地壳元素丰研究进展.doc

地壳元素丰度研究进展 1 地壳元素丰度的概念 地壳元素丰度又称克拉克值(CLARKE value)，一种表示地壳中化学元素平均含量的数值。根据美国化学家和矿物学家克拉克（F.W.CLARKE）的姓氏命名。根据表示方法的不同，又分重量克拉克值、原子克拉克值等。1889～1924年间克拉克及其同事完成了地球各洲大量岩石和矿物样品的化学分析，并计算了50个元素的平均含量，获得主要元素的丰度值。随着地球化学的发展，实验技术和分析方法的改善，现在地质学家们已经提出了几乎所有天然元素的克拉克值。地壳元素丰度是重要的地球化学基础数据，它标志地壳做为一个地球化学系统化学成分的总特征，决定了地壳中发生的各种地球化学作用的背景，也提供了一个衡量元素集中分散变化程度的标尺。与宇宙丰度规律相比，地壳中元素丰度随原子序数增大丰度值减小和偶序数元素丰度大于奇序数元素的规律基本一致。差异主要是氢、氦、氖、氮等气体元素明显较贫，而铝、钾、钠相对较富，这与地球形成、演化过程中气态元素的散失和较轻、易熔的碱金属铝硅酸盐在地球表层富集有关。 2 地壳元素丰度的研究意义 （1）元素克拉克值是元素一项重要的地球化学参数，作为背境，它能提供元素在地壳某区段富集和分散及其程度的信息。元素的克拉克值也是影响元素地球化学行为的重要因素。元素的丰度在某种程度上制约了元素参与地球化学过程的浓度，从而支配着元素的地球化学行为。例如，化学性质相当近似的碱金属元素 Na，K，Rb，Cs，由于它们的丰度不同，在地壳地球化学过程中有很不相同的行为。对于丰度高的K和Na，它们在各种体系中都可有较大的浓度，可以形成独立矿物。 （2）根据地壳丰度值可以计算出地球化学性质相似或地球化学有关的元素对之间的平均比值。如 V/Fe，Ni/Cr，Ni/Co，Se/S，Te/Ce，Zr/Hf，Nb/Ta，K/Rb，U/Pb，Th/U，Rb/Sr，Sm/Nd等等。岩石、矿床中这些元素的比值比它们的绝对量要重要得多。因为它们是相关元素或化学上难以分离的共生元素。如果它们的比值偏离了按照元素克拉克值计算出来的平均比值，就常常成为一种地球化学标志，说明已经发生过某些特点的地球化学过程。在同位素和微量元素地球化学领域中就经常采用这种元素对比值的变化来追踪发生过的过程。 （3）某元素的浓度克拉克值为其在某一地质体（矿床、岩体等）的平均含量与克拉克值之比。浓度克拉克实际上就是以地壳丰度作为背境值的丰度系数。它也是地球化学过程中元素富集和贫化的标志。在找矿实践和地球化学基础理论研究中具有一定意义。 3 地壳元素丰度研究方法与实例 （1）根据岩石的平均化学组成 这种方法主要采用的是火成岩的平均化学成分。其出发点是火成岩占大陆地壳的大部分，其次是变质岩和沉积岩，而变质岩和沉积岩的最原始可以说都是火成岩。Clark和Washingtou 选用了来自世界各地的5159件火成岩化学分析资料和676件沉积岩组合样品化学分析资料，将这些火成岩和沉积岩按其所代表的地区加权求出全球火成岩加变质岩占95%，沉积岩占5%（页岩4%、砂岩0.75%、灰岩0.25%）计算了地壳上部16km的地壳成分（当时认为地壳厚度只有16km）。类似地，Taylor则用1份花岗岩加一份基性岩计算了大陆地壳成分，其中花岗岩和基性岩资料分别取自G-1花岗岩和W-1辉绿岩国际标准参考物质的成分。根据岩石的平均化学组成来计算大陆地壳成分，由于没有考虑到岩石组成随深度和构造单元的变化，这种方法基本限于70年代以前的研究。 （2）根据细粒碎屑岩沉积岩 这种方法最早由Goldschmidt采用。在挪威南部广泛分布着由冰川融化后沉淀出的细粒冰川粘土。Goldschmidt认为，这些冰川粘土代表了冰川经过地区出露岩石的天然平均样品。他分析了77件冰川粘土，计算了平均值，结果除了Na2O和Cao以外，其他元素的含量与Clark和Washington的结果相当一致。由此风化作用中Na和Ca最易被淋滤掉，因此冰川粘土中这两种元素含量偏低是自然的。Taylor和Mclennan又大大发展了Goldschmidt的方法，提出细粒碎屑沉积岩/沉积物（如页岩、泥岩、粉砂岩、杂砂岩、黄土）。特别是泥质岩，代表了物质区出露上地壳的天然混合样品。对这一观点的最有力证明是，后太古宇宙泥质岩、深海沉积物和黄土的稀土元素（REE）组成模式与现今大陆地壳一致，将泥质岩稀土元素量简单地降低20-25%既是现今大陆上地壳的稀土元素含量。之所以大陆上地壳稀土元素含量比泥质岩低是因为大陆上地壳还含有一定数量的稀土元素含量十分低的沉积岩，碳酸岩和蒸发岩。Taylor和Mclennan进一步提出，细粒碎屑沉积岩中的REE、TH、SC和Co这些元素由于其海水一岩石之间的分配系数很小，表明它们几乎不溶