中国大陆壳体的区域元素丰度.pdf

卷 Volume 23, 期 Number 2, 总 SUM 80 页 Pag es 101 ～ 107, 1999, 6 Jun. , 1999 大 地 构 造 与 成 矿 学 Geotectonica et Metallogenia 中国大陆壳体的区域元素丰度 黎 彤 袁怀雨 吴胜昔 程先富 北京科技大学地质系 , 北京 100083 摘 要 中国大陆壳体由华夏壳体、西域壳体和藏南壳体构成。 本文给出这 3个壳体的质量模型 和元素丰度 ,并从成矿元素 ,热源元素和镧系元素方面讨论它们的区域丰度特征。 结论认为 ,它们 的地球化学背景是各不相同的。 关键词 大陆壳体 中国 元素丰度 区域地球化学特征 1 中国大陆壳体模型 壳体构造是陈国达创建历史因果论大地构造学时提出的新概念。 这个概念与板块构造和 其它构造概念有本质上的差别。壳体 crustobody 是指组成地球硬壳 相当于岩石圈 的块体。 它具有四维的时空结构 ,是构造演化和构造运动的综合构造单元 [1992, 1994,陈国达 ]。 1. 1 中国大陆壳体的构成 中国大陆壳体是指我国大陆地区范围内的所有各个大陆型壳体的总称。 现阶段的中国大 陆壳体 ,主要包括位于我国境内的东亚壳体、中亚壳体和南亚壳体的有关部分。 为了叙述方便 , 本文拟依次简称它们为华夏壳体、西域壳体和藏南壳体。 华夏壳体位于我国东部 ,是东亚壳体的主要组成部分。 它包含我国各华夏期地洼区 ,以及 各残留地台区。 这是我国最古老的壳体 ,其同位素年龄达 3. 8 Ga以上。 西域壳体位于我国西部 ,是中亚壳体的东南部分。 它包含我国西部分布于新疆、青海、甘肃 和西藏北部的各个中亚期地洼区在内。 藏南壳体位于我国西南部 ,是南亚壳体的北缘部分。它包含西藏南部的冈底斯和南喜马拉 雅二个中亚期地洼区 ,以及雅江地槽区。 这是我国最年青的大陆型壳体。 此外 ,尚有属于东亚陆缘壳体的我国东部邻近海域。其中 140万 km2的大陆架 ,是华夏壳 本文得到湖南省科委陈国达院士基金项目资助。 黎彤 ,男 , 1923年生 ,地球化学教授,主要从事元素丰度研究。 1998年 12月 7日收到, 1999年 4月 5日改回。 DOI 10.16539 /j.ddgzyckx.1999.02.001 体于新生代时被拉断伸展而成薄化陆壳的东延并溺于海面之下的部分。目前由于资料所限 ,暂 不在本文讨论范围之内。 1. 2 壳体规模和质量 综合研究我国的区域地质资料和地球物理测深资料 [1986,国家地震局 ],初步求得我国各 大陆壳体的规模和质量参数如表 1所示。 表 1 中国各大陆壳体的规模和质量参数 Table1 Scales and masses of continental crustobodies in China 壳 体 面 积 Mkm2 厚 度 km 体 积 Mkm3 密 度 g/cm3 质 量 Et* 华夏壳体5. 24954983. 1041. 5547. 6 西域壳体3. 581254483. 0111. 3541. 6 藏南壳体0. 781451133. 0970. 3510. 8 全国合计平均 9. 60 1101 059 3. 0643. 25100. 0 *Et 1 1018t 表 1说明 ,最古老的华夏壳体具有最大的面积、体积和质量 ,但其壳体厚度最薄。 相反的 , 藏南壳体最年青 ,其规模和质量也最小 ,但其壳体厚度却是最大的。 西域壳体规模和质量仅次 于华夏壳体 ,其参数比藏南壳体大得多。 1. 3 壳层质量比例 我国大陆壳体由三个基本壳层构成。 从上到下依次为 ①硅铝壳层 ,主要由酸性岩组成;② 硅铁壳层 ,主要由基性岩组成;③镁硅壳层 ,主要由超基性岩组成 ,又称地幔岩壳层。 我国各壳 体内的壳层质量比例如表 2所示。 表 2 各壳体的壳层质量比例 Table 2 The mass ratio of structural layers 壳 层 华 夏 壳 体西 域 壳 体藏 南 壳 体全 国 合 计 Pt* Pt* Pt* Pt* 硅铝壳层27417. 842231. 210530. 080124. 6 硅铁壳层23715. 316512. 24111. 744313. 7 镁硅壳层1 03466. 976356. 620458. 32 00161. 7 合 计1 545100. 01 349100. 0350100. 03 245100. 0 *Pt 1 1015t 硅铝壳层是大陆型壳体特有的基本壳层 ,其岩石化学组成近似于花岗岩类 [1992,黎彤等; 1998,黎彤等 ]。 大陆壳体的形成和演化 ,在平向增生方面 ,经历过从陆核到陆缘的过程 ,以及在 垂向增生方面则经历过发育于硅铝壳层中的地槽、地台到地洼多个基本构造层 ,代表着相应的 从地槽、地台到地洼的几个演化阶段的记录。 在这过程中 ,地壳物质的旋回和建造起着重要作 用。 因此在硅铝壳层中含有一定数量的沉积岩类和副变质岩类 [1985,黎彤; 1990,黎彤等; 102 大地构造与成矿学 第 23卷 1991,黎彤等; 1994,黎彤 ]。 我国各个大陆型壳体的沉积岩类 含浅变质岩 占硅铝壳层质量的 10 ～ 20 不等 ,全国平均 14. 4 。 其中泥质岩类占 5. 2 ,碎屑岩类占 5. 0 ,碳酸盐岩占 4. 2 [1990,黎彤等 ]。 硅铁壳层和镁硅壳层都是地幔物质分熔作用的产物。 硅铁壳层以辉长岩或基性麻粒岩为 主。 镁硅壳层则以二辉橄榄岩为主 [1987,鄂莫岚等 ]。 2 丰度值和丰度系数 根据上述壳体模型的各项参数 ,结合我国各类岩石化学全分析资料和区域地球化学综合 研究资料 [1987,於崇文等; 1990,张本仁等; 1991,黎彤等; 1991,黎彤等; 1992,黎彤等; 1997,鄢 明才等; 1998,黎彤等 ],采用模型质量法求得我国大陆壳体的区域元素丰度值及其丰度系数如 表 3所示。 表中的丰度值 A为质量丰度的近似值 ,丰度系数 k 取中国大陆岩石圈的质量丰 度值 B作为背景值 [1997,黎彤等 ]。 其中 k1 A 1 /B; k 2 A 2 /B; k 3 A 3/B 。 3 区域丰度特征 各壳体的区域元素丰度特征 ,可以表 3给出的丰度值和丰度系数来阐明。下面仅从成矿元 素、热源元素和镧系元素三方面进行初步探讨。 3. 1 成矿元素方面 各壳体的成矿元素丰度背景值是进行区域成矿分析和找矿预测必须考虑的地球化学要 素。 从表 4可以看出 ,富集在各壳体中的各类金属成矿元素和矿化剂元素 ,都有明显的区别。此 外 ,它们的元素质量比值也各不相同。 例如 ,华夏壳体具有最高的 Mn /P 、 Zn /Cu 、 Zn /Pb和 S/As比值;西域壳体具有最高的 Ti /V、 Ni /Co、 Nb/ Ta、 Sb /Bi和 F/Ci比值 ;而藏南壳体则以 Li /Be 、 Cr /Ni、 Ag /Au 、 Sn/W、 Zr /Hf和 Sb /Hg比值最高为特征。 3. 2 热源元素方面 现阶段的岩石圈内部热源 ,主要来自放射性同位素40K、232Th、235U和 238 U的蜕变 ,因为它 们的半衰期可与地球年龄相比。从表 5得知各壳体具有不同的 K /U和 Th /U比值。其产热率 也不相等。 华夏壳体具有最大的 K /U和 Th /U比值和最低的产热率。 相反地 ,西域壳体的 K /U和 Th /U比值最小 ,但产热率最高。各壳体内部热源的差异 ,是影响我国地温区域分布的 重要因素。 由于热源元素特别富集在硅铝层中 ,它们也是硅铝壳层发生地质构造作用的重要能 源之一。 3. 3 镧系元素方面 镧系元素是一个包括 15种元素的特殊系列。它是广泛应用的地球化学指标。从表 6可以 看出 ,各壳体的镧系参数也有明显区别。 西域壳体的镧系参数根本不同于华夏和藏南壳体。 它的镧系总量 ΢LE最大 ,且呈富集。 它 的偶镧系 /奇镧系 ΢ELE /΢OLE和轻镧系 /重镧系 ΢LLE /΢HLE比值最高。La / Yb、 103 第 2期 黎彤等 中国大陆壳体的区域元素丰度 表 3 中国大陆壳体的区域元素丰度值 Table 3 Element abundances of continental crustobodies in China 原子 序数 元素 名称 元素 符号 丰度值 A μ g /g丰度系数 k 华夏壳体 A1 西域壳体 A2 藏南壳体 A3 k1 A1/B k2 A2/B k3 A3/B 1氢 H1. 48 1031. 18 1031. 24 103 1. 110. 890. 93 2氦He------ 3锂Li6. 628260. 371. 591. 48 4铍Be0. 83. 41. 60. 781. 730. 80 5硼B7. 28. 86. 70. 921. 130. 86 6碳 C 2. 34 1033. 99 1033. 09 1030. 751. 280. 99 7氮N1811211. 180. 721. 37 8氧O4. 34 1054. 57 1054. 58 1050. 961. 011. 01 9氟 F 2975916640. 651. 291. 45 10氖Ne------ 11钠Na1. 25 1040. 99 1041. 23 1041. 100. 871. 08 12镁 M g1. 60 1051. 53 1051. 50 105 1. 030. 980. 96 13铝Al3. 85 1043. 27 1043. 49 1041. 080. 910. 98 14硅Si2. 30 1052. 26 1052. 36 1051. 00. 991. 03 15磷 P 569 1. 56 103 8290. 561. 540. 82 16硫S212631981. 430. 431. 34 17氯Cl5817561. 410. 421. 37 18氩 Ar ------ 19钾K9. 53 1038. 89 1039. 90 1031. 020. 961. 06 20钙Ca2. 88 1042. 72 1043. 54 1041. 00. 941. 23 21钪Sc175. 99. 81. 470. 350. 58 22钛Ti2. 09 1034. 48 1032. 16 1030. 671. 450. 70 23钒 V 8531521. 440. 530. 88 24铬Cr1. 65 1031. 78 1031. 82 1030. 961. 031. 06 25锰M n1. 12 1030. 93 1030. 90 1031. 100. 910. 88 26铁 Fe 6. 72 1046. 01 1045. 82 1041. 060. 950. 92 27钴Co7525681. 470. 491. 33 28镍Ni1. 13 1031. 38 1031. 17 1030. 911. 110. 94 29铜 Cu 3542440. 901. 081. 13 30锌Zn6879660. 941. 090. 91 31镓Ga1315140. 921. 060. 99 32锗 Ge 1. 010. 981. 041. 010. 981. 04 33砷As1. 460. 811. 591. 220. 681. 32 34硒Se0. 0790. 0920. 0780. 991. 150. 98 35溴 Br 0. 352. 611. 360. 251. 860. 91 36氪Kr------ 37铷Rb2997570. 481. 620. 95 38锶Sr1744191520. 631. 520. 55 39钇Y8. 615100. 761. 330. 88 40锆 Zr 78691091. 010. 891. 41 41铌Nb6. 325180. 411. 621. 17 42钼Mo1. 10. 610. 871. 260. 701. 0 43锝Tc------ 44钌Ru3. 29 10- 32. 62 10- 32. 99 10- 31. 100. 881. 0 45铑Rh7. 50 10- 42. 06 10- 46. 85 10- 41. 460. 401. 33 46钯 Pd4. 51 10- 35. 15 10- 36. 31 10- 3 0. 911. 051. 27 104 大地构造与成矿学 第 23卷 续表 3 原子 序数 元素 名称 元素 符号 丰度值 A μ g /g丰度系数 k 华夏壳体 A1 西域壳体 A2 藏南壳体 A3 k1 A1/B k2 A2/B k3 A3/B 47银 Ag 0. 0500. 0350. 0521. 140. 801. 18 48镉 Cd 0. 0630. 0610. 0541. 020. 980. 88 49铟 In 0. 0560. 0520. 0521. 040. 960. 96 50锡 Sn 2. 982. 463. 081. 080. 891. 12 51锑 Sb 0. 110. 100. 161. 00. 911. 45 52碲Te0. 0150. 0280. 0210. 711. 331. 0 53碘I0. 0340. 0580. 0490. 751. 271. 07 54氙Xe------ 55铯Cs1. 08. 23. 90. 231. 910. 91 56钡Ba2532352271. 040. 970. 93 57镧La1221160. 741. 300. 97 58铈Ce2438310. 791. 231. 02 59镨Pr2. 84. 73. 80. 761. 271. 03 60钕Nd1126150. 631. 470. 83 61钷 Pm------ 62钐Sm2. 23. 62. 90. 781. 251. 02 63铕 Eu 0. 630. 640. 680. 981. 01. 06 64钆 Gd 2. 13. 92. 70. 721. 350. 92 65铽 Tb 0. 340. 460. 440. 861. 141. 11 66镝 Dy 1. 93. 22. 40. 751. 290. 96 67钬Ho0. 390. 400. 460. 971. 01. 15 68铒Er1. 10. 861. 41. 060. 831. 31 69铥Tm0. 170. 280. 210. 961. 541. 17 70镱Yb1. 11. 61. 40. 811. 201. 04 71镥Lu0. 160. 200. 210. 901. 081. 14 72铪Hf1. 92. 42. 30. 881. 111. 09 73钽Ta1. 61. 02. 31. 150. 691. 61 74钨W1. 31. 10. 921. 090. 950. 78 75铼Re6. 33 10- 46. 71 10- 46. 43 10- 40. 971. 030. 99 76锇Os1. 62 10- 32. 60 10- 31. 30 10- 30. 811. 300. 65 77铱Ir7. 41 10- 42. 56 10- 45. 07 10- 41. 200. 400. 82 78铂 Pt5. 22 10- 37. 35 10- 37. 08 10- 3 0. 921. 291. 24 79金 Au1. 73 10- 31. 95 10- 31. 69 10- 3 0. 981. 110. 96 80汞 Hg6. 33 10- 3 0. 060 7. 07 10- 3 0. 181. 920. 21 81铊 Tl 0. 190. 400. 290. 661. 381. 0 82铅 Pb 5. 07. 36. 50. 811. 191. 06 83铋Bi0. 110. 0280. 171. 350. 342. 09 84钋Po------ 85砹 At------ 86氡Rn------ 87钫 Fr------ 88镭Ra------ 89锕Ac------ 90钍Th6. 218. 897. 450. 871. 141. 04 91镤Pa------ 92铀U1. 853. 102. 400. 761. 280. 99 105 第 2期 黎彤等 中国大陆壳体的区域元素丰度 表 4 富集的成矿元素和矿化剂元素 Table 4 Enrichment of metallogenic elements and mineralizers 华夏壳体西域壳体藏南壳体 Ⅰ . 成矿元素 1. 铁族元素 Fe M n V CoTi Cr Ni Cr Co 2. 贱金属元素 SnCu Zn PbCu Sn Pb 3. 贵金属元素 AgAu PtAg Pd Pt 4. 稀有金属元素M o W Ta BiLi Be Nb HgLi Zr Nb Ta Sb Bi Ⅱ . 矿化剂元素 1. 卤族元素 ClF Br IF Cl 2. 硫系元素 As SSe TeAs S 注 元素符号下有横线者 ,其 k 值≥ 1. 4 。 表 5 各壳体的 K/U和 Th /U比值及产热率 Table 5 K /U and Th /U, and their heat efficiency in crustobodies 华夏壳体西域壳体藏南壳体 K /U 1035. 152. 674. 12 Th /U3. 362. 633. 10 产热率 fW /g * 380553469 其中 40K 333135 232Th 165217198 235U71310 238U175292226 * fW /g表示以每克同位素产热 10- 15瓦为单位 表 6 各壳体的镧系参数 Table6 Parameters of lanthanides in crustobodies 参 数华夏壳体西域壳体藏南壳体 ΢LEμ g/g 6010378 丰度系数 k - 0. 741. 270. 96 ΢ELE/΢OLE2. 642. 712. 58 ΢LLE/΢HLE7. 5710. 47. 67 La /Yb10. 913. 111. 4 La /Sm5. 455. 835. 52 Gd /Yb1. 912. 441. 93 δ Eu1. 310. 771. 09 δ Ce1. 050. 961. 02 La /Sm和 Gd/Yb比值也最高。 但是它的 Eu和 Ce均呈负异常。 华夏壳体和藏南壳体的镧系参数比较近似 ,但是两者的总体贫化程度 k -值 和 δ Eu正异 常值仍有较明显的差别。 综合以上三方面元素的对比分析 ,可以得出如下认识 华夏、西域和藏南三个壳体 ,虽然都 同属大陆型壳体 ,并都位于我国境内 ,但是它们现阶段的区域地球化学背景 ,仍然各有不同的 区域丰度特征。 这是各壳体的地球化学演化阶段和地球化学分异作用各不相同导致的结果。 因 106 大地构造与成矿学 第 23卷 此 ,进一步研究各壳体内部的化学区划、化学结构和化学演化 ,无论对大地构造地球化学或成 矿学都是必要的 ,其研究成果也更具实用价值。 最后 ,作者衷心感谢陈国达院士二十年来一贯对本项研究的热情支持 ,鼓励和指教。 参 考 文 献 1985 黎彤.岩石圈及其结构层的元素丰度 .地质学报 , 3 219 ～ 227 1986 国家地震局.中国地壳上地幔地球物理探测成果.北京 地震出版社, 403 1987 鄂莫岚 ,赵大升主编.中国东部新生代玄武岩及深源岩石包体.北京 科学出版社 , 490 1987 於崇文 ,骆庭川,鲍征宇等 .南岭地区区域地球化学.北京 地质出版社, 541 1990 黎彤 ,梅孜文.华北三重构造层的沉积演变和岩石化学特征.大地构造与成矿学 , 14 4257 ～ 285 1990 黎彤 ,倪守斌.地球和地壳的化学元素丰度.北京 地质出版社 , 136 1990 张本仁等.秦巴地区地球化学文集 .武汉 中国地质大学出版社 , 226 1991 黎彤 ,李峰.试论中国大地化学背景 .地质与勘探 , 12 1 ～ 7 1991 黎彤 ,李峰 ,满发胜等.新疆地壳的化学成分.中国科学技术大学学报, 3 37 ～ 48 1991 黎彤 ,袁怀雨.华北陆壳的岩石化学模型.北京科技大学学报 , 3 195 ～ 201 1992 陈国达.地洼学说新进展 .北京 科学出版社 , 313 1992 黎彤 ,张西繁.华北花岗岩类的大地构造岩石化学特征.大地构造与成矿学, 16 4315 ～ 324 1992 黎彤 ,李峰.西藏地壳模型及其化学成分初探.中国科学技术大学学报, 4 409 ～ 415 1994 陈国达.壳体构造 一种综合大地构造学新概念.大地构造与成矿学, 18 4283 ～ 300 1994 黎彤.中国陆壳及其沉积层和上陆壳的化学元素丰度.地球化学 , 2 140 ～ 145 1997 黎彤 ,倪守斌.中国大陆岩石圈的化学元素丰度.地质与勘探 , 1 31 ～ 37 1997 鄂明才 ,迟华清.中国东部地壳与岩石的化学组成. 北京 科学出版社 , 292 1998 黎彤 ,袁怀雨,吴胜昔.中国花岗岩类和世界花岗岩类平均化学成分对比研究.大地构造与成矿学 , 129 ～ 34 1998 黎彤 ,倪守斌.塔里木- 华北板块的地壳和岩石圈元素丰度.地质与勘探, 120 ～ 24 REGIONAL ELEMENT ABUNDANCES OF CONTINENTAL CRUSTOBODIES IN CHINA LI Tong YUAN Huaiyu WU Shengxi CHENG Xianfu Dept. of Geology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT The continental crustobody of China are composed of three regional crustobodies, i. e. the Cathaysian crustobody, the West China crustobody and the South Tibet crustobody. Their mass models and element abundances are given out in this paper. And their regional characteristics are discussed with the abundance values of metallogenic elements, heat source elements and lanthanides.The conclusion is that their geochemical backgrounds are quite different from each other. KEYWORDS Continentalcrustobody, China, elementabundance,regional geochemical characteristic 107 第 2期 黎彤等 中国大陆壳体的区域元素丰度