中国区域地球化学场的基本特征

区域地球化学场特征~

根据安徽省1:20万区域化探数据统计计算出的全省与评价区内不同构造分区微量元素的平均值、背景值、变化系数及区域浓集系数，与中国水系沉积物中元素背景值比较，安徽省水系沉积物中Cd,Mo,As,Sb,Bi等元素含量偏低，属贫化的元素，而Au,Hg,Sn等元素含量相对较高，属富集的元素；其余元素的含量与全国水系沉积物中相应元素的含量基本相接近。与全省水系沉积物中元素背景值比较，评价区以Au,Ag,Cu,Pb,Zn,As,Sb,Bi,Hg,W,Sn,Mo,Mn,Cd内等多元素富集为特征，且Sn,W,Cd元素呈显著富集。三个构造分区亦表现出与全区相似的富集特点，其中：太平褶断带分区（北区）富集的元素为Ag,As,Bi,Cd,Cu,Hg,Mo,Sb,Sn,W,Zn等，且Cd,W,Bi呈现出显著富集特征；障公山隆起带分区富集的元素是Ag,As,Au,Cd,Cu,Hg,Pb,Sb,Sn,W,Zn等，且Sn,W,As,Hg元素呈现显著富集；白际岭岛弧带分区（含皖浙断褶带安徽省内部分）As,Bi,Cd,Hg,Mo,Pb,Sb,Sn,W,Zn等元素富集，且As,Bi,Cd,Sb,Sn,W呈现出显著富集特征（表1-4-1）。

图1-4-1 安徽东南地区布格重力异常等值线图（单位：10-5m/s2）


图1-4-2 安徽东南地区航磁异常等值线图（单位：nT）

1.评价区成矿伴生元素异常特征
（1）铜：铜的低值（＜10×10-6）区仅零星分布于宁国的仙霞、梅村和焦村等处的南部。低背景（10×10-6～25×10-6）区大面积分布于南部的月潭屯溪－井潭一线与北部的萌坑－云岭－焦村一带，且前者与区内出露的中元古代的地层及屯溪盆地相对应，在黄山、太平、旌德岩体上方亦呈大片的低背景分布。铜的高背景（35×10-6～50×10-6）或高值（>50×10-6）区主要分布于闪里－铺岭、平里－小连口、美溪－蓝田、绩溪－三阳坑－逍遥和西坞口－宁国墩－汪村、铜山－茂林、榔桥－白果树一带，区内已知的铜矿床（矿化点）和铅、锌、银多金属矿（矿床或矿化点）多分布于铜的高背景或高值区内。
与Cu相关的元素为Zn、Ag、Cd、As、Sb。
（2）金：金的大面积低值（<1.5×10-9）区主要分布于：①呈北东向展布于高甲地－旌德－九都和九都－港口湾一带，前者与旌德花岗闪长岩相对应，后者区内出露地层主要为志留纪霞乡组与河沥溪组；②厚岸－湾滩一带；③岭南－白际－长陔一带及璜茅－板桥等。
金的高背景（2.5×10-9～4×10-9）、高值（>4×10-9）区分布与区内断裂构造关系十分密切，多沿断裂带及两侧分布，并由南往北构成下列高背景或高值带：①小贺－井潭－三阳坑－大龙－仙霞高背景高值带，该区与皖南断裂相对应；②屯溪－歙县－绩溪－棉花岭－大河坝高值高背景带，与屯溪－广德断裂相呼应，并在宁国东南部宁国墩一带呈现大面积高值高背景区；③用功城－高岭脚－汤口－三溪－汀王殿高值高背景带，该带与区内汀溪－用功城断裂相对应；④程郑村－官田坑－铜山－晏公堂高值高背景带，该带与区内的晏公堂－程郑村断裂相对应。此外金还在小连口－上溪口、花园里－源口、青坑－云岭等地呈现出大面积高值高背景区。区内已知金（银）矿产和大部分铜、铅、锌多金属矿产亦都位于其上述金的高值高背景带（区）内。
与Au相关的元素为As、Sb、Hg、Ag、Cu。
（3）铅、银、锌：区内铅含量多呈背景分布，其高背景（35×10-6～45×10-6）和高值（>45×10-6）区一般分布在构造、岩浆活动强烈地带，在很大程度受控于构造、岩浆活动，与区内岩体具空间上较好的对应关系。区内已知的铅、锌、银多金属矿床（点）亦位于其铅的高值高背景区内。
银是多种金属（铜、铅、锌多金属，资金属、锰多金属等）矿化活动伴生元素，也可独立形成矿床，同时易被有机质吸附富集在炭质页岩系中。因此区内银的空间分布比较复杂，其含量的高背景（125×10-9～175×10-9）、高值（＞175×10-9）区形成以下区（带）：①岭南－白际－三阳坑的北东向高值高背景带；②休宁－歙县－绩溪－和阳·西坞口－宁国墩－汪村北东向高值高背景带（区），该带（区）主要沿屯溪－广德断裂及其两侧分布。区内已知的铅、锌、银多金属、锰、铜、金等矿（化）床（点）均位于该高值高背景带（区）内，在该带北东段的宁国东南部地区，形成大面积的高值高背景区；③黟县－蓝田高值高背景区，三宝铜、铅、锌银矿等其他已知的矿床均位于该高值高背景区内；④源头－白沙岭－美溪－郭村－旌德北东东向高值高背景带，带内银高值区断续分布，对应地层主要为寒武纪荷塘组、震旦纪皮园村组等；⑤铜山－汀王殿和青坑－云岭高值高背景区。
锌的高背景（115×10-6～150×10-6）、高值（>150×10-6）区的分布与银的分布基本一致，且与区内震旦纪、寒武纪地层有一定的对应关系。另在祁门南部的用功城—漳前地区有大片的高值高背景区分布。
与Pb、Zn相关的元素为Ag、Bi、Zn、W、Cd、Sn，与Ag 相关的元素为Cd、Mo、Zn、Cu、Sb、Pb、As。
表1-4-1 评价区微量元素地球化学参数表


（4）钨、锡：钨的高背景（4×10-6～5.5×10-6）、高值（>5.5×10-6）区的分布多与区内出露的花岗岩类岩体相对应，且区内已知钨矿也多分布于其高值高背景区中。
锡的高背景（10×10-6～20×10-6）区成片、大面积地主要分布于铺岭、黟县、汤口－太平、上溪口、休宁－歙县、绩溪－逍遥及岭南－小贺一带。高值区（>20×10-6）主要分布于黟县、官口坑、三溪口、休宁－屯溪、岩寺－歙县等地，并在汪村、西坞口、逍遥、三溪、里东坑、铺岭等地已知高温型铜钼、钨锡等矿床（点）上有锡的高值区分布。
与W相关的元素为Bi、Sn、Mo、Ag.与Sn相关的元素为Pb、Hg、W、Bi。
2.评价区成矿共生元素综合异常特征
评价区成矿元素的异常分布特征表明区内元素异常的分布主要受断裂的控制，与区内地层、岩浆岩也具有较为密切的关系。由南往北形成多元素异常的密集区（带），分述如下。
（1）小贺－井潭－三阳坑、大龙－仙霞多元素异常带。该带异常元素主要为Au、W、Cu、Ag及As、Sb、Bi、Cd、Mo等，它们与皖南断裂相对应。
（2）漳前－屯溪－歙县和绩溪－宁国墩－汪村综合异常带。该综合异常带与屯溪－广德断裂相对应，其中的漳前－屯溪－歙县段异常元素主要为Au、Sn、Hg，各元素异常强度相对较弱；绩溪－宁国墩－汪村段异常元素主要为Au、Ag、As、Sb、Bi、Cd、Mo及W、Cu、Pb、Zn、Sn等，局部地段的Ag、Cd、Mo、Au、As、Sb异常与区内的黑色岩系有关。
（3）小连口－蓝田－汤口－汀溪综合异常带。此异常带沿用功城－汀溪断裂带及两侧分布，主要异常元素有Au、Ag、Pb、W、Cd、As、Sb、Bi等，局部有Cu、Zn、Hg等元素异常。
（4）程郑村－田畈里－铜山－晏公堂综合异常带。该异常带大致沿区内程郑村－晏公堂断裂及两侧展布，异常元素主要为Ag、Pb、Au、Cd、Mo、W、Bi等，局部有Sn、Cu、Zn等异常分布。
此外，在花园里－源口、青坑－云岭形成了两个多元素异常密集区，东源、西源见有W异常分布。

一、区域地球物理特征
1.重力场特征
布格重力场特征在赣南地区表现为西部诸广山-万洋山(即罗霄山脉，包括湖南)一带低(＜-50×10-5m/s2)，东南部武夷山-三南一带较低(-30×10-5～-50×10-5m/s2)，中部赣州市、兴国、于都、信丰一带平缓(-20×10-5～-40×10-5m/s2)，北部泰和附近高(＞-20×10-5m/s2)。重力异常一般呈面型分布，大面积的低异常值区表现为大面积侵入的岩浆岩区，大面积的高异常值区表现为白垩系—第三系红层分布区，异常值梯度带表现为深层构造-岩浆(火山)活动变异带，而平缓值的低突起区则反映岩体或隐伏岩体的分布(图4-3)。

图4-3 赣南地区重力异常平面示意图

2.航磁场特征
航磁异常总体呈NE走向，分为信丰-宁都(延至湖南郴州)正值区，遂川-泰和零值平缓区，定南-安远正负值杂乱区(图4-4)。

图4-4 赣南地区航磁异常平面示意图

二、区域地球化学特征
1.地层元素特征
赣南地区各地层元素丰度表明，基性特征元素Fe、Mg、Ti、V、Cr、Ni、Co、P、Mo、Sr等总体表现亏损，浓集系数＜1;酸性特征元素Sn、W、Bi、Li、Tn、K、F、La等，浓集系数接近或＞1。表明赣南地区地层属硅铝质为主的陆壳。
2.花岗岩类元素地球化学特征
区内花岗岩以壳源重熔型为主，具富Si、K贫Fe、Mg、Ca、Mn、P、Na元素特征，铝为饱和或过饱和，氧化指数偏低。晋宁期、加里东期、印支—燕山期由老至新由偏基性向偏酸性的演化过程不连续，可能各属不同岩浆源和独立岩浆演化系列。同地区、同复式岩体、不同期或同期不同阶段的花岗岩体，自早至晚SiO2增加，Fe2O3、FeO、CaO、MgO、P2O5减少，Al2O3、MnO、K2O、Na2O的变化不明显。
赣南地区广布壳源重熔型花岗岩，其87Sr/86Sr＞0.711，δ18O为+9.5‰～+13.5‰，形成轻重稀土→Nb、Ta→Be、W、Sn→Mo、Bi→Cu、Pb、Zn→U成矿演化序列。
赣南火山岩由西向东具有活动增强、成矿关系密切程度增加的总趋势。由老到新Al2O3、MnO、K2O、P2O5增高，MgO、CaO、降低;震旦纪火山岩SiO2、Al2O3、FeO、Na2O低，TiO2、Fe2O3高，侏罗纪火山岩以酸性为主。
区内燕山早期花岗岩较印支期相对富集元素有W、Sn、Cu、Pb、Zn、Ag、Sb、Bi、Li、Nb、Ta、As、F、Rb等，且富集程度也增加，为钨锡多金属矿的成矿母岩。而燕山早期第三阶段及晚期花岗岩、晚侏罗世火山岩Sn、Cu、Pb、Zn、Nb、Ta、U、稀土元素含量显著增高，为区内锡、铜、稀有、稀土及铀的成矿母岩。
3.水系沉积物地球化学
水系沉积物背景值均值与岩石丰度均值相比较，K、Na、Mg、Ca、Al、Fe的氧化物及Ba、Sr低;Cr、Ni、F、Cu、Ba、Tn相近，其余元素高于岩石(图4-5)。

图4-5 南岭东段(赣南地区)1∶20万水系沉积物W、Sn、Pb、Zn异常图

赣南地区与华南平均值比较，各时代地层中W、Sn、Pb、Zn、Cu含量明显较高，是钨、锡、铀、铅锌、稀有、稀土地球化学省。
水系沉积物异常以钨锡为主，大致沿3条近EW向带展布，南为三南-寻乌，中为崇义-会昌，北为遂川-石城，可大致分为崇犹余(包括郴州)钨锡铅锌银铜异常区、赣县-于都钨锡银铜异常区、沙地-清溪钨锡异常区、三南(包括连平)钨锡异常区、银坑-青塘钨锡银铅锌铜异常区、会安寻锡铜钨异常区、石城锡钨银异常区等7个，每个异常区又有若干个异常浓集中心，这些浓集中心与构造岩浆岩带的结点则是大中型钨锡矿床的集中分布区。

中国区域地球化学场的研究，谢学锦、任天祥、鄢明才、於崇文、张本仁等学者以及作者均曾在不同的地区开展过相关的工作，但从全国广大国土的范围而言，尚缺乏全面、系统、深入的探索，同时由于在不同历史时期开展的工作和不尽相同的研究目标所限，其数据与成果在利用上也存在着难以系统对比的困难。为便于问题的讨论，本章重点论述中国东部区域，适当涉及西部区域的一些问题。

一、出露地壳的成矿元素特征

出露地壳化学元素丰度为地壳最外层的元素平均含量。由于其化学组成的实测数据，出露面积及不同岩性的权重均可计算，因而相对地壳及中、下地壳元素丰度计算中存在较多的假定因子来说，数值的不确定度相对较小，故而分析研究地壳表层也即出露地壳的化学元素丰度具有重要的意义。

中国东部区域以基岩出露区各地质体面积加权计算得出的化学元素丰度与地壳化学元素丰度（Taylor and McLennan，1985，1995）之比值，本文称之为浓集系数，其＞1.5的元素则视为浓集元素；＜0.5的元素称为贫化元素。据此计算可知：

中国东部区域出露地壳的贫化元素为Pt、Pd、Cr、Co、Ni、V、Sc、Cu、Mn；富集元素为Li、Be、Rb、Cs、Bi、As、Sb、U、Th、Pb、B、Ba。此外，扬子地台与华南褶皱系还普遍浓集W，秦岭-大别造山带浓集Au（由于以往的文献均过高估算地壳Au的丰度，本文以国内文献及作者的经验数值将其定值为1×10^-9计算）。

依据区域地质构造和化学元素的分布特征，中国东部以阴山和秦岭为界，可划分为内蒙古兴安-吉黑造山带、华北地台和华东南地块（含扬子地台与华南褶皱系）三大单元。

内蒙古兴安-吉黑造山带地处西伯利亚地台的东南缘，为西伯利亚地台与华北地台的过渡带，并紧邻太平洋板块的西北边缘，长期处于动荡的大地构造环境，显生宙以来的主要构造运动期均发育花岗岩浆活动，沉积建造不发育，缺乏碳酸盐岩沉积，花岗质岩石居优势，出露地壳具有相当于二长花岗质的化学成分。但下地壳的Vp值较高，估计总地壳较为基性。对本区各类岩石的综合分析表明，Na/K值高、较富Al、贫铂族元素和LREE、轻重稀土端员元素La/Lu值低，以及富As、Li、Be、Mn、Ti、V等成矿元素，贫化铂族及Cu、Ni等，为本区地壳的主要地球化学特征。尽管本区为海西期以后才逐步稳定的造山带，但从其富Na贫K和低的REE含量及前寒武系硅质较高、K＞Na、吉黑褶皱带的寒武系有大量的碳酸盐岩沉积，显示为较稳定的沉积环境，其主体很可能属以地台为基底的活化，从而区别于其它年轻的造山带。

华北地台为中国最古老的克拉通，主体形成于新太古代。基底由太古宇变质岩和中酸性侵入岩组成。中元古代开始为地台盖层沉积，从长城纪至古生代处于地台稳定期，形成了较厚的沉积盖层，发育碳酸盐岩沉积。中生代末地台活化，形成广泛分布的花岗岩，并使深部高级变质的结晶岩石出露，造就了有较多碳酸盐岩的盖层和花岗闪长质的上地壳。华北地台地球化学的主要特征是富Fe、Mg、Ca、Sr、Ba，贫Al，氧化度高；富含铂族元素和Cu、Cr、Ni、Co，而贫Ti、Mn、V；Li、Rb、Cs、U、Th、Zr、Hf等不相容元素和HREE；以及Rb/Sr值低。

秦岭-大别造山带的化学元素组成以富含铁族、铂族元素和碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba及Sr/Rb比值低而较接近于华北地台的地球化学特征，但其同时富Ti、Mn、V，易挥发元素较高，上地壳氧化度低而有别于华北地台。在本区出露地壳的组成中，北秦岭富集Pt、Pd、K、Rb、Tl、Ta、U、Th、Pb，亲铁元素高，具有华北地台的特征；南秦岭富集B、Be、W、Se，贫Sr，Rb/Sr和La/Lu值高，似于扬子地台。秦岭-大别造山带的不同块段具有各自明显不同的特征，打下了相邻构造区的烙印，反映了区域地质构造的复杂性。

扬子地台（东）与华南褶皱系显生宙的地层与景观差异很大，扬子地台地壳较为稳定，以碳酸盐岩的广泛沉积为特征，而与华北地台较为相似；华南褶皱系地壳升降运动较为频繁，地层以泥砂质沉积为主，岩浆活动强烈，其出露地壳形若两个完全不同的构造单元。但对比深部物质则可发现其与华南褶皱系有明显的相似性。扬子地台（东）与华南褶皱系变质层比较，具有较高的K/Na值、富含As、Sb、Bi等易挥发元素和Li、Rb、Cs、W、Sn、U、Zr等不相容元素。比较能反映深部地壳组成的花岗岩（表5-1），可以发现扬子地台（东）的碱长和正长花岗岩与华南褶皱系甚为相似，而与华北地台迥然不同，特别是闽西赣南褶皱带与江南台隆的花岗岩地球化学特征基本上是连续的，而与东南沿海火山岩带的花岗岩则有较明显的差异。因此把扬子地台（东）与华南褶皱系视为一个大单元（暂称为华东南地块）是恰当的，似可将其视为古亚洲大陆的边缘带，尽管有若干微古陆块存在，但在总体上其地壳成熟较晚，以偏酸性、富K、富集不相容元素为特征。地块呈从北至南增生的趋势，大陆边缘内部具有呈岛弧状的微古陆块（如江南古陆、华夏古陆），但没有构成足够大的稳定陆块，至加里东运动以后才焊合为一体。

表5-1 不同区域碱长和正长花岗岩地球化学特征的对比（w_B/×10^-6）

总的来说，中国东部的区域地球化学特征大体可以秦岭-大别山为界，北部富Na，Rb/Sr值低，LREE较低，Eu负异常较弱；南部偏酸性，富Si、K，K/Na和Rb/Sr值高，富含亲石元素和不相容元素，LREE较高，具有较强的Eu负异常。

地壳化学元素的演化与丰度变化，是地球化学研究与地质勘查工作均十分关注的重要问题。

鄢明才等学者对中国东部区域地壳化学组成的研究，再次证实了华北克拉通地壳组成的主量与次量元素与全球一些大的克拉通（如北美、俄罗斯地台）地壳物质组成的近似性。由于陆壳经过了几十亿年的复杂演化的历史，以及岩石圈及地壳地球化学块体的不均一性，致使地壳的化学元素组成无论在垂向和横向上都会有所差异和变化。中国东部区域的几个地质构造单元内化学元素的不同特征，反映了不同地质地球化学块体，在多期的岩浆-构造运动旋回作用下的时空演化。

二、地层化学元素时序演化的旋回结构

由上述章节的论述中，我们可以看到：

华北地台由于形成的地质历史时期较长，地层除一些地区出现断代外，整体上较为完整。在由老而新的吕梁→加里东→海西印支→燕山构造运动期间，Sc、Ti、Ni、W、Li、Be、Sb、Ag以及F、B等元素的丰度大体上均呈现由高而低的旋回式变化态势；而Cr、Pt、Au、As、Se、F元素丰度，只在古生界及以前地层中符合由高而低的变化规律；Cu、Zn、Ag、Sr、Ba、Rb、F诸元素的丰度，只在中生界以及后地层中增高。

扬子地台中，江南台隆西缘地域地层中的过渡族元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的丰度，随地层由老而新呈线性变化态势，在四堡→加里东→海西印支→燕山运动四个构造期内均呈螺旋式由高而低的变化；在东缘地域的地层中，基本符合上述规律性变化的元素只有Au、Sb、Pt、Pd。在下扬子台褶带，由于区内岩浆-构造运动剧烈、频繁，元素丰度变化基本无明显规律，只在古生界以后地层中，Pt、Pd、As、Au、U元素的丰度由老而新呈现由高而低的螺旋式变化。

在南岭、秦岭和西南三江构造带中，地层化学元素的时序演化可谓各具特色。

南岭构造带地层中，Al、Fe、K、Na等宏量元素及W丰度在中元古界至古生界时呈螺旋式降低，至中生界时又开始增高；而Ca、Mn丰度及Ca/Mg、K/Na的演化与前述元素相反。铁族元素及Li、Be、Zr、Th、Ba元素的丰度变化，大体上与Al、Fe、K元素相似。在区内四个构造动物期内，四堡期富集W、Sn、Zn、Au、As、Cl元素；加里东期富集Cu、Pb、Zn、As、Sn；印支期富集Cu、Pb、Ag、Au。其在每个构造期内的早期阶段，富集的成矿元素种类较多、丰度较高。

秦岭构造带处于华北与扬子地台之间，颇具南北构造单元的过渡性质。南秦岭构造带性质接近于扬子地台，其地层中的Cr、Co、Ni、Sc、Ti、V等过渡元素在古生界至中生界地层中的丰度，展现由老而新由高而低的旋回式变化。此外，在元古宇中富集Au、As、Sb及全部过渡族元素。北秦岭构造带性质接近华北地台，由于地层时代不全，难以辨别普遍的演化规律，其在元古宇富集As、Sb、Au、Cu、S、B等元素，加里东期富集Co、Cr、Ni、Sc、V、Mn，而海西期富集W、Sn、B、Li、Be、Au、Sb、Pb、Th。

西南三江地区，元素丰度的地史演化呈现随时代由老而新，Cu、Pb、Zn、Sb的含量降低，而Au、As丰度增大的趋势。在元古宙时期，Pb、Zn为富集元素，加里东期Au、As、Sb为富集元素，在海西期Cu、Pb、Zn、As、Sb为富集元素，在燕山—喜马拉雅期则为Au、Cu的富集。

由上可知，在不同的地质构造单元内，成矿元素的富集种类与组合不尽相同，在元素的地史演化过程中，一些元素或呈现随时代由老而新丰度旋回性增高或呈现丰度旋回式降低的态势；在每个构造运动的初期阶段，金属成矿元素都多表现为富集状态。

研究一个地质构造单元沉积作用的地球化学演化与时间结构，其地质发展历史通常跨越十多亿年甚至几十亿年的漫长时间，尤其是各种地质现象往往经历了复杂的历史演变过程，它们既受许多自然规律的制约，又受各种随机因素的影响。因此，对于地质历史的演变，用确定性过程来描述是非常困难的，甚至是不可能的。所以通常把地质现象、事件的研究过程，当作随机过程来研究。

对于沉积作用过程来说，由于它的时间参数是连续的（可以连续取值），状态空间［即表示系统状态的随机变量（如元素的含量）的取值］也是连续的，且往往是非平稳的，这种过程是一种“连续参数非平稳的马尔科夫过程”。

在沉积作用过程中，当一些主要条件或环境随时间发生变化时，就会造成随机过程的偏离趋势。这种偏离趋势从实测结果中除去后，剩余部分则构成一个平稳随机过程。从而以转移矩阵把地质上的连续参数非平稳的马尔科夫过程，近似地当作离散参数平稳的马尔科夫过程来研究。

马尔科夫过程适用于时间序列，但在地质研究中有时不易确定时间顺序，而只能用空间上的上下左右关系间接代替。只要空间序列具有马尔科夫性质，则仍可用马尔科夫过程理论来研究。

马尔科夫过程要求每个样品的时间间隔相等，但由于沉积作用并非是绝对均一连续的，且沉积间断，构造运动以及现今地层露头的出露状况不一，要确定相等的时间间隔是十分困难的。因此在基本等厚的取样原则基础上，适当考虑地质条件等一些其它因素，由四段出露较好的剖面拼接组成了桂北地区总体地层地球化学剖面，并把它当作一个多元时间序列，用以表述沉积作用化学元素演化的时间结构。

桂北地区自中元古界四堡群至中生界三叠系，沉积地层发育较为连续完好，总厚达两万多米，取区域地球化学样品413件（不含矿带、矿田样品），选定了41个化学元素，进行地层时间序列的马尔柯夫过程分析，探讨桂北地区沉积作用的地球化学演化与时间结构。

从计算结果可以看出：41种化学元素中，多数元素的自相关系数当滞后等于1时的取值较显著地增大；构成多元时间序列的化学元素变量，自相关系数随着滞后的增加，其值逐渐降低。

趋势因子tˊ₂x序列的第一自相关系数ρ₁（滞后=1）与相应转移矩阵U的最大实数特征值λ₁相当吻合：ρ₁=0.845，λ₁=0.843，∣ρ₁-λ₁∣=0.002。它们的绝对误差在小数点后第三位。

以上表明，本地区沉积地球化学作用具有马尔科夫性质，即地层剖面样品组成的时间序列符合“无后效应”的性质，这个时间序列的演化规律可以用马尔科夫过程的趋势因子曲线反映出来。

对于41个化学元素所构成的多元素时间序列，其趋势因子（tˊ₁x）是元素含量正规化数据就转移矩阵U的左特征向量tˊ₁的加权和。对13个权数贡献较大的元素（权数累积贡献＞90%），重新计算这13个元素的趋势因子。

将趋势因子的变化曲线、元素含量变化曲线、元素含量比值曲线作图（图5-1）。从该图可见，趋势因子的变化趋势一致可将沉积作用的演化历史分成以下四个阶段：

第一阶段：从中元古代至震旦纪沉积时期

元古宙，区内为深至浅海相的优—冒地槽沉积。由于地壳振荡频繁，沉积物经过不同距离、不等速沉积，因此形成了细砂岩与页岩互层韵律的复理石建造特征。

图5-1 桂北地区四堡群至中三叠统的马尔科夫概型趋势因子曲线及元素含量变化曲线图

趋势因子基本上都为负值，少数为小于0.5的正值，趋势因子曲线小幅度振荡。

第二阶段：寒武纪至下志留纪沉积时期

早古生代，区内为冒地槽沉积，地壳振荡频繁，并不断地沉降，沉积了约6000m厚的类复理石建造。砂岩与页岩形成了互层的韵律。寒武纪初期，由于有机质的聚集，形成了炭质页岩。寒武纪、奥陶纪、早志留世的环境变化不大，均为海相沉积。趋势因子取值在零左右，曲线较平缓。

第三阶段：泥盆纪至二叠纪沉积时期

晚古生代，为地台沉积建造。早志留世以后，加里东运动发生，地槽回返，并有花岗岩侵入。到了早泥盆世，海水超侵，区内沉积了一套滨海砾岩和砂岩。中泥盆世至早二叠世主要为浅海相沉积，主要沉积了页岩、碳酸盐岩和硅质岩等。晚二叠世，海盆开始上升，沉积了泥岩、灰岩等。这一阶段经历了一个大的海进海退过程，但由于沉积基底不平，沉积分异作用明显，沉积岩各地有所差异。

这一阶段，趋势因子基本上都取正值，曲线变化有一个从低→高→低的变化趋势，它的变化基本上与海进海退同步，趋势因子曲线的振动幅度较大。

第四阶段：三叠纪沉积时期

早、中三叠世仍为地台沉积，继承了晚二叠世的沉积环境，沉积了碎屑岩及碳酸盐岩。南丹地区为沉积盆地的相对隆起区，多为砂岩、泥岩等。

这一阶段，趋势因子皆为负值，且其曲线变化范围较大。

趋势因子能够区分大的沉积旋回，它的变化特征反映了沉积建造的特征，即趋势因子不仅反映沉积的物质来源，而且反映沉积条件和沉积机制。

与趋势因子划分的四个构造—元素演化阶段相呼应，过渡元素在本区地质历史时期的演化，也表现了与其相一致的特征。

Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn位于元素周期表第四周期，除Fe、Co、Ni外，其它皆为副族元素。由于内层（d）充填，这些元素之间具有亲石性、亲碱性和亲铁性的过渡，以及酸性、碱性和键性的过渡性质，较易遭受外界氧化还原和溶液酸碱度的影响，从而改变价态。随着地壳的演化，这些元素在地层中也反映了旋回性的变化特点。

桂北地区地层岩石中，Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等过渡元素的演化呈非线性趋势，较好地反映了桂北主要构造期次的变化。在中元古界至中生界三叠统各系地层中，据过渡元素的含量及变化，可将本区划为四个构造期：Pt₂-Pt₃-Z，

，D-C-P，T及以后地层。在每一个构造期中，时代由老而新，Sc、Cr、Fe、Co、Cu基本上都是由高到低的变化，较好地反映了在每个构造活动时期，化学元素的旋回性演化。

在桂北沉积作用过程化学元素演化贡献较大的13个元素中W-Sn、Fe-Ti、Cr-Co、K-Al、Rb-Ga等5个元素对在地史的演化过程中，其丰度值的变化，除些许峰值的小错位外，基本上呈现一致的起伏变化态势，即反映了元素对的性质相近，也反映了地质沉积环境的变化因素。

桂北地区中元古代四堡群至中生代三叠统地层的马尔科夫概型趋势因子曲线和元素含量曲线，如图5-1所示。

三、区域岩石圈与浅表地球化学特征

区域岩石圈成矿元素的丰度及浓集趋势是区域成矿的物质基础。中国东部岩石圈，华北及东北地域为弱亏损地幔岩区；扬子地台，尤其是东南沿海为强亏损地幔岩区。地幔的交代作用，使上地幔经历了较强的局部熔融，形成了以方辉橄榄岩为代表的“亏损地幔”，从而导致元素的分异，不相容元素Cu、V等发生了明显的亏损，在东南沿海地区地幔中的Cu、Zn、V、Sc等元素丰度大幅降低，被地幔交代作用所析出的Cu、Zn、V成矿元素，随分异的岩浆在上部地壳中富集，从而形成了中国东部上地幔Cu等成矿元素南富北贫的趋势。在扬子地台东缘地域，由幔壳混熔形成的深源中酸性花岗岩系列，易形成W、Sn、Li、Nb矿床，而壳熔型花岗岩系列，常形成Cu、Au、Mo矿床。扬子陆块内，大型、超大型金属矿床，大多分布在Pb同位素V₁值梯度急变带附近。

由古地温及大地热流值研究得知，自中生代开始，我国东部从北往南地热活动有越来越强的趋势，东部上地幔与典型的克拉通相比处于“过热”的状态，上地幔这种热状态，控制了中国东部中、新生代以来岩浆—火山活动的总体格局。

张理刚等（1995）学者对中国东部中、新生代幔源岩的Pb-Sr-Nd同位素数据统计研究认为，华南板块（北纬30°以南）地幔体具有高放射性成因铅，为高U/Pb、高Th/Pb体系，而华北板块（北纬30°～42°之间）正好相反，具低丰度的放射性成因铅，为低U/Pb、低Th/Pb体系；东北板块（北纬42°以北）的U/Pb、Th/Pb值介于华南、华北板块之间，其五大连池地区的U/Pb、Th/Pb值比华北板块还低，可能代表“越位俯冲喷发的西伯利亚上地幔物质”。华南、华北及东北板块上地幔的Sr-Nd、同位素组成非常近似，表现为亏损地幔特点，尤其华南板块较华北上地幔亏损程度更大，其具有的K、U、Th元素丰度较高，故热流场值高于华北板块。

与全球上地幔相比，华北克拉通南缘Mo、Pb、Zn、Cr、Au等成矿元素为明显富集、Cu则严重亏损；而扬子克拉通北缘Cu、Pb强烈富集，Cr、Co、Ni、W为亏损状态，秦岭造山带既具有华北克拉通南缘明显富集Mo、Pb、亏损Cu的特点，又兼有扬子克拉通北缘亏损Cr的特征。

浅表地球化学场是地球化学场的组成部分，在空间上其深度与已出露的基底、盖层、岩浆岩的厚度或延伸有关，从而能够反映深部地球化学场的某些特征，以及区域成矿的一些特点。中国浅表地球化学场的特征如下：

铁族元素（Fe、Ni、Co、Cr、Mn以及V、Ti）在中国浅表地球化学场的分布有三个特点：在古中华陆块群分布区均呈高背景分布；异常带呈近EW向、NE向、NW向和SN向构成立交桥式分布；在川、滇、黔存在一个巨大的铁族元素地球化学块体，并分布有规模巨大的Pb、Zn、Mo、U、F、B、As、Sb、Hg等异常带，且具分带现象。

亲壳元素Si、K等在造山带呈高背景域或异常分布。在SiO₂地球化学域内，亲铜元素、钨钼族、放射性及矿化剂元素不仅呈大规模异常分布，而且从东南向西北展现明显的分带现象。Pb、U、Nb、Ag、Mo、Zn异常带的分布，与K₂O异常及高背景域分布大致吻合。

铜的高值区带和异常，主要分布在陆块和地块的边部或边缘，扬子陆块的Cu含量最高，昌都、保山微陆块次之，华北地台最低；造山带中的Cu含量一般低于陆台区，松潘—甘孜造山带中的Cu高于其他造山带；Cu的正、负异常区常和高、低背景区带的分布、与我国主要断裂构造分布一致。

铅的异常分布与深大断裂密切相关，其高背景区一般分布在构造岩浆活动强烈的造山带（以华南造山带最为突出）。

锌的高背景和异常主要分布的华北陆块的边缘和造山带中的地块，以及滇黔桂、湘桂粤和义敦、金沙江地区。

金的高值或异常区，主要分布陆块的边缘以及原岩为基性、超基性火山岩的老地层分布区。Au异常的分布与我国主要断裂构造分布格局基本一致。

银常作为多种金属矿化活动的伴生元素出现，偶可独立形成矿床。Ag的异常区带多与岩浆热液矿化活动和断裂构造有关。

钨、锡的高值区主要分布在华南与西南地区，扬子陆块南缘、华南造山带、冈底斯—腾冲构造带、义敦岛弧等区存在大型异常区域。

综上所述，浅表地球化学场中的一些重要元素的分布特征，基本上反映了我国大陆浅表地壳演化过程中形成的构造-岩浆-成矿活动特征。在中国大陆演化过程中，众多微小陆块的软碰撞以及由此产生的多旋回构造-岩浆-成矿作用，特别是中、新生代以来的环太平洋造山与西部地域的特提斯演化，使层圈物质的运动和相互作用加剧，对中国浅表地球化学场的形成、发展和元素的分布带来巨大的影响。

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