地球化学 第二章 3
地球化学第二章 地球化学基础知识
4.绝对含量和相对含量
绝对含量单位 T 吨 Kg 千克 g 克 mg 毫克 g 微克 ng 毫微克 pg 微微克 ％ ‰ 相对含量单位 百分之... x10-2 千分之.... x10-3
ppm、g/T ppb、ng/g ppt、pg/g
百万分之 x10-6 十亿分之 x10-9 万亿分之 x10-12
高场强元素或离子（High field strength cations， HFS）：场强指离子每单位表面的静电荷强度，常 以离子电荷与离子半径的比值，即离子势表示。指 那些形成小的高电荷离子的元素，包括REE、Sc、 Y、Th、U、Pb、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta等。 其离 子势>2。 低场强元素或离子（Low field strength cations） ： 形成大半径小电荷的离子的元素 ，离子势<2，它 们又称为大离子亲石元素—LILE（large ion lithophile elements），包括 Cs、Rb、K、Ba、Sr、Eu 和Pb（二价）。
3.分布与分配
分布指的是元素在一个化学体系种中（ 太阳陨石地球地壳某地区）整体总含量。 元素的分配指的是元素在各地球化学体 系内各个区域区段中的含量。 分布是整体，分配是局部，两者是一个 相对的概念，既有联系也有区别。例如， 地球作为整体，元素在地壳中的分布，也 就是元素在地球中的分配的表现，把某岩 石作为一个整体，元素在某组成矿物中的 分布，也就是元素在岩石中分配的表现。
地球化学
第二章 地球化学基础知识 陈远荣
2011 年 11月
桂林理工大学地球科学学院
第一节 地球化学研究的基本问题
地球化学研究的基本问题概括起来有 五个方面: 第一, 元素(同位素)在地球及各子系统 的分布、分配问题：也就是元素和同位 素的含量及含量在空间、时间及不同地 质产状地质体中的变化。这个问题是地 球化学研究的出发点和基础资料,简而言 之为“量”的问题。
地球化学第2章
University of South China
主讲教师： 主讲教师：谢焱石
Applied Geochemistry
概述
地球化学环境是使元素所在的地球化学系统得以保 地球化学环境 是使元素所在的地球化学系统得以保 持平衡的各种物理化学条件的综合。 持平衡的各种物理化学条件的综合 。 地球化学环境 主要由物理参数（ 温度、 压力）和化学参数 （ 主要由物理参数 （ 温度、 压力 ）和化学参数（ 化学 元素种类、丰度、 元素种类、丰度、fo2、fs、pH、Eh）确定。 fs、pH、Eh）确定。 （ 1 ） 原生环境 ， 是指天然降水循环面以下直到岩 原生环境， 浆分异和变质作用发生的深部空间的物理化学条件 的总和； （ 2 ） 次生环境 ， 是地表天然水 、 大气影响所及的 次生环境， 是地表天然水、 空间所具有物理化学条件的总和。 在地表发生风化、 空间所具有物理化学条件的总和。 在地表发生风化、 土壤形成和沉积作用以及到大气圈、 水圈、 土壤形成和沉积作用以及到大气圈 、 水圈 、 生物圈 和地球表层疏松物所处的环境都属表生环境。 和地球表层疏松物所处的环境都属表生环境。
主讲教师： 主讲教师：谢焱石
University of South China
Applied Geochemistry
主要内容
一、地壳的物质组成与元素丰度 二、各类岩浆岩中化学元素的丰度 三、沉积岩中化学元素的丰度 四、地壳中元素的赋存形式 四、地壳中元素的赋存形式
University of South China
Applied Geochemistry 应用地球化学
Applied Geochemistry
核资源与核燃料工程学院 主讲教师 谢焱石
地球化学
一．关于地球化学的定义：地球化学是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学。
二．地球化学的基本问题1、地球系统中元素的组成（质）2、元素的共生组合和赋存形式（量）3、元素的迁移和循环（动）4：地球的历史和演化（史）三．地球化学研究思路在地质作用过程中，在宏观地质体变化和形成的同时，亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹，它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息，应用现代化学分析测试手段，剖析这些微观踪迹，从而揭示宏观地质作用的奥秘。
（一句话那就是“见微而知著”）第一章地球和太阳系的化学组成第一节地球的结构和组成一．大陆地壳和大洋地壳的区别：1.大洋地壳较薄，10-5公里，平均厚8公里；大陆地壳较厚，最厚可达70公里,平均厚33公里。
(整个岩石圈也是大陆较厚，海洋较薄。
海洋为50—60公里，大陆为100—200公里或更深。
)2.在元素的分配上，洋壳比陆壳贫硅和碱金属，但较富镁富铁。
正是这种原因，大洋沉积物中富含Fe、Mn、Co、Ni等亲铁元素，它们是现代海洋中巨大的潜在资源。
二. 固体地球各圈层的化学成分特点○1地壳：O、Si、Al、Fe、Ca○2地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca○3地核：Fe-Ni○4地球：Fe、O、Mg、Si、Ni第二节元素和核素的地壳丰度一．概念1.地球化学体系:按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，每个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理化学状态（C,T,P等）并且有一定的时间联系。
2.丰度:表示元素在某地质体中（如地球，地壳，宇宙星体及某岩类，岩体等）的含量。
3.克拉克值：元素在地壳中的平均含量4.质量克拉克值：若计算元素在地壳中的平均含量时以质量计算，则称为质量克拉克值。
5.原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量（即指某元素在某地质体中全部元素的原子总数中所含原子个数的百分数）任意元素的原子克拉克值=某元素在某地质体中的相对原子数（用N表示）/所有元素相对原子数之和（用 N表示）6.浓度克拉克值：某元素在某地质体中的平均含量/元素克拉克值二．克拉克值的变化规律：①递减：元素的克拉克值大体上随原子序数的增加而减少（但锂，铍，硼以及惰性气体的含量并不符合上述规律，丰度值很低）②偶数规则：周期表中原子序数为偶数的元素总分布量（86%）大于奇数元素的总分布量（14%）。
地球化学讲义第二章
Si↓↓++ Si Si ↓ ↓ ↓ +
架状： Al ↓ ↓ + Si ↓ ↓ ++ Al 链状： Al ↓ ↓ + Si ↓ ↓ ↓ + ： 如何代换？岛状： Si ↓ ↓ ↓ ↓ Si与Al不能代 换 ：
Al ↓ ↓ +
（ ↓ 共价电子对，+自由电子） Al—O(1.7Å)与Si—O（1.61Å）其键长相差6%，两者间易发生代换。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2011年7月21日更新
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地 球 化 学
键性不同，彼此不能置换
Cu,Hg是亲硫元素，倾向于形成共价键 Na,Ca是亲氧元素，倾向于形成离子键
代换中，不同键性的相对关系接近，是代换的一个重 要条件。
自然界中: Si(Si4+ ,0.39Å), Al(Al3+,0.57Å)代换十分普遍 铝硅酸盐
地 球 化 学
一、自然界元素结合的类型及特点
自然界元素结合分两种： 同种或性质相似元素的结合--非极性键，一般形成共价键； 异种元素结合--极性键，一般形成离子键。 自然界元素结合特点： 多键性和过渡性； 自然界形成的化合物（矿物）都是不纯的，每一种矿物 都构成一个成分复杂、含量变化的混合物系列
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第二章 自然体系中元 素 共 生 结 合 规 律
地 球 化 学
本章内容
自然界元素结合的类型及特点 元素的地球化学亲和性 类质同象代换及微量元素共生结合 规律 晶体场理论在解释过渡族元素结合 规律上的应用
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《地球化学》课程笔记
《地球化学》课程笔记第一章：地球化学概述一、地球化学的定义与范畴1. 定义地球化学是研究地球及其组成部分的化学组成、化学作用、化学演化规律以及这些过程与地球其他物理、生物过程的相互关系的学科。
2. 范畴地球化学的研究范畴包括但不限于以下几个方面：- 地球的物质组成和结构- 元素在地球各圈层中的分布、迁移和循环- 岩石和矿物的形成、演化和分类- 生物与地球化学过程的相互作用- 地球表面环境的化学演化- 自然资源和能源的地球化学特征- 环境污染和生态破坏的地球化学机制二、地球化学的研究内容1. 地球的物质组成- 地壳：研究地壳的化学成分、岩石类型、矿物组成及其变化规律。
- 地幔：探讨地幔的化学结构、岩石类型、矿物组成和地球化学动力学过程。
- 地核：分析地核的物质组成、物理状态和地球化学性质。
- 地球表面流体：研究大气、水圈和生物圈的化学组成和演化。
2. 元素地球化学- 元素的丰度：研究元素在地壳、地幔、地核中的丰度分布。
- 元素的分布：分析元素在地球各圈层中的分布规律和影响因素。
- 元素的迁移与富集：探讨元素在地质过程中的迁移机制和富集条件。
- 元素循环：研究元素在地球系统中的循环路径和循环速率。
3. 岩石地球化学- 岩石成因分类：根据岩石的化学成分、矿物组成和形成环境对岩石进行分类。
- 岩浆岩地球化学：研究岩浆的起源、演化、结晶过程和岩浆岩的地球化学特征。
- 沉积岩地球化学：分析沉积物的来源、沉积环境和沉积岩的地球化学特点。
- 变质岩地球化学：探讨变质作用过程中岩石的化学变化和变质岩的地球化学特征。
4. 矿物地球化学- 矿物的化学成分：研究矿物的化学组成、晶体结构和化学键合。
- 矿物的形成与变化：探讨矿物的形成条件、变化过程和稳定性。
- 矿物物理性质与地球化学：分析矿物的物理性质与地球化学环境的关系。
- 矿物化学分类：根据矿物的化学成分和结构特点进行分类。
5. 生物地球化学- 生物地球化学循环：研究元素在生物体内的循环过程和生物地球化学循环的模式。
《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。
地球化学复习重点
绪论:1. 地球化学:地球化学是研究地球及其子系统(含部分宇宙)的化学组成、化学作用和化学演化的科学.2. 地球化学研究的基本问题:①元素(同位素)在地球及各子系统中的组成②元素的共生组合和存在形式③研究元素的迁移④研究元素(同位素)的行为⑤元素的地球化学演化3. 地球化学的研究思路:"见微而知著"。
通过观察原子、研究元素(同位素),以求认识地球和地质作用地球化学现象。
4. 简述地球化学的研究方法:A. 野外工作方法:①宏观地质调研②运用地球化学思维观察、认识地质现象③在地质地球化学观察的基础上,根据目标任务采集各种地球化学样品B.室内研究方法:④量的测定,应用精密灵敏的分析测试方法,以取得元素在各种地质体中的含量值⑤质的研究,也就是元素结合形态和赋存状态的研究⑥动的研究,地球化学作用过程物理化学条件的测定和计算。
包括测定和计算两大类。
⑦模拟地球化学过程,进行模拟实验。
⑧测试数据的多元统计处理和计算。
第一章:基本概念1. 地球化学体系:我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系,每个地球化学体系都有一定的时间连续,具有一定的空间,都处于特定的物理化学状态(T、P 等)2. 丰度:一般指的是元素在这个体系中的相对含量(平均含量)。
3. 分布:元素的分布指的是元素在一个化学体系中(太阳、陨石、地球、地壳、某地区)整体的总的含量特征。
4. 分配:元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域、各个区段中的含量。
5. 研究元素丰度的意义:①元素丰度是每一个地球化学体系的基本数据以在同一体系中或不同体系中用元素的含量值来进行比较,通过纵向(时间)、横向(空间)上的比较,了解元素基本特征和动态情况,从而建立起元素集中、分散、迁移等系列的地球化学概念。
是研究地球、研究矿产的重要手段之一。
②研究元素丰度是研究地球化学基础理论问题的重要素材之一。
宇宙天体是怎样起源的?地球又是如何形成的?地壳中主要元素为什么与地幔中的主要元素不一样?生命是怎么产生和演化的?这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分布特征和分布规律。
第二章-3-生油岩
3. 使用热解方法测定成熟度
对岩样加温热解可测出 其中所含吸附烃(S1)， 干酪 其中所含吸附烃 ， 根热解烃（ 根热解烃（S2）和二氧化碳 等物质。 （S3）等物质。 根 据 转 化 率 S1/(S1+S2) 和热解峰温t(热解过程中温 和热解峰温 热解过程中温 度达到的高峰值)可以用来 度达到的高峰值 可以用来 确定有机质的成熟度。 确定有机质的成熟度。 S1/(S1+S2) 达 到 0 . 1 时 ， 有机质进入成熟生油区。 有机质进入成熟生油区。 S1/(S1+S2)达到 以后， 达到0.4以后 达到 以后， 进入湿气带。 进入湿气带。
（三）有机质成熟度： 有机质成熟度：
有机质必须经过成熟作用方能形成石油和天然气， 有机质必须经过成熟作用方能形成石油和天然气 ， 成熟作用的水平决定着生成物的性质和数量。用于研究 成熟作用的水平决定着生成物的性质和数量。 成熟度的方法主要有下列几方面： 成熟度的方法主要有下列几方面： 1. 使用光学方法测定生油岩有机质的成熟度： 使用光学方法测定生油岩有机质的成熟度： (1) 孢粉和干酪根的颜色： 孢粉和干酪根的颜色： 孢粉和干酪根的颜色随有机质成熟度的增强而加深。 孢粉和干酪根的颜色随有机质成熟度的增强而加深。 未成熟时，孢粉和干酪根的颜色以黄色为主； 未成熟时，孢粉和干酪根的颜色以黄色为主； 成熟时，孢粉的颜色以褐色为主， 成熟时，孢粉的颜色以褐色为主，干酪根的颜色为 橙色、褐色、褐黑色； 橙色、褐色、褐黑色； 过成熟时，孢粉和干酪根的颜色皆变为黑色。 过成熟时，孢粉和干酪根的颜色皆变为黑色。
第四节
生油岩的概念： 一. 生油岩的概念：
生油岩
生油岩这一概念，不同的人有不尽相同的理解， 生油岩这一概念，不同的人有不尽相同的理解，按照 亨特的定义： 亨特的定义： 生油岩是指曾经产生并排出足以形成工业性油、 生油岩是指曾经产生并排出足以形成工业性油、气聚 集之烃类的细粒沉积物。 集之烃类的细粒沉积物。 当然，在实际研究工作中，尤其在研究初期， 当然，在实际研究工作中，尤其在研究初期，有时很 难确定是否排出过足够的烃，对这样的生油岩可称之为可 难确定是否排出过足够的烃，对这样的生油岩可称之为可 能生油岩。 能生油岩。
地球化学知识点整理
地球化学绪论1、地球化学的定义：地球化学是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学2、地球化学的基本问题：【填空】（1）质：地球系统中元素的组成（2）量：元素的共生组合和赋存形式（3）动：元素的迁移和循环（4）史：地球的历史和演化3、地球化学研究思路：【简答】在地质作用过程中，在宏观地质体变化和形成的同时，亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹，它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息，应用现代化学分析测试手段，剖析这些微观踪迹，从而揭示宏观地质作用的奥秘。
即“见微而知著”。
第一章地球和太阳系的化学组成第一节地球的结构和组成1、地球的圈层结构、主要界面名称：（1）地震波（P波和S波）在地球内部传播速度的变化，反映出地球内部物质的密度和弹性是不均一的。
这种不均一性在地球的一定深度表现为突变性质。
由此得出，地球内部具有壳层结构的概念，即认为地球由表及里分为地壳、地幔和地核三个部分。
界面分别为：莫霍面和古登堡面。
（2）上地壳和下地壳分界面为康拉德面。
上地壳又叫做硅铝层，下地壳又叫做硅镁层。
大陆地壳由上、下地壳，而大洋地壳只有下地壳。
【填空】2、固体地球各圈层的化学成分特点：（分布顺序）地壳：O、Si、Al、Fe、Ca地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca地核：Fe-Ni地球：Fe、O、Mg、Si、Ni第二节元素和核素的地壳丰度1、基本概念：【名词解释】（1）地球化学体系：我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，有一定的空间，处于特定的物理-化学状态，并且有一定时间的连续（2）丰度：研究体系中被研究元素的相对含量（3）克拉克值：地壳中元素的平均含量（4）质量克拉克值：以质量计算表示的克拉克值（5）原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量。
它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。
（6）浓度克拉克值：某一元素在地质体中的平均含量与克拉克值的比值2、克拉克值的变化规律：（1）递减：元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。
第二章地球化学有机质类型与研究方法
1、岩石（土壤）样品索氏抽提法 利用加热有机溶剂在抽提器中反复回流，通过干净溶剂不断与样品接触，使有机质逐渐溶解出来，直至全部溶解于有机溶剂中，达到与矿物质相分离的目的。 溶剂：二（三）氯甲烷 碎样：粉碎至100目 脱硫：加活性铜片 过程：连续抽提72小时
二、地质体中有机质类型 地质体中的有机质是生物体有机组分，在成岩作用过程中的残留物及演化产物。残留物是动植物中稳定的化合物，其碳骨架不变，只是发生脱官能团、氢化等作用，如色素（如卟啉等）；而新产生的有机物则破坏了原始碳骨架，形成了不同结构的有机化合物。 在有机地球化学中将地质体中有机质划分为五类： 1、类脂化合物 在生物化学中中指能溶于醚、苯、氯仿等有机溶剂而不溶于水的一类有机合物，包括烃类、醇类、脂肪酸等及其衍生物。 烃类：主要有烷烃、烯烃、炔烃、萜烯、芳香烃、环烷烃及类异戊二烯等； 醇：自然界产出的醇主要C14~C34脂肪醇； 脂肪酸：C10~C35脂肪酸
岩样
抽提
沥青A族组分分离
沉淀沥青质
芳烃组分
可溶部分
饱和烃组分
非烃组分
络合
正构烷烃
异构/环烷烃
不同环数芳烃分离
有机酸、醇分离
粉碎至100目
氯仿索氏抽提
岩石残渣
干酪根分离
原油分离
沥青质
柱层析、薄板层析
正已烷或石油醚
氯仿/乙醇
二氯甲烷
石油醚
GC、同位素
GC、GC/MS
GC、GC/MS
GC、GC/MS
岩石、原油样品具体分析流程：
2、油砂、沥青样品的冷泡法 将油砂、沥青样品破碎后，在玻璃器具中，用有机溶剂（如二氯甲烷）浸泡，一定时间后用过滤法分离有机萃取物。
地球化学-东华理工大学地球化学课件2-TJH-精选文档
二、陨石的化学成分
1、陨石(Meteorite)：是从外层空间落到 地球上的固体物质，质量大小从几克 到几十吨不等. 陨石和流星(meteor)都 来自流星体（meteoroid），当流星 体足够大，并能够受住大气层的严峻 考验落到地面，即为陨石。
2、陨石的研究意义
陨石是空间化学研究的重要对象，具有重要 的研究意义： ① 它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及 其演化的最易获取、数量最大的地外物质； ② 也是认识地球的组成、内部构造和起源的 主要资料来源； ③ 陨石中的60多种有机化合物是非生物合成 的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演 化开拓了新的途径； ④ 可作为某些元素和同位素的标准样品（稀 土元素，铅、硫同位素）。
体系中元素的丰度(abundance)值实际上只能对这 个体系里元素真实含量的一种估计，它只反映了元素 分布特征的一个方面，即元素在一个体系中分布的一 种集中（平均）倾向。 元素在一个体系中的分布（distribution) ，特别是 在较大体系中决不是均一的。因此，元素的分布还包 含着元素在离散程度（不均一）的特征，因此元素的 分布: ①元素的相对含量（平均含量）= “丰度”；② 元素含量的不均一性（分布离散特征数、分布所服从 统计模型）。 需要指出的是，从目前的情况来看，地球化学对元 素特征所积累的资料（包括太阳系、地球、地壳）都 仅限于丰度的资料，关于元素分布的离散程度及元素 分布统计特征研究，仅限于少量范围不大的地球化学 体系内做一些工作。
花岗岩
华南燕山早期 花岗岩体分布图
地球
估算地球化学体系总体化学组成的方法: ① 用主体代表整体。如用太阳的组成代表太 阳系的组成。 ② 若已知系统各部分的成分后，可用加权平 均法求整体的化学组成。如用上中下地壳 的组成求整体地壳的化学组成。 ③ 在拟定的模型基础上，求系统的化学组成 。如用陨石对比法求地球的化学组成。
地球化学 课件
2、地球化学的学科特点
1）地球化学研究的主要物质系统是地球、地壳及地质 作用，因此它是地球科学的一部分。地球化学针对自然作 用过程提出问题，应用地球化学的理论和方法进行研究， 最后得出对自然作用化学机制的认识。
地球化学的学科特点
2）地球化学着重研究地质作用中物质的化学运动规律。在 地球科学中，地球化学与同是研究地球物质组成的结晶学、 矿物学、岩石学和矿床学等学科的关系尤其密切。矿物学、 岩石学和矿床学往往借助并引进地球化学的理论，来研究 各自学科的问题。地球化学研究系统或过程中微量元素和 同位素的特征和演变，地球化学的基本原理具有普遍性， 有更深刻的意义。现代地球化学是地球科学中研究物质成 分的主干学科和基础学科，通过地球化学研究，可以更好 地回答：岩浆形成的深度和温度、各类变质岩的形成温度 和压力、沉积物是否进入地幔、金属矿床和石油的形成环 境和条件等各类问题。
Schematic diagram showing various input and output fluxes of elements into and out of the ocean.
地球化学的研究思路
（2）自然界物质的运动和存在状态是环境和体系介质条件 的函数。地球化学将任何自然过程都看成是热力学过程， 特定的环境和物理化学条件对具有独立个性的原子产生作 用，使后者产生规律的变化。应用现代科学理论来解释自 然体系化学变化的原因和条件，有可能在更深层次上探讨 和认识自然作用的机制。
地球化学的学科特点
5）地球化学在密切关注人类生活和生产活动中发展，它运 用学科自身的知识、理论、研究思路和工作方法研究矿产 资源、资源利用以及农田、畜牧、环境保护等多方面的问 题。因此，地球化学也是应用性很强的学科。当前，环境 地球化学已成为环境科学中的核心组成部分，诸如：酸雨 的形成、臭氧空洞的成因、全球变暖和温室效应、水和土 壤环境的污染等，都是环境地球化学关注的问题，对环境 问题的认识和分析也要求应用地球化学的理论和知识。另 外，如金属矿产和石油等大部分不可再生的资源的找寻和 勘探，也需要地球化学方法和手段的支持。
地球化学知识点整理
地球化学绪论1、地球化学的定义：地球化学是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学2、地球化学的基本问题：【填空】（1）质：地球系统中元素的组成（2）量：元素的共生组合和赋存形式（3）动：元素的迁移和循环（4）史：地球的历史和演化3、地球化学研究思路：【简答】在地质作用过程中，在宏观地质体变化和形成的同时，亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹，它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息，应用现代化学分析测试手段，剖析这些微观踪迹，从而揭示宏观地质作用的奥秘。
即“见微而知著”。
第一章地球和太阳系的化学组成第一节地球的结构和组成1、地球的圈层结构、主要界面名称：（1）地震波（P波和S波）在地球内部传播速度的变化，反映出地球内部物质的密度和弹性是不均一的。
这种不均一性在地球的一定深度表现为突变性质。
由此得出，地球内部具有壳层结构的概念，即认为地球由表及里分为地壳、地幔和地核三个部分。
界面分别为：莫霍面和古登堡面。
（2）上地壳和下地壳分界面为康拉德面。
上地壳又叫做硅铝层，下地壳又叫做硅镁层。
大陆地壳由上、下地壳，而大洋地壳只有下地壳。
【填空】2、固体地球各圈层的化学成分特点：（分布顺序）地壳：O、Si、Al、Fe、Ca地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca地核：Fe-Ni地球：Fe、O、Mg、Si、Ni第二节元素和核素的地壳丰度1、基本概念：【名词解释】（1）地球化学体系：我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，有一定的空间，处于特定的物理-化学状态，并且有一定时间的连续（2）丰度：研究体系中被研究元素的相对含量（3）克拉克值：地壳中元素的平均含量（4）质量克拉克值：以质量计算表示的克拉克值（5）原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量。
它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。
（6）浓度克拉克值：某一元素在地质体中的平均含量与克拉克值的比值2、克拉克值的变化规律：（1）递减：元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。
地球化学知识点总结(详细)
第一章克拉克值：元素在地壳中的丰度，称为克拉克值。
元素在宇宙体或地球化学系统中的平均含量称之为丰度。
丰度通常用重量百分数（%），PPM（百万分之一）或g/t表示。
2 .富集矿物:指所研究元素在其中的含量大大超过它在岩石总体平均含量的那种矿物。
3. 载体矿物:指岩石中所研究元素的主要量分布于其中的那种矿物。
4. 浓集系数 =工业利用的最低品位/克拉克值。
为某元素在矿床中可工业利用的最低品位与其克拉克值之比。
5.球粒陨石：是石陨石的一种。
（约占陨石的84%）：含有球体，具有球粒构造，球粒一般为橄榄石和斜方辉石。
基质由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石组成。
划分为： E群——顽火辉石球粒陨石，比较稀少；O群——普通球粒陨石: H亚群—高铁群，橄榄石古铜辉石球粒损石；L亚群—低铁群，橄榄紫苏辉石球粒陨石； LL亚群—低铁低金属亚群；C群——碳质球粒陨石，含有碳的有机化合物和含水硅酸盐，如烷烃、芳烃、烯烃、氨基酸、卤化物、硫代化合物等。
为研究生命起源提供重要信息。
分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。
Ⅰ型其非挥发性组成代表了太阳系星云的非挥发性元素丰度。
6.浓度克拉克值=某元素在地质体中的平均含量/克拉克值,反映地质体中某元素的浓集程度。
1.陨石在地化研究中的意义：（一）陨石的成分是研究和推测太阳系及地球系统元素成分的重要依据：（1）用来估计地球整体的平均化学成分。
1陨石类比法，即用各种陨石的平均成分或用球粒陨石成分来代表地球的平均化学成分。
2地球模型和陨石类比法来代表地球的平均化学成分，其中地壳占质量的1%，地幔31.4%，地核67.6%，然后用球粒陨石的镍—铁相的平均成分加5.3%的陨硫铁可以代表地核的成分，球粒陨石的硅酸盐相平均成分代表地壳和地幔的成分，用质量加权法计算地球的平均化学成分。
（2）I型碳质球粒陨石其挥发性组成代表了太阳系中非挥发性元素的化学成分。
（二）陨石的类型和成分是用来确定地球内部具层圈结构的重要依据：由于陨石可以分为三种不同的陨石—石陨石、石铁陨石和铁陨石，因而科学家设想陨石是来自某种曾经分异成一个富含金属的核和一个硅酸盐外壳的行星体，这种行星经破裂后就成为各种陨石，其中铁陨石来自核部，石铁陨石来自金属核和硅酸盐幔的界面，而石陨石则来自富硅酸盐的幔区。
(完整版)地球化学复习资料
球类陨石:主要由基质、球粒、金属和一些特殊矿物集合体等组成.碳质球类陨石是球粒陨石中的一个特殊类型，含有碳的有机化合物分子，并且主要由含水硅酸盐组成。
CI型陨石为什么能够作为太阳系元素丰度标准？I型碳质球类陨石中难挥发元素的丰度与太阳一致，且未经受热变质作用影响、形成于远离太阳的较低温区域,是最原始的太阳星云凝聚物资。
因而,它能保持着太阳星云中非挥发元素的初始丰度.第二章复习题1、元素的地球化学亲和性元素地球化学亲和性:主要指阳离子在自然体系中趋向同某种阴离子化合的倾向。
又可指在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性。
2、戈尔德斯密特的元素地球化学分类1）、亲石元素：离子的最外层电子层具有8电子(S2P6）惰性气体型的稳定结构，与氧容易成键，主要集中于硅酸盐相。
2）、亲铜元素：离子的最外层电子层具有18铜型结构（s2p6d10)在自然界中容易与硫形成化合物，这些元素在分配时，主要分配在硫化物相中。
3）、亲铁元素：离子最外层电子层具有8—18过渡型结构,这种元素同氧、硫的化合能力较差，倾向于形成自然元素，因此，这类元素倾向分配在金属相中4）、亲气元素:原子最外层具有8个电子，原子半径大，具有挥发性或易形成挥发性化合物，主要分布在大气圈中。
5）、亲生物元素:这类元素主要富集在生物圈中。
3、类质同像的概念类质同像概念: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中的其他质点（原子、离子、络离子或分子）所占据而只引起晶格常数的微小改变，晶格构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近，这种现象称类质同像. 5、影响元素类质同像的物理化学条件1）、组份浓度—-—“补偿类质同像”一种熔体或溶液中如果缺乏某种组份，当从中晶出包含此种组份的矿物时,熔体或溶液中性质与之相似的其他元素就可以类质同像代换的方式加以补充.2)氧化还原电位.7、电负性；1衡量中性原子得失电子的难以程度2电负性（X)=I（电力能)+E(电子亲和能)3同一周期元素由左到右X值增大，酸碱度与之一致4金属与非金属分界线是元素酸碱性分界线5提供自然反应系中的酸碱度的标准6反映原子的电子层结构特征7决定元素在结合规律中的亲和性与酸碱性8、研究元素类质同像的地球化学意义1)、确定了元素的共生组合。
高等地球化学word版第二章(2021年整理)
高等地球化学word版第二章(word版可编辑修改)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高等地球化学word版第二章(word版可编辑修改)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第一节概述天体化学(Cosmochem以ry)又称空间化学(Space Chemistry)，研究宇宙空间化学元素及其同位素的起源与分布，各类天体的物质组成和化学演化，是空间科学，地球科学和天文学相互杂交渗透而产生的一门新兴学科“J。
19世纪初对太阳光谱的拍摄和少量陨石的研究，开拓了对恒星和其他天体化学成分的研究，从而诞生了天体化学。
20世纪50年代以来，相继发射了人造地球卫星和各种行星际空间探测器，对太阳系空间及各天体的磁场、大气层、表面物质特征、地质构造和内部结构进行了探测，太阳系空间和行星探测的丰硕成果，使天体化学产生了许多新的分支学科;自1969年Ap0110登月计划实施以来，6次Apollo和3次Luna登月探测与取样，月球的综合研究使人类从整体上对月表、月壤、月岩‘岩浆与火山活动、内部结构和演化历史以及地月系起源增添了许多新认识；对全世界已收集的2000多次降落的陨石和南极洲发现的16000多块陨石进行的多学科综合研究，对元素起源,太阳系物质来源，元素宇宙丰度,太阳星云凝聚过程，太阳系演化时间序列,宇宙线时空变化和生命前期有机质的化学演化都取得了许多新的实验证据与理论依据;地球科学中的地球化学，地球物理和比较行星地质学等学科的发展;推动了天体化学与地球科学的结合。
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替 换 能 力 下 降
半 （r1-r2）/r2 径 10-15 差 异 20-40 增 >25-60 加
类质同像程度 完全类质同象 高温类质同象 高温时发生有限类质同象
a.高温下A、B两组分
随机地占据结构中相 同的位置，形成无序 结构； b.随着温度下降，A、 B分别占据各自的结 构位置，造成两相分 离
仅影响变价元素，其结果将造成价态和离子半径的变化， 造成类质同象的变化，如过渡元素等： Fe2+ ----> Fe3+ Mn2+----> Mn4+ Cr 3+ ----> Cr6+ V 3+ ----> V5+ 在内生作用中， Mn2+主要呈类质同象赋存于Fe2+ 矿物中， 进入表生作用条件时， Fe2+易氧化成Fe3+ ，从而使Fe3+和 Mn2+结合于不同矿物中。 U-Th, V-Ti等也有类似现象
3.4 类质同象的地球化学意义
3支配微量元素在交代过程中的行为
如黄铁矿中的 e.g. 花岗岩中，富 Co/Ni比值判别沉积还是岩浆 K的长石、黑云母内： （微量元素和常量元素间的制约、依 热液 Ba、赖关系） Rb、Pb 可以类质同象置换K而富 2+ 3+ O ：不同成因磁 沉积黄铁矿 集； Co/Ni<1, 岩浆热液黄铁矿 例如磁铁矿 : : Ni Fe Fe、 超基性岩 、 Co Cr4 —Fe、Mg 2 Co/Ni>1 在黑云母、角闪石、磁铁矿内：Zn 铁矿有不同标型元素组合。 酸性岩: Li、Be、Rb、Cs、Tl、Ba、 3+ 、Ti4+ 、 可置换Fe而富集 富Cr3+ 、 ①基性、超基性岩： V 2+ + Y 、 W 、 Sn 、 Pb — K 、 Na 、 Si e.g. 钾长石交代斜长石 : Sr 随 Na 带 2+ 2+ 2+ 3+ 铁矿床：沉积成因 Ni 、 Co 含量较低， Co/Ni Mg 、 Co 、 Ni ，贫 Al 出， Rb+随K+带入。 沉积岩：粘土岩、页岩中微量元素丰 比值小； 4+ 而贫 ②酸性岩、碱性岩：富 Al3+ 和 Sn 度高；碳酸盐中 Sr 、 Mn 等元素 利用矿物晶格对类质同象的容量不同， 火山和接触交代成因， Ni 、 Co 含量较高， 2+ Mg ； 1 确定了元素的共生组合 Co/Ni 含量高。 可以分析元素的带入带出 比值大； ③接触交代型碳酸盐岩：富Mg2+、Zn2+ 、 沉积成因 Ti/V 比值较大（ >3.5); 火山和接触 3+ 2决定了元素在共生矿物间的分配 Cu 2+ 、 Ga 交代成因 Ti/V比值较小（ <3.2) ④沉积变质岩：富 Mn2+ 、 V3+ 和Ge4+ 。
Mg1.2 Fe1.8 Zn1.6
3.3 类质同象的规律
Fe2+1.292 Zn2+1.336 Mg2+1.234
比较Zn2+(0.83Å)与Mg2+(0.78Å)、Fe2+(0.83Å)，离子性质很相
似，按戈氏法则能进入铁镁硅酸盐晶格。但是，在硅酸盐熔体 中往往形成ZnSiO4 (硅锌矿)、Zn4[Si2O7][OH]2·2H2O (异极 矿)。 A.E林伍德提出对戈氏法则的补充： 对于二个价数和离子半径相似的阳离子，具有较低电负性 者将优先被结合，因为它们形成一种较强的以离子键成分较多 的化学键。 Zn2+ 857.7 KJ/mol 电负性高的Zn2+晚期形成自身的硅酸 盐矿物 Fe2+ 774 KJ/mol Mg2+ 732 KJ/mol 电负性低的Fe2+ 、Mg2+ 将优先进入 铁、镁硅酸盐晶体
而电荷不同，较高价的离子优先进入较早结晶的矿物晶体中， 称“捕获”（capture），低价离子 被“允许”(admit)进入晚 期矿物。 Sc3+ (0.83Å ) Fe2+ (0.83Å ) 熔体中微量元素 主量元素 Li+ (0.78Å ) Mg2+ (0.78Å ) 高价的Sc3+ 被早期辉石、角闪石等铁镁矿物所“捕获”(Li+ 仍 在熔浆中)。故Sc在基性 、超基性岩中富集。低价的Li+被晚期 黑云母、电气石等铁镁矿物所“允许”。所以，酸性岩、伟 晶岩中Li富集。
思考
辉石通式为XY [Si2O6]，普通辉石：
（Ca,Na)(Mg,Fe2+,Al,Fe3+)[(Si,Al)2O6]哪些元素之间 属于类质同象？
白云石CaMg(CO3)2中Ca与Mg是否为类质同象？
3.1 类质同象与固溶体
替代式固溶体（Substitution solid solution） 填隙式固溶体（Insterstitial solid solution） 缺位式固溶体（Omission solid solution）
3.4 类质同象的地球化学意义
类质同象是支配地壳中元素共生组合的一个重要因素，
特别是对一些微量元素，是决定它们在自然界活动状 况的主要因素。
活动状况：指微量元素的分布、分配、集中、分散及
迁移的规律 。
元素的共生组合：同时、同种成因在同一空间所形成
的元素 组合。 为此，类质同象研究具有重要的理论和实践意义。
3.2 类质同象的条件
⑴熵效应增加是产生类质同象的根本原因。相似元素
越多，类质同象越容易发生。熵效应与温度成正比， 这是随温度增高，类质同象范围增加的一个根本原因。
⑵影响类质同象发育程度的另一效应是类质同象的热
效应（ΔHism），由于类质同象元素性质的差别，致使 化合物晶体结构发生歪曲而导致焓增加，这是一个阻 扰类质同象发育的因素，热效应愈高，类质同象愈难 发生。
3 类质同象
微量元素(<0.1%)的去向问题！
微量元素的分布与分配规律？ 微量元素分布与分配的影响因素？
3.1 类质同象与固溶体
1）关键词：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中 的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离 子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微 小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这 一现象称为“类质同象”。进入晶体中的微量物质称为 “类质同象混入物”，含有类质同象混入物的晶体被称 为“固熔体”。 2） 类质同象是矿物结晶时，其晶体结构中一种位置被两种 或两种以上的元素（或基团）占据而形成混晶的现象。 固熔体就是形成混晶的矿物晶体。 白云石CaMg[CO3]2, 方解石（Ca,Mg, Fe,M 类质同象的规律
⑵优先法则：两种离子电价相同，半径有别，半径
小的离子集中于较早的矿物中，而半径较大的离子 （化学键弱）将在晚期矿物中富集。 Mg2+ Fe2+ Mn2+ 0.78Å 0.83Å 0.91Å 橄榄石等早期矿物 角闪石 黑云母
3.3 类质同象的规律
⑶“捕获”“允许”法则：如果两个离子半径相近，
Na+（1.02埃）--Ca2+ （1.00埃） （异价，半径差很小，完全） Na+ （1.02埃）—K+ （1.38埃） (同价，半径差大，高温完全，低温不完全） K + （1.38埃） --Ca2+ （1.00埃）(异价、半径差大，高温也不完全)
3.2 类质同象的条件
② 共价键化合物： Al3+、Si4+、Be2+、C4+、Zr4+
元素间具有相同或相近的键性，是发生元素类质同 像的重要条件。
亲硫元素一般不与亲氧元素类质同象而形成造岩矿物，所以易于在 岩浆或热液作用的晚期与硫结合富集成矿。
3.2 类质同象的条件
（2）原子或离子结合时的几何关系
①离子键化合物：原子或离子半径是重要条件
（离子键成键特点及键能决定于离子电价及半径）
替代式固溶体
填隙式固溶体
缺位式固溶体
3.2 类质同象的条件
类质同象置换的条件和影响因素
①离子（或原子）自身的性质，如半径相近、电价平 衡、化学键一致、配位多面体的对称性相同等； ②体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和 氧化还原条件等有利于置换的进行； ③固熔体的热力学性质。 具体见后述。
3.2 类质同象的条件
3.2 类质同象的条件
(4)有利的矿物晶体构造
矿物晶体构造越复杂、松弛（偏离最紧密堆积越远）， 发生类质同象的可能性越大。 如云母 粘土矿物 电荷差异易由其它离子补偿，而其质点体积差异可不 受限制。
3.2 类质同象的条件
（1）温度和压力
高温有利于类质同象
原因：高温---->熵效应增高，ΔG=ΔH-TΔS； 以及有效半径趋于一致；增加了离子活动性、无序度增 所以，一般低温下形成的矿物较纯。 低压有利于类质同象 原因：压力与温度的作用相反，压力增大，使配位多面体变 形，不利于较大离子置换较小离子，减少了类质同象范围， 促使类质同象物分解。
3.1 类质同象与固溶体
★类质同象元素同晶格同位随机分布； ★发生类质同象后晶格构造类型、化 学键类型一致或相近； ★离子正负电荷的平衡不变； ★晶格常数将微小变化； ★所形成的晶体在岩石中呈单一物相 出现 。(条纹长石？）
(Fe, Mg)SiO4 (橄榄石)类质同像系列 固熔体的晶格常数随化 Mg2 SiO4 (100-90)橄榄石 合物成分的改变发生线 (Mg, Fe) 2 SiO4 (90-70)、 (70-50)橄榄石 (Fe, Mg) 2 SiO4 (50-30)-、 性变化 (30-10)橄榄石 Fe2 SiO4 (10-0)橄榄石 除Fe-Mg之间外，Mn、Ca、Ni、Co也可发生类质同像。