18第七章有机地球化学
地球化学中的有机地球化学
地球化学中的有机地球化学地球化学是一门研究地球化学元素的分布、运移、化学特性及其在地球圈层中的变化规律的科学。
有机地球化学则是研究有机物质在地球中的分布、特性、形成与演化的学科。
它是现代地球化学领域中的一个分支，与矿物地球化学、水文地球化学等有机结合，构成了地球化学研究的核心内容。
本文将从有机地球化学的研究对象、有机质的主要成分、有机地球化学古气候学、有机地球化学与环境科学等几个方面结合实例进行阐述。
一、有机地球化学的研究对象有机地球化学的研究对象包括石油、煤炭、天然气、沉积岩石等。
这些物质均含有不同程度的有机质，是现代人类社会生产生活的重要能源与原料资源。
石油、煤炭、天然气是含碳量极高的有机物，其成分除了含碳之外，还含有氢、氮、硫等元素。
石油和天然气是构成地球深部烃类资源的主要成分，而煤炭则是由大量的植物残骸在地质历史长期压缩和化学反应形成的，是地球上储量最丰富的燃料。
沉积岩石则是指岩石中含有可见的、经过生物化学反应后形成的化石和其他有机标志物的沉积物。
有机质最为集中的地方是深度较浅的沉积岩系。
研究沉积岩石中的有机质，有助于了解岩石的沉积环境、沉积旋回、海水温度、海平面变化等。
有机质通常包括一系列的生物标志物，如芳香烃、脂肪烃等，这些标志物具有结构独特、成分多样、稳定性高的特征，可以用来将岩石的沉积环境重建出来。
二、有机质的主要成分有机质的主成分是有机碳、有机氮、有机硫、有机氧等元素的有机物。
为了更好的理解有机质和岩石成因的关系，我们需要掌握有机质的具体特征。
（1）碳同位素组成燃料油、煤中的有机碳含量可以用碳同位素组成进行表征。
碳同位素组成是指不同样品中碳的不同原子量之间的比例，以表征碳源以及化学分馏过程。
同位素测量得到的结果是以δ13C ‰ (PDB) 的形式表示的。
其中δ13C为样品同位素组成相对于标准物质Pee Dee Belemnite（PDB）的偏移值，计算公式如下：δ13C ‰ (PDB) = [(13C/12C)样品/(13C/12C)PDB - 1] × 1000‰（2）生物标志物分析生物标志物分析是有机地球化学中的重要研究手段之一。
第七章 生物地球化学循环(一)
第7章生物地球化学循环第1节土壤的组成第2节土壤的性质第3节物质循环与土壤形成第4节土壤分类与土壤类型第4节生态系统的组成与结构第6节生态系统的能量流动第7节生态系统的物质循环第8节地球上的生态系统引子：生物地球化学循环概述一、何谓生物地球化学循环？1.概念：生命有机体及其产物与周围环境之间反复不断进行的物质和能量的交换过程。
2.过程：物能的吸收-同化-排放-分解-归还-流失3.性质：非封闭的循环（进入土壤、岩层、海底）4.主体：生物和土壤5.循环的介质：水和大气二、人类对生物地球化学循环的影响1.大气、水体、土壤的污染2.污染物质的迁移、转化和集散3.对人类健康的威胁第1节土壤的组成引言：土壤与土壤肥力1. 土壤：在陆地表层和浅水域底部、由有机和无机物质组成、具有肥力、能生长植物的疏松层。
2.土壤的本质是肥力，指土壤中水、热、气、肥（养分）周期性动态达到稳、匀、足、适地满足植物需求的能力。
3. 土壤是一种类生物体代谢和调节功能比生物弱（如温度）不具有生长、发育和繁殖的功能不具有功能各异的器官一、土壤的无机组成1. 原生矿物：在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶构造的造岩矿物。
土壤中各种化学元素的最初来源；土壤矿物质的粗质部分；经化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需养分。
2. 次生矿物：岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，如粘土矿物。
土壤矿物质中最细小的部分；具有吸附保存呈离子态养分的能力，使土壤具有一定的保肥性。
二、土壤的有机组成1.原始组织：包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。
土壤有机部分的最初来源2.腐殖质：有机组织经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的、比较稳定的分解产物，呈黑色或棕色，性质上为胶体状（颗粒直径<1μm）。
具有极强的吸持水分和养分离子的能力，少量的腐殖质就能显著提高土壤的生产力。
土壤中生活的重要生物类群三、土壤水分1.土壤水分通常是以溶液的形式存在的。
地球化学
地球化学一．名词解释1. 异戊二烯型化合物：由一个个异戊二烯单元头尾相连重复组合而成一类化合物，它广泛存在于生物体、近代沉积物、古代沉积岩以及原油中。
2. 萜类：环状的异戊二烯型化合物。
3.同位素效应：由于同位素不同，引起单质或化合物在物理、化学性质上发生微小变化的现象，称为同位素效应。
4.同位素分馏：在各种自然过程中，由于同位素的效应引起同位素相对含量在不同相之间的变化。
5.干酪根：沉积物和沉积岩中不溶于非氧化性的无机酸、碱和常用有机溶剂的一切有机质。
6.腐殖质：指土壤和现代沉积物中不能水解的、不溶于不溶于有机溶剂的有机质。
7.低熟油：指所有非干酪根晚期热降解成因的各类低温早熟的非常规石油。
8.生物标志物：是沉积物（岩）、原油、油页岩和煤中那些来源于生物体，在有机质演化过程中具有一定稳定性，没有或很少发生变化，基本保存了原始生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质特殊分子结构信息的有机化合物。
9.质谱法：通过研究分子量和离子化的分子碎片来认识分子结构的一种现代分析技术（以高能电子将单个分子击碎，用碎片的质量组成特征，推测分子的结构组成和分子量，以达到分子鉴定的目的）。
10.质谱法（棒图）：将每一次扫描的记录，应用质荷比对检测器响应值作图，就可以得到由色谱分离的某一种化合物的质谱图。
11.质量色谱图：12.总离子流图：13.生物成因气：14.热成因气：二．简答题1.生物有机质的化学组分碳水化合物脂类蛋白质和氨基酸木质素和丹宁2.异戊二烯单元的结构及简单组合、拆分3.富沉积有机质的沉积环境4.C 、O 同位素丰度的表示方法5.自然界中碳同位素分馏的几种方式和结果6.干酪根的光学显微组分分类主要（1）统计腐泥组和壳质组之和与镜质组的比例；采用（2）采用类型指数(T 值)来划分，具体方法是将鉴定的各组分相对百分含量代入下式，计算出T 值，再依据表中的分类标准划分类型。
两种 方法以透射光为基础的干酪根显微组分分类组 分 亚 组 分腐泥组 无定形—絮状，团粒状，薄膜状有机质藻质体孢粉体—孢子、花粉、菌孢树脂体壳质组 角质体木栓质体表皮体镜质组 结构镜质体无结构镜质体惰质组 丝质体7.干酪根研究的常用测试方法干酪根研究的常用方法直接方法：显微镜SEM ——scanning electronic microscope荧光显光镜IR 吸收光谱X-ray核磁共振（NMR ），顺磁共振(ESR)（不破坏干酪根，根据其物理特性来研究干酪根的性质、结构）间接方法：元素分析稳定同位素热解分析（热失重、热模拟、热解—-色谱）超临界抽提、氧化分解100)100()75()50()100(-⨯+-⨯+⨯+⨯=惰质组含量镜质组含量壳质组含量腐泥组含量T（这种方法的特点是彻底的破坏干酪根，看它由哪些单元组成。
地球化学考点整理
一、主量元素：把研究体系（矿物、岩石）中元素含量大于1%的元素称为主量元素。
微量元素：研究体系中浓度低到可以近似地服从稀溶液定律的元素称为微量元素。
二、放射性同位素：原子核不稳定，它们以一定方式自发地衰变成其他核素的同位素。
放射性成因同位素：由放射性元素衰变而形成的同位素。
三、能斯特分配系数：在一定的温度、压力条件下，当两个共存地质相A、B平衡时，以相同形式均匀赋存于其中的微量组分i在两相中的浓度比值为一常数，该常数称为能斯特分配系数。
四、元素的地球化学亲和性：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出来的有选择地与某种阴离子结合的特性，称为元素的地球化学亲和性。
五、高场强元素：离子半径小，离子电荷高，离子电位>3，难溶于水，化学性质稳定，为非活动性元素。
如：Th、Nb、Ta、Zr。
大离子亲石元素：离子半径大，离子电荷低，离子电位<3，易溶于水，化学性质活泼，地球化学活动性强。
如：Rb，K，Cs，Ba。
六、亲铁元素：在自然体系中，特别是在O、S丰度低的情况下，一些金属元素不能形成阳离子，只能以自然金属形式存在，它们常常与金属铁共生，以金属键性相互结合，这些元素具有亲铁性，属于亲铁元素。
七、放射性同位素的衰变方式：（1）β-衰变：原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子，β-质点被射出核外，同时放出中微子v。
（2）电子捕获：原子核自发地从K或L层电子轨道上吸取一个电子（多数为K层，故又称K层捕获），与一个质子结合变成一个中子。
（3）α衰变：重核通过放射出由两个质子和两个中子组成的α质点而转变成稳定核。
（4）重核裂变：重同位素自发地分裂成2或3个原子量大致相同的碎片。
八、盐效应：当溶液中存在易溶盐类（强电解质）时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称盐效应。
电负性：电负性等于电离能（I）与电子亲和性（E）之和X=I+E，可用于度量中性原子得失电子的难易程度。
地球化学
1、元素的浓集系数指某元素在矿床中的最低可采品位作为它在该地质对象中的平均含量，计算它与克拉克值的比值，即为该元素的浓集系数。
2、微迹元素指不作为体系中任何相的主要组分(化学计算)存在的元素。
大多数地质作用中含量小于0.1%的呈微量或痕量(<0.1wt%)的元素。
严格定义:只要元素在所研究的客体(地质体,岩石,矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为,可称为微迹元素。
3、戈尔德斯密特矿物相律在自然条件下，矿物常形成于一定的温度、压力变化范围，并在此范围内保持稳定，因此，F≥2。
据吉布斯相律，F＝K－Φ＋2，有Φ≤K，平衡共存的矿物数不超过组分数，即为戈尔德斯密特矿物学相律。
4、能斯特分配定律在给定的溶质、溶剂及温度和压力情况下，微迹元素i在两相间的浓度比例为常数，且与i的浓度无关(在一定的浓度范围内)，只与温度和压力有关。
当两相均为凝聚相时，KD受压力影响较小，而与温度的关系则较为显著。
两相中的浓度比值就是能斯特分配系数，只适用于稀溶液或微迹元素的分配。
5、放射性同位素衰变定律放射性衰变定律：单位时间内放射性同位素衰变的原子数与现存的放射性母体原子数成正比，或衰变速率正比于现存母体原子数。
设某自然体系现在的母体同位素原子数为P，在自然体系形成时的母体同位素原子数为P0，体系形成到现在的时间间隔为t：dPdt=－λP ，式中：λ－衰变常数，表示单位时间内原子发生衰变的概率。
6、何谓Craig线在自然界水的δ18O-δD氧、氢同位素组成判别图解上，δD=8δ18O+10的一条直线称为Craig线, 也叫大气降水线。
表示由SMOW(标准大洋平均海水)到极地大气降水氢氧同位素组成呈现由低纬度向高纬度，δ18O和δD逐渐减小的线性变化，这种规律产生的原因是平衡条件下D/H的分馏约为18O/16O的8倍,所以大气降水线的斜率约为8。
7、元素的克拉克值每种化学元素在自然体中的质量,占自然体总质量(或自然体全部化学元素总质量)的相对份额(如百分数),称为该元素在该自然体中的丰度值.8、类质同象某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质的其它质点(原子、离子、络离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变的现象。
《地球化学》章节笔记
《地球化学》章节笔记第一章：导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义：地球化学是应用化学原理和方法，研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支，同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象：- 地球的固体部分，包括岩石、矿物、土壤等；- 地球的流体部分，包括大气、水体、地下水等；- 地球生物体，包括植物、动物、微生物等；- 地球内部，包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容：- 地球物质的化学组成及其时空变化；- 地球内部和外部的化学过程；- 元素的迁移、富集和分散规律；- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用；- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法：- 野外调查与采样：包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等；- 实验室分析：包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、原子吸收光谱（AAS）等；- 地球化学数据处理：包括统计学分析、多元回归、聚类分析等；- 地球化学模型：建立地球化学过程的理论模型和数值模型；- 同位素示踪：利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义：- 揭示地球的形成和演化历史；- 了解地球内部结构、成分和动力学过程；- 探索矿产资源的形成机制和分布规律；- 评估和治理环境污染问题；- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡；- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程：- 起源阶段：19世纪初，地质学家开始关注矿物的化学组成；- 形成阶段：19世纪末至20世纪初，维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础；- 发展阶段：20世纪中叶，地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展；- 现代阶段：20世纪末至今，地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉，形成新的研究领域。
地球化学ppt课件
水环境地球化学研究
2024/1/25
水体化学组成与性质
研究水体中各种溶解物质、胶体物质和悬浮物质的含量、分布和 变化规律，揭示水体的化学性质。
水体中污染物的迁移转化
分析水体中污染物的来源，研究其在水体中的迁移、转化和归宿， 为水污染防治提供依据。
水环境地球化学过程
探讨水体中化学物质的循环、转化和相互作用过程，以及这些过程 对水环境的影响。
可燃冰资源勘查
利用地球化学方法分析可燃冰赋存层位的岩石、 土壤等介质中的气体组成和同位素特征，揭示可 燃冰的成因和分布规律。
2024/1/25
16
环境资源评价中地球化学方法
1 2
环境质量评价
通过分析土壤、水、大气等环境介质中的元素和 化合物含量，评价环境质量状况及其对人类健康 的影响。
污染来源与迁移转化研究
灾害体地球化学特征分析
分析滑坡、泥石流等灾害体的物质组成、化学成分等地球化学特征 。
灾害预测和防治
结合地质环境地球化学评价和灾害体地球化学特征分析，进行滑坡 、泥石流等地质灾害的预测和防治。
26
人类活动对环境影响评价中地值 调查
调查评价区域的环境地球化学背景值 ，为环境影响评价提供依据。
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
24
火山活动监测和预警中地球化学方法
火山气体监测
通过监测火山释放的气体 成分和含量变化，判断火 山活动的状态和趋势。
2024/1/25
2024/1/25
数据获取和处理
地球化学数据获取困难，处理和分析方法复杂，需要进一步提高 数据质量和处理效率。
第七章 地壳与地幔地球化学01
陨石类比法
• 1）陨石类比法假定前提
– – – – A：陨石在太阳系内形成 B：陨石与小行星带的物质相同 C：陨石是已破坏了的星体的碎片 D：产生陨石的母体，其内部结构和成分分布同 地球相似
• 2）分类
– A：综合陨石类比法 Clarke 以各种陨石类型的平均化学成分作为地球的类似 成分，由于采用铁陨石比例过大，导致铁丰度明 显偏高（达67~72%），导致误以为整个地球基本 上是由铁或铁、镍合金组成。 – B：单一陨石类比法 Ahrens ，1965 直接用维诺格拉多夫1962年，计算的球粒陨石的 平均含量来代表整个地球的元素丰度。突出特点： 铁明显偏低，25.1%
重量丰度的计算
设重量丰度W以重量百分数表示，氧化物重量百分数为W’ 则W=(a×i/m)×W’ 式中： m为氧化物的分子量，a为欲求元素的原子量，i 是氧化物中欲 求元素的原子个数 例1 已知岩石化学全分析中测得SiO2的重量百分数为70.40%，求Si的重 量百分数 Wsi=(a×i/m) ×W`=(28.086 ×1/60.09) ×70.40%=32.91%
大陆33 大洋6 平均17
状态
组成
温度压 力密度
地 壳 P、S波 的波速突 然增大 （莫霍面） 上地 幔 地 幔 P、S波 的波速突 下 地 幔D 然减小， S波甚至 地 消失（古 登堡面） 核 外核 E 内核 G
固态 岩石 固态 软流层 铁镁的硅
中地幔C
下地幔
400 1000 2900
固态
固态
酸盐类物பைடு நூலகம்质，由上 而下铁镁 含量逐渐 增加
地盾区地壳丰度 褶皱区地壳丰度 地壳丰度 海洋地壳丰度 浅海地壳丰度 深海地壳丰度 陆地地壳丰度
中国陆地地壳丰度 中国地台区地壳丰度
地球化学
名词解释1.地球化学：是研究地球及其子系统（含部分宇宙体）的化学组成、化学机制和化学演化的学科。
2.元素丰度：通常将元素在宇宙体或较大的地球化学系统中的平均含量称为丰度。
3.浓度克拉克值：某元素在某地质体中的平均含量与其克拉克值的比值。
4.克拉克值：通常将元素在宇宙体或较大的地球化学系统中的平均含量称为丰度，而元素在地壳中的丰度则称为克拉克值。
5.浓集系数：元素在矿床中的最低可采品位与克拉克值的比值，称为该元素的浓集系数。
6.离子电位π表示离子吸引或排斥对方电荷的能力，是表征离子电场强度的参数,π等于离子的电荷Z与半径r（单位为10nm）的比值。
7.元素的赋存状态：元素在其迁移历史的某个阶段所处的物理化学状态及与共生元素的结合特征。
8.Eh值：指环境的氧化还原电位,是氧化还原反应强度的指标。
当体系处于平衡状态时,体系中个氧化还原反应的电极电位(非标准电极电位)E应与环境的氧化还原电位Eh相等。
9.晶体场稳定能：d轨道电子能级分裂后的d电子能量之和, 相对于未分裂前d电子能量之和的差, 称为晶体场稳定能(CFSE).10.八面体择位能：任意给定的过渡元素离子在八面体配位的晶体场中获得的晶体场稳定能通常高于其在四面体配位的晶体场中获得的晶体场稳定能,二者的差值称为该离子的八面体择位能。
11.微量元素：微量元素是一个相对概念，通常将自然体系中含量低于0.1%的元素称为微量元素。
12.封闭温度：当岩石、矿物形成以后冷却到基本上能完全保留放射成因子体同位素的温度，称同位素封闭温度，简称封闭温度。
13.CHUR：具有球粒陨石w(Sm)/w(Nd)比值的均一岩浆库14.BABI：指玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr) 比值为0.69897±0.00003,代表地球形成时的初始比值.15.δ值：是稳定同位素质谱分析所给出的样品的重/轻同位素比值R样与标准样品的重/轻同位素比值R标的相对偏差，一般用千分数表示Δ(‰)=(R样-R标)/R标×1000=(R样/R标-1)×100016.Tdm为样品相对于亏损地幔的Nd同位素模式年龄,代表地壳物质从亏损地幔总分离的时代.17.电负性：电负性为电离能与电子亲和能之和，是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度，其值与原子在化合物中吸引电子的能力成正比。
海洋有机物及地球化学过程介绍和生产力
§7-1 海洋有机物的组成
• 一、海洋有机物概述
3. 海洋有机物对海水物理、化学和生物性质的影响 ●对水色的影响（改变表面活性和张力）。 ●对海－气交换的影响：表面微层及其作用。 ●对多价金属离子的络合作用。 ●改变一些成分在海水中的溶解度。 ●对生物过程和化学过程的影响:
表面吸附、浓缩细菌，影响氧化－还原作用，… ●对海洋生物生理过程的作用。
－光化学合成：光合细菌（光合细菌的光合作用及应用展望，徐芬芬，2011） －沉积物释放：有机质分解释放；海底油渗。
6
§7-1 海洋有机物的组成
• 一、海洋有机物概述
2. 海洋有机物的特点
●含量低。大洋表层水溶解有机碳浓度为90 μmol dm－3左右，深层平 均含量不到50 μmol dm－3。
➢ 海水中的有机物（organic matter, OM），广义地讲，包括大至鲸 小至甲烷分子的有机物。
➢ 海洋化学研究的有机物： ●主要是海洋生物的代谢物、分解物、残骸和碎屑等，它们是海洋
本身所产生的； ●还有一部分是陆源有机物，包括人类生活和生产活动所产生的有
机物质和有机污染物质，通过大气或河流带入海洋中。
8
§7-1 海洋有机物的组成
• 二、海洋有机物的分类
海洋中的有机物（OM）
●按来源分类：
陆源、海源；
●按溶解性（过滤操作）分类：
溶解有机物（DOM）、颗粒有机物（POM）；
●按分子量分类：
低分子有机物、高分子有机物；
●按稳定性分类：
稳定有机物、不稳定有机物；
●按（生物）化学类别分类：化学结构、生物作用特点
18
§7-1 海洋有机物的组成
• 二、海洋有机物的分类
❖ 2. 烃类：包括海洋天然烃和石油烃。 ❖ ●海洋天然烃：一般只含脂肪烃，无环烷烃、芳香烃。 ❖ 正链烷烃
第七章 流体地球化学
第七章流体地球化学第一节地壳中的流体一、流体的定义我们采纳Fyfe(1978)[6]的建议，用流变学的术语，并从地质情况来进行考虑如果一个体系在应力或外力的作用下能发生流动或变形，并且与周围物质处于相对平衡，我们就把它叫作流体。
换句话来说，当一个应力作用到一个物体上时，这个物体会改变它的大小、形状、组成和位置。
按照流变学的定义，流体是由应力和应望率所确定的。
对于地球中的物体来说当一个压力作用到该物体时，根据其应变率的不同可以分为牛顿流体(图7．1曲线A)和非牛顿流体(图7．1曲线B)。
为对比起见，也在图7．1中列出了固体的特征曲线(C和D)。
二、地球中的流体流体对地球中的所有地质作用都是十分重要的，但流体在地球的地质过程中所起的全部作用至今并不完全清楚。
地壳中的流体的总质量，我们可以从以下数据中估计出来。
现在的海洋质量为1.4×1024g，地壳的平均质量是2.3×l025g。
如果我们假定地壳中的含水量与海水的质量相似的话，那么地壳中的含水量也是1.4×1024g，约占地壳总质量(1.4×1024/2.3×l025)的6％左右。
大多数人的估计是地壳中流体的量约占总质量的3％-6％，如果占3％，则为6.9×1023g。
地幅中流体的含量，有人认为约占地慢的0.03％，即为1.2×1024g 与地壳中的含水量相当(地慢总质量为4×l027g)。
海水、地壳中、地慢中流体的质量是十分相近的。
现代板块的研究告诉我们，当板块俯冲时，把地表水带到了地下数公里，甚至数十公里的地方，这些水(至少是一部分)又通过循环回到了地表，其中另一部分可能在地下深处被固定在含水的矿物如滑石、金云母、角闪石以及其它相中。
从上面的叙述我们可知海水(水圈)、地壳和地慢中的流体处于相对平衡状态，并且又是互相循环的。
地球中主要有以下几种流体：1．岩浆：各种成分的岩浆，从酸性到超基性，以及碱性岩浆，主要是一种硅酸盐熔融体，含H2O一般＜5％。
地球化学重点整理
地球化学重点整理Part I 后半学期内容Chap1 宇宙和地球的成因及组成1.元素丰度的定义、表达形式、研究意义定义：化学元素在一定自然体系中的相对平均含量。
表达形式：元素丰度值采用的是相对于106个Si 原子的各个元素的原子数，即原子丰度值，选择Si 作为标准是因为该元素分布广且挥发性又小，因而稳定性好。
意义：丰度实际上是一个体系的背景，它是是地球化学的几个基本问题之一，在地球化学的发展中必不可少的工作。
2.化学元素在太阳系行星中的分布特点类地行星：主要元素是Fe, Si, Mg等非挥发性元素；巨行星：化学成分以H、He为主，亲铁、亲石元素少；远日行星：成分以C、N、O为主，H、He比例不大，少量亲铁-亲石元素。
3.确定太阳系元素丰度的途径太阳系平均化学成分或元素宇宙丰度的确定主要依据两类数据：一是根据太阳大气光谱资料确定太阳系中挥发性元素含量。
二是根据球粒陨石的化学组成确定太阳系中非挥发性元素的组成和含量。
4.元素在宇宙中的丰度宇宙中元素分布的如下特征规律：1. 宇宙中最丰富的元素为H 和He，H/He 比值为12.5。
2. 原子序数较低（Z<50）的轻元素随原子序数增加呈指数递减，而在较重元素范围内（Z>50），不仅元素的丰度低，而且丰度值几乎不变，即丰度曲线近乎水平。
3. 原子序数为偶数的元素其丰度值大大高于原子序数为奇数的相邻元素。
4. 与He 相邻的元素Li、Be 和B 具有很低的丰度，按较轻元素的丰度水平它们是非常亏损的元素；O 和Fe 呈明显的峰出现在元素丰度曲线上，说明它们是过剩的元素5. Tc 和Pm 没有稳定性同位素，在宇宙中不存在；原子序数大于83（Bi）的元素也没有稳定同位素，它们都是Th 和U 的长寿命放射成因同位素。
在丰度曲线上这些元素的位置空缺。
6. 质量数为4的倍数的核素或同位素具有较高的丰度，如4He、16O、40Ca、56 Fe和140Ce等。
第七章 稳定同位素地球化学
第七章稳定同位素地球化学稳定同位素地球化学研究自然界稳定同位素的丰度及其变化。
同位素丰度发生变化的主要原因是同位素的分馏作用，即轻同位素和重同位素在物质中的分配发生变化，造成一部分物质富集轻同位素，另一部分富集重同位素。
同位素及其化合物在物理或化学性质上的差异叫做同位素效应。
同位素效应的产生从根本上讲是由于同位素在质量上的差异引起的，同位素质量差越大，所引起的物理化学性质上的差异也就越大。
因此，对质量较轻的元素，其同位素的相对质量差异较大。
如H与D 质量差100％，O16和18O质量差12.5％，而204Pb和206Pb质量差仅1％，在目前技术条件下，能测量到的由于同位素效应所造成的自然界同位素丰度变异仅限于质量数小于40的元素内。
这就是稳定同位素地球化学目前所涉及的同位素仅限于元素氢（H/D）、碳（14C/13C）、氧（18O/16O）、和硫（34S/32S）以及硼（11B/10B）、氮（15N/14N）的原因所在。
7.1 同位素分馏和组成的表示7.1.1同位素分馏由于同位素效应所造成的同位素以不同比例在不同物质或不同相之间的分配称为同位素分馏。
这里需引入二个概念。
同位素比值：定义为单位物质中某元素的重同位素和轻同位素的原子数之比，如在陨石中硫同位素比值为：R=34S/32S＝1/22.22当我们谈论同位素比值时，总是指重同位素和轻同位素之比。
同位素分馏系数：定义为在平衡条件下，经过同位素分馏之后二种物质（或馏份）中某元素的相应同位素比值之商。
设某二种物质为A，B，某元素的同位素比值为R A，R B，则同位素分馏系数为：所以当我们讨论同位素分馏系数时，必须指明是那种物质对那种物质。
一般α值为接近1的一个数字，离1愈远，同位素分馏就愈大，α=1表示物质间无同位素分馏。
R值可通过具体对象的测定而获得，某种物理化学环境下的α值则可通过实验过程确定。
把R和α两者联系起来，可用来探讨地质过程的物理化学状况。
有机地球化学
有机地球化学有机地球化学是一门关于地球化学有机物质的学科，它研究的是地球表面的有机物质的形态、组成、动力学特征和地球内部的有机物质的结构、演化及其影响。
它是现代地球化学的重要组成部分，也是地球的历史演化过程的重要研究领域。
首先，有机地球化学涉及对地球表面有机物质的形态、组成以及地球内部有机物质演化过程的研究。
首先，地球表面的有机物质是经过漫长的地质演化而形成的，它们构成了地球表面的环境，也是人类文明发展的重要物质基础。
地表的有机物质主要来源于植物和动物的分解，以及含有有机物质的火山熔岩、流体以及冰盖等物质的运移、输送和混合。
研究地表有机物质大量分布状态、动力学特性和变化规律，有助于我们了解地表物质流动的动态特征，从而更好地把握环境变化，保护生物地球系统。
其次，有机地球化学研究的是地球内部有机物质的结构、演化及其影响。
地球内部温度、压力和化学环境的综合作用使得有机物质的构成发生了微妙的变化。
地球内部的有机物质把外部的地表有机物质转化成生命所需的物质，这正是生命可以存在于地球表面的原因。
有机地球化学研究地球内部有机物质的结构、演化和环境的影响，会有助于更好地理解深部有机物质形成的历史过程，从而有助于地球科学的发展。
再次，有机地球化学是现代地球化学中重要的组成部分。
地球化学是一门综合性的学科，它研究的是地球表面物质和地球内部物质运动和演变的机理，涉及到包括物理、化学和生物学等多学科的知识和方法。
有机地球化学作为地球化学涉及的一个分支，它以研究有机物质的形态和演化为目标，依赖形态学、有机物化学和地球化学等多学科的知识，它拓宽了地球化学的研究领域，对研究地球内部有机物质演化而言，有着重要的意义。
最后，有机地球化学是地球历史演化过程的重要研究领域。
地球是一个复杂的系统，从宇宙大爆炸到当前，地球表面和内部的物质都在发生变化，这是地球历史演化的过程。
而有机物质是地球表面和内部的重要物质，对地球历史演化至关重要。
第七章 沉积物间隙水地球化学
第七章沉积物间隙水地球化学❑沉积物间隙水化学组分的浓度‐深度剖面❑沉积物间隙水化学组分浓度‐深度剖面的类型❑间隙水在成岩作用中的地球化学意义间隙水（interstitial waters）：是指占据岩石和沉积物颗粒孔隙空间的溶液。
指示了与沉积物一道被埋藏的原始液体的性质是基岩与海水进行交换的媒介（物质扩散、迁移和化学反应过程）rhizon soil moisture samplerspore water sampling from closed plastic liner with water saturated marine sediment by drilling 3.8mm holes and gently inserting rhizon pore water samplers. sampling with needles and 10 mL plain vacuum tubes (right) or F-F luer adapter (blue) and standard syringe that holds vacuum by keeping plunger in place with wooden spacer怎样看孔隙水浓度-深度剖面在这里我们只考虑3个过程：孔隙水中反应物的消耗从固相向孔隙水的物质释放孔隙水中和沉积物－海水界面上溶解物质的扩散浓度梯度的存在反映物质的扩散过程反应发生在浓度梯度发生变化的地方凹的剖面反映孔隙水中物凸的剖面反映物质被释放到孔隙水中注意：如果两个相反的反应发生在同一深度时，会怎么样？第一节沉积物间隙水化学组分的浓度-深度剖面沉积物间隙水化学组成在深度上的变化，与以下几个因素有关：初始流体特征与沉积物的反应与基岩的反应传输过程的本质沉积物-海水界面反应Steady State and Non-Steady State Situations在沉积物上的底层海水浓度是永久不变的，与沉积物中的消耗量相比，它是一个无限的储层。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
6
7 有机地球化学
7.1 自然界中的有机质和元素的生物循环 7.2 可燃类矿床的有机地球化学 7.3 金属成矿过程中生物和有机质的作用
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
7
7.1 自然界中的有机质和 元素的生物循环
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
40
7.2.1 煤的有机地球化学
1、煤成因、结构和化学组成研究
①由陆上植物遗骸所形成
②植物组成： 纤维素（结构属脂类），分子式为C6H10O5， 容易分解为CO2、CH4和脂肪酸。 木质素（属芳香族型），分子式为C12H18O9， 抗微生物腐蚀能力强。多数人认为木质素是 煤的原始母质 ；
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
19
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
20
不同素研究：Mn、Co、V主要存在陆源物 质和自生沉积中；Pb、Zn分布在浮游生物中；Cu、Ba 在三者中都有分配。
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
46
7.2.2 石油的有机地球化学
7.2.2.1
石油的原始物质 7.2.2.2 我国海相石油地球化学研究
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
47
7.2.2.1 石油的原始物质
1.石油的形成环境 2.石油的元素组成 ：原油在元素成分上是
相当固定的。一般含碳83％～87％，含氢11 ％～14％，其他元素主要为O、N和S，最高含 量约为5％。 3.石油化合物组成：这些烃类可以划分为3 个系列：①链烷烃（石蜡）；②环烷，环状类 型的烃类；③苯型的烃类。
植物母质通过泥炭向煤进一步演化
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 44
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
45
3、影响煤等级的因素
① 埋藏时间，如古生宙的煤为高级
变质煤，第三纪为低级变质煤； ② 地壳运动和侵入体热作用； ③ 褶皱和断裂产生的挤压力； ④ 埋深引起的增温和增压。其中埋 深引起的温压增加最受重视。
1、生物标志化合物 又称化学化石、地球化学化石或指纹 化合物等。指来源于有机质以及原油、 油页岩、煤中那些活生物体，在有机 质演化过程中具有一定的稳定性，没 有或很少发生变化，基本保持原始生 化组分的碳骨架，记载了原始生物母 质的特殊分子结构信息的有机化合物。
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 32
第7章 有机地球化学
43
2.煤形成过程
植物母质转化为煤过程：生物化学阶段和其它变质阶 段
生物化学阶段主要为母质转变为泥炭 。泥炭形成过程
包括：①水溶物质的迅速分解；②纤维素化合物的缓 慢分解，泥炭性质取决于这些化合物分解是否完全。 ③微生物细胞物质的聚集。当环境不适合细菌活动时， 生物化学阶段结束。
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
39
煤是一类储量丰富的固体可燃有机矿产，是我国 能源的主要组成部分。 煤和石油都属可燃有机矿产，但石油和煤之间存 在显著差别： 石油是液体，其原始物质来自低等水生浮游生物， H/C原子比为1.5~1.8%； 煤主要是由具芳香结构的固体有机物组成，H/C 原子比仅为0.4%~1.0%，且成煤原始物质主要是 高等植物。
应用研究领域包括： ①可燃性矿产的成因和远景评价 有机地球化学研究 ②沉积有机地球化学（海洋与沼泽有机
地球化学）
③矿床有机地球化学 ④环境有机地球化学研究
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
5
有机地球化学的学科方向
石油有机地球化学 沉积有机地球化学（海洋与湖沼有机
地球化学） 矿床有机地球化学 环境有机地球化学
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 41
木质素结构
纤维素结构
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
42
③煤的化学组成研究表明，煤主要由高
分子量复杂有机化合物组成。煤的分离 产物中大部分为芳香族化合物，芳香族 化程度随煤的变质程度增加而增大。最 后达到完全芳香族化而进入石墨阶段。
2007年2月18日
7.1.3.1 7.1.3.2 7.1.3.3 7.1.3.4
碳的地球化学循环 氮的地球化学循环 硫的地球化学循环 氧的地球化学循环
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
24
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
25
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
26
2007年2月18日
早期有机地球化学的形成与发展得益于石油地球化
学的进步，并在很大程度上受石油地球化学影响， 但随着高精度分析测试方法和同位素示踪技术的应 用，有机地球化学研究领域不断拓展，现在广泛应 用于能源、矿产资源、海洋、环境和生命科学。
第7章 有机地球化学 3
2007年2月18日
有机地球化学的研究内容
包括基础研究和应用研究两个方面： 基础研究的内容是： ①探讨无机物质（CH4、H2O、CO2和NH3等）逐
21
7.1.2 有机反应、能量的转换和储存
1.光合作用 2.充氧条件下的腐解作用 3.缺氧条件下的腐解作用 4.氧化还原反应 5.聚合反应 6.解聚合反应 7.加成反应
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 22
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
23
7.1.3 元素的生物地球化学循环
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 15
腐殖酸成分变化由沉积环境、有机母质类型、聚合 程度和成熟度决定。如海洋和湖泊腐殖酸主要来自 藻类；泥炭和煤源于高等植物。腐殖酸中元素组成 幅度很大，总体分子量很大
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
16
2、腐殖酸的物理-化学性质
腐殖酸通常呈黑色、棕色、黄色胶体状 态，具有很强的吸附性和吸水性
步演化产生简单有机化合物和生物大分子的过程； ②有机体的生物降解及有机大分子的热降解和聚 合并最终转换为无机物的演化过程； ③为了沉积岩有机质来源、沉积和成岩作用的物 理化学条件，进行生物标志化合物的研究，即分 子有机地球化学 。 ④有机质同位素组成、分馏与成因； ⑤干酪根的结构与性质。
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 4
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
37
（3）指示环境的氧化-还原条件
正烷烃偶碳优势出现在强还原环 境或有蒸发盐、碳酸盐产出环境。 以伊利石和蒙脱石为催化剂时， 形成奇碳优势正烷烃。
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
38
7.2 可燃类矿床的有机地球化学
7.2.1 煤的有机地球化学 7.2.2 石油的有机地球化学
自然界中的有机质 有机反应、能量的转换和储存 元素的生物地球化学循环 有机质的同位素研究 生物标志化合物
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
8
7.1.1 自然界中的有机质
7.1.1.1 各类地质体中的有机质 7.1.1.2 环境中的腐殖物质 7.1.1.3 水体中有机质的存在形式、组成 与分布
第7章 有机地球化学
28
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
29
7.1.4 有机质的同位素研究
沉积有机质中有机元素的稳定同 位素，将对确定沉积有机质来源、 沉积环境、形成和转化机制等具 有重要意义
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
30
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
31
7.1.5 生物标志化合物
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
9
7.1.1 自然界中的有机质
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
10
7.1.1.1 各类地质体中的有机质
从广义有机地球化学角度，综合考 虑沉积物中残存有机质和变化有机 质，地质体有机质分为5类：类脂化 合物；氨基化合物；色素；碳水化 合物；干酪根 ：
4.石油的热力学条件。 5.石油的原始母质
2007年2月18日 第7章 有机地球化学 14
1 腐殖质的组成与分类★
腐殖酸的分子式：
C68H53O40CH3(OH)4(COOH4) 按腐殖物质在酸和碱中的溶解度可划分为： ①胡敏素（humin, 亦称胡咖酸）：不溶于碱溶 液而能溶于乙酰溴； ②胡敏酸（humin acid）：在碱提取液中能被无 机酸（盐酸和硫酸）沉淀的那一部分； ③富里酸（fulvic acid）：为碱提取液用酸处理 后留在溶液中的部分。 后二者（②③）总称腐殖酸。
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
11
地质体中有机质类型
①蛋白质 ②脂类（脂肪） ③碳水化合物 ④色素及其衍生物 ⑤木质素 ⑥腐殖酸和干酪根
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
12
2007年2月18日
第7章 有机地球化学
13
7.1.1.2 环境中的腐殖物质
腐殖物质是地球表面分布很广的天然物质，它存 在于土壤、湖泊、河流以及海洋中。 腐殖物质的分子量范围可从几百到几万，是无定 形的褐色或者黑色的亲水的酸性的高分子物质。 它的存在不仅能改变环境的物理性质，使营养元 素（特别是微量元素）易于传递和有效地被生物 吸收，而且有强烈的吸附能力，能与金属元素形 成稳定的络合物，从而对金属元素和人为释放的 污染物在地表的迁移和富集有重要意义。