地球化学绪论

地球化学绪论第1页/共70页地球化学参考书：戚长谋编《地球化学通论》赵伦山等编《地球化学》刘本立编《地球化学基础》第2页/共70页地球化学教学内容：基本理论（元素分布分配、元素结合规律、元素的迁移与分异、同位素地球化学原理）作用地球化学实例分析第3页/共70页地球化学教学方法授课+课堂讨论（抽查）测验（权重）考试地球化学课程（Powerpoint）ftp:/2/incoming/郑海飞/课程第4页/共70页绪论一、地球化学的定义和研究内容二、地球化学学科特点及与其它学科的关系三、地球化学发展简史四、地球化学的研究方法第5页/共70页绪论一、地球化学的定义和研究内容1.地球化学的定义：是研究地球的化学成分以及元素在其中的分布、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。研究内容的概括第6页/共70页绪论2.研究内容：（1）研究对象：地球（矿物、岩石、大气、水体、地壳、地幔、地核）太阳系（天体）为什么要研究它们？第7页/共70页绪论（2）研究内容：a.元素的分布、分配体系组成自然决定为什么要研究这些？与化学学科的区别。第8页/共70页绪论b.元素集中、分散、共生组合、迁移规律地球化学基本理论（矿物岩石形成过程机理及其环境条件的指示作用）为什么要研究这些？核心：元素的化学作用和变化。第9页/共70页绪论c.演化历史了解过去，研究现在，预测将来（例：地球内部温度、大气、海洋、气候、资源随地球历史的变化）为什么要研究这些？本质和过程研究：地球化学的优势。第10页/共70页绪论一、地球化学的定义和研究内容二、地球化学学科特点及与其它学科的关系三、地球化学发展简史四、地球化学的研究方法第11页/共70页绪论二、地球化学学科特点及与其它学科的关系1.学科特点（1）对象：地球、地壳等及地质作用用地球化学方法研究以认识自然作用与其它学科比较第12页/共70页绪论（2）以化学等为基础，着重于化学作用矿物岩石学：由结构构造了解成因构造地质学：由物理运动了解过程古生物学：由形态获得信息与其它学科比较第13页/共70页绪论（3）理论性与应用性理论性：从化学角度查明过程、原因应用性：生态环境及治理、农业矿产资源勘探、开发与地质学各分支学科比较第14页/共70页绪论2.与其它学科的关系（相互渗透）第15页/共70页第16页/共70页第17页/共70页第18页/共70页第19页/共70页第20页/共70页第21页/共70页第22页/共70页第23页/共70页第24页/共70页第25页/共70页第26页/共70页绪论2.与其它学科的关系（相互渗透）（1）矿物岩石学（物源、条件、时代？）（2）矿床学（物源、条件、时代？）（3）大地构造（分区、板块起始、时代、俯冲等）（4）古生物地史学（无化石？生存环境）第27页/共70页绪论（5）古气候学（例：冰川包裹体CO2）（6）灾害学（天体碰撞、火山、地震）（7）天文（天体，陨石）（8）环境与农业（必需、非必需元素）（9）工业（核废料处理）第28页/共70页绪论一、地球化学的定义和研究内容二、地球化学学科特点及与其它学科的关系三、地球化学发展简史四、地球化学的研究方法第29页/共70页绪论三、地球化学发展简史

（一）地球化学的发展

1.资料积累阶段（萌芽时期）：19-20世纪初，随着人类生产活动的需要：找矿、采矿、选冶实践。瑞士化学家许拜恩就预见到这门学科的必要性和可能性，他说：“……在使描述地质学过渡到地质学以前，必须创立一门新学科，这就是地球化学”。

第30页/共70页绪论2.独立成型时期（形成系统理论和独立方法时期）：地球化学先驱：克拉克：系统分析了世界各种岩石等样品，计算了地壳的平均成分《DataofGeochemistry》（1908）第31页/共70页绪论戈尔德施密特：提出晶体化学第一定律（1933）拟定了元素的地球化学分类《地球化学概论》，1924第32页/共70页绪论费尔斯曼：创立地球化学过程能量分析的原理和方法。《地球化学及矿物学找矿方法》，1940。《地球化学》四卷集，1934-1939）。第33页/共70页绪论3.蓬勃发展时期：50年代-现今与海洋科学、环境科学、天文学、物理学、生物学等相互渗透和结合产生了许多重要的分支学科：同位素地球化学同位素年代学和稳定同位素元素地球化学第34页/共70页绪论实验地球化学环境地球化学有机地球化学矿床地球化学生物地球化学第35页/共70页绪论国际性的刊物(仅列出部分)：GeochimicaetCosmochimicaActa（UK）PhysicsandChemistryoftheEarth（UK）GeochemicalJournal(Japan)AppliedGeochemistry（USA）GeochemistryInternational(USA)第36页/共70页绪论（二）我国的地球化学1.对我国地球化学有影响的人物：侯德封（1900-1980）：提出地层地球化学、化学地史、化学地理的概念，创立了“核子地质学”第37页/共70页绪论李璞（1911-1968）：1950年获剑桥大学博士学位，1958-1962年建立我国第一个同位素地球化学实验室，并完成第一批同位素年龄数据。第38页/共70页绪论涂光炽（中国科学院院士）：1949年获得明尼苏达大学博士学位在中国最早讲授地球化学课程曾任中国科学院地质研究所和地球化学研究所所长组织和参与了“中国层控矿床地球化学”等课题的研究第39页/共70页绪论司幼东（1920-1968）：中国实验地球化学的奠基人，指导和建立了中国第一个成矿实验室（中国科学院地质研究所），进行了Sn、Nb、Ta等配合物的成矿实验，提出酸碱分离与成矿作用的关系。第40页/共70页绪论欧阳自远（中国科学院院士）：天体化学家《天体化学》第41页/共70页绪论张本仁（中国科学院院士）：区域地球化学《地球化学》於崇文（中国科学院院士）：第42页/共70页绪论北京大学：魏菊英：《地球化学》曾贻善：《实验地球化学》南京大学：刘英俊：《地球化学》，《元素地球化学》，《钨的地球化学》，《勘察地球化学》第43页/共70页绪论2.我国的地球化学开放实验室：（中国科学院）有机地球化学国家重点实验室（广州）生物气体地球化学开放研究实验室（兰州）矿床地球化学开放实验室（贵阳）环境地球化学国家重点实验室（贵阳）第44页/共70页绪论我国有地球化学专业的大学：北京大学地质学系(地球与空间科学学院)南京大学地球科学系中国地质大学中国科技大学长春地质学院桂林冶金地质学院第45页/共70页绪论我国的地球化学刊物：《地球化学》，1972ChineseJournalofGeochemistry,1982《地质地球化学》《矿物岩石地球化学通报》其它刊物（地质学报、矿物学报、岩石学报等）第46页/共70页绪论当前地球化学的前沿课题：地球化学的理论研究（预测）地幔的不均一性(规模、起因)大陆岩石圈的结构和成分（双层？）陆壳的起源与演化（玄武岩、斜长岩？）成矿作用的地球化学热力学和地球化学动力学第47页/共70页绪论水-岩相互作用（熔融、溶解、不连续？）全球环境变化的地球化学再造（过去）与生态环境有关的地球化学研究人类活动与地球环境的相互影响岩石圈-水圈-生物圈-大气圈的相互作用（系统，如增加CO2的结果）地球化学旋回和沉积总量的均衡第48页/共70页绪论深部流体与成矿作用地球内部流体动力学地球内部流体与生物圈、大气圈的相互作用地球内部流体的实验研究地外冲击及其对地球历史的影响（物质分异、组成、生命演化）比较行星学与地球早期历史生命起源第49页/共70页绪论一、地球化学的定义和研究内容二、地球化学学科特点及与其它学科的关系三、地球化学发展简史四、地球化学的研究方法第50页/共70页绪论四、地球化学的研究方法（一）地球化学的认识论和方法论认识论：1.地球化学系统观点如中国南岭花岗岩形成大量W、Sn矿床，秦岭则为Mo矿床第51页/共70页绪论2.元素自然历史观点自然界中任何物质形式均为特定条件下暂时的存在形式。例如，沉积岩中的成矿元素在热液作用下被带出并在一定条件下沉淀，地球化学即研究其历史。第52页/共70页绪论3.以元素分配观点认识事物地球上任何化学运动均表现为分配和再分配，如：岩浆--残余固相岩浆--结晶晶体岩浆--岩浆岩浆--硫化物熔体第53页/共70页绪论岩浆--流体岩浆--气体流体--固体（岩石或矿物）所有这些不同相之间元素的分配导致了地球上元素的集中和分散第54页/共70页绪论方法论：将问题转化为地球化学的问题（1）将现象转化为地球化学过程和体系岩浆岩：>800℃，>2000atm的高温高压条件和状态石英脉：~200-400℃，~500atm水溶液沉积岩：表生环境（1atm,O2）第55页/共70页绪论（2）将地质现象转化为地球化学的条件和环境断裂：通道、开放条件片理化：增加反应面积，化学反应快第56页/共70页绪论岩浆岩：热液的动力源（热源）矿物类型：Eh，如陨硫铁+自然铁（强还愿），硫化物+磁铁矿（弱还原），硫酸盐+硫化物（氧化）围岩热液蚀变：PH，如3KAlSi3O8+2H+--->KAl3Si3O10(OH)2+2K++6SiO2第57页/共70页绪论（3）将生物、环境、地质课题转化为地球化学的课题，例：生物、环境问题-----元素的区域分布和指示作用（如毒性元素As、Cd、Hg、Pb，放射性元素Th、U，Ir异常等）大地构造问题-----元素、同位素（如Pb、Nd、Sr、10Be）分布、分配和指示作用矿床----元素的分布（空间和时间）、分配和集中第58页/共70页绪论（二）地球化学的野外工作方法1.宏观地质现象的时空观察地质体（如地层、岩体）的空间展布、时间顺序、相互关系，收集一切有助于地球化学研究的资料目的：研究演化第59页/共70页绪论2.野外地球化学问题研究断裂：通道、减压、物质进出矿物类型：氧化-还原条件和酸碱度变化目的：研究过程、条件第60页/共70页绪论3.地球化学样品采集样品必须具有：代表性（无后期作用叠加，新鲜）系统性（如蚀变-无蚀变，老-新地层或岩体等）统计性（代表性可能不好时）第61页/共70页绪论（三）室内研究方法1.样品的元素含量分析：仪器分析：原子吸收、X荧光光谱、等离子光谱、中子活化、质谱等微区分析：电子探针、离子探针、同步辐射等第62页/共70页绪论2.元素结合形式和赋存状态的研究不形成独立矿物的元素研究其赋存状态，如用物相分析、微区分析等目的：研究元素集中分散机理第63页/共70页绪论3.作用物理化学条件的测定和计算包裹体进行温度、压力、热液成分的测定微量元素温度计矿物对温度压力计同位素温度计计算：PH、Eh、fO2、盐度、离子强度、矿质浓度等第64页/共70页绪论4.实验模拟（地质现象和理论的检验）（1）实验设备压力釜压机（如两面顶和