岩元素機關

❶ 主要造岩元素在岩漿中的演化

大量的觀察研究表明，在大多數情況下，岩漿造岩礦物的晶出具有一定的順序性。不同的礦物晶出的先後，體現了元素在岩漿體和固相中的不同分配，反映出元素在遷移過程中的演化規律。

關於礦物在岩漿中的晶出順序，鮑溫反應系列（表7.10）表明了岩漿結晶演化的基本趨勢。

在反應系列中，暗色礦物的晶出順序為：

橄欖石→輝石→角閃石→黑雲母→鉀長石→白雲母→石英

Mg→Fe→Ca→Na→K

產生上述規律的原因在於主要造岩元素在岩漿中的存在狀態及其能量性質。如前所述，岩漿中主要造岩元素包括O，Si，Al，Fe，Ca，Na，Mg和K8種。它們是岩漿作用的主導元素。按元素的作用，這些元素可分為兩類：Si^4＋（包括部分的鋁）和O^2－結合為Si－O配離子起陰離子作用；其他皆為陽離子。認識到元素在岩漿中呈帶電離子狀態存在是岩漿作用地球化學的一大進步。這一認識使得有可能從離子的能量性質去研究礦物和元素在岩漿冷卻過程中的晶出和演化規律。各離子的能量參數列於表7.11。

表7.10 鮑溫反應系列的礦物結晶化學性質的變化

（據戚長謀等，1994）

表7.11 岩漿主要離子的離子電位及主要造岩礦物的晶格能

由表7.11所列各離子的離子電位數值可以看出，陽離子和配離子的晶出順序均按離子電位降低的方向進行，即由Mg^2＋→K^＋或由［SiO₄］^4－→［AlSi₃O₈］^－，各離子的離子電位是逐漸降低的，規律十分明顯。元素的晶出應通過礦物的晶出而實現。因此，陰陽離子結合必須服從能量對等的要求，即高離子電位陽離子與高離子電位配離子優先結合，早期晶出；低離子電位陽離子與低離子電位配離子次後結合，後期晶出。這樣才能保證體系吉布斯函數最低。例如［SiO₄］^4－優先與Mg^2＋，其次是Fe^2＋結合形成橄欖石，如Mg^2＋和K^＋過剩必出現斜方輝石。在橄欖石和斜方輝石結晶的整個階段不可能有Na^＋和K^＋參加晶格成為晶體構造的成分。

礦物的晶出順序在晶格能上得到同樣反映。主要造岩礦物的晶格能基本反映出鮑溫反應系列的礦物結晶順序遵循晶格能降低的方向，其中只有石英例外，這是由於計算石英的晶格能時只考慮到元素以簡單離子為單位，忽略了硅和氧的實際存在狀態。可以認為在石英晶出之前硅和氧的基本骨架已經形成。因而以硅和氧為單離子狀態計算出的石英晶格能必定超出石英結晶時所放出的能量。

根據計算氧化物與SiO₂結合的反應的吉布斯函數改變數可以看出，礦物晶出順序與反應的吉布斯函變增高的方向相一致。

鮑溫反應系列制約著岩漿演化的不同階段中元素在固相和熔體中的分配，它對元素的遷移規律具有重大影響。一般地說，在岩漿結晶分異過程中Mg和Fe的含量遞減，SiO₂的含量增加。隨著岩漿的演化，硅與氧的聚合程度愈來愈高，Si/O值由1/4變至接近1/2。

鹼土金屬鈣的晶出主要在基性岩漿結晶階段，當岩漿演化為酸性或鹼性時，鈣會遞減，鈉和鉀含量遞增，至岩漿演化晚期更含鉀質。

應當指出，鮑溫反應系列表明的礦物晶出順序是對地殼范圍內岩漿結晶分異的綜合概括，它在任何一個岩體中都不會完整出現，而只是分段、部分地存在。岩漿的多源性使得不會產生由超基性演化為酸性岩漿的完整過程。

不同氧逸度條件下，岩漿的結晶有不同的反應系列（圖7.9）。在高氧逸度條件下，玄武岩漿中的鐵以磁鐵礦晶出分散於整個結晶反應系列中，並形成富SiO₂的殘留熔體。有人認為，安山岩漿就是由玄武岩漿經過這樣的結晶作用而產生的。在低氧逸度條件下，部分鐵主要以Fe^2＋形式進入暗色硅酸鹽礦物晶格，而大部分的FeO被集中於殘留熔體中，形成富鐵殘漿。

圖7.9 不同氧逸度下岩漿的結晶反應系列

（據戚長謀等，1994）

揮發組分對礦物結晶順序的影響是很明顯的，特別是氧分壓和其他揮發組分的聯合影響常改變礦物的結晶順序。例如，當玄武質熔體中含有3%左右的水，在高的氧逸度條件下，玄武質岩漿礦物結晶順序為：磁鐵礦（1200℃）→輝石（1095℃）→斜長石（1065℃）。

岩漿的冷卻速度也影響礦物的晶出順序。R.J.Kirkpatrick（1981）指出，大洋中脊的枕狀玄武岩中斑晶為透輝石，而基質中普遍存在著橄欖石。這是由於在迅速降溫的條件下橄欖石的成核作用強，能在過冷卻狀態下呈亞穩定相存在。

在岩漿演化過程中，結晶分異起著重要作用，但絕不能忽視岩漿的液態分離。觀察到某些岩相組合的空間分布特點，特別是反堆積、韻律層等是不可能單純用結晶分異來解釋的。實驗證明多數情況下，當結晶作用在低溫低壓條件下發生時，硅酸鹽熔體內的不混溶性是容易發生的。液態分離的條件是各分異部分在結構與能量上的不均勻性。熔體的分層可視為體系熱動力的有序化行為，熔體液態分離組分的能量差別越大，液態分離作用就進行得越充分。

熔體內揮發組分的存在對岩漿的液態分離起促進作用，例如，熔體中富含F，Cl，S，CO₂，H₂O等時，則液態分離作用加強。

然而岩漿的液態分離只是岩漿中組分遷移的部分過程，只要溫度不斷下降，在非共結系體系中，岩漿的結晶過程仍將按結晶分異規律進行。

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❸ 區域主要岩體的元素分布特徵

西秦嶺地區岩漿岩主要抄分布於禮岷地區、李子園地區及西成地區東部，但岩漿岩中金的含量較低，岩體內無金礦化，亦基本上無金異常出現，但岩體外接觸帶常發生接觸變質作用，在外接觸帶的圍岩蝕變帶和斷裂破碎帶中致使成礦元素金的大量遷移、富集。

在禮岷地區岩體中Au的元素豐度值為2.8×10^－9，低於Au元素克拉克值;但禮岷地區煌斑岩脈Au含量較高，約在8×10^－9～9×10^－9左右(表3.2)，伴生元素Ag、As、Sb等也明顯偏高，表明該區岩體為金礦床的富集提供了部分物質來源。

表3.2 西秦嶺地區微量元素平均含量

注:Au、Ag、Hg單位為10^－9;其他為10^－6。

區內岩漿活動強烈而頻繁，從加里東期至燕山期均有不同程度的岩漿侵入，但以印支期酸性—中酸性岩漿活動最甚，規模最大，侵入古生界變質岩中，與成礦關系密切。在酸性岩體節理、裂隙中有Cu、Mo礦化，內接觸帶上有W、Sn礦化，外接觸蝕變帶上在距岩體1.5～4.5km范圍內產有微細浸染型和石英脈型金礦床。但各個岩體成礦元素有它的專屬性，燕山期與W、Cu、Bi有關，印支期與W、Sn、Mo、Bi、Ag、As、Au有關。

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❺ 礦石造岩元素分析

見第39章有色金屬礦石系統分析。

注意事項

1)重量法測定二氧化硅時，鎢酸和硅酸同時析回出而答干擾硅的測定;故硅酸脫水後，應用氫氟酸-硫酸加熱使硅揮發而分離。三氧化鎢在850℃時開始揮發，揮硅後的殘渣灼燒溫度不得超過850℃，否則二氧化硅的結果會偏高。

2)氟化鉀取代-EDTA容量法測定三氧化二鋁時，鎢含量高時，第一次滴定終點不穩定，溶液中含3mg以上的三氧化鎢時即無明顯終點。加入乳酸掩蔽可消除鎢和鈦的干擾。

❻ 號礦體造岩元素地球化學

本次運用ICP-MS測試技術獲得的分析結果不包括，但給出了Al，Fe，Mg，Ca，Na，K，Mn，P等主要造岩元素的含量。從表5-7中可以看出，96號礦體所有的礦石樣品含Na均很低，普遍低於檢出限；Fe普遍高於5%；Al變化於2%～10%之間；Ca的變化幅度最大，為0～25%；Mn，K，Mg的含量一般小於3%。

在空間上，自西而東，從ZK1507→ZK1512→ZK1509，Fe，Ca，K，Mn等具有類似的變化特徵（圖5-11），即含量變化幅度大，但Al和Mg相對集中，變化要小一些。

Al在樣品ZK1507和ZK1509中自上而下含量變化不大，但在中部的ZK1512中有自上而下降低的趨勢；不同鑽孔之間，也有東高（ZK1509）西低的趨勢。

Fe無論在哪個鑽孔均呈現隨深度加大含量增加的趨勢，表明向下礦化（主要是黃鐵礦、閃鋅礦等含鐵礦物增加）加強。這種變化趨勢尤其以東部的ZK1509和ZK1512更明顯，顯示成礦物質自下而上運移的趨勢。

Ca的含量在中部的ZK1512中具有向下降低的趨勢，表明Ca在成礦作用的過程中是減少的，這與含鐵成礦流體交代鈣質圍岩（碳酸鹽岩）的成礦特點是一致的。

Mg的含量在空間上有一定的變化規律，即東部的ZK1509最高，西部的ZK1507最低。K的含量也有類似變化趨勢，表明高溫交代流體的運移可能是自東向西進行的。

圖5-11 不同鑽孔中造岩元素含量的變化

❼ 岩石主要富含什麼元素

岩石是由一種或通常由兩種以上礦物所組成的固結或不固結的礦物體.
岩石中常見的礦物為石英和長石.主要元素有O、Si、Al、Mg、Fe、Ca、Na、K

❽ 元素在岩石中的分配

元素在地殼各處的含量遠非一致。這是由於不同地區分布著不同類型的岩石和礦物,而後者中每種元素的含量是差別懸殊的。各類岩石和礦物中元素含量的差異反映元素在其中的分配是不均勻的。元素在各種岩石和礦物中的含量及其變化是地球化學研究的基礎。因此探討元素在岩石和礦物之間的分配規律是重要的地球化學課題。表1-35 為不同火成岩和沉積岩的化學組成。

表1-35 火成岩和沉積岩的化學組成

續表

續表

注:除有說明外,單位均為 10^-6。閃長岩和花崗岩組成轉引自趙倫山等 (1998)。*代表維諾格拉多夫。

(據 Faure,1998)

1.元素在各類岩漿岩中分配的一般規律

1)Fe、Mg、Ni、Co、Cr、Pt族等元素的含量,按超基性岩、基性岩、中性岩到酸性岩的順序遞減。

2)Ca、Al、Ti、V、Mn、Cu、Sc等在基性岩中含量最高,在超基性岩、中性岩及酸性岩中含量降低。

3)鹼金屬元素 K、Na、Li、Rb、Cs 及 Si、Be、Tl、Sr、Ba、Zr、Hf、U、Th、Nb、Ta、W、Sn、Mo、Pb 和稀土元素等,隨著由超基性岩向基性岩、中性岩和酸性岩的過渡有規律地增長。

4)B、F、S和Cl等揮發性元素的含量在酸性岩中最高。

5 )某些元素在各類岩漿岩中的含量變化不大,例如Ge、Sb、As等。

岩漿岩的化學組成變化范圍很大,特別是微量元素,如Ni、Cr等親鐵元素和U、Th等親氧元素在超基性岩和酸性岩中的含量可以相差2～4 個數量級。這種特徵暗示在岩漿岩的形成過程中曾發生過分異作用,形成岩漿岩的成分取決於源岩組成和部分熔融的程度。

2.元素在各類沉積岩中分配的一般規律

1)Si極大富集於砂岩中,鹼金屬元素Li、Na、K、Rb、Cs和Al 等在頁岩和泥質岩中含量最高,碳酸鹽岩中最低,含量之差常達10倍 (Li、Cs)至數十倍 (K、Na);

2 )鹼土金屬元素Ca、Mg和Sr在碳酸鹽岩中含量最高,砂岩中最低,與它們的克拉克值相比,在碳酸鹽岩中的富集程度可達 10～100倍。但Mg在深海碳酸鹽沉積物中並不富集,這是因為MgCO₃ 溶解度大於CaCO₃ ,由於 Mg²⁺在大洋深部環境能交換微粒長石中的K⁺形成綠泥石,因而海洋泥質沉積物比鈣質沉積物相對富鎂 (約高5倍);

3)過渡元素Mn、Co、Ni等在深海沉積物中含量高,因而在深海沉積物中形成了巨大的海底錳結核礦產,並伴有Ni、Co等可供綜合利用。與Mn類似,在深海沉積物中富集的元素還有B、Na、Ba、P、S、Cu、Mo、Pb 及鹵素元素 F、Cl、Br、I 等,它們的含量都高於各自在岩漿岩中含量的最高值。

❾ 化學元素在水－岩體系中的遷移強度

在水－岩體系中，假定岩石中元素x的原子數量為b_x，在dt時間內遷移db_x個原子，即遷移速度為

則元素x在該系統中的遷移強度（P_x）定義為：

水文地球化學基礎

遷移強度（P_x）表示元素在單位時間內從包含它的體系（岩中）的單位質量（如lg）中遷出的數量（即P_x為1g該元素物質的淋溶速度），它表徵了元素遷移性的強弱。

假如在水遷移過程中，P_x=C（常數），對（3-13）式積分：

水文地球化學基礎

或

式中：b₁——研究系統中t₁時刻元素x在岩石中的含量；

b₂——t₂時刻元素x在岩石中的含量。

圖3-10化學元素在風化殼中的含量（b）與時間的關系（P_τ＝c的條件）（據A.N.彼列爾曼）

由（3-14）式可知，研究系統中元素x的含量與時間呈指數關系（圖3-10），用它可近似地計算元素的遷移強度。

當b₂＜b₁時，說明岩石圈元素向水中遷移（正向遷移）。

當b₂＞b₁時，說明水中元素向岩石圈中遷移（反向遷移）。

當b₂=b₁時，說明水中元素與岩石圈元素之間的遷移達到平衡狀態。

元素在不同系統中的分布可以通過比較濃度（或濃集）克拉克值（K_k）來說明其移動性。例如，在土壤系統中，鋇與鈣、鉀的濃度克拉克值之比為：

，說明鋇從土壤中移出比鈣、鉀弱。

❿ 岩石元素地球化學成分

各類岩石元素地球化學成分見表1-5。其特徵主要表現為：

1）沉積岩類各元素平均值中，₂O₃和Na₂O的含量明顯低於全省平均值；而CaO和MgO含量明顯高於全省豐度，原因是在沉積岩中，有大量淺海相的灰岩和白雲岩之故；

2）變質岩各元素平均值，在元素周期表第四周期的元素，普遍高於全省平均值，其中有MgO、P、Ti、V、Cr、Mn、Fe₂O₃、Co、Ni、Cu、Zn和Au等；

3）在火山岩中，玄武岩和安山岩等以 Na₂O、MgO、Al₂O₃、P、CaO、Ti、V、Cr、Mn、Fe₂O₃、Co、Ni、Cu、Zn、Sr 等含量豐富為特徵；但火山岩的平均含量，卻以Al₂O₃、SiO₂、K₂O、Rb、Y、Zr、Ba、La、Ce等的含量偏高為特徵，說明浙江省具有以酸性火山岩為主的特點；

表1-5 浙江省主要岩石元素平均含量

註：含量單位氧化物為%，Au為ng/g，其餘為mg/kg；引自《浙江省區域地層岩石地球物理、地球化學參數研究報告》（浙江省物探大隊、區測大隊，1991）。

4）侵入岩中，超基性侵入岩以第四周期的鐵系元素豐度極高為特徵，全鹼含量為4.73%，Na₂O＞K₂O，呈現了低硅富鐵鎂鈣質岩系特徵；中性侵入岩中鐵鎂組分為7.14%，全鹼7.51%，Na₂O≈K₂O，富含Sr、Zr、Ba、La、Ce等元素為特徵；中酸性-酸性侵入岩具有鹼質高的特徵，全鹼達8.30%，而且 K₂O＞Na₂O；其中特徵元素以 Be、Ga、Rb、Y、Zr、Sn、La、Ce、W、Pb、Th、V等高豐度為特徵。