地球化學(xué)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(xué)1第一節(jié) 地球的圈層構(gòu)造及化學(xué)組成2一、地球的圈層結(jié)構(gòu)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(rèn)為與隕石同源，現(xiàn)今為分異結(jié)果，但總成分仍與隕石化學(xué)成分相同。假設(shè)：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(jié)構(gòu)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(jì)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(jié)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(xué)成分14幾個(gè)概念：克拉克值：地殼的平均化學(xué)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(xì)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(zhì)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(rèn)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(shí)期原始物質(zhì)認(rèn)識(shí)不相同，結(jié)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(qiáng)，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(zhì)量數(shù)為偶數(shù)的元素豐度大于奇數(shù)。4、質(zhì)量數(shù)為4倍數(shù)的元素占主導(dǎo)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(xué)研究中的意義2425262、作為元素集中分散的標(biāo)尺濃度克拉克值=觀測(cè)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(biāo)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(duì)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(zhì)流。如18億前，衰變強(qiáng)，地球內(nèi)部活動(dòng)強(qiáng)，物質(zhì)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(dǎo)致上地幔頂部和地殼合成統(tǒng)一的巖石圈，剛性增強(qiáng)，導(dǎo)致板塊水平運(yùn)動(dòng)。30第三節(jié) 地幔地球化學(xué)31一、地幔結(jié)構(gòu)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(gè)地幔的成分，并根據(jù)高溫高壓實(shí)驗(yàn)成果提出一個(gè)完整的橄欖巖相轉(zhuǎn)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(zhì)，即將地幔劃分為三個(gè)帶，各帶之間均為等化學(xué)的相轉(zhuǎn)變關(guān)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(yuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)）、輝石石榴子石復(fù)雜固熔體的相變帶對(duì)應(yīng)。 34670km深處地震波不連續(xù)則與輝石、橄欖石轉(zhuǎn)變?yōu)殁佽F礦ilmenite結(jié)構(gòu)和

7、鈣鈦礦perovskite結(jié)構(gòu)的相變相吻合。 下地幔(9002700km)是結(jié)構(gòu)極為緊密的Mg、Fe硅酸鹽礦物組合（如鈣鈦礦結(jié)構(gòu)等）。35鈣鈦礦結(jié)構(gòu)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(jì)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(dǎo)率，稱為地幔低速帶（軟流圈）。 地幔低速帶對(duì)于板塊運(yùn)動(dòng)、巖漿形成及大陸演化具有重要意義。39Ringwood對(duì)地幔低速帶解釋：1）按照現(xiàn)代地?zé)嵩鰷芈剩蒯：档蛶r石熔點(diǎn)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(chǎng)強(qiáng)（大離子親石）元素：Sr、K、Ba、Rb等虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、 Ti等60島弧火山巖微量元素的解釋：富集低場(chǎng)強(qiáng)元素Sr、K、Ba、Rb等原因：俯沖洋殼的去