nb、Ta、Zr、Be等稀有元素大量地分散在這些礦物中，而不能形成獨(dú)立礦物。三、火山作用地球化學(xué)火山巖漿主要起源于上地慢（特別是軟流圈）。由于地怪物

28、質(zhì)部分熔融作用而產(chǎn)生的 熔漿，沿火山通道上升到達(dá)地表， 即表現(xiàn)為火山作用。 但一些淺源火山作用的巖漿則來(lái)自地 殼深部或硅鋁層（有時(shí)深度只有5 6km）?；鹕阶饔玫漠a(chǎn)物有三種：氣體噴發(fā)物：成分有H zO Hz、N 2、C021、SOz H zSHCI、HF和CH4等；（2）液體噴發(fā)物：指各種熔漿，最主要的為硅酸鹽熔融體，噴發(fā)形成各種 熔巖；（3）固體噴發(fā)物：有火山灰、火山砂、火山礫、火山渣和火山彈等。1 不同構(gòu)造環(huán)境火山作用的地球化學(xué)火山巖系列常被用來(lái)定義火山巖組合。同一系列中的火山巖是巖漿長(zhǎng)期演化的產(chǎn) 物，表現(xiàn)在礦物成分和化學(xué)成分的變化上具有明顯的規(guī)律性。都城秋穗將火山巖歸納為三個(gè)系列：拉斑玄

29、武巖系列、鈣堿性火山巖系列和堿性火山巖系列。隨著結(jié)晶分異作用的進(jìn)行， 拉斑玄武巖系列的 Fe()' (Feo十o. 9Fe z03)和Ti02逐漸富集，而鈣堿性火山巖系列則趨于 減少。具相同SiO 2含量的巖石，F(xiàn)eO x/Mgo不同，即拉斑玄武巖系列巖石的FeO x/MgO大于鈣堿性火山巖系列巖石，且后者A1zO:、K zO含量較高。拉斑玄武巖系列一般自玄武巖開始，整個(gè)系列 Si()z含量變化幅度為 48 63%;鈣堿性火山巖系列自安山巖開始，S舊z含量變化幅度為52% 70%;堿性火山巖系列隨著 Si02含量的增加，F(xiàn)eO x/MgO、FeO x 和TiO 2含量均增加，這點(diǎn)與拉斑

30、玄武巖相似，但堿金屬含量比其他兩個(gè)系列都高？其中也可分為鈉質(zhì)和鉀質(zhì)兩個(gè)系列。火山巖漿活動(dòng)與環(huán)境關(guān)系的研究多從兩方面著于。一方面是在已知構(gòu)適外境的情況下， 研究該地區(qū)的火山巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特點(diǎn)；另一方面正好相反，從某地區(qū)火山巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特征出發(fā)， 研究該地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境。大量研究表明，不同地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境的火山活動(dòng)及其地球化學(xué)特點(diǎn)是不同的。三個(gè)不同系列火山巖的分布與構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系見表8, 4。不同地廣施造壞境與咒山譬系利的井布關(guān)系血山衿構(gòu)殲境遺山稀不成翥的.卜井仙動(dòng)的甜弧造山簾肚殖的、 卜仃楷動(dòng)的島扼大洋胖A拉典林系刊+ + +訕喊性觀山倉(cāng)泵艸+ +疏性火山巖系科卜十+ +4-4-表示大僦+表

31、示取零根據(jù)巖石的地球化學(xué)特征來(lái)判斷其形成環(huán)境的實(shí)例很多。例如，美國(guó)加利福尼亞州的喀斯特地區(qū)，其南端的拉森區(qū)有三種巖石：低鉀橄欖拉斑玄武巖、鈣堿性玄武巖和安山巖。低鉀橄欖拉斑玄武巖的主要特征是，主要元素和稀土元素成分沒(méi)有明顯的變化，SiO z(48%一49. 5%)、K z()(v 0. 4 % )和Sr(v 4. OX 10')含量都很低，里近于平宜的REE分布模式，Eu為正異常；與此相反，在一定的SD2含量條件下，鈣堿性玄武巖中不相容元素的含量變化很大，例如，當(dāng) SiOz含量為53%時(shí)，K 20含量為0. 25 2. o%, Sr含量為4. oX lo '一 1. 2X lO

32、 “。而一些低鉀安山巖，其 Sr含量可達(dá)1 . 5X 10 “，而且所有鈣堿性熔巖的 IJa/Sm和Sm/Yb比值都大于球粒隕石， 其REE分布模式呈雙凹狀(即由La到5m的分布曲 線向下凹，Gd到Y(jié)b的分布曲線向上凹)。低鉀橄欖拉斑玄武巖由開始噴發(fā)到結(jié)束，其成分無(wú)變化，且含有較高的相容元素(Mg >6. 5X 10 “，Ni> 1. oX 10 “，Cr> 1. 5 X 10'),沒(méi)有斑晶堆積，：Sr/ ' ' Sr 初 始比值大于o . 7036。由此可以認(rèn)為，這些特點(diǎn)符合原始巖漿的成分，并且有“大陸”特征；鈣堿性熔巖的分析結(jié)果表明，該熔巖屬于“大

33、洋”(近似MORB)型，其“Sr/“。Sr初始比值小于o. 7034;低鉀高銀安山巖也代表原始成分，因?yàn)檫@種特殊的安山巖的同位素組成 近似于M()RB型，所以它不可能來(lái)源于低鉀橄欖拉斑玄武巖和鈣堿性玄武巖母巖漿。鈣堿性巖系常常被認(rèn)為是會(huì)聚板塊邊緣的特有產(chǎn)物，但北智利的晚石炭世至三疊紀(jì)安第斯火山巖卻以富硅質(zhì)的凝灰?guī)r和熔巖流為主，具有大陸層狀富硅火山巖的特點(diǎn)，屬雙峰式鈣堿性巖系。這種富硅質(zhì)火山巖以Ba、Sr含量高而K、Na含量低為特點(diǎn)，所以其形成環(huán)境被認(rèn)為屬于板內(nèi)擴(kuò)張大陸環(huán)境。2.各類火山建造的地球化學(xué)特點(diǎn)火山建造亦常被用來(lái)定義火山巖組合。同一火山建造的火山巖組合，雖然時(shí)代上可以不一樣，空間上可以

34、出現(xiàn)于不同的地區(qū)，但它們都屬于同一類型地質(zhì)構(gòu)造條件下的產(chǎn)物， 大體處于不同造山旋回的相類似的發(fā)展階段上。根據(jù)火山作用與造山作用的關(guān)系，可以將火山作用劃分為前造山期火山作用、晚造山期火山作用和后造山期火山作用。隨著一個(gè)地區(qū)由活動(dòng)趨于穩(wěn)定，這三類火山作用可以出現(xiàn)于同一地區(qū)的不同發(fā)展階段?；鹕浇ㄔ熘饕邪朔N類型，它們與造山作用的關(guān)系見表火山建追類型與遣山作用的關(guān)系前造山朗龍山作用晚世山期火山柞用石這山期丸山忙用懈碧陽(yáng)斑巖建這安曲巖建證1）細(xì)碧用斑巖建造造山運(yùn)動(dòng)前的海相噴發(fā)物。細(xì)碧巖的Si（）2含量落入玄武巖范疇，但鈉含量超過(guò)玄武巖，Na z）含量4%, TiOz含量較高，Ca（）和MgO含量稍低。地

35、球化學(xué)持征是Na、硫化物、Ti、Ca的活動(dòng)性強(qiáng)而K的活動(dòng)性弱，常形成 Fe Cu硫化物的富集。2）變拉斑玄武巖建造造山運(yùn)動(dòng)前的海相噴發(fā)物， 是一種淺變質(zhì)的拉斑玄武巖。 與納碧巖的區(qū)別是， 變拉 斑玄武巖的 NazO含量低、CaO含量高、Cao/Na zo為3 5，且KzO含量一般小于 0. 3%, 顯著低于大陸拉斑玄武巖的鉀含量。 變拉斑玄武巖的特點(diǎn)與大洋拉斑玄武巖十分接近。細(xì)碧巖可能是變拉斑玄武巖的一種特殊相。3）安山巖建造安山巖主要分布于環(huán)太平洋年輕造山帶中。中間地塊和古陸臺(tái)邊緣也可見到這種建造，往往是陸相中心式噴發(fā)。安山巖建造存在兩個(gè)主要演化方向：一是向酸性演化（安山巖一英安巖一流紋巖）

36、;二是向堿性方向演化（安山巖一粗安巖一粗面巖一堿性租面巖）。前者主要出現(xiàn)于隆起帶，構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈， 巖漿房不斷擴(kuò)大并上升位移進(jìn)入地殼上部圈層，因此巖漿必然越來(lái)越酸性；后者相對(duì)來(lái)說(shuō)主要見于助陷區(qū)，由于構(gòu)造活動(dòng)漸弱，逐漸趨向穩(wěn)定， 巖漿層處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，有利于堿金屬在巖漿分異過(guò)程的較晚期集中。這類建造的次火山巖和淺層侵入體是尋找 Cu、Mo、Fe礦床的主要對(duì)象。安山巖建造的地球化學(xué)特征是鉀的活動(dòng)性強(qiáng)，SiOz較富，CM、Mo、Au、Ag、Fe、Pb、Zn、As是其較為特征的富集元素。4）粗面安山巖建造以堿金屬含量普遍偏高為特點(diǎn)，而且演化愈到后期愈富。特別是K 20含量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般安山巖建造，

37、基性元素則比一般安山巖建造明顯減少。長(zhǎng)江中下游一些沿江火山巖盆地，可作為該建造的代表。有Fe Cu、S等元素富集成礦。5）流紋巖建造一般見于造山運(yùn)動(dòng)晚期的構(gòu)造隆起階段，經(jīng)常是陸相噴發(fā)。我國(guó)東部沿海地區(qū)廣泛發(fā)育保羅一白至紀(jì)火山巖系，流紋巖建造在其中占有很重要的地位。這個(gè)建造中的流紋巖次火山花崗巖組合比火山巖略偏酸性，富SiOz,或略偏堿性，富Na20十K 20。A120：常過(guò)飽和。地球化學(xué)特征是富含 W、Sn、Mo、U及稀有、稀土金 屬兀素。太古宙后的流紋巖大部分局限于地殼厚度較大的大陸地區(qū)；大洋區(qū)多是堿性流紋 巖，可能是玄武巖漿的分異產(chǎn)物。大量的流紋巖和流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r高鉀、富鋁和硅，Rb/

38、Sr、： Sr/Sr明顯地高于基性巖和中性巖，表明本類巖石的巖漿主要來(lái)自硅鋁層。6）泛流式拉斑玄武巖建造（暗色巖建造或高原玄武巖建造 ）主要見于穩(wěn)定的克拉通地區(qū)，為陸相噴發(fā)產(chǎn)物。SiOz含量為49% 51%, Na zO十KzO含量較低，通常為1 . 5% 3. 0%。泛流式拉斑玄武巖與大洋拉斑玄武巖區(qū)別不大， 僅K zO含量略高，可能是受硅鋁層混染的結(jié)果。這類建造以Fe、Ti、V、Cr、Ni等元素的高含量為特征。釩欽磁鐵礦、銅鎳硫化物礦床為其重要礦化類型。7）堿性橄欖玄武巖建造 與大斷裂有明顯關(guān)系，時(shí)代較新，一般是第三紀(jì)和第四紀(jì)，大多分布于大洋島嶼上。我 國(guó)東部也是這類建造的典型。與大洋島嶼

39、相比，我國(guó)東部的 K zO 含量顯著地超過(guò)世界各地 的平均含量。關(guān)于玄武巖的成因，普遍認(rèn)為是地幅部分熔融產(chǎn)生的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)壓力相當(dāng) 于15km的范圍內(nèi)，分熔出來(lái)的是石英拉斑玄武巖，15 35km為高鋁玄武巖，3575km為堿性橄欖玄武巖。 太平洋西岸玄武巖的分布也反映出這一規(guī)律。 日本靠大洋一側(cè)為拉斑玄武 巖，日本海、朝鮮和我國(guó)東北為堿性橄欖玄武巖，二者之間為高鋁玄武巖。8）堿性玄武巖建造 （超基性堿性巖建造 ）出現(xiàn)于穩(wěn)定地區(qū)， 同深大斷裂密切相關(guān)， 經(jīng)常為中心式噴發(fā)， 與伴有碳酸巖的超基 性堿性侵入體有共生關(guān)系。 Nb、 TR、 zr、 Fe、 Ba、 Sr、 P 等為其特征的成礦元素。含

40、金剛 石的金伯利巖可能與其有成因聯(lián)系。第二節(jié)沉積作用相對(duì)于巖漿作用和變質(zhì)作用， 沉積作用包括風(fēng)化、 搬運(yùn)、沉積和埋藏成巖在內(nèi)的沉 積巖形成的全過(guò)程。在沉積巖形成的過(guò)程中，除物理狀態(tài)的明顯變化（壓實(shí)、固結(jié) ）外，還有原始物質(zhì)的分解、 新生物質(zhì)的形成， 以及與之相伴的元素的活化遷移與重組等地球化學(xué)變化。 下面就從 母巖風(fēng)化、搬運(yùn)沉積和埋藏成巖等幾個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)要論述沉積巖形成過(guò)程中的地球化學(xué)問(wèn)題。一、母巖風(fēng)化地球化學(xué)組成沉積巖的沉積物質(zhì)的可能來(lái)源有： （1）陸源母巖風(fēng)化產(chǎn)物； （2）生物源一 生物殘骸和有機(jī)物質(zhì)； （3）深源火山噴發(fā)物和熱泉噴發(fā)物； （4）空源字宙塵和其它地外物質(zhì)。 其中母巖風(fēng)化產(chǎn)物，

41、 是沉積物最主要的來(lái)源， 也是構(gòu)成主要沉積巖的基本物質(zhì)。 如母巖風(fēng)化 的碎屑物質(zhì)是構(gòu)成陸源碎屑巖 （礫巖、砂巖、粉砂巖 ）的主要成分；不溶殘積物質(zhì)是泥質(zhì)巖的 主要成分；溶解物質(zhì)則是構(gòu)成化學(xué)或生物化學(xué)巖（碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖等 ）的主要成分。沉積物的母巖，即先成巖，可以是巖漿巖、變質(zhì)巖，也可以是先成的沉積巖。母巖 風(fēng)化是指地表巖石在溫度變化、 大氣、水、生物等因素作用下， 發(fā)生的機(jī)械破碎和化學(xué)變化。 按作用性質(zhì)， 可分為物理風(fēng)化、 化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。 其中化學(xué)風(fēng)化是母巖風(fēng)化的重要方面。 化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中伴有一系列的地球化學(xué)變化，如礦物相的轉(zhuǎn)變、元素的活化遷移等。1 礦物相的轉(zhuǎn)變母巖中的一些原生礦物相

42、， 尤其是深成母巖中的原生礦物相， 在地表?xiàng)l件下往往是 不穩(wěn)定的， 在風(fēng)化過(guò)程中常常被分解并向地表?xiàng)l件下穩(wěn)定的礦物相轉(zhuǎn)變。 如輝石相變?yōu)槊擅?石、斜長(zhǎng)石相變?yōu)橐晾取Ｔ陲L(fēng)化帶中，礦物相的變化具有明顯的階段性，一種原生礦物隨著風(fēng)化程度的加深， 通過(guò)一系列中間階段，依次形成一些過(guò)渡性礦物，然后轉(zhuǎn)化為與風(fēng)化環(huán)境取得平衡的礦物。 下面是一些造巖礦物在風(fēng)化過(guò)程中的相變規(guī)律：輝石一綠泥石一水綠泥石 i蒙脫石i多水高嶺石一高嶺石； 黑云母一蛙石一蒙脫石一高嶺石； 鉀長(zhǎng)石一絹云母一伊利石一高嶺石。在風(fēng)化帶中，各種造巖礦物的穩(wěn)定性不同，它們抗風(fēng)化的能力也有明顯的差異。Gold ish（1938）和Blatt等

43、人（1972）經(jīng)過(guò)研究，總結(jié)出風(fēng)化帶中礦物的穩(wěn)定性序列（圖8. 1）。該穩(wěn)定序列與鮑溫的結(jié)晶反應(yīng)系列完全相同， 但兩者意義不同。 在穩(wěn)定序列中自上而下穩(wěn)定 性增加，表明礦物的結(jié)晶條件愈接近地表，在風(fēng)化帶中穩(wěn)定性愈高。(31935)鈉長(zhǎng)石（34335）鈦橄桎右（29789再通 (3072S1普適角閃石（31 «*3）、鉀長(zhǎng)掃（34260加云月（047$）I 白云母（32494）I 石英（39320）圖&1在処化帶中曠物唸建豐列礦物的穩(wěn)定性與其化學(xué)成分具有一定的相關(guān)性，據(jù)此，Reiche（1950）提出用風(fēng)化勢(shì)能指數(shù)（H/尸J）來(lái)表示礦物的穩(wěn)定性。其計(jì)算公式為：W 尸 J= 10

44、0 x K 20 十 Na 20 十 CaO十 MgO 十 H 20 / Si02 十 Alz02 十 Fe 20：十 MgO 十 CaO十 Na 20 十 K 20指數(shù)愈大，穩(wěn)定性愈小。2.元素的活化遷移母巖風(fēng)化過(guò)程中元素的活化遷移主要表現(xiàn)在一些元素的淋濾分散和另一些元素的 殘積富集。各種元素在特定的風(fēng)化條件下活化遷移的能力是不一樣的，亦即各種元素從母巖中析出的難易程度不同，因而造成不同元素按一定順序從母巖中分離出來(lái)元素的風(fēng)化分異。波雷諾夫（1934）首先提出可用河水中元素的含量與該河流域的巖石中相應(yīng)元素的 比值，來(lái)判斷元素的相對(duì)活動(dòng)性。彼列爾曼（1955）在此基礎(chǔ)上，提出用“水遷移系數(shù)一一

45、足來(lái)衡量元素在風(fēng)化帶中的遷移能力。此系數(shù)為河水干渣中的元素含量與該河流域巖石中相應(yīng)元素含量的比值。K值愈大，表明該元素的遷移能力愈強(qiáng)。“水遷移系數(shù)”的計(jì)算公式如下：式中：尺一一一元素的水遷移系數(shù)；2x元素在河水中的含量（mg/ U; “礦物質(zhì)殘?jiān)偭浚╩g/ 1）;' z元素在該河流域巖石中的平均含量（ ）。根據(jù)計(jì)算，彼列爾曼將風(fēng)化帶中的元素分為五類：1）最易遷移元素（久=”x 10n x lo' ）： C1、Br、I、S;2）易遷移元素（K= n ” x 10）： Ca、MglNa、F、Sr、K Zn、Pb;河水中3）遷移元素（久=n x 10 “一 n）： Cu、Ni、Co

46、、Mo、V、Mn、P、Si（硅酸鹽中）;4）弱遷移元素（尺v 22x 10 ' ）： Fe、AL、弓I、Scc Y、REE；5）幾乎不遷移元素（K鈞” x Io “。）： Si（石英中）。上述每一類元素又是按“水遷移系數(shù)”降低的順序排列的。從遷移序列中可看出， 各種元素的遷移能力相差很大。這就形成了原來(lái)共生的元素在風(fēng)化過(guò)程中因遷移能力的差異 而發(fā)生分異。遷移能力最強(qiáng)的Cl、S等元素最先從風(fēng)化帶中流失；其次是Ca、Mg、Na、F等；K、Mn、P等元素遷移能力相對(duì)較弱；A1、Fe Ti等遷移能力很弱，往往殘留原地形成紅土或鋁土。在風(fēng)化帶中，不同的風(fēng)化階段，元素的活化遷移也有一定的規(guī)律：1）

47、碎屑階段：以物理風(fēng)化為主，元素幾乎不發(fā)生遷移。2）飽和硅鋁階段：巖石中如有氯化物和硫酸鹽將全部溶解，Cl和S（）d全部被帶出。然后在C（）z和H z（）的共同作用下，鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物開始分解，游離出1（、Na、Ca、Mg，其中Ca和Na的流失要比K和Mg容易。這些陽(yáng)離子的存在，使介質(zhì)呈堿性反應(yīng)，致 使一部分Si（）2轉(zhuǎn)入溶液。這個(gè)階段形成的粘土礦物有蒙脫石、伊利石、綠泥石等。同時(shí)， 堿性條件下難溶的碳酸鈣開始堆積。3）酸性硅鋁階段：堿金屬和堿土金屬大量被溶濾，Si02進(jìn)一步游離出來(lái)。隨著有機(jī)質(zhì)分解形成大量有機(jī)酸和 C02,使環(huán)境介質(zhì)轉(zhuǎn)為酸性。上階段形成的礦物進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒嵝詶l件 下穩(wěn)定的不

48、合堿金屬和堿土金屬的粘土礦物高嶺石、埃洛石等。4）鋁鐵土階段：此階段鋁硅酸鹽礦物徹底分解，堿金屬和堿土金屬全部游離出來(lái)， SiO!也大量流失。可遷移的元素幾乎全被帶走，剩下的主要是鐵和鋁的氧化物及部分二氧化 硅。搬運(yùn)沉積地球化學(xué)如前節(jié)所述，母巖風(fēng)化的產(chǎn)物可分為三類：碎屑物質(zhì)、不溶殘積物質(zhì)和溶解物質(zhì)。其中碎屑物質(zhì)、不溶殘積物以機(jī)械方式搬運(yùn)和沉積， 其搬運(yùn)和沉積作用受流體力學(xué)定律所支 配；而溶解物質(zhì)常以化學(xué)方式搬運(yùn)和沉積， 其搬運(yùn)和沉積作用受物理化學(xué)和地球化學(xué)定律所 控制。溶解物質(zhì)的搬運(yùn)方式主要有兩種：即膠體溶液和真溶液。溶解物質(zhì)以何種方式搬運(yùn)， 取決于該物質(zhì)的溶解度和介質(zhì)條件。地表?xiàng)l件下，Al、

49、Fe、Mn、Si的氧化物難溶于水，常呈膠體溶液搬運(yùn)；而 Ca、Na、Mg的鹽類則常呈真溶液搬運(yùn) （圖8. 2）。1 .膠體溶液的搬運(yùn) 與沉積地表常見的膠體化合物見表& 6。膠體溶液與真溶液比較有如下特點(diǎn)：離子團(tuán)較大；表面帶有電荷，帶正電荷的為正膠體，帶負(fù)電荷的為負(fù)膠體；正負(fù)膠體普遍具有吸附現(xiàn)象。圖82在自然界中狡休溶港與真溶液的分布譜況6自紺界常見和正空膠體A.CUHJi導(dǎo)跤化栩CrCOH)：TiCOH).S,Au,Ag.PtCXOH)!Cd<OH>i帖土質(zhì)蛙體、腐殖質(zhì)咬體GO沁SnQrMnUtVtOt膠體溶液的搬運(yùn)和沉積取決于肢體在搬運(yùn)介質(zhì)中的穩(wěn)定性， 而膠體的穩(wěn)定性又受

50、下列因 素的影響：1）膠體粒子的布朗運(yùn)動(dòng)；2）帶電膠體粒子間的相互作用； 3）帶電膠體粒子與溶劑 間的親和作用。沉積介質(zhì)中搬運(yùn)的膠體，當(dāng)條件發(fā)生變化，膠體溶液失去穩(wěn)定性，就會(huì)發(fā)生聚沉。促使膠體凝聚和沉積的因素主要有：1) 相互中和：帶有相反電荷的兩種膠體相遇，因電荷中和而發(fā)生凝聚。例如，帶正 電荷的氫氧化鐵膠體與帶負(fù)電荷的二氧化硅膠體中和形成含二氧化硅的褐鐵礦； 三氧化二鋁 膠體與二氧化硅膠體中和，凝聚晶化形成高嶺石，其反應(yīng)過(guò)程如下：2A120 :。nH zO 十 4SiO2 ” H 20= Ald(SidOlo)(OH):十 nHzO自然界中負(fù)肢體多于正膠體， 故正膠體易于在搬運(yùn)早期就中和沉

51、淀， 而負(fù)膠體?？?搬運(yùn)得更遠(yuǎn)。2) 電解質(zhì)作用: 加入電解質(zhì)后可使膠粒表面吸附的帶相反電荷的離子中和， 從而使 膠體的擴(kuò)散層變薄， 電動(dòng)電勢(shì)降低， 導(dǎo)致膠體失穩(wěn)而凝聚。海水中含有大量電解質(zhì)，當(dāng)河流 攜帶的膠體與海水相遇，就可形成凝膠沉淀。因此在三角洲和海岸沉積中常可見到大量粘i和氧化硅等膠體沉積物，有時(shí)可聚集成鐵、錳、鋁等沉積礦床。3) 蒸發(fā)作用: 膠體溶液的蒸發(fā)濃縮也會(huì)引起膠體凝聚， 原因是一方面濃度增大造成 膠粒碰撞的機(jī)會(huì)增多，另一方面蒸發(fā)濃縮也使溶液中電解質(zhì)的濃度增大。除上述主要因素外，沉積介質(zhì)的 pH 值也對(duì)膠體的凝沉產(chǎn)生影響。如高嶺石在酸性 介質(zhì)中(pHv 6. 8)發(fā)生凝聚，而蒙

52、脫石在堿性介質(zhì)中(PH> 7. 8)才能凝聚。此外，pH值對(duì)兩性膠體也有明顯影響。2.夏溶液的搬運(yùn)與沉積 溶解物質(zhì)中的氯、硫、鈣、鈉、鉀、鎂等常呈真溶液的方式搬運(yùn)；有時(shí)鐵、錳、鋁 等也可呈真溶液的方式搬運(yùn)。真溶液的搬運(yùn)與沉積主要取決于搬運(yùn)物的溶解度或溶度積(K”)。當(dāng)溶液中某種物質(zhì)的離子濃度超過(guò)其相應(yīng)的溶解度或溶度積時(shí)， 該物質(zhì)就會(huì)沉淀析出， 反之則要溶解。 例如， 硬石膏的溶度積為(6. 1X 10 “)，當(dāng)溶液中Caz' S02>6. 1 X 10'時(shí)，就有硬石膏沉 淀，反之，加入硬石膏則會(huì)溶解。真溶液的搬運(yùn)和沉積受溶解度或溶度積的控制，而后者又受到介質(zhì)pH值、

53、Eh值、溫度、壓力、COz含量等因素的影響。1) pH 值: pH 值的影響因溶解物質(zhì)而異。有些物質(zhì)的溶解度隨 pH 值增大而增加， 如二氧化硅在 pH= 5時(shí)，其溶解度為 109mg/1, pH = 6時(shí)，為218mg/1, pH= U時(shí)則增 加到378mg/1。但有些物質(zhì)恰相反，如CaC02在pH>8時(shí)溶解度最小。因此在酸性介質(zhì)中， Si02沉淀而CaCO 2溶解，而在堿性介質(zhì)中則相反。鐵、鋁氫氧化物的溶解度與 pH值的關(guān)系比較復(fù)雜。高價(jià)鐵在pH = 2 3時(shí)呈Fe(OH)2 的形式沉淀；pH為5時(shí)，呈Fe(OH)z的形式沉淀；當(dāng)PH= 6 7時(shí)，如溶液中含有 CO 2,就 呈FeC

54、()s形式沉淀。而鋁在 PH= 410時(shí)最為穩(wěn)定，以 AL(OH)：形式沉淀；而在 PHv 4或 >10的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下則易溶解。磷與鋁的情況相似。2) Eh 值: Eh 值對(duì)鐵、錳等變價(jià)元素的溶解和沉淀影響較大。鐵、錳元素在氧化條 件下呈赤鐵礦、 軟錳礦沉淀；在弱氧化弱還原條件下, 形成海綠石； 在還原條件下呈低價(jià) 的菱鐵礦、菱錳礦沉積；在強(qiáng)還原條件下則生成黃鐵礦、硫錳礦。而且,低價(jià)的鐵、錳礦物 的溶解比高價(jià)的要大數(shù)百倍以至數(shù)干倍,因此低價(jià)鐵、錳比高價(jià)鐵、錳容易活化遷移。通?？蓪⒀趸贿€原系統(tǒng)中礦物相的穩(wěn)定性繪成pH Eh圖解，在圖上把各種反應(yīng)的 Eh值表示為 pH 值的函數(shù)。這種圖

55、解可以根據(jù)所有固相的自由能數(shù)據(jù)作出,可以編制各種濃度 及各種化學(xué)成分的圖解。圖8. 3是主要鐵礦物的pH Eh穩(wěn)定區(qū)圖解。3) 溫度與壓力：一般來(lái)講，物質(zhì)的溶解度隨溫度的增高而加大。在常溫下，SiOz的溶解度很低,但隨著溫度的增高,其溶解度急劇增加。因此,在現(xiàn)代大洋或大陸熱泉中,含有大量的SiOz,這些熱泉噴溢后，隨著溫度的降低，溶解的Si02便以硅華或硅巖的形式沉淀下采。此外，溫度還可以改變化學(xué)反應(yīng)的方向，降低溫度有利于化學(xué)平衡向放熱方向移動(dòng)，反之則相反。壓力增大時(shí)，化學(xué)平衡向著體積減少的方向移動(dòng)，反之則相反。壓力對(duì)溶解度的影響不大，但對(duì)溶液中 C02含量的影響卻很大。4) 溶液中C02含量

56、：COz的含量對(duì)碳酸鹽的沉淀和溶解影響很大，從下面反應(yīng)式； CaCO十C02十H zO七 a(HC03)z可以看出，當(dāng) COz含量增大時(shí)，平衡向右移動(dòng)，碳酸鈣溶解；COz含量減少，碳酸鈣沉淀。水中的CO z含量又與溫度、壓力有關(guān)。溫度升高，COz含量減少，所以在熱帶及亞熱帶海水中可見到較多的 CaCO沉淀。壓力增大，CO 2含量增加，因之地下水中 COz含 量比地表水多，所以在石灰?guī)r溶洞及泉水出口處，常有石鐘乳、鈣華沉積。-I QLb111&0246810 12)4pH圖乩3主要礦物的pH-Eh隱定圖解(據(jù)氐 M. Garrtk. I960)1醜5F町耳缺51 肚 CQ，X5' 10-*j b 旅理* SCOj-10 4.SS=iO_S <r 畫罐，SCOi=10 氣 S5=l0_ft綜上所述，溶解物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積是與一定的地球化學(xué)條件相聯(lián)系的。埋藏成巖地球化學(xué)沉積物沉積下來(lái)后，從松散狀態(tài)到形成堅(jiān)硬巖石還要經(jīng)歷一系列物理化學(xué)變化。這些變化主要有：壓實(shí)、壓溶、膠結(jié)、交代、重結(jié)晶和礦物的多相轉(zhuǎn)變以及與其相伴的元素的 活化遷移與重組等。下面就其中有關(guān)的地球化學(xué)問(wèn)題作簡(jiǎn)要論述。1礦物相的變化與自生礦物的形成沉積物被埋藏后，由于物理化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，