地球化学期末复习资料

元素丰度是化学元素在一定自然体中的平均含量，通常指在较大自然体中的平均含量。如元素地壳丰度、元素地球丰度、元素太阳系丰度。若自然体占据一个较小的空间位置则称为元素的平均含量。

克拉克值：地壳中元素重量百分数的丰度值

区域克拉克值： 地壳以下不同构造单元中元素的丰度值

丰度系数： 某一自然体的元素丰度与另一个作为背景的自然体的元素丰度的比值

丰度表示法： 

1）重量丰度： 以重量单位表示的元素丰度

2）原子丰度： 以原子百分数表示的某元素在全部元素的原子总数中的分数

3）相对分数： 以硅原子的106原子为基数求其他原子的相对原子数

2.微量元素的概念

习惯上将元素含量大于1%的称为主要元素，1%~0.1%的称为次要元素，小于0.1%的称为微量元素。微量元素是相对的，因研究体系的不同而不同。

   Gast认为：不作为体系中任何一相的主要化学组份存在的元素即为微量元素。某一元素是否是微量元素与体系有关，而上述定义不适用于流体，海水和岩石中微量元素的共同特征：不明显影响体系的化学和物理特性。

热力学定义： 体系中浓度低到可以近似地用稀溶液的亨利定律来描述其行为的元素

微量元素含量变化范围比主量元素大

微量元素数量多，每种微量元素具有不同的化学性质

微量元素行为变化大，对地质过程敏感

3.相容元素与不相容元素

当固液相共存时，某元素的Ds/l< 1，不相容元素；Ds/l≥ 1，相容元素

4.分配系数的概念及其影响因素

元素在不同相中含量的比值，

简单分配系数：  ，  h为亨利系数，适用于温压不变，两相之间达到热力学平衡且元素浓度服从亨利定律的稀溶液。

Ds/l< 1，不相容元素；Ds/l≥ 1，相容元素 ，

影响因素： 地质体系的化学组成、温度、压力、氧逸度和挥发份

        组分： Henry常数与体系中主量元素的含量有关，基性体系中的不相容元素在酸性体系中的分配系数通常1(如Zr) 

    温度、压力：当热焓变化为一常数时， 

         氧逸度大小决定S等元素在岩体中的状态

5.  微量元素REE的富集和亏损的概念

样品/ 球粒陨石

富集型

 当微量元素的总分配系数大于1时，元素在固相中富集；当其小于1时，元素在液相中富集

MORB来自于亏损地幔，LREE亏损，上地壳，LREE富集

平坦型

按稀土元素、球粒陨石标准化丰度特征可分布

1）轻稀土富集型： 轻稀土比重稀土富集

2）亏损型

平坦型

3）轻稀土亏损型：轻稀土比重稀土亏损

La         Eu          Lu

6． 同位素比值富集和亏损概念

同位素比值： 单位位置中某元素的重同位素和轻同位素的原子数之比

引入σ值： σ=（R样/R标-1）*1000‰ 表示样品与某一标准中两种同位素比值的相对千分差

   当σ> 0 ， R样>R标 样品的重元素比标准元素的重元素富集

当σ< 0 , R样 7. 稳定同位素和放射性同位素概念

   稳定同位素： 原子核稳定，或其变化不能被察觉

   放射性同位素： 原子核不稳定，以一定的方式自发地衰变成其他核素的同位素

8. Nd ， Hf 模式年龄

   Nd模式年龄就是根据一定的模式前提假设计算获得的一个样品从其源区分离至今的时间 

9. Re亏损模式年龄和Os同位素代理等时线的概念

   Re亏损模式年龄： TRD 代表地幔熔融时间的时间，假定的前提条件是地幔部分熔融程度较大（>30%）时橄榄岩中Re全部进入熔体，即（187Re/188Os）sample = 0

   TRD=ln[((187Os/188Os)mantle-(187Os/188Os)sample)/( 187Re/188Os)mantle +1]

  Os同位素代理等时线：当样品中Re受到后期地质作用或其他原因发生改变时，Re-Os体系遭受破坏，不能够成等时线年龄，这时用其他元素或组成（Al、Mg#、CaO、Lu、Yb、S）它比Re能更好的代表部分熔融程度，则它与187Os/188Os的拟合同样可以得到较好的线性拟合。由这种方法得到的等时线称为代理等时线

10.  U-Pb谐和年龄  不谐和年龄

     206Pb*/238U 为纵坐标  207Pb*/235U 为横坐标的图

对于任何一个U-Th-Pb保持封闭的体系， 其206Pb*/238U 和 207Pb*/235U 两组年龄必然相同，且必定落在同一曲线 __ 一致曲线（谐和曲线）上 该曲线上任何一点对应于一特定的年龄，其两组年龄相同，故而落在谐和曲线的年龄称为谐和年龄； 若体系存在过程未保持封闭，则在数据点将落在曲线上方或下方，此时对应的年龄称为不谐和年龄（单个不谐和年龄无意义）

四． 地壳、地幔、地核的主要化学组成的特点

1. 地壳： 陆壳： 花岗岩的上部+较基性的下部

          洋壳

1）地壳

上部地壳：由未变质的岩石和绿片岩相岩石组成，富集不相容和亏损不相容元素

上地壳下部： 由英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗片麻岩为主的角闪岩相岩石组成

下地壳： 由成分不同的麻粒岩相岩石组成

现在主要认为地壳由沉积岩变质岩、侵入岩和火山岩镶嵌而成

特点： 构造和化学的不均一性

2）洋壳

大洋地壳总成分相当于苦橄质玄武岩，它由玄武辉长岩加上不等厚的海洋沉积物构成，具有了层结构特征，分为：

枕状玄武质熔岩

席状岩墙杂岩

辉长岩和超镁铁质组成的三堆积岩带

2. 地幔

   1） 上地幔： 理论组成 一份Hawii玄武岩 + 3份阿尔卑斯橄榄的混合（地幔岩）

   2） 下地幔： 成分难以直接观察获得（比较均一）

       CI 球粒陨石最能代表原始未分异地幔的平均化学组成

   特点： 地幔存在着区域和层状不均一性 其垂直和侧向上的不均匀一性同位素

A．地幔与大洋地幔有着明显不同

B．各大洋地幔之间具有不同的特征

C．洋脊—洋岛和岛弧地区的岩石有各自的地球化学特征，表明源区组成的差异

D．同位素不平衡现象存在，造成微区内同位素不均一性

3. 地核

   外核 >> 过渡层（具有流体特征）>> 内核固态

   化学组成模型：  FeS – Fe 地核模型

                   Si  -  Fe 地核模型

五． 地幔地球化学基本特征

     现代地幔的结构和化学组成明显的不均一性

     地幔是地球上最大的层圈，从莫霍面到核幔边界，体积占全球80%， 质量67%

1） 地幔的结构： 深度从10~400km 其质量约占地球10% 主要橄榄石和辉石组成

上地幔

过渡带： 400~670km 约占地球质量7.5% 地幔物质性质发生明显改变

下地幔： 670~2900km 约占地球质量49% 组成较上地幔均一 可能由Mg、Si、O、Fe组成， 具有钙钛矿（CaTiO3）晶体机构

2）地幔的化学组成（上题4）

3）同位素的地幔化学端元类型，表明地幔组成的复杂性

A．亏损的洋中脊地幔端元（DMM）

高143Nd/144Nd ，低87Sr/86Sr ， 低206Pb/204Pb 组成，是洋中脊玄武岩的源区

通常位于上地幔的软流圈部分，代表提取了地壳后的地幔残留物

ΔDMMⅠ（DMMA）                       ΔDMMⅡ(DMMB)

相对高的176Hf/177Hf                    相对低的176Hf/177Hf

B．HIMU（high μ）端元

具有极高的铅同位素组成，特别是高的206Pb/207Pb 低87Sr/86Sr， 中等143Nd/144Nd 

高U、Th， 高U/Pb值， Rb/Sr比不高，可能来源于俯冲再循环洋壳

C．富集的EMⅠ和EMⅡ端元

具有高的87Sr/86Sr， 低143Nd/144Nd， 中等的206Pb/204Pb（EMⅡ）和偏低的206Pb/204Pb（EMⅠ）组成

EMⅡ比EMⅠ组分有更高的放射成因Sr和Pb同位素组成许多洋岛玄武岩的源区

D．其他：流行地幔端元（PREMA）； 全球平均BE端元

  新 EMⅡ、FOZO、 c组分、端元组分

六． 壳幔相互作用的方式和过程

    1） 板块的俯冲作用

大洋中脊地区不断    水岩相互作用     洋壳玄武岩            

+ 沉积物

喷出拉斑玄武岩                         蚀变                        

岩浆区

海底扩张                            至陆洋板块     （海块重于陆块）

地幔对流 物质混合

插于陆地之下

海洋板块扩张                         汇聚边界

钙碱性岩浆系列  交代作用 部分熔融  脱水相变     T P     直至软流圈底部

海洋软流圈和洋脊玄武岩越来越亏损大离子亲石元素

地幔对流活动制约着板块活动，板块运动导致了地壳与地幔物质的相互作用和变换，也造成地壳的增生和重熔

2） 地壳的拆沉作用

A．基性岩浆底侵于地壳底部以下地壳部分熔融后产生的残留体       由于重力   下沉

经过麻粒岩相的变质作用形成高密度的地段                   不稳定     地壳拆沉

B．超山过程，地壳加厚 >40km地壳深度处形成高密度的榴辉岩

3）地幔柱岩圈的相互作用

地幔柱侧向远移

地幔柱上升至岩石圈底部      蘑菇状头部减压绝热熔融   柱头侧向扩张

形成火山岩       熔体固体        形成储库              渗入岩石圈

            溢流            喷出地表                火山活动

    玄武岩或

其他碱性火山活动

一 .  岩浆活动中微量元素的行动

     岩浆过程是指岩浆起源、形成、演化和固结成岩一系列作用，部分熔融是形成岩浆的重要途径，引起岩浆成分变化的主要过程是分离结晶、混染和混合作用 无论上述何种作用均涉及结晶固相和熔体相共存，微量元素在结晶固相和熔体相中分配系数代表了共存相中微量元素的浓度变化趋势。当总分配系数大于1时，元素在固相中富集，即在部分熔融时易保存在残留固相中，在分离结晶时易进入结晶相。当分配系数小于1时，元素在液相中富集，即在部分熔融时易进入熔体相，在分离结晶时易保留在残留熔体相中

七． 等时线的构成于应用

     构成条件： 1） 同源： 具有相同的初始子体同位素组成，即子体同位素在形成时达到均一化

2） 相同的成岩成矿年龄

3）岩石矿物形成后，自始至终保持着放射性子体的封闭性

     应用： 等时线不仅可以给出一组同源岩石的年龄，且能提供初始比的信息，数据点等时拟合的MSWD值的大小。在某种程度上还代表了样品是否在地质过程中保持了母子体系的封闭性，等时线在同位素年代学中获得广泛的应用