论“地球化学”课程教学中的与时俱进课件

1、论地球化学教学中的与时俱进彭建堂中南大学 地球科学与信息物理学院2019年11月27日汇 报 提 纲 个人的基本情况 中南大学地球化学教学的基 本情况 地球化学教学中的一点体会 与建议个人简介1988.09-1992.07 中南工业大学，矿产普查与勘探专业，本科生，免试推荐为硕士研究生 1992.09-1994.07 中南工业大学，矿物学专业，硕士生，提前攻博 1994.09-1997.10 中南工业大学，矿产普查与勘探专业，博士生 1997.12-2000.04 中国科学院地球化学研究所，博士后2000.04-2009.02 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学重点实验室，主要从事矿床地球化

2、学研究 2009.03-至今 在中南大学地球科学与信息物理学院，特聘教授，从事地球化学、矿床地球化学 的科研教学工作教学工作2011.09-2016.12 担任本科生应用地球化学的教学工作 2017.09-至今 担任本科生地球化学的教学工作 2016.01-至今担任硕士研究生的高等地球化学的教学工作 2017.01-至今担任博士研究生的矿床地球化学的教学工作汇 报 提 纲 个人的基本情况 中南大学地球化学教学的基 本情况 地球化学教学中的一点体会 与建议地球化学教学的基本情况课程设置教材选用教学内容课时数及时间分配考核办法 2011年之前，课程名称为应用地球化学，选修课，48学时（理论教学42

3、学时，实验6学时），主要由戴塔根教授讲授，教材采用的是戴塔根主编的Applied Geochemistry（中南大学出版社，2008年）。双语教学模式 2011年-2013年，课程名称为应用地球化学，由戴塔根、彭建堂教授讲授。彭建堂负责的班级，地球化学部分改用韩吟文、马振东主编的地球化学（地质出版社，2003），另参考了陈骏、王鹤年主编地球化学（科学出版社，2004）。 2014-2016年，应用地球化学课程变为必修课， 48学时（理论教学42学时，实验6学时），仍由戴塔根、彭建堂教授讲授，两套教材并用。彭建堂负责的班级地球化学42学时，勘查地球化学6学时。勘查地球化学主要参考罗先熔等编著勘查

4、地球化学（冶金出版社，2014）。 根据中南大学2016年版教学大纲，2017年开始应用地球化学课程重新变成地球化学和勘查地球化学。地球化学为必修课， 48学时（理论教学42学时，实验6学时），由彭建堂、张东亮执教。勘查地球化学为选修课，32学时，由成永生执教。另还增设了元素地球化学选修课。中南大学地球化学教学内容第 1 章 绪 论（2学时）第 2 章 太阳系和地球系统的元素分布（4学时）第 3 章 元素的结合规律与赋存状态（理论10学时，实验2学时）第 4 章 微量元素地球化学（理论12 学时，实验 2学时）第 5 章 同位素地球化学（理论14 学时，实验 2学时）实验教学课，6学时资料来源

5、：侯青叶，2019，中国地质教育，No.3资料来源：侯青叶，2019，中国地质教育，No.3地球化学教学考核方式（侯青叶，2019，中国地质教育，No.3）平时作业及考勤：30%；期末考试：70%考核方式：选修课时为开卷，必修课以后为闭卷汇 报 提 纲 个人的基本情况 中南大学地球化学教学的基 本情况 地球化学教学中的一点体会 与建议自瑞士化学家Schnbeim（1838年）首次提出“地球化学”一词以来，地球化学经历了180年的发展历程。 地球化学在固体地球科学中的地位也越来越高，许多岩石学、矿床学、矿物学和大地构造学问题，都有赖于地球化学手段，才能得到有效解决。因此，十分有必要加强本科阶段的

6、地球化学的教学工作。 最近30年来，与矿物学、岩石学、构造地质学、矿床学等学科比较，地球化学堪称固体地球科学中发展最为迅速的学科，这要求我们的教材与教学工作要不断更新。 特别是在最近20多年来，随着科技的飞速发展以及一系列大型精密仪器（ICP-MS、LA-ICP-MS、TIMS、SHRIMP、SIMS、MC-ICP-MS）投入使用，地球化学与其它学科（如量子物理、量子化学等）的交叉融合，地球化学的研究取得了长足的进展，特别是同位素地球化学在最近十年发展迅猛，一大批原创性成果不断涌现，这对我们从事地球化学教学提出了更高的要求，要求我们与日俱进。 非常遗憾的是，现有的教材无法体现出这些研究成果，学

7、生难以接触到地球化学的最新研究成果、发展动态和发展方向，相反，一些老的、过时的甚至是错误的认识在地球化学课本中存在。现以同位素地球化学一章为例，来举例说明：Case 1 Sm-Nd同位素定年Sm-Nd同位素体系应用于前寒武纪地质年代学研究，研究对象主要限于陨石、月球岩石、古老的基性、超基性岩和前寒武纪老地层等。(143Nd/144Nd)测=(143Nd/144Nd)0+ (147Sm/144Nd)测(et -1)自然界地质体中Sm/Nd比值小（0.10.5），而且147Sm的半衰期很长，因此由147Sm衰变得到的143Nd较少。Juvinas玄武质无球粒陨石全岩及由其分离出的单矿物的Sm-Nd

8、等时线（Lugmair et al.，1975）147Sm143Nd+143Nd/144Nd =(143Nd/144Nd)0147Sm/144Nd (et -1) 衰变子体的数目，取决于： 衰变常数 Sm/Nd比 衰变时间近年来，不断发现一些Sm/Nd比值高的矿物，特别是含钙矿物（方解石、白钨矿、萤石等），是进行Sm-Nd同位素定年的理想矿物，可用于年轻地质体的测定。Chesley J T, et al., 1989, Science, Vol.252, No.5508萤石萤石的Sm-Nd同位素定年锡矿山矿区早期方解石Sm/Nd1.5锡矿山锑矿区与辉锑矿共生的萤石、方解石的Sm/Nd比值很高锡

9、矿山矿区晚期方解石Sm/Nd：0.60.9锡矿山矿区萤石Sm/Nd：0.71.0锡矿山锑矿床方解石的Sm-Nd同位素定年Peng J T, et al. 2003. Chemical Geology, 200:129136155.51.1 Ma124.13.7 Ma贵州巴年锑矿床方解石Sm-Nd同位素定年（Wang et al., 2012）Sm/Nd：0.64-1.71Wang J S, et al. 2012. Geochemical Journal，46：393-407贵州水银洞金矿Su WC， et al. 2009.Chem. Geol.1363 Ma1343 Ma乌兹别克斯坦穆龙套

10、金矿区存在两种类型白钨矿SEM-CL图像乌兹别克斯坦穆龙套金矿白钨矿的Sm-Nd同位素定年Kempe U, et al. 2001. Mineralium Deposita，36:379-392沃溪矿区白钨矿：Sm/Nd1白钨矿的Sm-Nd同位素定年彭建堂等，2003，科学通报，Vol.48，No.184024 MaCase 2 U-Th-Pb同位素定年U-Th-Pb同位素定年适用于U、Th矿物及富含U、Th的矿物，如沥青铀矿、晶质铀矿等。事实上，那些铀矿石U-Th-Pb同位素定年的效果并不好，表观年龄相差较大，等时线年龄也比较勉强，铀矿床的准确成矿时间，目前仍是尚未解决的难题。表观年龄相差很

11、大，75104 Ma地质学报，2010，No.8目前含U、Th的副矿物（如锆石、锡石、榍石、磷灰石、电气石等）、方解石，已成为U-Pb和Th-Pb同位素定年的主要对象。25 七月 2022中南大学彭建堂制作34 锆石SIMS U-Pb同位素定年湘南水口山花岗闪长岩中锆石SIMS U-Pb同位素测年Huang et al., 2015, OGR, 65:56-69 Yang et al., 2016, JAES, 123: 224242 锡石的U-Pb同位素定年Yuan SD, et al., 2008, MDYuan SD, et al., 2010, OGR香花岭矿区香花岭矿区芙蓉矿区热液磷

12、灰石的SIMS Th-Pb同位素定年热液金红石U-Pb 同位素Tera-Wasserburg 图解Pi DH, et al. 2017. Mineralium Deposita, 52:1179-1190者桑金矿Case 3 Pb的模式年龄 利用普通铅可以计时，用于确定待测体系的形成时间。 普通铅计时方法最早是在1946年由Holmes 和Houtermans 两人独立提出，故称为HH 模式，该方法所得到的年龄成为Holmes-Houtermans 模式年龄或单阶段Pb的模式年龄。B. R. Doe （1974）、J. S. Stacey & J. D. Kramers（1975）分别对这种模

13、式年龄计算进行了进一步地改进。HH 模式年龄亦称单阶段模式年龄该模式的提出基于以下前提：原始地球是一种流体，并且是均匀的；原始地球的U 、Th和Pb 是均匀分布的；原始Pb同位素组成也是均匀的；随后, 地球变化刚性， 并发生小范围U/Pb比值差异；任何给定区域内U/Pb比值改变仅仅作为U变为Pb的放射衰变的结果；在普通Pb矿物如方铅矿的形成时间, Pb从U和Th以及它们的同位素体系分离出来， 并在以后的时间保持不变。 普通铅的定年，在20世纪90年代以前大行其道，矿石铅的模式年龄普遍用于确定矿床的形成时间，实际上，这些普通铅的模式年龄往往是错误的，难以有效的解释地质事实，如一些矿石Pb模式年龄

14、比围岩还老、甚至为负值，显然是不合理的。利用普通Pb的模式年龄，大多没有实际意义。 因此，自20世纪90年代末以来，矿石铅的模式年龄已为人们摒弃，但一些现有的地球化学教材，并未将这些新认识吸收进去。锡矿山锑矿床的赋矿层位主要为D3s，次为D2q（398-359 Ma），精确的成矿时间为156 Ma和124 Ma。矿石铅的模式年龄区域上：145-1015 Ma冷家溪群（赋矿最老的地层）：830 Ma沃溪矿区：221-698 Ma白钨矿Sm-Nd等时线年龄：4024 Ma空间展布样式不同，控矿构造不同雪峰山弧形构造隆起带湘中盆地串珠状次级隆起构造雪峰山一带岩浆活动微弱，特别是湘西和湘西南一带，绝大

15、多数金矿矿区没有岩浆岩出露，金矿与岩浆岩缺乏空间联系。罗献林等（1996）矿 床成矿元素及赋矿层位测试对象及方法年龄/ Ma资料来源沃 溪Au-Sb-W，Pt3bnm白钨矿，Sm-Nd等时线4026彭建堂等，2003石英，40Ar-39Ar法最小视年龄4202041419西 安W，Pt3bnm蚀变板岩，K-Ar 法412.26.6王秀璋等，2000柳林钗Au，Pt3bnw钾长石，K-Ar 法412.5板 溪Sb，Pt3bnw石英，40Ar-39Ar法坪年龄397.40.4422.20.2彭建堂等，2003平 茶Au-Sb，Z1j石英，流体包裹体Rb-Sr等时线4359彭建堂，1998肖 家 A

16、u，Pt3bnw41233蚀变围岩，Rb-Sr等时线4184漠 滨Au，Pt3bnw钾长石，K-Ar 法404.20王秀璋等，2000阳湾团Au，Pt3bnw石英，40Ar-39Ar法坪年龄381.70.4彭建堂等，1998湘西雪峰山一带的金矿床主要形成于晚加里东期，与加里东期陆内造山作用密切相关，为造山型金矿床，毗邻的黔东南一带的金矿床亦是如此。平 秋Au，Pt3bnw含金石英的流体包裹体，Rb-Sr法等时线49237 Ma47714 Ma朱笑青等，2006石英脉中毒砂Re-Os等时线2353.4 Ma顾尚义等，2016绢云母Ar-Ar坪年龄425.7 1.7 Ma 425.2 1.3 Ma

17、Liu et al., 2017蚀变岩型毒砂Re-Os等时线40024 Ma王加昇等，2011金 井Au，Pt3bnw蚀变岩型毒砂Re-Os等时线40011 Ma石英大脉型毒砂Re-Os等时线17415 Ma含金石英的流体包裹体，Rb-Sr法等时线34016 Ma朱笑青等，2006同 古Au，Pt3bnw含金石英的流体包裹体，Rb-Sr法等时线42516 Ma金 头Au，Pt3bnw含金石英的流体包裹体，Rb-Sr法等时线43044 Ma八克Au，Pt3bnw石英脉中毒砂Re-Os等时线41052 Ma顾尚义等，2016不管是单阶段还是双阶段矿石铅的模式年龄，没有任何地质意义Case 4 K-Ar同位素测年K-Ar法的同位素定年是最早开展同位素年代学的方法之一，但由于该方法自身存在很多缺陷和不足，目前基本上无人进行K-Ar同位素年代学研究，取而代之的是含K矿物或岩石的Ar-Ar同位素定年，不论是年龄的精度、可靠性还是测试的便捷性，明显优于K-Ar法，但一些教材还在强调K-Ar法同位素定年的重要性。Case 5 稳定同位素大多数地球化学教材，稳定同位素章节仅列出了H、O、C、S等几种轻稳定同位素，而对于重稳定同位素避而不谈或涉及很少，很容易让学生误以为，自然界中稳定同位素就这几种，或以为只有这些轻稳定同位素才