中国大陆壳体的区域元素丰度_黎彤

大地构造与成矿学

GeotectonicaetMetallogenia

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3.8Ga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。102

大地构造与成矿学　　　　　　　　　　　　　　　第23卷

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

　ScalesandmassesofcontinentalcrustobodiesinChinaTable1

壳　体华夏壳体

西域壳体藏南壳体全国合计(平均)*Et=1×1018t

面　积(Mkm2)5.24

3.580.789.60

厚　度(km)95125145(110)

体　积(Mkm3)4984481131059

密　度(g/cm3)3.1043.0113.097(3.064)

Et*1.551.350.353.25

质　　　　量

%47.641.610.8100.0

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Table2　Themassratioofstructurallayers

壳　　层硅铝壳层硅铁壳层镁硅壳层合　　计*Pt=1×1015t

华夏壳体

%Pt

*

西域壳体

%Pt

*藏南壳体

%Pt*10541204350

30.011.758.3100.0

全国合计

%Pt

*

27423710341545

17.815.366.9100.0

4221657631349

31.212.256.6100.0

80144320013245

24.613.761.7100.0

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;第2期　　　　　　　　　　　黎彤等:中国大陆壳体的区域元素丰度

103

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=A1/B;k2=A2/B;k3=A3/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238U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、104

大地构造与成矿学　　　　　　　　　　　　　　　第23卷

表3　中国大陆壳体的区域元素丰度值

Table3　ElementabundancesofcontinentalcrustobodiesinChina

丰度值(A)(μg/g)

西域壳体

A21.18×103

-283.48.83.99×103114.57×105

591-0.99×1041.53×1053.27×1042.26×1051.56×103

6317-8.89×1032.72×1045.94.48×103

311.78×1030.93×1036.01×104251.38×103

4279150.980.810.0922.61-974191569250.61-2.62×10-32.06×10-45.15×10-3

丰度系数(k)

k2

A2/B0.89-1.591.731.131.280.721.011.29-0.870.980.910.991.540.430.42-0.960.940.351.450.531.030.910.950.491.111.081.091.060.980.681.151.86-1.621.521.330.891.620.70-0.880.401.05

原子序数12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546

元素名称氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖钠镁铝硅磷硫氯氩钾钙钪钛钒铬锰铁钴镍铜锌镓锗砷硒溴氪铷锶钇锆铌钼锝钌铑钯

元素符号HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMo(Tc)RuRhPd

华夏壳体A11.48×103

-6.60.87.22.34×103184.34×105

297-1.25×1041.60×1053.85×1042.30×105

56921258-9.53×1032.88×104172.09×103

851.65×1031.12×1036.72×104751.13×103

3568131.011.460.0790.35-291748.6786.31.1-3.29×10-37.50×10-44.51×10-3

藏南壳体A3

1.24×103

-261.66.73.09×103214.58×105

664-1.23×1041.50×1053.49×1042.36×105

82919856-9.90×1033.54×1049.82.16×103

521.82×1030.90×1035.82×104681.17×103

4466141.041.590.0781.36-5715210109180.87-2.99×10-6.85×10-6.31×10-343

k1A1/B

1.11-0.370.780.920.751.180.960.65-1.101.031.081.00.561.431.41-1.021.01.470.671.440.961.101.061.470.910.900.940.921.011.220.990.25-0.480.630.761.010.411.26-1.101.460.91

k3A3/B0.93-1.480.800.860.991.371.011.45-1.080.960.981.030.821.341.37-1.061.230.580.700.881.060.880.921.330.941.130.910.991.041.320.980.91-0.950.550.881.411.171.0-1.01.331.27

第2期　　　　　　　　　　　黎彤等:中国大陆壳体的区域元素丰度　续表3

原子序数47484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889909192

元素名称银镉铟锡锑碲碘氙铯钡镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥铪钽钨铼锇铱铂金汞铊铅铋钋砹氡钫镭锕钍镤铀

元素符号AgCdInSnSbTeIXeCsBaLaCePrNd(Pm)SmEuGdTbDyHoErTmYbLuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPo(At)Rn(Fr)RaAcThPaU

华夏壳体A10.0500.0630.0562.980.110.0150.034-1.025312242.811-2.20.632.10.341.90.391.10.171.10.161.91.61.36.33×10-41.62×10-37.41×10-45.22×10

-3

105

丰度值(A)(μg/g)

西域壳体

A20.0350.0610.0522.460.100.0280.058-8.223521384.726-3.60.643.90.463.20.400.860.281.60.202.41.01.16.71×10-42.60×10-32.56×10-47.35×10

-3

藏南壳体A3

0.0520.0540.0523.080.160.0210.049-3.922716313.815-2.90.682.70.442.40.461.40.211.40.212.32.30.926.43×10-1.30×10-5.07×10-7.08×101.69×10-7.07×10-0.29

6.50.17------7.45-2.40

434

k1A1/B

1.141.021.041.081.00.710.75-0.231.040.740.790.760.63-0.780.980.720.860.750.971.060.960.810.900.881.151.090.970.811.200.920.980.180.660.811.35------0.87-0.76

丰度系数(k)

k2

A2/B0.800.980.960.890.911.331.27-1.910.971.301.231.271.47-1.251.01.351.141.291.00.831.541.201.081.110.690.951.031.300.401.291.111.921.381.190.34------1.14-1.28

k3A3/B1.180.880.961.121.451.01.07-0.910.930.971.021.030.83-1.021.060.921.110.961.151.311.171.041.141.091.610.780.990.650.821.240.960.211.01.062.09------1.04-0.99

-333

1.73×10-36.33×10-3

0.19

5.00.11------6.21-1.85

1.95×10-3

0.060

0.407.30.028------8.89-3.10

106

大地构造与成矿学　　　　　　　　　　　　　　　第23卷

表4　富集的成矿元素和矿化剂元素

Table4　Enrichmentofmetallogenicelementsandmineralizers

华夏壳体

西域壳体TiCrNiCuZnPbAuPt

LiBeNbHgFBrISeTe

藏南壳体CrCoCuSnPbAgPdPtLiZrNbTaSbBiFClAsS

Ⅰ.成矿元素:　　　　　

1.铁族元素　　2.贱金属元素　3.贵金属元素　4.稀有金属元素Ⅱ.矿化剂元素:　　　　

1.卤族元素　　2.硫系元素　　

注:元素符号下有横线者,其k值≥1.4。

ClAsSFeMnVCo

SnAg

MoWTaBi

表5　各壳体的K/U和Th/U比值及产热率

Table5　K/UandTh/U,andtheirheatefficiencyincrustobodies

华夏壳体

K/U(×103)Th/U产热率(fW/g)其中:　40K　　　Th

　　　235U　　　238

U

232

*

西域壳体2.672.635533121713292

藏南壳体4.123.104693519810226

5.153.36380331657175

*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

　ParametersoflanthanidesincrustobodiesTable6

　　参　　数΢LE(μg/g)

-)丰度系数(k΢ELE/΢OLE΢LLE/΢HLELa/YbLa/SmGd/YbδEuδCe

华夏壳体

600.742.647.5710.95.451.911.311.05

西域壳体

1031.272.7110.413.15.832.440.770.96

藏南壳体

780.962.587.6711.45.521.931.091.02

La/Sm和Gd/Yb比值也最高。但是它的Eu和Ce均呈负异常。

-值)和δ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(kEu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。因第2期　　　　　　　　　　　黎彤等:中国大陆壳体的区域元素丰度

107

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,4901987　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(4):257～2851990　黎彤,倪守斌.地球和地壳的化学元素丰度.北京:地质出版社,1361990　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,2261991　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):37～481991　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):195～2011992　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(4):315～3241992　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):409～4151994　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(4):283～3001994　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):140～1451997　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):31～371997　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,(1):29～341998　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,(1):20～24

REGIONALELEMENTABUNDANCESOF

CONTINENTALCRUSTOBODIESINCHINA

　WUShengxi　CHENGXianfuLITong　YUANHuaiyu

(Dept.ofGeology,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)

ABSTRACT

ThecontinentalcrustobodyofChinaarecomposedofthreeregionalcrustobodies,i.e.theCathaysiancrustobody,theWestChinacrustobodyandtheSouthTibetcrustobody.Theirmassmodelsandelementabundancesaregivenoutinthispaper.Andtheirregionalcharacteristicsarediscussedwiththeabundancevaluesofmetallogenicelements,heatsourceelementsandlanthanides.Theconclusionisthattheirgeochemicalbackgroundsarequitedifferentfromeachother.

KEYWORDS　Continentalcrustobody,geochemicalcharacteristic

China,

elementabundance,

regional