地球化学分类基础

地球化学分类的基础是什么，除了本课程中介绍的分类方案，还有什么分类方案？

按照地球形成的一种模型，地球是由成分近似于一般球粒陨石的微行星聚集作用演化而来。这些球粒陨石具有三种不同的相，即金属相、硫化物和硅酸盐相。化学元素在地球中的分布主要根据元素对三种相的亲合力关排布的，这种亲合力由原子的电子排布和化学键性控制。陨石中各相的成分主要是由Fe-Mg-Si-O-S这些元素控制。其他元素的分布实质上就是由它们和这些元素的亲合关系所决定。因此,地球化学元素的分类也是以原子的电子排布和化学键性所导致的元素本身的性质差异为基础进行分类的.

本课程中介绍的分类方案戈尔德施密特的这一经典的元素地球化学分类及名称，直到现在仍被地球化学界广为引用。除此之外，维尔纳斯基、费尔斯曼及施奈德洪等也提出过不同的分类方案，都不及戈氏分类的简洁、实用。

首先是:

查瓦里茨基的元素地化学分类反映了元素在成岩、成矿作用中的意义。他把元素分成十二族，但对某些微量元素属性仍不够准确，使用中亦有繁琐之嫌。扎瓦里茨基的分类能够从原子结构这一最本质的原因去理解元素在自然界的分布与组合规律。按这种分类，化学元素被分成12族:

1）氢族；

2）造岩元素族(Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba)；

3）惰性气体族(He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)；

4）挥发分元素族(B、C、N、O、F、P、S、Cl)；

5）铁族(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni);

6）稀土稀有元素族(Sc、Y、Zr、Nb、TR、Hf、Ta等)；

7）放射性元素族(Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U等）；

8）钨钼族(Mo、Tc、W、Re)；

9）铂族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)；

10）硫化矿床成矿元素族(Cu、Zn、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、Hg、Tl、Pb等)；

11）半金属元素族(As、Sb、Bi、Se、Te、Po)；

12）重卤素元素族(Br、I、At)。

其次是除了上述这些系统的分类外，还有根据特定的地质作用对元素进行地球化学分类的。如在描述岩浆分异结晶作用或部分熔融过程中，把进入结晶相或残留相的称为相容元素，而

进入熔体相的称为不相容元素等。

最后是戚长谋的“元素地球化学分类探讨”中提出的分类表包括亲石元素、亲氧元素、亲硫元素、阴离子及两性元素和氢及惰性气体元素五个类。

（1）亲石元素：就具有与硅酸根或碳酸根结合倾向的元素。因其为造岩矿物的主要成分, 故仍采用“亲石”术语。本类元素包括周期表左侧的碱金属和碱土金属两个化学族。s电子构型。X=0.7—1.5。

本类元素与硅酸根和碳酸根结合的倾向具有选择性。碱金属和碱土金属可分别与不同结构的硅酸根结合形成各类硅酸盐, 而与碳酸根结合的元素则为碱土金属Mg、Ca、Sr 、Ba等。（2）亲氧元素: 具有与氧结合倾向的元素, 包括呈氧化物(如TiO2)或酸根(如SiO44-、CO32-)两种状态。这一定义严格地与戈氏“亲石”的概念相区别。分类表中包括碱土金属右侧的第三、第四、第五副化学族和Cr、W、U、Mn、Fe及Sn等。p及d电子构型, X=1.3—2.2 。

本类元素形成氧化物或进人酸根的倾向取决于离子场强。分类表左上方的B、C、N、Si和P 具有强亲氧性, 故与氧形成稳定的酸根。其次为Nb、Ta和W, 也具有进人酸根的倾向。Ti、V、Cr、Mn、Fe 等因其离子场强较低, 故常形成简单氧化物。

（3）亲硫元素:具有与硫和两性元素(As、Sb、Bi) 结合倾向的元素。在分类表中位干亲氧元素的右侧, 包括第四周期的Co到Ge、第五周期的Mo至In 与第六周期的Re至Pb 。其亲硫性表现为以硫化物或似硫化物(As、Sb、Bi化物) 出现。p 及d 电子构型,X=1.5 ~ 2.3 。应当指出,Co左侧同周期的Fe和Mn兼具亲氧与亲硫的双重性。Mn具有较弱的亲硫性。Fe 的亲硫性大于Mn,但Fe的亲氧性大于亲硫性(△G°(FeO) = 一6 0.079千卡/ 克分子, △G°(FeS) = 一24.219千卡/ 克分子), 故仍将Mn和Fe划归亲氧元素类。

（4）阴离子及两性元素：

阴离子元素, 即元素结合时以阴离子态存在的元素, 包括占位于惰性气体左侧的第七和第六两个主化学族。p电子构型,X=2.0—4.0。

两性元素, 即元素结合时以阴离子或以阳离子态存在的元素, 包括第五主化学族的As、Sb 和Bi。As、Sb、Bi呈阳离子态时以硫化物出现。当其呈阴离子态时, 常以似硫化物(如CoAs2) 存在。因其电性状态的双重性, 故称两性元素。p 电子构型,X=1.8—2.1。

（5）氢及惰性气体元素

惰性气体与其他元素不具亲合性, 化学行为单一。氢在周期表中居特殊位置, 难以划归其他元素类。地质作用中, 考虑到它易进人流体相和易挥发性, 故划人此类。氢为s电子构型,X= 2.1, 惰性气体元素为p 电子构型。

应当指出, 上述元素的不同亲合性1不仅取决于元素自身的性质, 还与其所处的体系特点相依存。本文分类中所表述的各类元素的不同亲合倾向与已有的各种元素地球化学分类一样, 也限于内生作用(岩浆和变质作用) 范围内, 不包括表生环境。由于内生和表生地球化学环境的显著差异, 元素的亲合性质也明显不同。还应指出, 内生条件下各类元素(除惰性气体) 的亲合倾向也存在着差别, 有些元素亲合性较为单一, 另一些元素的亲合性多样。其表现是:亲石元素的亲合倾向较为单一, 不具有亲硫与亲氧性。在地壳浅部范围内, 当卤族元素含量较高时, 碱金属K和Na显示一定的亲氯性(如NaCI) , 碱土金属Ca显示一定的亲氟性(如CaF2) 。地质系统中氧和硫的含量对元素的分配起着巨大影响, 亲氧亲硫两类元素以及两性元素As、Sb和Bi, 在贫氧和贫硫条件下, 将表现为亲石性。