第01章 元素丰度与分布.ppt

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1、第一章第一章 元素的丰度与分布元素的丰度与分布第一节第一节第一节第一节 元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度第二节第二节第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布元素在地球中的分布元素在地球中的分布第一节第一节 元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度一、元素宇宙丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义二、太阳系的成员二、太阳系的成员二、太阳系的成员二、太阳系的成员三、宇宙丰度的研究三、宇宙丰度的研究三、宇宙丰度的研究三、宇宙丰度的研究四、太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系宇宙丰度的规律一、元素宇宙

2、丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义元素的宇宙丰度太阳系的元素丰度元素的宇宙丰度太阳系的元素丰度元素的宇宙丰度太阳系的元素丰度元素的宇宙丰度太阳系的元素丰度 这里的丰度这里的丰度这里的丰度这里的丰度A/BA/BA/BA/B的比值，一般的比值，一般的比值，一般的比值，一般B B B B为为为为Si Si Si Si宇宇宇宇宙宙宙宙丰丰丰丰度度度度是是是是研研研研究究究究元元元元素素素素起起起起源源源源的的的的理理理理论论论论依依依依据据据据，是是是是解解解解释释释释各各各各类类类类天体演化过程的基础天体演化过程的基础天体演化过程的基础天体演化过程的基础二、太阳系的介绍二、太阳系的介绍太太阳阳系系成成

3、员员八大行星的相对大小八大行星的相对大小太阳系组成太阳系组成太阳太阳太阳太阳八大行星八大行星八大行星八大行星小行星小行星带（火星与木星之间）小行星小行星带（火星与木星之间）小行星小行星带（火星与木星之间）小行星小行星带（火星与木星之间）彗星彗星彗星彗星第一节第一节 元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度一、元素宇宙丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义一、元素宇宙丰度的定义二、太阳系的成员二、太阳系的成员二、太阳系的成员二、太阳系的成员三、宇宙丰度的研究三、宇宙丰度的研究三、宇宙丰度的研究三、宇宙丰度的研究四、太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系

4、宇宙丰度的规律三、元素宇宙丰度研究三、元素宇宙丰度研究实验室分析：地球、月球、陨石和宇宙尘实验室分析：地球、月球、陨石和宇宙尘实验室分析：地球、月球、陨石和宇宙尘实验室分析：地球、月球、陨石和宇宙尘光谱和射电分析：太阳、恒星、星际介质星系光谱和射电分析：太阳、恒星、星际介质星系光谱和射电分析：太阳、恒星、星际介质星系光谱和射电分析：太阳、恒星、星际介质星系空间探测器分析：行星大气、表面土壤、岩石空间探测器分析：行星大气、表面土壤、岩石空间探测器分析：行星大气、表面土壤、岩石空间探测器分析：行星大气、表面土壤、岩石太阳风和宇宙线分析：太阳风和宇宙线分析：太阳风和宇宙线分析：太阳风和宇宙线分析：S

5、uessSuessSuessSuess和和和和UreyUreyUreyUrey（1956195619561956）：综综综综合合合合天天天天体体体体物物物物理理理理和和和和宇宇宇宇宙宙宙宙化化化化学学学学的的的的成果，提出了宇宙核素丰度成果，提出了宇宙核素丰度成果，提出了宇宙核素丰度成果，提出了宇宙核素丰度B B B B2 2 2 2FHFHFHFH假说的基础；假说的基础；假说的基础；假说的基础；CameronCameronCameronCameron（1968196819681968）提提提提出出出出太太太太阳阳阳阳系系系系的的的的核核核核素素素素丰丰丰丰度度度度，依依依依据据据据：非非非非

6、挥挥挥挥发发发发性性性性元元元元素素素素的的的的初初初初始始始始丰丰丰丰度度度度I I I I型型型型碳碳碳碳质质质质球球球球粒粒粒粒陨陨陨陨石石石石；挥挥挥挥发性元素太阳光球的光谱成分发性元素太阳光球的光谱成分发性元素太阳光球的光谱成分发性元素太阳光球的光谱成分GanapathyGanapathyGanapathyGanapathy和和和和AndersAndersAndersAnders（1974)1974)1974)1974)：均均均均一一一一的的的的太太太太阳阳阳阳星星星星云云云云的的的的平平平平衡衡衡衡凝聚模式行星化学成分（表凝聚模式行星化学成分（表凝聚模式行星化学成分（表凝聚模式行星

7、化学成分（表1.31.31.31.3）PalmePalmePalmePalme、SuessSuessSuessSuess和和和和ZehZehZehZeh（1981)1981)1981)1981)计计计计算算算算了了了了初初初初始始始始太太太太阳阳阳阳星星星星云云云云的的的的元元元元素丰度和初始的核素丰度（表素丰度和初始的核素丰度（表素丰度和初始的核素丰度（表素丰度和初始的核素丰度（表1.71.71.71.7）TrimbleTrimbleTrimbleTrimble（1975197519751975），提提提提出出出出了了了了陨陨陨陨石石石石、太太太太阳阳阳阳光光光光球球球球、日日日日冕冕冕冕宇

8、宇宇宇宙射线的元素丰度宙射线的元素丰度宙射线的元素丰度宙射线的元素丰度太阳系的成分太阳系的成分非非非非挥挥挥挥发发发发性性性性元元元元素素素素的的的的初初初初始始始始丰丰丰丰度度度度I I I I型型型型碳碳碳碳质质质质球球球球粒陨石粒陨石粒陨石粒陨石挥挥挥挥发发发发性性性性元元元元素素素素太太太太阳阳阳阳光球的光谱成分光球的光谱成分光球的光谱成分光球的光谱成分H.Palme第一节第一节 元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度1 1 1 1元素宇宙丰度的定义元素宇宙丰度的定义元素宇宙丰度的定义元素宇宙丰度的定义2 2 2 2太阳系的成员太阳系的成员太阳系的成员太阳系的成员3 3 3 3宇宙丰度的计算宇宙

9、丰度的计算宇宙丰度的计算宇宙丰度的计算4 4 4 4太阳系宇宙丰度的规律太阳系宇宙丰度的规律太阳系宇宙丰度的规律太阳系宇宙丰度的规律四、太阳系元素丰度的规律四、太阳系元素丰度的规律1.1.1.1.Oddo-HarkinsOddo-HarkinsOddo-HarkinsOddo-Harkins规规规规则则则则（偶偶偶偶数数数数规规规规则则则则）O OO O、FeFeFeFe、NiNiNiNi、Si Si Si Si、MgMgMgMg、S S S S、CaCaCaCa等等等等7 7 7 7种种种种丰丰丰丰度度度度最最最最高高高高的的的的元元元元素素素素，全全全全为为为为偶偶偶偶数数数数元元元元素素

10、素素，总总总总丰丰丰丰度度度度达达达达98.698.698.698.6；2.2.2.2.在在在在A A A A为为为为1100110011001100的区域，核素丰度大致按指数规律下降；的区域，核素丰度大致按指数规律下降；的区域，核素丰度大致按指数规律下降；的区域，核素丰度大致按指数规律下降；3.3.3.3.A100A100A100A100，丰度曲线的斜率显著减缓；，丰度曲线的斜率显著减缓；，丰度曲线的斜率显著减缓；，丰度曲线的斜率显著减缓；4.4.4.4.具具具具有有有有4 4 4 4倍倍倍倍数数数数核核核核素素素素（如如如如12121212C C C C、16161616O OO O、-4

11、0404040CaCaCaCa、48484848TiTiTiTi）丰丰丰丰度度度度明明明明显显显显高高高高于其相邻核素丰度；于其相邻核素丰度；于其相邻核素丰度；于其相邻核素丰度；5.5.5.5.H HH H和和和和HeHeHeHe为为为为丰丰丰丰度度度度最最最最大大大大的的的的元元元元素素素素，占占占占原原原原子子子子总总总总数数数数的的的的99%99%99%99%以以以以上上上上，而而而而LiLiLiLi、BeBeBeBe和和和和B B B B等与邻近元素相比丰度特别低；等与邻近元素相比丰度特别低；等与邻近元素相比丰度特别低；等与邻近元素相比丰度特别低；6.6.6.6.以以以以5656565

12、6FeFeFeFe为中心的突出的峰值；为中心的突出的峰值；为中心的突出的峰值；为中心的突出的峰值；7.7.7.7.在在在在A A A A为为为为80808080和和和和90909090、130130130130和和和和138138138138、196196196196和和和和208208208208等处，出现双峰；等处，出现双峰；等处，出现双峰；等处，出现双峰；第一节第一节第一节第一节 元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度元素的宇宙丰度第二节第二节第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布元素在地球中的分布元素在地球中的分布第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布1 1

13、 1 1地球元素平均成分地球元素平均成分地球元素平均成分地球元素平均成分2 2 2 2地壳元素平均成分地壳元素平均成分地壳元素平均成分地壳元素平均成分3 3 3 3地幔成分地幔成分地幔成分地幔成分第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布一、地球的圈层构造及化学组成一、地球的圈层构造及化学组成一、地球的圈层构造及化学组成一、地球的圈层构造及化学组成1.1.1.1.圈层构造圈层构造圈层构造圈层构造地壳：上地壳和下地壳地壳：上地壳和下地壳地壳：上地壳和下地壳地壳：上地壳和下地壳地幔：上地幔和下地幔地幔：上地幔和下地幔地幔：上地幔和下地幔地幔：上地幔和下地幔地核：外核和内核地核：外核和内核地

14、核：外核和内核地核：外核和内核地球内部P波和S波随深度变化.Compositional subdivisions of the Earth are on the left,rheological subdivisions on the right.After Kearey and Vine(1990),Global Tectonics.Blackwell Scientific.Oxford.CrustMantleOuterCoreVelocity(km/sec)0510100020003000400050006000Depth(km)S wavesP wavesInnerCoreLithosp

15、hereAstheno-sphereSolidLiquidMeso-sphereS waves固体地球地幔地幔:橄榄岩橄榄岩 (超基性岩超基性岩)63705145289866041060220CrustMantleMantleCoreCoreUpper MantleTransition Zone Inner CoreDepth(km)LowerMantle(solid)OuterCore(liquid)上地幔上地幔 深达深达 410 km(olivine 410 km(olivine spinel)spinel)u uLow Velocity LayerLow Velocity Layer 6

16、0-220 km60-220 km过渡带过渡带 as vel.incr.rapidlyas vel.incr.rapidlyu u660 spinel 660 spinel perovskite-type perovskite-type F FSiSiIVIV Si SiVIVI下地幔下地幔 has more gradual has more gradual velocity increasevelocity increase第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布2.2.2.2.地球元素丰度地球元素丰度地球元素丰度地球元素丰度估算方法估算方法估算方法估算方法(1)(1)(1)(1)

17、陨石类比法陨石类比法陨石类比法陨石类比法以以以以下下下下列列列列假假假假设设设设：a.a.a.a.陨陨陨陨石石石石在在在在太太太太阳阳阳阳系系系系内内内内形形形形成成成成;b.b.b.b.陨陨陨陨石石石石与与与与小小小小行行行行星星星星带带带带的的的的物物物物质质质质相相相相同同同同；c.c.c.c.陨陨陨陨石石石石是是是是破破破破坏坏坏坏了了了了的的的的星星星星体体体体碎碎碎碎片片片片；d.d.d.d.产产产产生生生生陨陨陨陨石石石石的的的的星星星星体体体体其其其其内内内内部部部部结结结结构构构构和和和和成成成成分分分分分分分分布布布布与与与与地地地地球球球球类类类类似似似似第二节第二节 元

18、素在地球中的分布元素在地球中的分布(2)(2)(2)(2)地球模型地球模型地球模型地球模型-陨石类比法陨石类比法陨石类比法陨石类比法按地球的各主要圈层的比例计算：按地球的各主要圈层的比例计算：按地球的各主要圈层的比例计算：按地球的各主要圈层的比例计算：地地地地核核核核 ：32.4%32.4%32.4%32.4%，球球球球粒粒粒粒陨陨陨陨石石石石的的的的镍镍镍镍铁铁铁铁金金金金属属属属相相相相+5.3%+5.3%+5.3%+5.3%陨陨陨陨硫硫硫硫铁（硫化物相）代表铁（硫化物相）代表铁（硫化物相）代表铁（硫化物相）代表地幔地幔地幔地幔+地壳地壳地壳地壳：67.6%67.6%67.6%67.6%，

19、球粒陨石的平均硅酸盐成分，球粒陨石的平均硅酸盐成分，球粒陨石的平均硅酸盐成分，球粒陨石的平均硅酸盐成分第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布二、地壳的平均化学成分二、地壳的平均化学成分二、地壳的平均化学成分二、地壳的平均化学成分1.1.1.1.克拉克值的概念克拉克值的概念克拉克值的概念克拉克值的概念（1 1 1 1）重量克拉克值：）重量克拉克值：）重量克拉克值：）重量克拉克值：地壳中元素的重量平均含量地壳中元素的重量平均含量地壳中元素的重量平均含量地壳中元素的重量平均含量（2 2 2 2）原子克拉克值：）原子克拉克值：）原子克拉克值：）原子克拉克值：地壳中元素的原子平均含量地壳中元

20、素的原子平均含量地壳中元素的原子平均含量地壳中元素的原子平均含量第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布2 2 2 2、地壳平均化学成分的确定方法、地壳平均化学成分的确定方法、地壳平均化学成分的确定方法、地壳平均化学成分的确定方法（1 1 1 1）克拉克法（）克拉克法（）克拉克法（）克拉克法（5159515951595159样品，样品，样品，样品，50505050元素，元素，元素，元素，1924192419241924）a.a.a.a.岩石圈：水圈：大气圈岩石圈：水圈：大气圈岩石圈：水圈：大气圈岩石圈：水圈：大气圈 93%7%0.03%93%7%0.03%93%7%0.03%93%7

21、%0.03%b.b.b.b.岩石圈中（地壳）岩石圈中（地壳）岩石圈中（地壳）岩石圈中（地壳）岩浆岩：岩浆岩：岩浆岩：岩浆岩：页岩：页岩：页岩：页岩：砂岩：砂岩：砂岩：砂岩：灰岩灰岩灰岩灰岩 95%4%0.75%0.25%95%4%0.75%0.25%95%4%0.75%0.25%95%4%0.75%0.25%第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布具体计算过程：具体计算过程：具体计算过程：具体计算过程：1.1.1.1.分分分分48484848个个个个地地地地区区区区计计计计算算算算 平平平平 均均均均 化化化化 学学学学成分成分成分成分2.2.2.2.合合合合并并并并为为为为9 9

22、9 9个个个个地地地地区区区区 计计计计 算算算算 平平平平 均均均均化学成分化学成分化学成分化学成分3.3.3.3.计计计计算算算算总总总总平平平平均均均均化化化化学成分学成分学成分学成分第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布（2 2 2 2）戈尔德施密特法（细碎屑岩法）戈尔德施密特法（细碎屑岩法）戈尔德施密特法（细碎屑岩法）戈尔德施密特法（细碎屑岩法）特点：特点：特点：特点：细碎屑岩的源物质来自剥蚀区细碎屑岩的源物质来自剥蚀区细碎屑岩的源物质来自剥蚀区细碎屑岩的源物质来自剥蚀区适合于区域地壳成分的估计适合于区域地壳成分的估计适合于区域地壳成分的估计适合于区域地壳成分的估计第二节

23、第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布（3 3 3 3）地壳模型法）地壳模型法）地壳模型法）地壳模型法TaylorTaylorTaylorTaylor法：基性岩法：基性岩法：基性岩法：基性岩/酸性岩酸性岩酸性岩酸性岩=1(=1(=1(=1(质量质量质量质量)基性岩代表下地壳，酸性岩代表上地壳基性岩代表下地壳，酸性岩代表上地壳基性岩代表下地壳，酸性岩代表上地壳基性岩代表下地壳，酸性岩代表上地壳第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布3.3.3.3.地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征地壳元素丰度地壳元素丰度 第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中

24、的分布3.3.3.3.地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征(1)(1)(1)(1)地壳中各种元素丰度极不均匀地壳中各种元素丰度极不均匀地壳中各种元素丰度极不均匀地壳中各种元素丰度极不均匀O,Si,Al O,Si,Al O,Si,Al O,Si,Al 占占占占82%82%82%82%O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,MgO,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,MgO,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,MgO,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg占占占占 98%98%98%98%O O O O 与与与与RnRnRnRn相差相差相差相差1010101017171717

25、倍倍倍倍(2)(2)(2)(2)随随随随原原原原子子子子序序序序数数数数的的的的增增增增加加加加其其其其丰丰丰丰度度度度降降降降低低低低，但但但但Li,Li,Li,Li,Be,Be,Be,Be,B B B B仍仍仍仍表表表表现现现现为为为为亏亏亏亏损损损损第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布(3)(3)(3)(3)除除除除了了了了惰惰惰惰性性性性气气气气体体体体和和和和少少少少数数数数元元元元素素素素外外外外，质质质质量量量量数数数数为为为为偶偶偶偶数数数数的的的的元元元元素丰度大于奇数素丰度大于奇数素丰度大于奇数素丰度大于奇数(4)(4)(4)(4)四倍规则（质量数为四的倍数）

26、四倍规则（质量数为四的倍数）四倍规则（质量数为四的倍数）四倍规则（质量数为四的倍数）4A4A4A4A型型型型：12121212C,C,C,C,16161616O OO O ,24242424Mg,Mg,Mg,Mg,28282828Si,Si,Si,Si,32323232S,S,S,S,40404040Ca,Ca,Ca,Ca,48484848Ti,Ti,Ti,Ti,52525252Cr,Cr,Cr,Cr,56565656Fe,Fe,Fe,Fe,140140140140Ce,Ce,Ce,Ce,232232232232Th,Th,Th,Th,238238238238U U U U 占占占占87%87

27、%87%87%4A+34A+34A+34A+3型型型型：7 7 7 7Li,Li,Li,Li,11111111B,B,B,B,19191919F,F,F,F,23232323Na,Na,Na,Na,27272727Al,Al,Al,Al,31313131P,P,P,P,35353535Cl,Cl,Cl,Cl,39393939K,K,K,K,51515151V,V,V,V,55555555Mn,Mn,Mn,Mn,59595959Co,Co,Co,Co,63636363Cu,Cu,Cu,Cu,75757575As,As,As,As,107107107107AgAgAgAg占占占占13%13%13%

28、13%第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布 4A+24A+24A+24A+2和和和和4A+14A+14A+14A+1型仅占型仅占型仅占型仅占0.0.0.0.n%n%n%n%偶数规则被破坏的原因：偶数规则被破坏的原因：偶数规则被破坏的原因：偶数规则被破坏的原因：1.1.1.1.惰性气体与其它气体元素之间存在差别惰性气体与其它气体元素之间存在差别惰性气体与其它气体元素之间存在差别惰性气体与其它气体元素之间存在差别2.2.2.2.分异作用分异作用分异作用分异作用=偶偶偶偶-奇元素丰度的反常奇元素丰度的反常奇元素丰度的反常奇元素丰度的反常地壳地壳地壳地壳-地幔分异地幔分异地幔分异地幔分异

29、=12121212Mg,Mg,Mg,Mg,24242424CrCrCrCr的亏损的亏损的亏损的亏损核核核核-幔分异幔分异幔分异幔分异=34343434Se,Se,Se,Se,52525252TeTeTeTe第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布4.4.4.4.元素克拉克值的地球化学意义元素克拉克值的地球化学意义元素克拉克值的地球化学意义元素克拉克值的地球化学意义(1)(1)(1)(1)元素的地球化学行为与克拉克值的关系元素的地球化学行为与克拉克值的关系元素的地球化学行为与克拉克值的关系元素的地球化学行为与克拉克值的关系克拉克值高克拉克值高克拉克值高克拉克值高=独立矿物独立矿物独立矿

30、物独立矿物(K,Na)(K,Na)(K,Na)(K,Na)克拉克值低克拉克值低克拉克值低克拉克值低=类质同象类质同象类质同象类质同象(Rb,Cs)(Rb,Cs)(Rb,Cs)(Rb,Cs)元素的克拉克值与可形成矿物种数的关系元素的克拉克值与可形成矿物种数的关系第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布(2)(2)(2)(2)作为元素集中分散的标尺作为元素集中分散的标尺作为元素集中分散的标尺作为元素集中分散的标尺浓度克拉克值的概念浓度克拉克值的概念浓度克拉克值的概念浓度克拉克值的概念浓度克拉克值浓度克拉克值浓度克拉克值浓度克拉克值=观测值观测值观测值观测值/克拉克值克拉克值克拉克值克拉克

31、值第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布(3)判断元素在地壳中富集成矿的能力浓集系数：矿石边界品位/克拉克值 一些元素的浓集系数值第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布浓集系数低的较容易富集成矿浓集系数低的较容易富集成矿浓集系数低的较容易富集成矿浓集系数低的较容易富集成矿Si,Si,Si,Si,Al,Al,Al,Al,FeFeFeFe分分分分别别别别仅仅仅仅需需需需富富富富集集集集1.51.51.51.5，3 3 3 3，6 6 6 6倍倍倍倍即即即即可可可可达达达达到到到到工工工工业业业业品品品品位位位位（矿主要形成于前寒武纪）。（矿主要形成于前寒武纪）。（矿主要形成

32、于前寒武纪）。（矿主要形成于前寒武纪）。Cu,Cu,Cu,Cu,Zn,Zn,Zn,Zn,AgAgAgAg分分分分别别别别需需需需富富富富集集集集50505050，600600600600，2000200020002000倍倍倍倍c c c c才才才才可可可可达达达达到到到到工工工工业品位（矿主要形成于古生代以后）。业品位（矿主要形成于古生代以后）。业品位（矿主要形成于古生代以后）。业品位（矿主要形成于古生代以后）。第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布5.5.5.5.元素在主要类型岩石中的分配元素在主要类型岩石中的分配元素在主要类型岩石中的分配元素在主要类型岩石中的分配(1)(1)

33、(1)(1)主要类型岩浆岩中元素的丰度特征主要类型岩浆岩中元素的丰度特征主要类型岩浆岩中元素的丰度特征主要类型岩浆岩中元素的丰度特征超超超超基基基基性性性性岩岩岩岩富富富富集集集集的的的的元元元元素素素素：Mg,Mg,Mg,Mg,Cr,Cr,Cr,Cr,Ni,Ni,Ni,Ni,Co,Co,Co,Co,Fe,Fe,Fe,Fe,Ru,Ru,Ru,Ru,Rh,Rh,Rh,Rh,Pd,Pd,Pd,Pd,Os,Os,Os,Os,Ir,Ir,Ir,Ir,Pt,AuPt,AuPt,AuPt,Au基性岩基性岩基性岩基性岩富集的元素富集的元素富集的元素富集的元素：Ca,Al,V,Ti,Mn,Cu,Sc,P,Zn

34、,Mo,AgCa,Al,V,Ti,Mn,Cu,Sc,P,Zn,Mo,AgCa,Al,V,Ti,Mn,Cu,Sc,P,Zn,Mo,AgCa,Al,V,Ti,Mn,Cu,Sc,P,Zn,Mo,Ag 中性岩中性岩中性岩中性岩富集的元素：富集的元素：富集的元素：富集的元素：Sr,Zr,Nb,Ga,NaSr,Zr,Nb,Ga,NaSr,Zr,Nb,Ga,NaSr,Zr,Nb,Ga,Na第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布 酸酸酸酸性性性性岩岩岩岩富富富富集集集集的的的的元元元元素素素素：Li,Li,Li,Li,Be,Be,Be,Be,B,B,B,B,F,F,F,F,Si,Si,Si,Si,

35、K,K,K,K,Rb,Rb,Rb,Rb,Y,Y,Y,Y,Sn,Sn,Sn,Sn,Cs,Cs,Cs,Cs,Ba,Hf,Ta,W,Tl,Pb,Th,UBa,Hf,Ta,W,Tl,Pb,Th,UBa,Hf,Ta,W,Tl,Pb,Th,UBa,Hf,Ta,W,Tl,Pb,Th,U 变化不大的元素：变化不大的元素：变化不大的元素：变化不大的元素：Ge,Sb,AsGe,Sb,AsGe,Sb,AsGe,Sb,As一一一一般般般般规规规规律律律律：同同同同族族族族上上上上部部部部在在在在偏偏偏偏基基基基性性性性岩岩岩岩中中中中含含含含量量量量高高高高，下下下下部部部部酸酸酸酸性岩中含量高。性岩中含量高。性岩中

36、含量高。性岩中含量高。解释：原子和离子电价和半径解释：原子和离子电价和半径解释：原子和离子电价和半径解释：原子和离子电价和半径第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布(2)(2)(2)(2)主要类型沉积岩中的规律主要类型沉积岩中的规律主要类型沉积岩中的规律主要类型沉积岩中的规律砂岩中富集的元素：砂岩中富集的元素：砂岩中富集的元素：砂岩中富集的元素：Si,ZrSi,ZrSi,ZrSi,Zr碳酸岩碳酸岩碳酸岩碳酸岩中富集的元素：中富集的元素：中富集的元素：中富集的元素：Mg,Ca,Sr,MnMg,Ca,Sr,MnMg,Ca,Sr,MnMg,Ca,Sr,Mn 页页页页岩岩岩岩中中中中富富富

37、富集集集集的的的的元元元元素素素素：AlAlAlAl及及及及大大大大多多多多数数数数微微微微量量量量元元元元素素素素，如如如如V,V,V,V,Ni,Ni,Ni,Ni,Co,Cu,Ag,Au,Mo,U,Cd,As,SbCo,Cu,Ag,Au,Mo,U,Cd,As,SbCo,Cu,Ag,Au,Mo,U,Cd,As,SbCo,Cu,Ag,Au,Mo,U,Cd,As,Sb第二节第二节 元素在地球中的分布元素在地球中的分布(3)(3)(3)(3)元素在岩石各矿物中的分配元素在岩石各矿物中的分配元素在岩石各矿物中的分配元素在岩石各矿物中的分配载体矿物和富集矿物的概念载体矿物和富集矿物的概念载体矿物和富集矿

38、物的概念载体矿物和富集矿物的概念载体矿物：在岩石中某元素主要赋存的矿物载体矿物：在岩石中某元素主要赋存的矿物载体矿物：在岩石中某元素主要赋存的矿物载体矿物：在岩石中某元素主要赋存的矿物富富富富集集集集矿矿矿矿物物物物：某某某某元元元元素素素素的的的的含含含含量量量量远远远远远远远远高高高高于于于于岩岩岩岩石石石石平平平平均均均均含含含含量量量量的的的的矿物矿物矿物矿物PbPb、Zn Zn 在花岗岩各矿物中的分配在花岗岩各矿物中的分配三、地幔的化学组成三、地幔的化学组成地壳与地幔化学地壳与地幔化学三、地幔化学三、地幔化学三、地幔化学三、地幔化学(一一一一)地幔岩模型地幔岩模型地幔岩模型地幔岩模型

39、1.1.1.1.橄榄岩地幔模型橄榄岩地幔模型橄榄岩地幔模型橄榄岩地幔模型三份橄榄岩、一份玄武岩地幔化学地幔化学2.2.2.2.榴辉岩榴辉岩榴辉岩榴辉岩-橄榄岩互层地幔岩模型橄榄岩互层地幔岩模型橄榄岩互层地幔岩模型橄榄岩互层地幔岩模型地幔化学地幔化学(二二二二)地幔低速层（软流圈）地幔低速层（软流圈）地幔低速层（软流圈）地幔低速层（软流圈）1.1.1.1.低速层的性质和特点低速层的性质和特点低速层的性质和特点低速层的性质和特点低的地震波速低的地震波速低的地震波速低的地震波速高的电导率高的电导率高的电导率高的电导率 高的热流值高的热流值高的热流值高的热流值 低速层越浅，热流越大低速层越浅，热流越大

40、低速层越浅，热流越大低速层越浅，热流越大高导层深度与热流值的关系高导层深度与热流值的关系地幔化学地幔化学2.2.2.2.地幔低速层的成因地幔低速层的成因地幔低速层的成因地幔低速层的成因部分熔融部分熔融部分熔融部分熔融地幔化学地幔化学(三三三三)地幔的化学成分地幔的化学成分地幔的化学成分地幔的化学成分1.1.1.1.地幔成分的研究方法地幔成分的研究方法地幔成分的研究方法地幔成分的研究方法(1)(1)(1)(1)主要元素确定的地球物理方法主要元素确定的地球物理方法主要元素确定的地球物理方法主要元素确定的地球物理方法地球的地震波速测量地球的地震波速测量地球的地震波速测量地球的地震波速测量高温高压下矿

41、物地震波速和密度的测量高温高压下矿物地震波速和密度的测量高温高压下矿物地震波速和密度的测量高温高压下矿物地震波速和密度的测量(2)(2)(2)(2)原始地幔成分的确定原始地幔成分的确定原始地幔成分的确定原始地幔成分的确定基本假定基本假定基本假定基本假定a.a.a.a.金属相与硅酸盐相的分离发生在行星初期金属相与硅酸盐相的分离发生在行星初期金属相与硅酸盐相的分离发生在行星初期金属相与硅酸盐相的分离发生在行星初期b.b.b.b.挥发性元素的亏损发生在地球增生以前挥发性元素的亏损发生在地球增生以前挥发性元素的亏损发生在地球增生以前挥发性元素的亏损发生在地球增生以前c.c.c.c.亲石元素全部进入地幔

42、，因此亲石元素之间无分异亲石元素全部进入地幔，因此亲石元素之间无分异亲石元素全部进入地幔，因此亲石元素之间无分异亲石元素全部进入地幔，因此亲石元素之间无分异地幔化学地幔化学几种不同的估算方法几种不同的估算方法几种不同的估算方法几种不同的估算方法 原原原原始始始始未未未未亏亏亏亏损损损损样样样样品品品品法法法法(Jagoutz,1979)(Jagoutz,1979)(Jagoutz,1979)(Jagoutz,1979)：用用用用亲亲亲亲石石石石元元元元素素素素(Al,Ca,Nd(Al,Ca,Nd(Al,Ca,Nd(Al,Ca,Nd同同同同位位位位素素素素等等等等)之之之之间间间间的的的的比比比

43、比值值值值与与与与CICICICI球球球球粒粒粒粒陨陨陨陨石石石石一一一一致致致致的样品，与地壳平均成分混合计算。的样品，与地壳平均成分混合计算。的样品，与地壳平均成分混合计算。的样品，与地壳平均成分混合计算。地幔化学地幔化学地幔模型法（地幔模型法（地幔模型法（地幔模型法（Anderson,1983Anderson,1983Anderson,1983Anderson,1983）：）：）：）：以以以以下下下下岩岩岩岩石石石石和和和和宇宇宇宇宙宙宙宙化化化化学学学学限限限限制制制制条条条条件件件件计计计计算算算算得得得得到到到到各各各各类类类类岩岩岩岩石石石石的的的的份额和原始地幔的成分份额和原始

44、地幔的成分份额和原始地幔的成分份额和原始地幔的成分超镁铁质岩（超镁铁质岩（超镁铁质岩（超镁铁质岩（32.6%32.6%32.6%32.6%）平均地壳岩石（平均地壳岩石（平均地壳岩石（平均地壳岩石（0.56%0.56%0.56%0.56%，现代地壳为，现代地壳为，现代地壳为，现代地壳为0.6%0.6%0.6%0.6%）洋中脊玄武岩（洋中脊玄武岩（洋中脊玄武岩（洋中脊玄武岩（6.7%,6.7%,6.7%,6.7%,与与与与40404040亿年消减洋壳相当）亿年消减洋壳相当）亿年消减洋壳相当）亿年消减洋壳相当）金伯利岩（金伯利岩（金伯利岩（金伯利岩（0.11%0.11%0.11%0.11%）斜方辉石

45、岩（斜方辉石岩（斜方辉石岩（斜方辉石岩（59.8%59.8%59.8%59.8%）地幔化学地幔化学 质量平衡法（质量平衡法（质量平衡法（质量平衡法（TaylorTaylorTaylorTaylor，1985198519851985）C C C C地球地球地球地球=X C=X C=X C=X C地幔地幔地幔地幔 +（1-X1-X1-X1-X）C C C C地核地核地核地核地核地核地核地核/地幔地幔地幔地幔 =31=31=31=31：69696969（由地球物理方法获得）（由地球物理方法获得）（由地球物理方法获得）（由地球物理方法获得）亲石微量元素是球粒陨石的亲石微量元素是球粒陨石的亲石微量元素是

46、球粒陨石的亲石微量元素是球粒陨石的1.51.51.51.5倍倍倍倍地幔化学地幔化学3.3.3.3.地幔不均一性的研究方法地幔不均一性的研究方法地幔不均一性的研究方法地幔不均一性的研究方法（1 1 1 1）研究意义）研究意义）研究意义）研究意义a.a.a.a.大地构造分区大地构造分区大地构造分区大地构造分区b.b.b.b.地壳不均一性的原因地壳不均一性的原因地壳不均一性的原因地壳不均一性的原因c.c.c.c.矿产分布矿产分布矿产分布矿产分布d.d.d.d.构造环境构造环境构造环境构造环境地幔化学地幔化学(2)(2)(2)(2)样品样品样品样品地幔橄榄岩类岩石地幔橄榄岩类岩石地幔橄榄岩类岩石地幔橄

47、榄岩类岩石玄武岩类岩石（分布量）玄武岩类岩石（分布量）玄武岩类岩石（分布量）玄武岩类岩石（分布量）地幔化学地幔化学用玄武岩中微量元素或同位素示踪地幔成分的原理用玄武岩中微量元素或同位素示踪地幔成分的原理用玄武岩中微量元素或同位素示踪地幔成分的原理用玄武岩中微量元素或同位素示踪地幔成分的原理a.a.a.a.元素比值原理元素比值原理元素比值原理元素比值原理b.b.b.b.干扰因素的处理干扰因素的处理干扰因素的处理干扰因素的处理地幔化学地幔化学4.4.4.4.地幔的化学不均一性地幔的化学不均一性地幔的化学不均一性地幔的化学不均一性（1 1 1 1）全全全全 球球球球 地地地地 幔幔幔幔 至至至至 少

48、少少少 可可可可 以以以以 划划划划 分分分分 出出出出 4 4 4 4个个个个 端端端端 员员员员：a.PREMAa.PREMAa.PREMAa.PREMA（原始地幔）（原始地幔）（原始地幔）（原始地幔）b.DMM(b.DMM(b.DMM(b.DMM(亏损型亏损型亏损型亏损型)c.EMIc.EMIc.EMIc.EMI（富集（富集（富集（富集I I I I型，再循环下地壳加入）型，再循环下地壳加入）型，再循环下地壳加入）型，再循环下地壳加入）d.EMIId.EMIId.EMIId.EMII（富集（富集（富集（富集II II II II型，壳源沉积物加入）型，壳源沉积物加入）型，壳源沉积物加入）

49、型，壳源沉积物加入）地幔化学地幔化学（2 2 2 2）全球的大区域地幔不均一性）全球的大区域地幔不均一性）全球的大区域地幔不均一性）全球的大区域地幔不均一性 印印印印度度度度洋洋洋洋，太太太太平平平平洋洋洋洋和和和和大大大大西西西西洋洋洋洋玄玄玄玄武武武武岩岩岩岩的的的的同位素组成。同位素组成。同位素组成。同位素组成。印印印印度度度度洋洋洋洋：实实实实心心心心三三三三角角角角和加圈实心圆和加圈实心圆和加圈实心圆和加圈实心圆大大大大西西西西洋洋洋洋和和和和太太太太平平平平洋洋洋洋：实实实实心心心心圆圆圆圆和和和和实实实实心心心心三三三三角角角角地幔化学地幔化学（3 3 3 3）北半球与南半球的同

50、位素异常）北半球与南半球的同位素异常）北半球与南半球的同位素异常）北半球与南半球的同位素异常地幔化学地幔化学（3 3 3 3）中国东部的地幔不均一性）中国东部的地幔不均一性）中国东部的地幔不均一性）中国东部的地幔不均一性地壳与地幔化学地壳与地幔化学（4 4 4 4）华北地块与扬子地块地幔的不均一）华北地块与扬子地块地幔的不均一）华北地块与扬子地块地幔的不均一）华北地块与扬子地块地幔的不均一前者富前者富前者富前者富MoMoMoMo贫贫贫贫CuCuCuCu与矿产分布一致与矿产分布一致与矿产分布一致与矿产分布一致（5 5 5 5）岛弧火山岩的地幔源区不均一）岛弧火山岩的地幔源区不均一）岛弧火山岩的地