Question

地壳丰度值特征及其地球化学意义

Answer 1

从地壳中元素丰度表可以看出，地壳中元素分布方面存在着如下的特征或规律。

1.元素相对的平均含量

地壳中元素相对的平均含量极不均匀。丰度最大的元素O（47%）比丰度最小的元素Rn（7×10^-16）在含量上可大1017个数量级。若按克拉克值递减的顺序排列各种元素（表2-2），则前两种分布最广的元素（O，Si）的质量占地壳总质量的76.5%；前10种元素（O，Si，Al，Fe，Ca，Na，K，Mg，Ti，Mn）的质量占99.58%；其余元素的质量不超过地壳总质量的0.5%。

表2-2 岩石圈中元素的克拉克值

（据A.Π.维诺格拉多夫，1962）

2.原子数与克拉克值的关系

按照元素周期表的顺序，元素的克拉克值有随着原子序数的增大而渐减的趋势。克拉克值减少的比率大致与原子序数（即核电荷）的7次方或8次方成正比。

3.偶数规律

1914年，奥多（G.Oddo）和哈根斯（W.D.Harkins）发现地壳中原子序数和质量数均为偶数的元素（或同位素）丰度最大。其后费尔斯曼指出，在门捷列夫元素周期表中的几个相邻元素中，偶数元素的克拉克值一般大于奇数元素（地壳中偶数元素的分布量占86%，奇数元素占14%）。

另外还有四倍规律、差六规律和核子的偶奇性等规律。无论怎样，在如下几点可以形成共识：地壳中元素的丰度不仅取决于元素原子核的结构和稳定性（决定宇宙中元素丰度的因素），同时又受地球形成前、地球形成时以及地球存在时期物质演化和分异的影响，上述这些规律可从图2-1得到一定程度的佐证。

图2-1 地壳中元素原子克拉克值相对于原子序数的曲线

（据赵伦山，1988）

纵坐标为元素克拉克值的对数值（lgk）

地壳中元素的克拉克值主要是反映了地壳的平均化学成分，即反映了地壳作为一个物理化学体系的总特征以及地壳中各种地球化学过程的总背景。它既是影响地球化学行为的重要因素，又为地球化学提供了衡量元素集中分散及其程度的标尺；同时也为地球化学找矿分析测试方法的灵敏度提供了总的标准。

元素克拉克值在某种程度上支配着元素的地球化学行为。如K和Na在地壳中的各种体系中都有较高的浓度，因此，可以形成各种独立矿物，甚至沉淀出易溶的氯化物，形成岩盐和钾盐矿床；相反，Rb和Cs由于克拉克值低，它们在各种地质体系中的浓度亦低，难于达到饱和浓度，而不能形成独立的矿物，总是呈分散状态存在于其他元素（主要是K）的矿物中。

总之，在分析地壳中元素迁移、集中和分散等地球化学行为时，必须考虑元素克拉克值这一重要因素。

克拉值可以为阐明地球化学省的特征提供一种标准。例如，某地区中浅色花岗岩类岩石大大多于镁铁质岩石，那么，在这个地区不仅Mg和Fe及其伴生的Cr，Ti及铂族元素，甚至Zn等的含量都明显低于各自的克拉克值。相应地，该地区的多金属矿床中Pb含量也会显著高于Zn含量。

依据克拉克值可以计算地球化学性质相似或者有关的元素之间的平均比值，例如V/Fe或Sc/Fe，Ni/Co或Se/S和Te/Se（对于硫化物来说，这种比值要比Se和Te的绝对含量重要得多）。REE，Zr和Hf，Nb和Ta，K和Rb等都是难于分离的元素，如果它们之间的比值偏离了由克拉克值计算出来的平均比值，这常常就成为一种地球化学标志，说明已经发生过某种特殊的地球化学过程。例如，Th/U比值一般为3.3～3.5，如果发现某一地区岩石中这比值已低于2（常常接近0.7），则可认为该地区存在着U的矿化活动；如果岩石中的Th/U比值为2.5～4，则可认为区内存在着U和Th的矿化；如果岩石中Th/U比值大于5，达到8甚至10，则可认为区内主要存在着Th的矿化（独居石、钍石、铁钍石），而无U的明显矿化。

克拉克值反映了岩石圈中的平均化学成分，提供了衡量各组成部分元素分配的尺度。各类地质体、岩石或矿物中某元素的平均含量若高于其克拉克值，表明该元素有相对集中，反之则说明相对分散。因而常用地质体中某元素平均含量与克拉克值的比值（称为浓度克拉克值）表示元素的集散状况。浓度克拉克值大于1，说明该元素在地质体中相对集中，反之则分散。浓度克拉克值对研究元素的分散、集中与迁移，进行地球化学找矿工作是有意义的。

各矿产都是元素集中的结果。但是不同的矿产集中的程度很不相同。各种矿产最低可采品位与其克拉克值的比值称为该元素的浓集系数，常用以反映元素在矿床中集中程度。不同元素的浓集系数相差很大，说明其集中的程度很不相同。如Fe在矿床中仅富集6倍，而Sb，Bi，B等则富集达万倍以上（表2-3）。浓集系数大的元素，在矿床中集中程度高，含量增高的幅度大，有利于用以追踪矿床。过去地球化学找矿研究的多是“浓集系数”较大的元素，其原因也在此。

表2-3 某些元素的浓集系数

续表