1、一、引一、引 言言二、沉积岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布三、沉积环境的元素地球化学标志三、沉积环境的元素地球化学标志第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 迄今为止，地球化学已包括许多分支学科，其中得到国内外公认的也迄今为止，地球化学已包括许多分支学科，其中得到国内外公认的也有有2020多种。划分分支学科的准则有粗有细，依据也有所不同。多种。划分分支学科的准则有粗有细，依据也有所不同。 19731973年美国出版的年美国出版的地球化学定向地球化学定向一书把地球化学划分为四大分支，一书把地球化学划分为四大分支，即天体化学、固体地球化学即天体化学、固体地球化学( (或内生地球化学或内生地球化
2、学) )、外生地球化学和有机地球化、外生地球化学和有机地球化学。学。 按重要的地质作用作为划分分支学科的准则，可划分出：岩浆作用地按重要的地质作用作为划分分支学科的准则，可划分出：岩浆作用地球化学、沉积作用地球化学、内生作用地球化学、外生作用地球化学、深球化学、沉积作用地球化学、内生作用地球化学、外生作用地球化学、深部地球化学、构造地球化学等分支学科。部地球化学、构造地球化学等分支学科。 按研究对象来划分，则有：天体化学、环境地球化学、生物地球化学、按研究对象来划分，则有：天体化学、环境地球化学、生物地球化学、区域地球化学、矿床地球化学、水文地球化学等。区域地球化学、矿床地球化学、水文地球化学
3、等。 按地质时代划分，如太古代地球化学、第四纪地球化学等。按地质时代划分，如太古代地球化学、第四纪地球化学等。 强调室内研究手段，则可分为实验地球化学、包裹体地球化学等。强调室内研究手段，则可分为实验地球化学、包裹体地球化学等。 化学组成作为划分分支学科的准则，则有：有机地球化学、同位素地球化学组成作为划分分支学科的准则，则有：有机地球化学、同位素地球化学、元素地球化学。化学、元素地球化学。一、引一、引 言言第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 元素地球化学是地球化学领域最老的分支元素地球化学是地球化学领域最老的分支学科，也可以说早期的地球化学就是元素地球学科，也可以说早期的地球化学就是元素
4、地球化学。随着科学的发展，地球化学的含义、概化学。随着科学的发展，地球化学的含义、概念和研究范围不断发展，不断丰富，并且不是念和研究范围不断发展，不断丰富，并且不是一成不变的。同样，元素地球化学的研究范围、一成不变的。同样，元素地球化学的研究范围、含义和概念也是不断发展的。含义和概念也是不断发展的。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学1、元素地球化学的概念及主要研究内容、元素地球化学的概念及主要研究内容 （沉积）元素地球化学（沉积）元素地球化学是研究沉积岩中元素分布与分是研究沉积岩中元素分布与分配规律，包括元素的丰度和赋存状态，元素的迁移与搬运机配规律，包括元素的丰度和赋存状态，元素的迁移与
5、搬运机制，元素的分散和聚集及控制元素上述地球化学行为的各种制，元素的分散和聚集及控制元素上述地球化学行为的各种因素。因素。 1 1）概）概 念念第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 (1)(1)元素的物理、化学和晶体化学性质研究。元素的物理、化学和晶体化学性质研究。包括元素的原包括元素的原子结构、同位素组成、化合价、元素的原子和离子半径、离子子结构、同位素组成、化合价、元素的原子和离子半径、离子类型、极化性质、电负性等。类型、极化性质、电负性等。 (2)(2)元素在宇宙、星体、陨石、月球和地球各圈层的分布、元素在宇宙、星体、陨石、月球和地球各圈层的分布、分配研究。分配研究。元素在各种地质体分
6、布量的差异以及他们的地球化元素在各种地质体分布量的差异以及他们的地球化学意义研究。学意义研究。 (3)(3)元素的赋存状态及迁移形式的研究。元素的赋存状态及迁移形式的研究。其中包括各种地球其中包括各种地球化学过程中的化学反应以及元素运动的物理化学条件的研究等。化学过程中的化学反应以及元素运动的物理化学条件的研究等。 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学2 2）主要研究内容）主要研究内容 (4) (4)元素的演化和循环历史研究。元素的演化和循环历史研究。生物是演化的，无机界生物是演化的，无机界是演化的，元素也在演化。生物有产生、发展和衰亡的变化，是演化的，元素也在演化。生物有产生、发展和衰亡的
7、变化，元素也有这种变化。如放射性元素铀在自然界的原子数量不元素也有这种变化。如放射性元素铀在自然界的原子数量不断减少，而铅原子的数量在不断增加。断减少，而铅原子的数量在不断增加。 (5)(5)元素的富集规律及主要矿床类型研究。元素的富集规律及主要矿床类型研究。这些内容是矿这些内容是矿床学、石油地质学的主要部分，也是元素地球化学的重要内床学、石油地质学的主要部分，也是元素地球化学的重要内容。容。 (6) (6) 元素在环境中的运移规律和与人类的关系。元素在环境中的运移规律和与人类的关系。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学2 2）主要研究内容）主要研究内容2、元素地球化学的研究方法、元素地球化
8、学的研究方法第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 除了使用地质的和地球化学的研究方法以外，同时还要运用物理的和除了使用地质的和地球化学的研究方法以外，同时还要运用物理的和化学的研究方法，化学的研究方法，归纳起来有以下几个方面；归纳起来有以下几个方面； (1)(1)元素地球化学的研究要和地质研究结合起来，因为通过上述研究可元素地球化学的研究要和地质研究结合起来，因为通过上述研究可查清元素存在和迁移的背景查清元素存在和迁移的背景( (地质的、物理的和化学的环境地质的、物理的和化学的环境) )。 (2)(2)灵敏度高、精度高、快速和经济的测定、分析手段的应用。如中子灵敏度高、精度高、快速和经济的测
9、定、分析手段的应用。如中子活化分析、电子探针、活化分析、电子探针、X X荧光光谱等技术的应用。荧光光谱等技术的应用。 (3)(3)各种地球化学模拟实验研究工作的进行。各种地球化学模拟实验研究工作的进行。 (4)(4)一些物理化学、热力学等理论在研究元素地球化学研究中的应用。一些物理化学、热力学等理论在研究元素地球化学研究中的应用。 (5)(5)在元素地球化学研究中常常遇到大量数据，所以必须用先进、快速在元素地球化学研究中常常遇到大量数据，所以必须用先进、快速的手段的手段( (包括数理统计和计算机等手段包括数理统计和计算机等手段) )加以处理。加以处理。3、元素地球化学的研究历史、元素地球化学的
10、研究历史第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 大约在大约在2020世纪世纪4040年代末期地球化学成为一门独立的学科，但在年代末期地球化学成为一门独立的学科，但在2020世纪世纪20204040年代是地球化学打基础的时期。这个时期的研究主要限于研究地球的化年代是地球化学打基础的时期。这个时期的研究主要限于研究地球的化学组成，在理论上采用了晶体化学来探讨矿物中元素的分配和结合规律，可学组成，在理论上采用了晶体化学来探讨矿物中元素的分配和结合规律，可以说这段时期就是元素地球化学的起始阶段。这个时期的代表性著作有：克以说这段时期就是元素地球化学的起始阶段。这个时期的代表性著作有：克拉克的拉克的地球
11、化学资料地球化学资料和和地壳的平均化学成分地壳的平均化学成分两本专著。两本专著。 第二次世界大战以后，由于尖端技术和军事工业的需要，一些放射性第二次世界大战以后，由于尖端技术和军事工业的需要，一些放射性元素、稀有元素和难溶元素等的地质勘探工作大规模开展起来，因而这些元素、稀有元素和难溶元素等的地质勘探工作大规模开展起来，因而这些元素的地球化学研究工作也发展起来了。元素的地球化学研究工作也发展起来了。K.H. Wedepohl(60K.H. Wedepohl(60年代末至年代末至7070年年代初代初) )主编的主编的地球化学手册地球化学手册反映了战后元素地球化学研究的成果。目反映了战后元素地球化
12、学研究的成果。目前微量元素、稀土元素和与尖端技术有关的一些元素的地球化学研究无论前微量元素、稀土元素和与尖端技术有关的一些元素的地球化学研究无论在应用方面，还是在理论研究方面都有很高的水平。但是元素地球化学的在应用方面，还是在理论研究方面都有很高的水平。但是元素地球化学的研究发展至今也不平衡。例如元素在固体地质体、在热水溶液中的行为研研究发展至今也不平衡。例如元素在固体地质体、在热水溶液中的行为研究成果多，而在熔融体中的行为研究成果少；稀有、分散元素研究工作深究成果多，而在熔融体中的行为研究成果少；稀有、分散元素研究工作深入，而造岩元素及黑色、某些有色元素研究工作深度不够。入，而造岩元素及黑色
13、、某些有色元素研究工作深度不够。 我国使用金属的历史非常久远，有关元素地球化学的知我国使用金属的历史非常久远，有关元素地球化学的知识在远古时期即已开始积累。识在远古时期即已开始积累。 但解放前发展非常缓慢。解放后，新中国工业、农业生但解放前发展非常缓慢。解放后，新中国工业、农业生产和国防现代化的发展推动了地质事业，也推动了元素地球产和国防现代化的发展推动了地质事业，也推动了元素地球化学的发展。稀有元素、稀土元素、铀等元素都有专著出版，化学的发展。稀有元素、稀土元素、铀等元素都有专著出版，还多次召开了全国性的稀有元素地球化学学术会议。元素地还多次召开了全国性的稀有元素地球化学学术会议。元素地球化
14、学研究工作得到迅速的发展。球化学研究工作得到迅速的发展。 我国有关高等学校开设了元素地球化学课程。中国矿物我国有关高等学校开设了元素地球化学课程。中国矿物岩石地球化学学会建立了专门的元素地球化学专业委员会。岩石地球化学学会建立了专门的元素地球化学专业委员会。在不少研究机构中，元素地球化学也受到了重视。在不少研究机构中，元素地球化学也受到了重视。3、元素地球化学的研究历史、元素地球化学的研究历史第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 沉积岩的形成过程同时也是地壳中元素再分配和重新沉积岩的形成过程同时也是地壳中元素再分配和重新分布的过程。分布的过程。 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学二、沉积
15、岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布 分布和分配分布和分配 丰丰 度度 常用的含量单位常用的含量单位第二章第二章 元素地球化学元素地球化学二、沉积岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布 分布分布：指的是元素在这个体系中的相对含量（平均含量），亦即：指的是元素在这个体系中的相对含量（平均含量），亦即：“丰度丰度”。另外还包含着元素在体系中不均一性的特征。另外还包含着元素在体系中不均一性的特征。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学二、沉积岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布地球化学研究中常用的含量单位地球化学研究中常用的含量单位 绝对含量单位绝对含量单位 相对含量单位相对含量单位 T 吨吨 0/0
16、 百分之百分之. 10-2 Kg 千克千克 0/00 千分之千分之. 10-3 g 克克 mg 毫克毫克 g 微克微克 ppm , 百万分之百万分之 10-6 ng 毫微克毫微克 ppb , 十亿分之十亿分之 10-9 pg 微微克微微克 ppt, 万亿分之万亿分之 10-12 地壳中各元素的平均含量称为克拉克值。由于沉积地壳中各元素的平均含量称为克拉克值。由于沉积作用的复杂性和多样性，所以沉积岩的元素组成变化更作用的复杂性和多样性，所以沉积岩的元素组成变化更大。不同岩石类型中元素含量不同，如大。不同岩石类型中元素含量不同，如LiLi元素，在页岩元素，在页岩中为中为66ppm66ppm，在砂岩
17、中为，在砂岩中为15ppm15ppm，碳酸盐岩中为，碳酸盐岩中为 5ppm5ppm。同。同一种岩石中不同元素含量不同。一种岩石中不同元素含量不同。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学二、沉积岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布1 1、元素的平均含量、元素的平均含量第二章第二章 元素地球化学元素地球化学二、沉积岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布 沉积岩中常量元素的含量与组成岩石的主要矿物成分有关。沉积岩中常量元素的含量与组成岩石的主要矿物成分有关。在沉积岩中丰度最高的元素为在沉积岩中丰度最高的元素为Si、Al、Mg、Ca、Na、K，它，它们常以硅酸盐，铝硅酸盐，碳酸盐矿物形式存在，这些元素又
18、们常以硅酸盐，铝硅酸盐，碳酸盐矿物形式存在，这些元素又称造岩元素。称造岩元素。 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）2 2、元素的分布、元素的分布p造岩元素（造岩元素（rock forming element）指地壳中分布最广，组成各种岩石的最）指地壳中分布最广，组成各种岩石的最基本的元素，如硅、铝、铁、锰、镁、钙、钾、钠、钛、氢、磷等几种。基本的元素，如硅、铝、铁、锰、镁、钙、钾、钠、钛、氢、磷等几种。 p造岩元素（造岩元素（rock forming element）地壳和上地幔中分布量最多的）地壳和上地幔中分布量最多的7种元素：种元素：O、Si、Al、Fe、Ca、
19、Na、Mg，合计约占地壳总成份的，合计约占地壳总成份的99.4%，这些元素是，这些元素是地壳中的各类岩石的基本成份，通称造岩元素。地壳中的各类岩石的基本成份，通称造岩元素。 硅：在地壳中分布很广，它在所有元素丰度分布顺序上，仅次于氧占硅：在地壳中分布很广，它在所有元素丰度分布顺序上，仅次于氧占第二位，它也是岩石圈上部最重要的带阳电荷的元素。从地壳向地核过渡，第二位，它也是岩石圈上部最重要的带阳电荷的元素。从地壳向地核过渡，硅的含量逐渐下降，不能大量集中到地球深处。硅的含量逐渐下降，不能大量集中到地球深处。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学二、沉积岩中元素的分布二、沉积岩中元素的分布 （1
20、1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）2 2、元素的分布、元素的分布 在风化作用中，岩浆岩中的石英溶解度很低，在其他硅酸盐矿物被破在风化作用中，岩浆岩中的石英溶解度很低，在其他硅酸盐矿物被破坏或转变为粘土矿物后，仍可保留在风化物的剖面中。长石和云母类矿物坏或转变为粘土矿物后，仍可保留在风化物的剖面中。长石和云母类矿物表生条件下易转变为粘土矿物。表生条件下易转变为粘土矿物。橄榄石、辉石和角闪石类矿物易于分解。橄榄石、辉石和角闪石类矿物易于分解。表生带中的水、氧和碳酸是促使岩浆岩中硅酸盐矿物分解的主要因素。表生带中的水、氧和碳酸是促使岩浆岩中硅酸盐矿物分解的主要因素。Si 天然水
21、中都含一定量的天然水中都含一定量的SiO2。河水中最低。河水中最低(23)10-6，最高可达，最高可达8010-6 ，平均值大约是平均值大约是1310-6 。湖水中。湖水中(210 )10-6，最高可达，最高可达7010-6。海洋水中，。海洋水中，无论在垂直方向上，还是水平方向上，无论在垂直方向上，还是水平方向上， SiO2的含量变化都很大。海表面，许多的含量变化都很大。海表面，许多地方不到地方不到110-6；深水中大约为；深水中大约为(69)10-6 。海水中。海水中SiO2的含量受生物的影响的含量受生物的影响很大，因为海水中有大量硅藻、放射虫、含硅质海绵和珊瑚等，在它们活着时，很大，因为海
22、水中有大量硅藻、放射虫、含硅质海绵和珊瑚等，在它们活着时，从海水中吸收从海水中吸收SiO2，当它们死亡后遗体分解，当它们死亡后遗体分解SiO2又回到海水中。又回到海水中。 地下水和热泉中地下水和热泉中SiO2含量变化很大，与含水层岩石性质有关。如灰岩层水中含量变化很大，与含水层岩石性质有关。如灰岩层水中SiO2含量很低，热泉中可达含量很低，热泉中可达52910-6。 碎屑沉积物中的砂岩和砾岩。碎屑沉积物中的砂岩和砾岩。 SiO2含量在含量在6595间。有些石英砂岩几乎间。有些石英砂岩几乎是纯的是纯的SiO2(99.99)，杂质极少，有重要的经济意义。，杂质极少，有重要的经济意义。 化学成因的岩
23、石化学成因的岩石SiO2含量变化更大，如隧石、硅土、硅华，含量变化更大，如隧石、硅土、硅华， SiO2含量很高，含量很高，而石灰岩中则含量很低。只是有硅质条带的灰岩例外。而石灰岩中则含量很低。只是有硅质条带的灰岩例外。 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Si 铝：主要以铝硅酸盐矿物（长石、辉石、角闪石、云母等）铝：主要以铝硅酸盐矿物（长石、辉石、角闪石、云母等）的形式出现，风化作用下都可以转变成粘土矿物，主要的粘土的形式出现，风化作用下都可以转变成粘土矿物，主要的粘土矿物有伊利石、高岭石和蒙脱石，含铝量分别为矿物有伊利石、高岭
24、石和蒙脱石，含铝量分别为13.5、21和和11。在酸性条件下，主要形成高岭石，在碱性条件下主要在酸性条件下，主要形成高岭石，在碱性条件下主要形成蒙脱石。形成蒙脱石。 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Al高岭石高岭石单体六方板状，单体六方板状，集合体书册状、集合体书册状、蠕虫状蠕虫状单体六方板状，单体六方板状，集合体书册状、集合体书册状、蠕虫状蠕虫状蒙脱石：单体絮状，集合蒙脱石：单体絮状，集合体菜花状体菜花状伊利石：单体片状伊利石：单体片状绿泥石：单体针叶片状，集合体格架状绿泥石：单体针叶片状，集合体格架状第二章第二章 元素地
25、球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Al 沉积岩中铝的分布不均衡。真正的残余沉积物中铝含量很低。例如石沉积岩中铝的分布不均衡。真正的残余沉积物中铝含量很低。例如石英岩中铝平均含量为英岩中铝平均含量为0.7，砂岩为，砂岩为2.5，石灰石为，石灰石为0.4。页岩铝含量为。页岩铝含量为11。 动植物体内部含有铝，植物的含量高于动物。已知海洋浮游植物含铝动植物体内部含有铝，植物的含量高于动物。已知海洋浮游植物含铝(38440)10-6，海洋褐藻，海洋褐藻6210-6，地衣，地衣(206000)10-6，真菌，真菌(30350)10-6，细菌，细菌21010
26、-6。高等植物中铝的含量高于低等植物。铝在植。高等植物中铝的含量高于低等植物。铝在植物中的存在形式还不清楚。物中的存在形式还不清楚。 铝土矿的成因，一部分属于红土风化壳型，也有一部分是由海相或湖铝土矿的成因，一部分属于红土风化壳型，也有一部分是由海相或湖泊沉积而成的。泊沉积而成的。海相沉积铝土矿往往分布在海、盆地的边缘地带，分布在海相沉积铝土矿往往分布在海、盆地的边缘地带，分布在石灰岩层的不整合面上。如贵州的铝土矿发育于寒武纪白云质灰岩的侵蚀石灰岩层的不整合面上。如贵州的铝土矿发育于寒武纪白云质灰岩的侵蚀面上，而华北的铝土矿则分布在中奥陶世灰岩的侵蚀面上。一般认为，铝面上，而华北的铝土矿则分布
27、在中奥陶世灰岩的侵蚀面上。一般认为，铝土矿在河及湖、海盆地都可沉积起来。土矿在河及湖、海盆地都可沉积起来。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Mg 地球镁的丰度为地球镁的丰度为16，地核为，地核为0.019，下地幔为，下地幔为26，上地幔为，上地幔为21，地壳为地壳为2.8(黎彤，黎彤，1976)。可见，地球上镁主要集中在地幔，可以认为镁是。可见，地球上镁主要集中在地幔，可以认为镁是具有地幔特征的元素。具有地幔特征的元素。 镁的最重要的矿物有镁的正硅酸盐矿物，镁的最重要的矿物有镁的正硅酸盐矿物，如镁橄榄石；镁的偏硅酸盐如镁橄榄石
28、；镁的偏硅酸盐辉石族，如顽火辉石、透辉石、易变辉石、普通辉石，石榴石族的镁铝榴辉石族，如顽火辉石、透辉石、易变辉石、普通辉石，石榴石族的镁铝榴石，绿柱石族的苔青石；角闪石族的，如镁铁闪石、阳起石系列、普通角石，绿柱石族的苔青石；角闪石族的，如镁铁闪石、阳起石系列、普通角闪石等；云母族的，如金云母、黑云母，绿泥石族和镁粘土矿物等。闪石等；云母族的，如金云母、黑云母，绿泥石族和镁粘土矿物等。 非硅酸盐镁矿物以菱镁矿和白云石最重要。非硅酸盐镁矿物以菱镁矿和白云石最重要。镁的氧化物矿物除了尖晶镁的氧化物矿物除了尖晶石外是很少见到。蒸发沉积物中可见到镁的盐类矿物，如硫酸盐、磷酸盐、石外是很少见到。蒸发沉
29、积物中可见到镁的盐类矿物，如硫酸盐、磷酸盐、砷酸盐、硼酸盐、卤化物、硝酸盐矿物。砷酸盐、硼酸盐、卤化物、硝酸盐矿物。 含镁矿物种类虽然很多，但是镁主要存在于镁的正硅酸盐和偏硅酸盐含镁矿物种类虽然很多，但是镁主要存在于镁的正硅酸盐和偏硅酸盐矿物中，即镁橄榄石、橄榄石和方解石族矿物中。矿物中，即镁橄榄石、橄榄石和方解石族矿物中。 在风化过程中，多数情况下镁离子进入到沉积循环中。而在在风化过程中，多数情况下镁离子进入到沉积循环中。而在CO2存在的存在的环境中，在风化场所镁离子可沉积为菱镁矿环境中，在风化场所镁离子可沉积为菱镁矿(MgCO3) ，特别是在橄榄岩被风，特别是在橄榄岩被风化的情况下，相当大
30、的橄榄岩岩体可以借这种方式转变为菱镁矿，而其中的化的情况下，相当大的橄榄岩岩体可以借这种方式转变为菱镁矿，而其中的二氧化硅则被溶化而流失，部分硅通常形成非晶质的蛋白石而沉淀。二氧化硅则被溶化而流失，部分硅通常形成非晶质的蛋白石而沉淀。 据测定，河水中镁的含量据测定，河水中镁的含量(150)10-6，平均为，平均为410-6。据计算，目。据计算，目前每年全球通过河流进入海洋的镁有前每年全球通过河流进入海洋的镁有1.861015t。 水中镁的主要迁移形式是水中镁的主要迁移形式是MgCl2和和MgCO3 ，其次是含镁矿物的微粒。，其次是含镁矿物的微粒。 普通的土壤、现代海洋沉积物及页岩中镁的含量普通
31、的土壤、现代海洋沉积物及页岩中镁的含量(MgO)在在1.52.5之之间。镁多半以黑云母、白云母、蛇纹石及滑石的碎屑出现，它们常和一些粘间。镁多半以黑云母、白云母、蛇纹石及滑石的碎屑出现，它们常和一些粘土矿物一起沉淀。土矿物一起沉淀。 碎屑沉积物如石英砂和砂岩中镁的含量很低，砂岩中镁的丰度为碎屑沉积物如石英砂和砂岩中镁的含量很低，砂岩中镁的丰度为0.7，大部分镁以绿泥石碎屑形式出现。大部分镁以绿泥石碎屑形式出现。 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Mg 海水中镁的质量浓度为海水中镁的质量浓度为1290 mgdm3，Mg2+在海水
32、中停留时间为在海水中停留时间为12l06a。镁和钙两种元素性质虽然接近，但是在天然水和海水中两者的质。镁和钙两种元素性质虽然接近，但是在天然水和海水中两者的质量浓度差别相当大。量浓度差别相当大。例如，天然水中镁的质量浓度为例如，天然水中镁的质量浓度为4mgdm 3，钙为，钙为15mgdm3，钙镁。但海水中钙的质量浓度为，钙镁。但海水中钙的质量浓度为412mgdm 3，低于镁，停留时，低于镁，停留时间只有间只有1l06a(Bowen，1979)。这表明镁在海水中的富集作用比钙强，海水。这表明镁在海水中的富集作用比钙强，海水中镁的含量仅次子氯和钠。海水中钙含量低，是因为大部分钙被作为碳酸盐中镁的含
33、量仅次子氯和钠。海水中钙含量低，是因为大部分钙被作为碳酸盐沉积下来。沉积下来。 在蒸发沉积物中可形成很多种类的镁矿物，有光卤石、水镁矾、钾盐镁在蒸发沉积物中可形成很多种类的镁矿物，有光卤石、水镁矾、钾盐镁矾、杂卤石等。矾、杂卤石等。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Mg第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Ca 钙是自然界丰富的元素之一，是常见元素。钙是自然界丰富的元素之一，是常见元素。 整个地球钙的丰度整个地球钙的丰度(10-6)为为9200，地核为，地核为30
34、0，下地幔为，下地幔为7000，上，上地幔为地幔为22000，地壳为，地壳为52000(黎彤，黎彤，1976)。就整个地球而言，钙是次于铁、。就整个地球而言，钙是次于铁、氧、镁、硅、氖、硫、镍的第八个丰富的元素。而在地壳上钙的丰度是氧、镁、硅、氖、硫、镍的第八个丰富的元素。而在地壳上钙的丰度是次于氧、硅、铝和铁的第五位丰富的元素。次于氧、硅、铝和铁的第五位丰富的元素。 表生作用中钙是活动性相当强的元素。岩浆中的钙矿物容易因风化表生作用中钙是活动性相当强的元素。岩浆中的钙矿物容易因风化而被破坏。钙矿物抗风化的能力由强至弱是钙闪石钙辉石钙长石。而被破坏。钙矿物抗风化的能力由强至弱是钙闪石钙辉石钙长
35、石。所有硅酸盐中的钙都可成为可溶性碳酸氢钙而进入水溶液，从而被运移所有硅酸盐中的钙都可成为可溶性碳酸氢钙而进入水溶液，从而被运移带走，只有部分钙可形成碳酸盐和硫酸盐被短时留在风化壳中。带走，只有部分钙可形成碳酸盐和硫酸盐被短时留在风化壳中。 天然水中钙的质量浓度平均为天然水中钙的质量浓度平均为15mgdm3(2120 mgdm3)，钠的质，钠的质量浓度平均为量浓度平均为6mgdm3(0.725mgdm3)。可见，淡水中钙含量大于钠。可见，淡水中钙含量大于钠。但海水中钙的质量浓度平均为但海水中钙的质量浓度平均为412mgdm3，停留时间为，停留时间为1Ma；而钠的质量；而钠的质量浓度为浓度为77
36、0mgdm3，停留时间为，停留时间为68Ma(Bowen，1979)。可见，海水钠的浓。可见，海水钠的浓度大大超过钙。这是因为钙在海水中可以形成碳酸盐岩而大量沉淀，因而度大大超过钙。这是因为钙在海水中可以形成碳酸盐岩而大量沉淀，因而在水中停留时间短，而钠能大量保留在海水中。在水中停留时间短，而钠能大量保留在海水中。相反，大陆上湖、河水中相反，大陆上湖、河水中的钙因为有充分的补充源，所以含量超过钠。的钙因为有充分的补充源，所以含量超过钠。 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Ca 沉积岩中钙的分布，页岩为沉积岩中钙的分布，页岩为2.21，砂岩为，砂岩为3.91，碳酸盐岩
37、为，碳酸盐岩为30.23，深海沉积物碳质为深海沉积物碳质为31.24，粘土质为，粘土质为2.9。从以上事实可看到，在外生作。从以上事实可看到，在外生作用下，钙主要集中在碳酸盐岩中。残余沉积物中钙的含量都很低，除以碳酸用下，钙主要集中在碳酸盐岩中。残余沉积物中钙的含量都很低，除以碳酸钙作为胶结物的砂岩、砾岩外，一般沉积物中的钙作为胶结物的砂岩、砾岩外，一般沉积物中的CaO含量在含量在1以下。泥质以下。泥质沉积物产的细分散颗粒是经风化、搬运聚积到水盆地中的，在漫长的历程中沉积物产的细分散颗粒是经风化、搬运聚积到水盆地中的，在漫长的历程中钙几乎都被除掉了。钙几乎都被除掉了。第二章第二章 元素地球化学
38、元素地球化学 地球及其各个圈层钠的丰度地球及其各个圈层钠的丰度( (1010-6-6)()(黎彤，黎彤，1976)1976)：地球为：地球为4.94.91010-6-6，下地幔，下地幔为为5.75.71010-6-6，上地幔为，上地幔为9.19.11010-6-6，地壳为，地壳为2.32.31010-6-6，而地核可能无钠存在。可见，而地核可能无钠存在。可见，地球上的钠愈向地球表层含量愈大。地球上的钠愈向地球表层含量愈大。 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）Na 天然水天然水(淡水淡水)中钠的质量浓度为中钠的质量浓度为6mgdm3。但封闭湖中可达。但封闭湖中可达(1
39、00010000)mgdm3。至于蒸发量很大的内陆湖，可干涸而成盐湖，或形成无水的盐类堆积。青。至于蒸发量很大的内陆湖，可干涸而成盐湖，或形成无水的盐类堆积。青海柴达木盆地海柴达木盆地24个第四纪盐湖盐类储量达个第四纪盐湖盐类储量达61010t。 海水中钠的质量浓度为海水中钠的质量浓度为1077mgdm3，其来源一是大陆输入，一是海底喷发的，其来源一是大陆输入，一是海底喷发的火山补给，钠在海水中可停火山补给，钠在海水中可停68Ma。 风化残余砂岩可能有少量的钠长石碎屑颗粒，这种岩石中钠的含量不到风化残余砂岩可能有少量的钠长石碎屑颗粒，这种岩石中钠的含量不到1。海相泥质沉积物中钠含量也很低。海相
40、页岩含钠约海相泥质沉积物中钠含量也很低。海相页岩含钠约1(含含Na2O 1.3)，其，其NaK值值约约0.6。石灰石中的钠含量在。石灰石中的钠含量在0.0080.75之间。泻湖蒸发可以形成海相盐矿，之间。泻湖蒸发可以形成海相盐矿，可以形成一系列卤族元素矿物可以形成一系列卤族元素矿物(石盐、钾盐、钾铁盐、钾芒硝等石盐、钾盐、钾铁盐、钾芒硝等)。因此，沉积盐矿。因此，沉积盐矿是钠的重要来源。是钠的重要来源。 植物和动物体内部存在元素钠。植物中钠的含量植物和动物体内部存在元素钠。植物中钠的含量(10-6)：海洋浮游生物为：海洋浮游生物为6000，海洋藻类为，海洋藻类为2600041000，地衣为，地
41、衣为1000。大陆动物平均含钠。大陆动物平均含钠33000l0-6。哺。哺乳动物脑中含钠乳动物脑中含钠1200010-6，肾中含钠，肾中含钠80010-6。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1 1）常量元素的分布（造岩元素）常量元素的分布（造岩元素）K 地球各圈层及整个地球钾的丰度地球各圈层及整个地球钾的丰度(10-6)，据黎彤，据黎彤(1976)：整个地球为：整个地球为8.310-6，下地幔为，下地幔为310-6，上地幔为，上地幔为2.310-6，地壳为，地壳为1.710-6，而地核中钾的含量不清楚。上述数据说明，在地球，而地核中钾的含量不清楚。上述数据说明，在地球分异过程中钾如同钠
42、等碱金属一样，在向地壳聚集。分异过程中钾如同钠等碱金属一样，在向地壳聚集。 含钾的原生硅酸盐矿物容易风化分解，使钾析出而被水携带流失。因为钾离子含钾的原生硅酸盐矿物容易风化分解，使钾析出而被水携带流失。因为钾离子半径较大，极化率高，很容易被土壤吸附。所以土壤中钾含量高于钠，而海水中钠半径较大，极化率高，很容易被土壤吸附。所以土壤中钾含量高于钠，而海水中钠含量大干钾。据计算，钾大量保留在大陆上，进入海洋的仅有含量大干钾。据计算，钾大量保留在大陆上，进入海洋的仅有0.038。 天然水中钾的质量浓度平均为天然水中钾的质量浓度平均为2.2mgdm3(0.510 mgdm3)。海水中钾的质量。海水中钾的
43、质量浓度平均为浓度平均为399.6mgdm3，停留时间，停留时间6.8Ma。 海相水解沉积物中钾含量大干钠。钾在页岩中含量较高，海相水解沉积物中钾含量大干钠。钾在页岩中含量较高，K2O含量在含量在0.494.34之间之间(90个泥质沉积物，刘英俊等，个泥质沉积物，刘英俊等，1984)，平均，平均2.81。石灰岩中钾含量很低，。石灰岩中钾含量很低，K2O含量在含量在0.021.54之间。砂岩沉积物中钾含量也较低，之间。砂岩沉积物中钾含量也较低，K2O含量在含量在1.50左左右。但如果碎屑中有长石、海绿石及云母时，则岩石中右。但如果碎屑中有长石、海绿石及云母时，则岩石中K2O的含量会显著升高。的含
44、量会显著升高。 无论是植物还是动物，都需要钾。氯、磷、钾是植物的生长三要素。植物中钾无论是植物还是动物，都需要钾。氯、磷、钾是植物的生长三要素。植物中钾的含量的含量(10-6)：海洋红藻为：海洋红藻为115000，海洋绿藻为，海洋绿藻为13000，海洋红藻为，海洋红藻为32000，海洋褐，海洋褐藻为藻为50000，地衣为，地衣为52000。 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 沉积岩中常量元素的分布特征为，沉积岩中常量元素的分布特征为， 在砂岩中在砂岩中Si Si含量最含量最高，并含有较多的高，并含有较多的AlAl、K K、NaNa。泥岩中。泥岩中AlAl含量最高，其次含量最高，其次为为K
45、 K。碳酸岩盐中。碳酸岩盐中CaCa、MgMg含量高，含量高，NaNa、K K含量低。含量低。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 影响岩石类型的元素主要为造岩元素（主量元素），影响岩石类型的元素主要为造岩元素（主量元素），Si，Ti，Al，Fe，Mn，Mg，Ca，Na，K，P共共10种元素。这些元素的氧化物在酸性种元素。这些元素的氧化物在酸性岩中平均为岩中平均为98.3%，在中性岩中平均，在中性岩中平均97.7%，在基性和超基性中平均为，在基性和超基性中平均为95.9%，在砂岩中平均为，在砂岩中平均为94.9%，在泥岩中平均为，在泥岩中平均为91.4%，在碳酸盐岩，在碳酸盐岩中为中为60%
46、。岩石圈中元素的克拉克值（岩石圈中元素的克拉克值（A.维诺格拉多夫，维诺格拉多夫，1962） 第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 （1）Si以极大的优势富集于砂岩中，以极大的优势富集于砂岩中，Al和和Si倾向于在页岩和粘土岩中浓集，而倾向于在页岩和粘土岩中浓集，而Ca和和Mg则以碳酸盐岩为最大浓集场所。则以碳酸盐岩为最大浓集场所。 （2）绝大多数微量元素在页岩和粘土岩石中的丰度一般均高于在砂岩类和碳酸）绝大多数微量元素在页岩和粘土岩石中的丰度一般均高于在砂岩类和碳酸盐类岩石中富集。盐类岩石中富集。 （3）Sr与与Mn等显著地富集于碳酸盐类岩石中，而等显著地富集于碳酸盐类岩石中，而Zr和和R
47、EE元素等则倾向在砂元素等则倾向在砂岩类岩石中富集。岩类岩石中富集。 （4）碱金属元素）碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs等在页岩和泥质岩中含量最高，碳酸盐岩等在页岩和泥质岩中含量最高，碳酸盐岩中最低，含量之差常达中最低，含量之差常达10倍（倍（Li、Cs）至数）至数10倍（倍（K、Na）。）。 （5）镁在深海碳酸盐沉积物中并不富集，这是因为）镁在深海碳酸盐沉积物中并不富集，这是因为MgCO3溶解度大于溶解度大于CaCO3。由于由于Mg2+在大洋深部环境能交换微粒长石中的在大洋深部环境能交换微粒长石中的K+形成绿泥石，因而海洋泥质沉积物形成绿泥石，因而海洋泥质沉积物比钙质沉积物相对富镁比钙质
48、沉积物相对富镁(约高约高5倍倍)。 （6）过渡元素）过渡元素Mn、Co、Ni在深海沉积物中含量高，因而在深海沉积物中形成在深海沉积物中含量高，因而在深海沉积物中形成了巨大的海底锰结核矿产。并伴有了巨大的海底锰结核矿产。并伴有Ni、Co等可供综合利用。与等可供综合利用。与Mn类似，在深海沉类似，在深海沉积物中富集的元素还有积物中富集的元素还有B、Na、Ba、P、S、Cu、Mo、Pb及卤族元素及卤族元素F、Cl、Br、I等，它们的含量都高于各自在岩浆岩中含量的最高值。等，它们的含量都高于各自在岩浆岩中含量的最高值。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学 沉积岩中的微量元素或以类质同相或被粘土矿物吸
49、附而存沉积岩中的微量元素或以类质同相或被粘土矿物吸附而存在于碎屑岩和碳酸岩盐中，因而沉积岩中微量元素含量相对较在于碎屑岩和碳酸岩盐中，因而沉积岩中微量元素含量相对较低。低。 钡：在粉砂岩和泥岩中含量较高，砂岩中含量变化较大，钡：在粉砂岩和泥岩中含量较高，砂岩中含量变化较大，碳酸岩盐中含量较低。碳酸岩盐中含量较低。 锶：为沉积岩中含量较高的元素，特别在泥岩和碳酸盐岩锶：为沉积岩中含量较高的元素，特别在泥岩和碳酸盐岩中含量更高，因为锶的分布与钙关系密切，这是由于两者的离中含量更高，因为锶的分布与钙关系密切，这是由于两者的离子半径相近，常以类质同相形式存在。另外其易被粘土吸附。子半径相近，常以类质同
50、相形式存在。另外其易被粘土吸附。 锰：在泥岩和碳酸岩盐中有富集的趋势。由于其为变价元锰：在泥岩和碳酸岩盐中有富集的趋势。由于其为变价元素，因而其受环境的素，因而其受环境的pHEh控制。控制。第二章第二章 元素地球化学元素地球化学（2 2）微量元素的分布）微量元素的分布第二章第二章 元素地球化学元素地球化学（2 2）微量元素的分布）微量元素的分布 铷：其主要分布于层状硅酸盐中，由于粘土的吸附作用，在泥岩中含铷：其主要分布于层状硅酸盐中，由于粘土的吸附作用，在泥岩中含量较高。碳酸岩盐中含量较低。量较高。碳酸岩盐中含量较低。 铬：在泥岩中含量高于砂岩和碳酸岩盐。在碎屑岩中其含量与粒度有铬：在泥岩中含
