地壳化学成分和元素克拉克值的地球化学意义

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元素克拉克值反映了地壳的平均化学成分,确定着地壳作为一个物理化学系统的总特征以及地壳中各类地球化学过程的总布景。它既是一种影响元素地球化学行为的主要要素,又为地球化学供给了权衡地壳系统中元素集平分散程度的标尺。

大陆地壳是在地质汗青过程中通过地幔部门熔融的岩浆向上侵入或喷出逐渐构成的,部门熔融构成地壳后残存的地幔部门就成了现今的贫化或吃亏(depleted)地幔。大洋中脊玄武岩(MORB)是这种贫化地幔的典型代表。相容性元素是指在矿物-岩浆分派过程中次要富集在矿物中的元素。次要富集在岩浆中的元素为不相容性元素。霍夫曼(Hoffmann,1988)提出,因为大陆地壳是原始地幔部门熔融发生的,因而将大陆地壳的元素品貌对原始地幔尺度化后的比值可定量权衡元素的相容性。比值越大者,元素的相容性越小,相对于地幔在大陆地壳中越富集。霍夫曼给出了37 种元素的相容性挨次。图1.10是高山等(Gao,et a1.,1998)比来得出的 63 种元素的相容性挨次,这一挨次与霍夫曼给出的挨次根基不异。由图还可见大陆地壳和代表贫化地幔的MORB在构成上表示出很好的互补性,从 Cs至 Mo不相容性较强的元素表示得尤为清晰。霍夫曼(1988)进一步用部门熔融的两阶段模子定量证了然如图所示的元素分布关系:第一阶段原始地幔通过 1.5%的部门熔融发生大陆地壳,第二阶段地幔通过8%~10%的熔融,发生大洋地壳。

元素克拉克值影响着元素加入地壳地球化学过程的浓度,安排着元素的地球化学行为。例如,克拉克值低的Rb、Cs、Br、I等元素,虽然它们的盐类都是易熔解合物,但它们在天然水中的浓度也老是很低的,品貌较高的K和Na在天然水中有较高的浓度,在特殊的蒸发情况中还可过饱和沉淀出盐类矿床。这显示化学性质类似的碱金属元素(Na、K、Rb、Cs)在地壳中以至呈现出分歧的地球化学行为。在地壳的各类系统中K和Na的高浓度,能够构成各类独立矿物,而Rb和Cs克拉克值低,不克不及构成本人的独立矿物,常分离于其他元素(次要是K)的矿物中。在天然界品貌很低的元素的阳离子和品貌很低的元素的阴离子构成的化合物,例如Li2SeO4、Rb2SeO4、BeSeO4、SrSeO4等在地壳中尚未被发觉,这是因为它们的本色浓度不克不及跨越化合物的溶度积所致。

在尝试室中能够给定元素的肆意浓度,但在地壳系统中,元素的浓度受元素克拉克值的限制,这不只形成如上述化学性质近似元素的地球化学行为各别,也导致天然界的化合物(矿物)数目(目前已知矿物只要3000多种)比人造化合物的数目(已达数十万)少得多。

克拉克值可认为阐明地球化学省的特征供给一种尺度。例如,若某地域花岗岩类岩石的总质量大大高于镁铁质岩石,那么这个地域不只Mg和Fe的含量、并且伴生的Cr、Ti和铂族元素,以至Zn等的含量都较着低于克拉克值,多金属矿床中还会呈现铅含量显著高于锌的环境。故在阐发地壳中元素迁徙、集中和分离等地球化学行为时,必需考虑元素克拉克值这一主要要素。

根据克拉克值能够计较出地壳中地球化学性质类似或者相关元素之间的平均比值,例如w(V)/w(Fe)或w(Sc)/w(Fe),w(Ni)/w(Co)或w(Se)/w(S)和w(Te)/w(Se)的比值,对于硫化物说来,这种比值要比Se和Te的绝对含量主要得多。稀土元素、Zr和Hf、Nb及Ta、K和Rb等都是相互难分手的元素,若是在局域或地质体中它们的比值偏离了克拉克值的平均比值,经常就成为一种地球化学标记,反映曾经发生了某种特殊的地球化学过程。例如,w(Th)/w(U)比值一般为3.3~3.5,若是某一地域岩石中这一比值低于2,暗示可能具有铀的矿化勾当;若是岩石中的w(Th)/w(U)比值为2.5~4,可能同时发生铀和钍的矿化;若是岩石中w(Th)/w(U)比值大于5,则可能已发生Th的矿化、而无U的较着矿化。

元素在矿床中的最低可采档次与克拉克值的比值,被称为该元素的浓集系数。某些元素的浓集系数列于表1.15中。

通过元素浓集系数的比力,能够发觉各类元素在地壳中集中的能力相差很悬殊。Fe的浓集系数为6,申明Fe在克拉克值的程度上富集6倍即可构成矿床。很多稀少的元素有极高的浓集系数,例如Bi和Sb的浓集系数为25000、Hg为14000,申明这些元素需在克拉克值的根本上富集万倍以上才能成矿,而在地壳的某些地段这些元素确实有十分强烈的集中能力。

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