华北陆壳的岩石化学模型.pdf_大学文库

1华北陆壳的基本参数华北陆壳的研究范围，介于东经106°~130°和北纬32°~43°之间。北起内蒙地轴的北缘深断裂，南至秦岭地轴的北缘深断裂，以及郏庐和嘉山-响水深断裂；西起吉竺泰和固原-宝鸡深断裂，东临中朝国境和黄海1’2)。包括渤海在内，总面积为136×104km2,占全国陆地面积的14.1%。华北陆壳的上界，为上述面积范围内的地表，包括华北大陆的地面和渤海的海底。其下界为上述面积下的莫霍界面(Moho)。华北陆壳的平均厚度为40km。其总体积为 544×105km3。华北陆壳是由岩石构成的，它是华北岩石圈的上部。各类岩石的分布，无论沿水平方向或垂直方向都很不均匀。岩石的形成和演变，具有漫长的历史。目前已知华北地区最古老的岩石，据Rb-Sr同位素年龄测定，为35×103年。各地质时代的岩石出露面积，据谢玉玲 (1988年)统计，太古代和早元古代的区域变质岩系为13×104km2,自中元古代长城系以来至第四纪的沉积地层为107×10km2,各地质时代的火成岩为16×104km2。按照华北的地壳结构模型，华北陆壳具有8个基本结构层，即沉积层（或沉积圈）、硅铝层（或花岗质层）和硅镁层（或玄武质层）。 (1)沉积层介于地表至华北古陆台的基底之间。平均厚度为4km。地震纵波速度(Vp) 为4.82km/s,横被速度(Vs)为2.78km/s。平均密度2.463g/cm3。质量134×1014t。 (2)硅铝层介于沉积层和康拉界面之间。平均厚度为19km。地震波速可分为上下两亚层。上亚层的Vr为5.91km/s,Vs为3,42km/s;下亚层的Vg为6.30km/s,V8为3,64km/s。平均密度2.663g/cm3。质量688×1014t。 (3)硅镁层介于康拉界面和莫霍界面之间。平均厚度为17km。其Vr为6.75km/s,Vs为 3.90km/s。平均密度2,937g/cm3。质量679×1014t。根据岩石密度资料统计，华北陆壳内的岩石平均密度为2.763g/cm3。据此求得华北陆壳的总质量为1,5×1017t。占中国陆壳总质量的12.1%。 2华北陆壳的平均化学成分华北陆壳及其结构层的平均化学成分，是根据来自华北地区的3620个岩石化学全分析资料，用质量加权平均法求得的。 2.1沉积层华北陆壳的沉积层，由沉积岩和火山岩构成。沉积岩包括泥质岩类(26%)、碎屑岩类 (42%)和碳酸盐岩类(32%)；火山岩和火山沉积岩包括中酸性火山岩(63%)和基性火山岩(37%)。统计结果得知，沉积岩占沉积层质量的95%，火山岩占其余的5%。因此，沉积层的平均化学成分（表1）在很大程度上取决于沉积岩的化学成分。参与计算的样品数，沉积岩共436个，火山岩共495个。 196

华北陆壳的基本参数华北陆壳的研究范围，介于东经 “ 。和北纬。。之间。北起内蒙地轴的北缘深断裂，南至秦岭地轴的北缘深断裂，以及郊庐和嘉山一响水深断裂西起吉竺泰和固原一宝鸡深断裂，东临中朝国境和黄海〔 ‘ ’ ’ 。包括渤海在内，总面积为忍，占全国陆地面积的。华北陆壳的上界，为上述面积范围内的地表，包括华北大陆的地面和渤海的海底。其下界为上述面积下的莫霍界面。华北陆壳的平均厚度为。其总体积为。华北陆壳是由岩石构成的，它是华北岩石圈的上部。各类岩石的分布，无论沿水平方向或垂直方向都很不均匀。岩石的形成和演变，具有漫长的历史，目前已知华北地区最古老的岩石，据一同位素年龄测定，为 “ 年。各地质时代的岩石出露面积，据谢玉玲年统计，太古代和早元古代的区域变质岩系为火，自中元古代长城系以来至第四纪的沉积地层为弓 “ ，各地质时代的火成岩为。按照华北的地壳结构模型，华北陆壳具有个基本结构层，即沉积层或沉积圈、硅铝层或花岗质层和硅镁层或玄武质层。沉积层介于地表至华北古陆台的基底之间。平均厚度为。地震纵波速度，为。，横波速度犷。为。平均密度。 “ 。质量 ’ ‘ 。硅铝层介于沉积层和康拉界面之间。平均厚度为。地震波速可分为上下两亚层。上亚层的犷，为。，犷为下亚层的犷为。，厂。为。平均密度。质量 ‘ 。硅镁层介于康拉界面和莫霍界面之间。平均厚度为。其，为，厂。为。。乎均密度。 “ 。质量 ’ ‘ 。根据岩石密度资料统计，华北陆壳内的岩石平均密度为。据此求得华北陆壳的总质量为 ‘ 。占中国陆壳总质量的。。华北陆壳的平均化学成分华北陆壳及其结构层的平均化学成分，是根据来自华北地区的个岩石化学全分析资料，用质量加权平均法求得的。。沉积层华北陆壳的沉积层，由沉积岩和火山岩构成。沉积岩包括泥质岩类、碎屑岩类和碳酸盐岩类火山岩和火山沉积岩包括中酸性火山岩肠和基性火山岩。统计结果得知，沉积岩占沉积层质量的，火山岩占其余的纬。因此，沉积层的平均化学成分表在很大程度上取决于沉积岩的化学成分。参与计算的样品数，沉积岩共个，火山岩共个

2.2硅铝层华北陆壳的硅铝层，由中酸性岩变质岩和侵人岩构成。中酸性变质岩包括片岩、片麻岩、长英质粒岩、混合岩和混合花岗岩，共482个样，质量占57%；中酸性侵人岩主要为闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩，共1642个样，质量占43%。硅铝层的平均化学成分（表1）近似于花岗闪长岩的化学成分。 2.3上陆亮上陆壳包括沉积层和硅铝层，它位于康拉界面之上。上陆壳的平均厚度为23km。从表 1可以看出，沉积层和硅铝层的化学成分有很大的区别。但是，硅铝层的质量占84%，沉积层仅占16%。因此，华北上陆壳的平均化学成分（表1）在较大程度上取决于硅铝层的成分。 2.4下陆克（或硅镁层）传统观点认为，硅镁层具有玄武岩质成分，常取辉长岩模式。但是，据孙武城等(1988 年)研究资料c3),华北下陆壳为一正速度梯度层。其顶部的V为6.2~6.4km/s,底部的Vp为 7.3~7.4km5。又据国家地震局(1986年)综合资料，华北下陆壳的平均V为6.75kmsr4)。由此可知，单一的辉长岩模式不符合上述特性。因为辉长岩在6~10×108Pa的压力条件下，其为7,2km/s,仅相当于靠近下陆壳底部的被速，而比平均被速高。根据岩石弹性实验资料s>在下陆壳的压力范围内(6~10×108Pa),Vn介于6.2~7,4 km/s之间的主要岩石有：花岗岩(6.2~6.6km/s),花岗闪长岩（6.5~6.6km/s),石英闪表1华北陆充的平均化学成分（质量%） Table 1,The average chemical composition of North China continental crust 结构层上陆光下陆充华北陆壳中国陆壳(8) 沉积层硅铝县硅镁层 SiO2 50.66 65.78 58.92 63.36 58.92 61.36 57.77 TiO2 0.35 0.43 0.64 0.42 0.64 0.52 1,10 A12O3 9.32 14.73 14.36 13.86 14,38 14,09 14.22 Fe203 2,46 2.12 2.80 2.17 2.80 2.45 2.90 FeO 1.33 2.96 5.63 2.70 5.63 4.02 3,92 Ma 0.05 0.08 0.14 0,08 0.14 0.11 0.10 Mgo 4.35 2.08 4.22 2.44 4,22 3.24 3.57 CaO 12.80 3.24 6.14 4,77 6.14 5.39 6.04 Na20 0.85 3.85 3.25 3,37 3.25 3,32 3.19 K20 2,45 3.06 2.14 2,96 2,14 2.59 2,82 H20+ 2.56 0.94 0.98 1.20 0,98 1.10 1.91 P205 0.30 0.24 0.18 0,25 0.18 0.22 0.44 C02 12.52 0.49 0.58 2.42 0.58 1.59 2.02 总和 100.00 100,00 100.00 100.00 100,00 100.00 100,00 197

硅铝层华北陆壳的硅铝层，由中酸性岩变质岩和侵人岩构成。中酸性变质岩包括片岩、片麻、长英质粒岩、混合岩和混合花岗岩，共个样，质量占中酸性侵入岩主要为闪长、花岗闪长岩和花岗岩，共个样，质量占。硅铝层的平均化学成分表近似岩于花岗闪长岩的化学成分。上陆壳上陆壳包括沉积层和硅铝层，它位于康拉界面之上。上陆壳的平均厚度为。从表可以看出，沉积层和硅铝层的化学成分有很大的区别。但是，硅铝层的质量占，沉积层仅占。因此，华北上陆壳的平均化学成分表在较大程度上取决于硅铝层的成分。下陆壳或硅镁层传统观点认为，硅镁层具有玄武岩质成分，常取辉长岩模式。但是，据孙武城等年研究资料〔 “ ’ ，华北下陆壳为一正速度梯度层。其顶部的为一，底部的为。。。又据国家地震局年综合资料，华北下陆壳的平均犷为。 ‘ ’ 。由此可知，单一的辉长岩模式不符合上述特性。因为辉长岩在的压力条件下，其犷，为，仅相当于靠近下陆壳底部的波速，而比平均波速高。根据岩石弹性实验资料 ‘ ’ 在下陆壳的压力范围内一 “ ，犷介于一。之 ’ 的主要岩石有花岗岩，花岗闪长岩一，石英闪表华北陆壳的平均化学成分质且结结构层上陆壳下陆壳华北陆壳中国陆壳〔〕沉积层硅铝层硅镁层，总和。。。。。。一。。。。。。。。。。。。。一。。。一一一。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一一

长岩(6.6~6.7km/s),辉绿岩(6.6~6.9km/s),辉长岩(7.16~7.23km/s),角闪岩(7.3~ 7.4km/s),片麻岩(6.2~6.5km/s),片岩(6.6~7.1km/s),石英岩(6.3~6.4km/s), 大理岩(6.8km/s),白云岩(7.1~7.2km/s)等等。参考这些实验资料，结合华北下陆壳的速度变化特征，推断其岩石成分可能是多样性的。而且从下陆壳的顶部至底部，其岩石成分可能是递变的。为了求出华北陆壳的平均化学成分，曾对其下陆壳采用不同模式进行试算。试算结果说明，基性岩混合模式（共679个样）与传统的辉长岩模式基本一致；麻粒岩相模式（共728个祥)与上陆壳的平均化学成分相似。唯有变质岩混合模式（共886个样）比较符合波速变化特征。该模式由中酸性和基性变质岩构成。前者包括片岩、片麻岩、长英质粒岩、混合岩和混合花岗岩；后者包括斜长角闪岩、基性片麻岩、麻粒岩、角闪岩和角闪片岩。两者质量比值为1：1。据此求出的下陆壳平均化学成分如表1所示。 2.5华北陆壳在求出华北各结构层以及上陆壳和下陆壳的平均化学成分的基础上，采用结构层的质量加权平均法，或上陆壳和下陆壳的质量加权平均法，可求得整个华北陆壳的平均化学成分。· 这是研究华北陆壳岩石化学模型的基础。上陆壳的质量占55%，下陆壳占45%。计算结果见表1。表中附中国陆壳的平均化学成分，以供比较参考。 3华北陆壳的岩石化学模型从表1可以看出，华北陆壳主要是由13种化学元素组成的。其中：非金属元素有Si、O、H、P和C; 成矿金属元素有Ti、Al、Fe和Mn 成岩金属元素有Mg、Ca、Na和K。成矿金属元素在一定成矿条件下，可形成各种类型的金属矿产。成岩金属元素和非金属元素的Si和P,在一定成矿条件下可形成各种非金属矿产。非金属元素的O、H和C则是可燃性矿产的主要成分。上述13种化学元素的质量总和，约占华北陆壳总质量的99%。其余几十种化学元素的质量总和，仅占1%左右。因此，这13种元素的数量、组合和分配，决定了华北陆壳及其组成部分的基本化学特征。岩石化学模型又称岩石的元素组合量式。它利用各元素之间的定量关系和含量序列来标出研究对象的化学特征。岩石化学模型有多种表达方式，每种表达方式各有不同的用途。下面着重讨论华北陆壳的以质量丰度和体积丰度表达的岩石化学模型，及其计算方法和用途。 3.1岩石化学的质量丰度模型它是岩石化学的一种基本模型。其应用相当广泛。例如用来计算元素的分布量和丰度系数，以及用来编制地球化学区划图等等。将表1中任一氧化物的质量百分数(W。),换算为质量卡度(W,)时，采用下列公式)： W:=a,×n×W,/mo (1) 198

长岩。。，辉绿岩一，辉长岩。。，角闪岩。。，片麻岩一。，片岩。一。一，石英岩一，大理岩，白云岩了一了等等。参考这些实验资料，结合华北下陆壳的速度变化特征，推断其岩石成分可能是多样性的。而且从下陆壳的顶部至底部，其岩石成分可能是递变的。为了求出华北陆壳的平均化学成分，曾对其下陆壳采用不同模式进行试算。试算结果说明夕基性岩混合模式共个样与传统的辉长岩模式基本一致麻粒岩相模式共个样与上陆壳的平均化学成分相似。唯有变质岩混合模式共个样比较符合波速变化特征。该模式由中酸性和基性变质岩构成。前者包括片岩、片麻岩、长英质粒岩、混合岩和混合花岗岩后者包括斜长角闪岩、基性片麻岩、麻粒岩、角闪岩和角闪片岩。两者质量比值为。据此求出的下陆壳平均化学成分如表所示。华北陆壳在求出华北各结构层以及上陆壳和下陆壳的平均化学成分的基础上，采用结构层的质量加权平均法，或上陆壳和下陆壳的质量加权平均法，可求得整个华北陆壳的平均化学成分。这是研究华北陆壳岩石化学模型的基础。上陆壳的质量占，下陆壳占。计算结果见表。表中附中国陆壳的平均化学成分，以供比较参考。弓华北陆壳的岩石化学模型从表可以看出，华北陆壳主要是由种化学元素组成的。其中非金属元素有、、、和多成矿金属元素有、、和勺成岩金属元素有、、和成矿金属元素在一定成矿条件下，可形成各种类型的金属矿产。成岩金属元素和非金属元素的和，在一定成矿条件下可形成各种非金属矿产。非金属元素的、和则是可燃性矿产的主要成分。上述种化学元素的质量总和，约占华北陆壳总质量的。其余几十种化学元素的质量总和，仅占左右。因此，这种元素的数量、组合和分配，决定了华北陆壳及其组成部分的基本化学特征。岩石化学模型又称岩石的元素组合量式。它利用各元素之间的定量关系和含量序列来标出研究对象的化学特征。岩石化学模型有多种表达方式，每种表达方式各有不同的用途。下面着重讨论华北陆壳的以质量丰度和体积丰度表达的岩石化学模型，及其计算方法和用途。。岩石化学的质且丰度模型它是岩石化学的一种基本模型。其应用相当广泛。例如用来计算元素的分布量和丰度系数，以及用来编制地球化学区划图等等。将表中任一氧化物的质量百分数牙。，换算为质量丰度砰，时，采用下列公式〔〕牙 ‘ 二 ‘ 邵。