华北陆壳的岩石化学模型

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1991.03.018 北京科技大学学报 第13卷第3期 Vol,13 No.3 1991年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 1991 华北陆壳的岩石化学模型· 黎形·袁怀雨… 摘要：提出华北陆亮的基本参数，平均化学成分和岩石化学模型。华北陆光的总质量 为1.5×1017t。主要由13种化学元素构成，其中氧、硅和铝的质量丰度共为82.75%。氧 的作积丰度高达94,2%。在华北陆光的每1km3岩石中，有铝210×106t,铁132×108t,钛 8.7×108t,锰2.2×10t。岩石化学模型仅以质量丰度和体积丰度表达方式为例，指出其 计算方法和用途。 关键词：华北陆壳，岩石化学读型，元素丰度 Petrochemical Model of the Continental Crust in North China Li Tong Yuan Huaiyu ABSTRACT:The fundamental parameters,the average chemical composition and the petrochemical models of the continental crust in North China are pre- sented.The total mass of this crust is 1.5x1017t It is mainly composed of 13 elements,and the total weighted abundances of the silicon,aluminium and oxygen are 82.75%.The volumetrical abundance of oxygen is 94.2%.In each cubic kilometer of rocks in this crust,there are 210x 10t aluminium, 132x 100t iron,8.7x 10't titanium and 2.2x 10t manganese.The calculation and usages of the petrochemical models shown by weighted abundance,volu- metrical abundance and relative abundance respectively are also paid attention. KEY WORDS:North China continental crust,petrochemical model,abundance of chemical elements 1990一09-一20收稿 ·国家自然科学基金资助项目 。地质系(Department of Gcology) 参加木工作的还有刘正果，吴雨沛，梅孜文，张西繁，谢玉玲，张树泉等同志 195

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 户 华北陆壳的岩石化 学模型 ’ 黎 彤 ‘ ’ 袁怀 雨” 摘 要 提 出华北陆壳的 基本参数 ， 平均化学成分 和 岩石化学模型 。 华北陆壳的总 质量 为 ， 。 主要 由 种化学 元 素构成 ， 其 中氧 、 硅 和 铝的质量丰度共为 。 氧 的 体积丰度 高达 。 在华北陆壳的 每 岩石 中 ， 有铝 “ ， 铁 。 “ ，钦 “ ， 锰 。 “ 。 岩石化学模型仅以质量丰度和体积丰度表达 方式为例 ， 指 出 其 计算方法 和用途 。 关健 词 华北陆壳 ， 岩石化学模型 ， 元 素丰度 ” 犷 ， 。 ， ， 纽 。 。 ， 。 。 ， 。 。 ， ， ， ， 一 一 收 稿 · 国家 自然科学 基金资助项 目 ， 地质系 参加本工作的还有刘 正果 ， 吴雨沛 ， 梅孜文 ， 张西繁 ， 谢玉玲 ， 张树泉等同志 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．03．018

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 。

式中，形，一任一元素的质量丰度，以质量%为单位；ā：一该元素的原子量； n一该元素在氧化物中的原子数； m。一氧化物的分子量。 任一元素在华北陆壳内的分布量(D:),为华北陆壳总质量(M)和该元素质量丰度(W:) 的乘积。即 D,=M×W: (2) 表2列出华北陆壳中13种主要元素的丰度值。表中附上华北陆壳及其结构层的质量，据 式(2)可求出其中各元素的分布量。 表2华北陆克的主要元素丰度值（质量%） Table 2 The abundance of major chemical elcments in North China continental crust 钻 构 层 上陆尧 下陆光 华北陆壳 中国陆壳 沉积层 硅铝层 硅镁层 质量×1014t 131 688 679 822 679 1501 12437 1H 0.29 0.10 0,11 0.13 0.11 0,12 0.21 cC 3.2 0.13 0.16 0.66 0.16 0.43 0.55 BO 49.12 47.09 45.52 47.45 45.52 46.58 46.70 11Na 0.63 2,86 2.41 2.50 2.41 2.46 2.36 12Mg 2.62 1.25 2.54 1.47 2.54 1.95 2.15 13A1 4.93 7.79 7.61 7.33 7.61 7.46 7.45 14Si 23.68 30,72 27.52 29.62 27.52 28.68 27.00 15P 0.13 0.10 0.08 0.11 0,08 0.10 0.19 19K 2.03 2.54 1.78 2.46 1.78 2.15 2.34 20Ca 9.15 2.32 4.39 3.41 4.39 3.85 4.32 22Ti 0.21 0.26 0.38 0.25 0.38 0.31 0.66 25Mn 0.04 0.06 0.11 0.06 0.11 0.08 0.08 26Fe 2.75 3.78 6.33 3.62 6.33 4.83 5.08 注：化学符号的左下注脚为原子序数： 表了华北陆亮的岩石化学模型① Table 3 The petrochemical models of North China continental crust 名 务 模 型 简式 沉积层 049Si24 Ca92A149C34Fc28M826K20 Na63H29Ti21P13Mn4 C-Ca-Mg 硅铝尽 047Si31- Al7aFe38Na29K25Ca23Mg12 Na-K-Al Ti26C13H10P10Ma6 硅镁县 OsoSi2a Al16FeosCa44MgasNa24K1a Fe-Mg-Ca Ti38C16HIIMn1IP8 上陆亮 047Si30 A173FC36Ca34Na25K25Mg15 C-K-Si C66Ti25H13P11Mn6 下陆壳 046Si28-A178Fe0C244Mg25N224K18 Fe-Mg-Ca TissC16H11Mn11P8 华北陆壳 047Si29Al78Fc4Ca3aNaa5Ka2Mg20 模型I C43Tis1H12P10Mn8 ①通式：×104ppmX103Ppm, 右栏为反映其化学特征的简式。 ×102Ppm 199

式 中 ， 牙 ‘ －任一元素的质量丰度 ， 以质量 为单位 ‘ －该元 素的原子量 － 该元素在氧化物 中的原子 数 。 － 氧化物 的分子 量 。 任 一元 素在华北陆 壳内的分布量 ‘ ， 为华北陆 壳总质 量 和该 元 素质量丰度 ‘ 的乘 积 。 即 ‘ 二 牙 ‘ 表 列 出华北陆 壳中 种主要元 素的丰度值 。 表 中附上华北陆壳及其结构层 的质量 ， 据 式 可求 出其 中各元素的分布量 。 表 华 北 陆壳的主要 元亲丰度值 质 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 质量 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 了 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 理 。 。 。 。 又 。 。 了 。 。 。 。 。 。 。 峨 。 。 。 一 。 。 。 。 。 ‘ 乙 一 了 ‘ 一 一 ‘ 一 舀 舀 马 刁 一 一 一一 曰口“ 曰 ‘ 曰山 注 化学符 一 号的 左 下注 脚为 原子序 数 表 华北 陆 壳的岩石化 学模 型① 名 称 模 型 简 式 沉 积 层 ， 一 一 硅 铝 层 一 硅 镁 层 一 一 上 陆 壳 一 一 下 陆 壳 ， 。 。 ‘ 。 。 一 。 ‘ ， ， 。 ‘ 。 ‘ ， 。 一 。 。 ‘ 一 一 华北陆 壳 模 型 ①通 式 火 ， 右栏为反映其化学特征的简式

由表2的丰度值，可列出华北陆壳及其结构层的岩石化学质量丰度模型如表3所示。表 中右栏为反映其化学特征的简式。 由表2给出的地壳质量和丰度值，求得华北陆壳内各主要元素的分布量如下：（单位： 1×10:4t) 非金属元素： Si CH P 合计 4306.41.81.5439.7 成矿金属元素：Al Fe Ti Mn合计 112·724.71.2189.9 成岩金属元素：Ca Na K Mg合计 58373229 156 按照上述分布量，可进一步求出各主要元素在1km厚的华北陆壳内的平均分布量，以及 在华北陆壳的每1km3岩石中的平均分布量。仅以成矿金属元素为例： ×1012t/km厚度 ×10t/km3岩石 Al 280 210 Fe 180 132 Ti 11.8 8.7 Mn 3.0 2.2 合计 474.8 352.9 当知道这些成矿元素的成矿率时，就可以评价它们的资源总量，估计它们的资源潜力8，？。 3.2岩石化学的体积丰度模型 这种模型突出了原子（或离子）半径大的元素，显示它们在晶体结构中的重要作用。其 计算方法如下(8)： 首先，将质量丰度(W:)换算为原子丰度(A:): A,={(W,/a:)/(W,/ai)}×100 (3) 式中，a:一所求元素的原子量， 工(W:/a,)一参与计算的全部元素的相对原子数。 然后，将原子丰度(A,)换算为体积丰度(V:): 设r为任一元素的原子（或离子）半径，以0.1nm为单位。则该元素的原子（或离子） 的体积(V:)为： V:=4πr3/3 而 F,={(A:×V,)/∑(A:×V:)}×100 (4) 式中，下，一一任一元素的体积丰度，以体积%为单位： ∑(A,×V,)一一参与计算的全部元素的原子丰度和原子体积的乘积总和。 考虑到构成华北陆壳的岩石，主要是硅酸盐和碳酸盐，其构成岩矿物多属离子化合物。 因此计算体积丰度时，取离子半径。由此求得华北陆壳以离子体积百分数为单位的岩石化 200

由表 的丰度值 ， 可列 出华北陆 壳及其结构层 的岩石化学质量丰度模型如 表 所示 。 表 中右栏为反映其化 学特征的简式 。 由表 给出 的地 壳质量和丰度值 ， 求 得华北陆 壳 内各主要元 素的分布量如下 单位 ‘ 非金属元素 合计 。 。 。 。 成矿金属元 素 合计 ‘ 。 。 。 成岩金属元素 合计 按 照上述分布量 ， 可进一步求 出各主要元 素在 厚的华北陆 壳内的平均分布量 ， 以及 在华北陆 壳的每 ” 岩石 中的平均分布量 。 仅以 成矿金属元 素为 例 ‘ “ 厚度 ” 岩石 。 。 。 。 合计 。 当知道这些 成矿元素的成矿率时 ， 就可 以评价它们的资源总量 ， 估计 它们的资源潜力 〔 ’ 。 岩石化 学的体积丰度模型 这种模型突 出 了原子 或离子 半径大 的元素 ， 显示它们在 晶体结构 中的重 要作 用 。 其 计算方法如下 〔 “ ， 首先 ， 将 质量丰度 甲 ‘ 换算 为原子丰 度 五 ‘ 二 牙 ‘ ‘ 乙 不犷 式 中 ， ‘ － 所求元素 的原子量 牙 ‘ ‘ － 参与计算的全部元素 的相对原子数 。 然后 ， 将原子丰度 ‘ 换算为体积丰度 犷 ‘ 设 为任一元素 的 原子 或离子 半 径 ， 以 加 为单位 。 则该元素的原子 或离子 的体积 、 为 犷 ‘ 汀 “ 而 ‘ 丈 犷 。 ‘ 犷 ‘ 丫 式 中 ， 厂 ‘ － 任 一元 素 的体积丰度 ， 以 体积 为单 位 ， 火 犷 ‘ － 参 与计算的全部元素 的原子丰度和原子体积的乘 积总和 。 考 虑到 构成华北陆 壳的岩石 ， 主要是硅酸盐和碳 酸盐 ， 其 构成岩矿物多属离子化 合物 。 因此计算体积丰度 时 ， 取 离子半径 。 由此求得华北陆 壳以离子体积百分数为单位的岩 石化

学模型如下： Ki's Nal1 Ca O Sig,Al Fe Mga',Fe. (模型I) 模型I的最重要特征是氧的负二价离子体积占华北陆壳总体积的94.2%。这就说明，华 北陆壳基本上是由氧离子(O2-)堆砌而成的。许多半径小的离子（如Si4+、A13+等）充填 在氧离子紧密堆砌的间隙中，这种品体化学的结构特征，可作为研究华北地区等体积变质作 用中岩石化学成分变化（如一些成分被带出，另一些成分被加入）的理论依据。 4结 论 (1)不同表达方式的岩石化学模型，具有不同特点和用途。其计算方法也不同。 (2)研究岩石化学模型的基础工作是：①研究对象的基本参数，②研究对象的岩石化学 成分和元素丰度，③不同目的和用途的表达方式和计算方法。 (3)岩石化学模型不仅限于10多种主要元素，还有许多次要元素，其含量虽少，但可提 供许多地质和地球化学信息，尚有待开发。 参考文献 1任纪舜等。中国大地构造及其演化.北京：科学出版社，1985年 2董申保等。中国变质作用及其与地壳演化的关系。北京：地质出版社，1986年 3国家地震局科技监测司编。中国大陆深部构造的研究与进展，北京：地质出版社， 1988年 4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，1986年 5 Birch F.The Velocity of Compressional Waves to 10 Kilobars,Part 1, Journal of Geophysical Research,1960,65 (4):1083~1102 6黎形，倪守斌。地球和地壳的化学元素丰度。北京：地质出版社，1990年 7黎形。地质与勘探，1989,25(1)：26 8 Li Tong.Progress in Geosicences of China,1985~1988,Papers to 28th IGC,Volunme 11,Geological Publishing House,Beijing China;1989 201

学模型如下 爹万 模型 模型 的最重要特征是氧的负二价离子 体积占华北陆 壳总体积的 。 这就说 明 ， 华 北陆壳基本上是 由氧离子 一 堆砌而成的 。 许多半径小 的离子 如 心 、 十 等 充填 在氧离子紧密堆砌 的间隙 中 ， 这种 晶 体化学 的结构特征 ， 可作 为研究华北地区等体积变质作 用 中岩石化学成分 变化 如 一些 成分被 带出 ， 另一些 成分被 加人 的理论依据 。 结 论 不 同表达 方式的岩石化学模 型 ， 具 有不 同特点和用途 。 其计算方法也 不 同 。 研究岩石化 学模型 的基 础工作是 ①研究对象 的基本参数 ②研究对象 的岩石化学 成分和元素丰度 ③不 同 目的和用途 的表达 方式和计算方法 。 岩石化学 模型不 仅限于 多种主要元素 ， 还 有许多次要元素 ， 其含量 虽少 ， 但可提 供许多地质和地球化学 信息 ， 尚有待开 发 。 参 考 文 献 任 纪舜等 中国大地构造 及其演化 北京 科 学 出版社 ， 年 董 申保等 中国变质作 用及其与 地 壳演化 的关系 北京 地 质 出版社 ， 年 国家地震局科 技监 测 司编 中国大 陆深部构造 的研究与进展 ， 北京 地 质出 版 社 ， 年 国家地震局 中国地 壳上 地 慢地球物 理探 测成果 北京 地震 出版 社 ， 年 ， ， ， ， 黎彤 ， 倪守斌 地球和 地 壳的化学 元素丰度 北京 地质 出版 社 ， 。年 黎彤 地质与勘探 ， ， 。 ， ， ， ，