中国地质大学地球化学全套课件
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中国地质大学 春地球化学 PPT课件
1) 目前国际上采用的CHUR参考值为：143Nd/144Nd=0.512638; 147Sm/144Nd=0.1967
计算出地球形成时的l43 Nd/144 Nd初始比值为0 506633。
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学（北京）
第10页/共41页
中第国五地章质第大3节学S（m北-N京d 同）位素
模式年龄（Model Dates Based on
CHUR)
143 Nd 0
143 Nd t
147 Sm 0
144
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
+
144
Nd
CHUR
et 1
CHUR Model
中国地质大学（北京）
143 Nd t
143 Nd 0
147Sm 0
144
中国地质大学（北京）
实例
Whole-rock Sm-Nd geochronology on Late-Archaean Lewisian complex of Northwestern Scotland
第16页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学（北京）
第17页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
• Sm-Nd法用来测定因Rb/Sr值低或对Rb-Sr不再封闭的岩石年龄；
中国地质大学（北京）
第13页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
三、低变质相火山岩定年
1.Sm-Nd同位素系统的封闭性在低变质作用过程中不易被改变； 2.矿物及岩石的Sm-Nd同位素系统的封闭温度较高（相对于Rb-Sr而言）； 3.最早的Sm-Nd定年研究主要集中于太古宙火山岩的结晶年龄的测定。
计算出地球形成时的l43 Nd/144 Nd初始比值为0 506633。
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学（北京）
第10页/共41页
中第国五地章质第大3节学S（m北-N京d 同）位素
模式年龄（Model Dates Based on
CHUR)
143 Nd 0
143 Nd t
147 Sm 0
144
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
+
144
Nd
CHUR
et 1
CHUR Model
中国地质大学（北京）
143 Nd t
143 Nd 0
147Sm 0
144
中国地质大学（北京）
实例
Whole-rock Sm-Nd geochronology on Late-Archaean Lewisian complex of Northwestern Scotland
第16页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学（北京）
第17页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
• Sm-Nd法用来测定因Rb/Sr值低或对Rb-Sr不再封闭的岩石年龄；
中国地质大学（北京）
第13页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
三、低变质相火山岩定年
1.Sm-Nd同位素系统的封闭性在低变质作用过程中不易被改变； 2.矿物及岩石的Sm-Nd同位素系统的封闭温度较高（相对于Rb-Sr而言）； 3.最早的Sm-Nd定年研究主要集中于太古宙火山岩的结晶年龄的测定。
中国地质大学-2012春地球化学课件-第5章1
①α衰变：原子核自发地放射出α粒子而发生的
衰变。
ZAM1
M A－4
Z－2 2
例 如：
226 88
Ra
222 86
Rn
24He
②β衰变: 原子核自发地放射出β粒子和中微
子而发生的放射性衰变. 分为β＋和－两种类型.
A.β+衰变:原子核自发放射出β+粒子。β+粒
子又称正电子，是质量与电子相等而带正电荷
University Press. ➢ Robin Gill, Chemical Fundamentals of Geology,1996, Chapman &
Hall. ➢ Mason, B., Moore, C.B. Principles of Geochemistry. (4th ed.). 1982,
➢ 郑永飞主编. 1999. 化学地球动力学，北京：科学出版社郑永 飞, 陈江峰(编著). 2000. 稳定同位素地球化学. 北京：科学 出版社.
➢ 于津生,李耀菘(主编), 1997. 中国同位素地球化学研究.北京： 科学出版社.
➢ 陈文寄,彭贵 (主编). 1991, 年轻地质体系的年代测定. 北京: 地震出版社.
应用：地球热源、地质时钟、矿物岩石形成 温度测定、成岩成矿地球化学机理推断、地 壳演化历史示踪以及地质作用指示剂；
同位素地质年代学的定义
地质年代学 (geochronology): 研究岩层形成的 年代顺序及测定其年龄值的学科。地质年代学包 括相对地质年代学和同位素地质年代学两大分支。 相对地质年代学的研究对象：地层、岩石、古生 物和古地磁。 同位素地质年代学（Isotopic geochronology)， 又称绝对地质年代学。它是研究同位素地质记时 方法并用以研究各种地质体的形成时间和演化历 史的一门地质科学。
中国地质大学 2012春 地球化学课件 第2章1
第2章元素结合规律与赋存形式
酸性岩主要是K、Na、Si、Al、Be、Th等形 成的矿物组合，基性岩主要是Fe、Mg等形 成的矿物组合；
不同矿石、矿物元素组合方式千变万化，但 同一类型岩石中特定元素则相伴出现 （why??）。
反映自然界元素之间存在一定的结合倾向和 规律，即：元素存在形式和共生规律。
本章内容：
• 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； • 元素结合的微观控制因素； • 元素的赋存状态及其研究方法；
计划学时10个
• 元素的地球化学亲和性
常量元素
• 矿物晶体结晶过程的类质同像
控制微量元素的地球化学行为
• 晶体场理论的控制
• 亲气元素(atmophile elements)：原子最外电子层具有8个电 子的稳定结构。具有挥发性，或易生成挥发性化合物。主 要集中在大气圈。
• 亲生物元素(biophile elements)：主要为C、N、H、O、P、 B等元素，一般富集在生物圈内。
元素地球化学亲合性形成的内在原因可以从以 下几方面进行分析：
元素电负性表
除了离子的电负性外，离子键性、电价、半径等 也影响元素的地球化学亲和性。
在判断元素的地球化学亲和性时，化学键性是第 一位的控制因素。键型相同时要考虑原子(离子) 结合时的几何稳定性，如半径－离子半径小的元 素亲氧，离子半径大的元素亲硫。
当元素间以共价键形式相结合时，因共价键有方 向性和饱和性，元素的结合还会受到配位多面体 形式的制约。
元素间电负性差值为判断元素结合时的化学键性 提供良好标尺。是制约元素亲和性的主要因素。 根据金属离子与氧或硫电负性差值可判断元素亲 氧或亲硫性强弱.
酸性岩主要是K、Na、Si、Al、Be、Th等形 成的矿物组合，基性岩主要是Fe、Mg等形 成的矿物组合；
不同矿石、矿物元素组合方式千变万化，但 同一类型岩石中特定元素则相伴出现 （why??）。
反映自然界元素之间存在一定的结合倾向和 规律，即：元素存在形式和共生规律。
本章内容：
• 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； • 元素结合的微观控制因素； • 元素的赋存状态及其研究方法；
计划学时10个
• 元素的地球化学亲和性
常量元素
• 矿物晶体结晶过程的类质同像
控制微量元素的地球化学行为
• 晶体场理论的控制
• 亲气元素(atmophile elements)：原子最外电子层具有8个电 子的稳定结构。具有挥发性，或易生成挥发性化合物。主 要集中在大气圈。
• 亲生物元素(biophile elements)：主要为C、N、H、O、P、 B等元素，一般富集在生物圈内。
元素地球化学亲合性形成的内在原因可以从以 下几方面进行分析：
元素电负性表
除了离子的电负性外，离子键性、电价、半径等 也影响元素的地球化学亲和性。
在判断元素的地球化学亲和性时，化学键性是第 一位的控制因素。键型相同时要考虑原子(离子) 结合时的几何稳定性，如半径－离子半径小的元 素亲氧，离子半径大的元素亲硫。
当元素间以共价键形式相结合时，因共价键有方 向性和饱和性，元素的结合还会受到配位多面体 形式的制约。
元素间电负性差值为判断元素结合时的化学键性 提供良好标尺。是制约元素亲和性的主要因素。 根据金属离子与氧或硫电负性差值可判断元素亲 氧或亲硫性强弱.
微量元素地球化学课件中国地质大学4微量元素在不同地质体中的分布与分配
微量元素的应用
微量元素在环境科学、农业科学、医学科学中的应用 微量元素在工业生要性和前景 未来微量元素地球化学研究的方向和挑战
微量元素地球化学课件中 国地质大学4微量元素在 不同地质体中的分布与分 配
微量元素地球化学课件中国地质大学4
简介
微量元素的定义和分类 微量元素在地球化学中的作用与意义
微量元素的分布
地球表层的微量元素分布 深部地球中微量元素分布 微量元素的生物地球化学循环
微量元素的分配
微量元素在不同岩石类型和矿物中的分布和富集 微量元素在不同地质体中的分布特征 微量元素作为矿床勘查指标的应用
中国地质大学 2012春地球化学课件 第4章3REE
第4章 微量元素地球化学
Geochemistry of Trace Elements
本章的主要内容：
• 基本概念 • 微量元素在共存相中的分配 • 岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型 • 稀土元素地球化学 • 微量元素的示踪意义
4.4 稀土元素的地球化学行为
稀土元素是微量元素中一组独特的成员。 稀土元素地球化学近年来获得了异常迅猛 的发展，并广泛地应用于解决各类岩石成 因及成矿问题，日益受到国内外地球化学 家、岩石学家和矿床学家的重视。
4.4.1 稀土元素晶体化学和地球化学性质
1. 稀土元素电子构型
稀土元素：包括从镧到镥(Z=57-71)的15种元素，
周期表中属于ⅢB族。
由于它们的电子构型非常近似，因此所有稀土元
素具有十分相似的化学和物理性质。由于钇(Z=39) 显示出与“镧系元素”相似的化学性质，有时也 将它包括在稀土元素之内。
变价离子(Eu，Ce等)不同价态的比例取决于 体系的成分、氧逸度、温度和压力；
3．REE的配位和离子半径
矿物中REE占据多种多样的配位多面体，从六次 到十二次，甚至更高的配位均有。较小的稀土元 素占据六次配位位臵，但这种情况在矿物中少见。
一般REE在矿物中的配位要大些，最常见的配位 是七次到十二次，如榍石中为七次，锆石中为八 次，独居石中为九次，褐帘石中为十一次和钙钛 矿中为十二次。 REE离子占据位臵的多样性无疑造成REE矿物化 学的复杂性，对此尚有许多问题需要阐明。
自然体系中，已证明确有2价铕离子(Eu2＋) 和4价铈离子(Ce4＋)； 直今未在任何矿物或天然水中发现Tb4＋的 存在。由于碳质球粒陨石某些包体中存在 Eu和Yb负异常，且两者浓度间具有联系， 推断Yb2＋在自然界是存在的。但要求极其 还原的条件(比形成月岩还要还原)。地壳正 常条件下，镱只呈Yb3＋；
Geochemistry of Trace Elements
本章的主要内容：
• 基本概念 • 微量元素在共存相中的分配 • 岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型 • 稀土元素地球化学 • 微量元素的示踪意义
4.4 稀土元素的地球化学行为
稀土元素是微量元素中一组独特的成员。 稀土元素地球化学近年来获得了异常迅猛 的发展，并广泛地应用于解决各类岩石成 因及成矿问题，日益受到国内外地球化学 家、岩石学家和矿床学家的重视。
4.4.1 稀土元素晶体化学和地球化学性质
1. 稀土元素电子构型
稀土元素：包括从镧到镥(Z=57-71)的15种元素，
周期表中属于ⅢB族。
由于它们的电子构型非常近似，因此所有稀土元
素具有十分相似的化学和物理性质。由于钇(Z=39) 显示出与“镧系元素”相似的化学性质，有时也 将它包括在稀土元素之内。
变价离子(Eu，Ce等)不同价态的比例取决于 体系的成分、氧逸度、温度和压力；
3．REE的配位和离子半径
矿物中REE占据多种多样的配位多面体，从六次 到十二次，甚至更高的配位均有。较小的稀土元 素占据六次配位位臵，但这种情况在矿物中少见。
一般REE在矿物中的配位要大些，最常见的配位 是七次到十二次，如榍石中为七次，锆石中为八 次，独居石中为九次，褐帘石中为十一次和钙钛 矿中为十二次。 REE离子占据位臵的多样性无疑造成REE矿物化 学的复杂性，对此尚有许多问题需要阐明。
自然体系中，已证明确有2价铕离子(Eu2＋) 和4价铈离子(Ce4＋)； 直今未在任何矿物或天然水中发现Tb4＋的 存在。由于碳质球粒陨石某些包体中存在 Eu和Yb负异常，且两者浓度间具有联系， 推断Yb2＋在自然界是存在的。但要求极其 还原的条件(比形成月岩还要还原)。地壳正 常条件下，镱只呈Yb3＋；
中国地质大学 2012春 地球化学课件第2章4
2 E eg + 3 E t2 g = 0
与 Ee − Et
g
2g
= 10 D q
联立求解得:
E t2 g = − 4 D q
和
E eg = 6 D q
当一个电子处于t2g轨道，将使系统能量下降4Dq， 若一个电子处于eg轨道，将使系统能量上升6Dq
dz2, d(x2－y2) －
eg
10Dq Es
图2.25 八面体配位中过渡金属离子d轨道的分裂示意图 In an octahedral crystal field，the energy of the d orbitals projected between the coordinates and the ligands (the t2g orbitals) are lowered relative to the energy of the orbitals projected toward the ligands (eg orbitals).
Electronic Configurations and Crystal Field Stabilization Energies of First Transition Series Metal Ions in Octahedral Configuration.
4. 八面体择位能
Octahedral site preference energy-OSPE 任意给定的过渡元素离子，在八面体场中的晶 体场稳定能一般总是大于在四面体场中的晶体 场稳定能。 二者的差值称为该离子的八面体择 位能(OSPE)。这是离子对八面体配位位置亲和 势的量度。八面体择位能愈大，驱使离子进入 八面体配位位置的趋势愈强，且愈稳定。 已证实：当离子溶解于存在着各种不同对称性 配位多面体的多组分熔体中时，如果热能在不 同位置上能量差相当，分子将在各位置中分配。
与 Ee − Et
g
2g
= 10 D q
联立求解得:
E t2 g = − 4 D q
和
E eg = 6 D q
当一个电子处于t2g轨道，将使系统能量下降4Dq， 若一个电子处于eg轨道，将使系统能量上升6Dq
dz2, d(x2－y2) －
eg
10Dq Es
图2.25 八面体配位中过渡金属离子d轨道的分裂示意图 In an octahedral crystal field，the energy of the d orbitals projected between the coordinates and the ligands (the t2g orbitals) are lowered relative to the energy of the orbitals projected toward the ligands (eg orbitals).
Electronic Configurations and Crystal Field Stabilization Energies of First Transition Series Metal Ions in Octahedral Configuration.
4. 八面体择位能
Octahedral site preference energy-OSPE 任意给定的过渡元素离子，在八面体场中的晶 体场稳定能一般总是大于在四面体场中的晶体 场稳定能。 二者的差值称为该离子的八面体择 位能(OSPE)。这是离子对八面体配位位置亲和 势的量度。八面体择位能愈大，驱使离子进入 八面体配位位置的趋势愈强，且愈稳定。 已证实：当离子溶解于存在着各种不同对称性 配位多面体的多组分熔体中时，如果热能在不 同位置上能量差相当，分子将在各位置中分配。
地球化学讲义第一章
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2010年6月1日更新
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由表可知:
地 球 化 学
对于这样的数据我们应有一个正确的的评价: 首先这是一种估计值,是反映目前人类对太阳系的认识 水平,这个估计值不可能是很精确的,随着人们对太阳系以 至于宇宙体系的探索的不断深入,这个估计值会不断的修正; 它反映了元素在太阳系分布的总体规律,虽然还是很粗 略的,但从总的方面来看,它反映了元素在太阳系分布的总 体规律. 如果我们把太阳系元素丰度的各种数值先取对数,随后 对应其原子序数作出曲线图(如下图)时,我们会发现太阳 系元素丰度具有以下规律:
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地 球 化 学
2.陨石的平均化学成分
要计算陨石的平均化学成分必须要解决两个问题:首先要了 解各类陨石的平均化学成分;其次要统计各类陨石的比例.各 学者采用的方法不一致.(V.M.Goldschmidt 采用硅酸盐:镍铁:陨硫铁=10:2:1).陨石的平均化学成分计算结果如下:
宇航员
月球车
火星车
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地 球 化 学
太阳系景观
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地 球 化 学
(二) 陨石的化学成分
陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片.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).
地球化学讲义第五章同位素地球化学中国地质大学
地球化学
——多媒体课件
2021年8月22日
第2页/共78页
第五章 同位素地球化学
地
同位素地球化学是研究地壳和地球中核素的形成、丰
球 度及其在地质作用中分馏和衰变规律的科学。
化
学
同位素地球化学
2021年8月22日
第3页/共78页
第五章 同位素地球化学
地
本章内容
球 自然界引起同位素成分变化的原因 化 学 同位素年代学
稳定同位素地球化学
2021年8月22日
第4页/共78页
地 球 化 学
同位素地球化学在解决地学领域问题的独到之处：
1）计时作用：每一对放射性同位素都是一只时钟，自地 球形成以来它们时时刻刻地，不受干扰地走动着，这样可以 测定各种地质体的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武纪地层及 复杂地质体。
2）示踪作用：同位素成分的变化受到作用环境和作用本 身的影响，为此，可利用同位素成分的变异来指示地质体形 成的环境条件、机制，并能示踪物质来源。
O的质子数P=8，但中子数分别为8、9、10，因此， 氧有质量数分别为16O、17O、18O三个同位素。
2021年8月22日
地 球 化 学
(一) 核素的性质
第7页/共78页
(1)核素具有电荷：一个质子带有一个单位的正电荷，原子的核电荷数等于质子 数，并由此决定原子的核外电子数。核电荷数一旦改变就变成了另外一种元素， 同时核电荷数也影响着核的组成及结构，即决定核的稳定性。
112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn 自然界也存在只有一种同位素单独组成的元素： Be、F、Na、Al、P等27种。其余大多数由2-5种同位素组 成。
2021年8月22日
——多媒体课件
2021年8月22日
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第五章 同位素地球化学
地
同位素地球化学是研究地壳和地球中核素的形成、丰
球 度及其在地质作用中分馏和衰变规律的科学。
化
学
同位素地球化学
2021年8月22日
第3页/共78页
第五章 同位素地球化学
地
本章内容
球 自然界引起同位素成分变化的原因 化 学 同位素年代学
稳定同位素地球化学
2021年8月22日
第4页/共78页
地 球 化 学
同位素地球化学在解决地学领域问题的独到之处：
1）计时作用：每一对放射性同位素都是一只时钟，自地 球形成以来它们时时刻刻地，不受干扰地走动着，这样可以 测定各种地质体的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武纪地层及 复杂地质体。
2）示踪作用：同位素成分的变化受到作用环境和作用本 身的影响，为此，可利用同位素成分的变异来指示地质体形 成的环境条件、机制，并能示踪物质来源。
O的质子数P=8，但中子数分别为8、9、10，因此， 氧有质量数分别为16O、17O、18O三个同位素。
2021年8月22日
地 球 化 学
(一) 核素的性质
第7页/共78页
(1)核素具有电荷：一个质子带有一个单位的正电荷，原子的核电荷数等于质子 数，并由此决定原子的核外电子数。核电荷数一旦改变就变成了另外一种元素， 同时核电荷数也影响着核的组成及结构，即决定核的稳定性。
112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn 自然界也存在只有一种同位素单独组成的元素： Be、F、Na、Al、P等27种。其余大多数由2-5种同位素组 成。
2021年8月22日
微量元素地球化学中国地质大学4微量元素在不同地质体中的分布与分配幻灯片
Bougault & Hekinian 1974 Villemant et al. 1981 Nikogosian & Sobolev 1997 Villemant et al. 1981 Villemant et al. 1981 McKenzie & O'Nions 1991 Paster et al. 1974 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 McKenzie & O'Nions 1991 Nikogosian & Sobolev 1997 McKenzie & O'Nions 1991 Frey 1969 Nikogosian & Sobolev 1997 Frey 1969 Villemant et al. 1981 Villemant et al. 1981 Kloeck & Palme 1988
Experimental
6.6
Experimental
0.007
Experimental
0.73
Experimental
1.85
Experimental
3.1
Experimental
12.2
Phenocrysts-Matrix
0.86 0.04 0.009 0.06 0.03 0.0004 0.01 0.0008 0.0013 0.0016 0.0015 0.007 0.0016 0.009 0.021 0.018 0.04 0.03 0.7
Mineral Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine
Experimental
6.6
Experimental
0.007
Experimental
0.73
Experimental
1.85
Experimental
3.1
Experimental
12.2
Phenocrysts-Matrix
0.86 0.04 0.009 0.06 0.03 0.0004 0.01 0.0008 0.0013 0.0016 0.0015 0.007 0.0016 0.009 0.021 0.018 0.04 0.03 0.7
Mineral Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine Olivine
(2024年)地球化学课件5
研究对象
地球及其子系统中的化学元素，包括常量元素、微量元素和痕量元素。
2024/3/26
4
地球化学元素及其分布
01
常量元素
构成地球岩石圈的主要元素， 如氧、硅、铝、铁、钙、钠、
钾、镁等。
2024/3/26
02
微量元素
在地球岩石圈中含量较低，但 对地球化学过程有重要影响的 元素，如铜、锌、铅、钴、镍
环境问题
资源开发过程中可能产生的环境问题包括土壤污染、水污染、大气污染和生态破 坏等。
治理措施
针对不同类型的环境问题，采取相应的治理措施，如土壤修复、污水处理、大气 治理和生态恢复等。同时，加强环境监管和法律法规建设，提高资源开发企业的 环保意识和社会责任感。
25
未来发展趋势预测
2024/3/26
生物作用
水体中的生物通过新陈代谢作用， 吸收、转化和释放化学物质，影响 水体的化学成分。
13
水资源评价与保护
01
水质评价
通过对水体中各种化学物质的 含量和性质进行分析和评价， 了解水体的污染程度和水质状
况。
02
水量评价
通过对河流、湖泊、水库等水 体的水量进行测量和分析，评 估水资源的丰富程度和可利用
地球化学填图
通过区域性的地球化学调查，编 制地球化学图，反映元素或化合 物在地质体中的分布、分配和富 集规律，为资源勘查提供基础资
料。
指示元素法
利用某些元素或元素组合与特定 资源类型之间的相关性，通过寻 找这些指示元素来预测资源分布
。
2024/3/26
24
资源开发利用过程中环境问题及治理措施
2024/3/26
等。
03
痕量元素
地球及其子系统中的化学元素，包括常量元素、微量元素和痕量元素。
2024/3/26
4
地球化学元素及其分布
01
常量元素
构成地球岩石圈的主要元素， 如氧、硅、铝、铁、钙、钠、
钾、镁等。
2024/3/26
02
微量元素
在地球岩石圈中含量较低，但 对地球化学过程有重要影响的 元素，如铜、锌、铅、钴、镍
环境问题
资源开发过程中可能产生的环境问题包括土壤污染、水污染、大气污染和生态破 坏等。
治理措施
针对不同类型的环境问题，采取相应的治理措施，如土壤修复、污水处理、大气 治理和生态恢复等。同时，加强环境监管和法律法规建设，提高资源开发企业的 环保意识和社会责任感。
25
未来发展趋势预测
2024/3/26
生物作用
水体中的生物通过新陈代谢作用， 吸收、转化和释放化学物质，影响 水体的化学成分。
13
水资源评价与保护
01
水质评价
通过对水体中各种化学物质的 含量和性质进行分析和评价， 了解水体的污染程度和水质状
况。
02
水量评价
通过对河流、湖泊、水库等水 体的水量进行测量和分析，评 估水资源的丰富程度和可利用
地球化学填图
通过区域性的地球化学调查，编 制地球化学图，反映元素或化合 物在地质体中的分布、分配和富 集规律，为资源勘查提供基础资
料。
指示元素法
利用某些元素或元素组合与特定 资源类型之间的相关性，通过寻 找这些指示元素来预测资源分布
。
2024/3/26
24
资源开发利用过程中环境问题及治理措施
2024/3/26
等。
03
痕量元素
微量元素地球化学(中国地质大学) 2微量元素的地球化学分类ppt课件
Ce
0.006 0.02 0.092 0.007 0.082 0.843 2
Nd
0.006 0.03 0.230 0.026 0.055 1.340 2
Sm
0.007 0.05 0.445 0.102 0.039 1.804 1
Eu
0.007 0.05 0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1
2. 一切自然过程均趋向于局部平衡，元 素在平衡条件下，在各共存相之间的 分配取决于元素及矿物的晶体化学性 质及物理化学条件。
8
问题
元素在不同地球化学储库形成过程中具 有什么样的地球化学行为？
控制不同元素地球化学行为差异的因素 是什么？
微量元素地球化学的基本理论
9
Geochemical Affinity
摩尔浓度 活度系数
i xi i xi
Ki(P,T )
21
i
xi
i
xi
Ki(P,T )
？？？
xi xi
Ki(P,T )
Molar partition (Nernst) coefficient
D *i
xi xi
and
xi xi 1
p
p
22
ni
wi Mi
wi
xi
ni M i ni
18
IB IIB Al Si P S Cl Ar
19
20
21
22 23
24
25
26
27
28
29
30
31
32 33
34 35
36
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
微量元素地球化学课件中国地质大学3微量元素在主要地质作用过程中的活动行为89页PPT
在岩浆成岩过程中，会发生一系列物理 化学变化及和围岩之间的物质交换（主 要包括分离结晶作用、同化混染及岩浆 不混溶作用），而导致岩浆成分的演化， 并最终形成岩石系列。
部分熔融作用（PM） 分离结晶作用（FC） 同化混染作用（A） 同化混染-分离结晶作
用（AFC）
部分熔融作用（PM）
岩浆产生的实质 就是固态物质向 液态转变的过程
+岩石))
批次熔融
• 对不同Di值时， CL/CO对F变化
• Di = 1.0
From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
– 熔体中元素i 的浓度非常低
– 尤其在低度部 分熔融时 (即 低F值)更低
From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Di »1.0 (相容元素)
– 高度富集在 部分熔融产 生的最初的 少量熔体里
– 此后，随F值 增加而快速 降低
From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Fe-Ni核
20
岩浆产生的实质就是固态物质向液态转 变的过程，当地壳或地幔岩石所处环境 的温度升高或压力降低时，岩石就可能 发生熔融，所产生的熔体与原岩分离后 就形成原生岩浆；
部分熔融过程中，较早被熔融的组分称 为易熔组分，较难熔融的组分称为难熔 （或耐熔）组分。
岩浆形成后由于密度及压力差，因而会 向上部迁移，并最终形成侵入岩或火山 岩。
部分熔融作用（PM） 分离结晶作用（FC） 同化混染作用（A） 同化混染-分离结晶作
用（AFC）
部分熔融作用（PM）
岩浆产生的实质 就是固态物质向 液态转变的过程
+岩石))
批次熔融
• 对不同Di值时， CL/CO对F变化
• Di = 1.0
From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
– 熔体中元素i 的浓度非常低
– 尤其在低度部 分熔融时 (即 低F值)更低
From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Di »1.0 (相容元素)
– 高度富集在 部分熔融产 生的最初的 少量熔体里
– 此后，随F值 增加而快速 降低
From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Fe-Ni核
20
岩浆产生的实质就是固态物质向液态转 变的过程，当地壳或地幔岩石所处环境 的温度升高或压力降低时，岩石就可能 发生熔融，所产生的熔体与原岩分离后 就形成原生岩浆；
部分熔融过程中，较早被熔融的组分称 为易熔组分，较难熔融的组分称为难熔 （或耐熔）组分。
岩浆形成后由于密度及压力差，因而会 向上部迁移，并最终形成侵入岩或火山 岩。
中国地质大学 2012春 地球化学课件第4章2
上述情况表明， 研究微量元素在岩浆过程中的分 配演化规律， 仅仅依靠简单的分配定律显然不够， 还必须研制出适用于表征地质体系各类作用过程 微量元素行为的数学模型。 径过努力，地球化学已径有了模拟多种岩浆作用 过程中元素分配演化的定量模型。最常用的为结 晶分异和部分熔融过程模型。这些模型都是以微 量元素在晶体相与熔体相之间的分配系数为基础 的。
假定有一含斜长石51%， 单斜辉石33%， 橄榄石18%的辉长岩源岩经历部分熔融， 用批次熔融模型计算当F=0.05，0.1，0.15， 0.2， 0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9时 Rb，Sr的Cl/Co。绘制每种元素的Cl/Covs.F 的演化图解。
(2) 分馏熔融(Fractional melting):
③ D>1的相容元素在部 分熔融形成的熔体中贫 化。 与分异结晶不同， 部分熔融中相容元素浓 度随熔融程度(F)增大缓 慢增大; 而在分异结晶 中，相容元素随结晶程 度增大(F减小)在残余岩 浆中迅速贫化。 应用这 种差别， 可以判别一个 岩浆系列是岩浆分异结 晶的产物， 还是由部分 熔融所成。
批次熔融实例
4.2.1 岩浆结晶过程中元素分配演化定量模型
岩浆作用指岩浆形成， 演化和固结成岩的一系列 作用。 岩浆作用过程中，往往经历部分熔融作用， 同化混染，岩浆混合和结晶作用等过程。 微量元素在矿物和熔体之间的分配可能导致在岩 浆作用过程中微量元素的浓度变化达几个数量级。 因此，微量元素分配的定量研究可以用来作为岩 浆演化高度灵敏的指示剂。
如果在开放体系中， 岩浆分异通过以下两种过程 进行: 与其它固体混染物的同化作用(Assimilation of an initially solid contaminant) 两种以上成分不同的岩浆的混合作用(Mixing of two or more contrasting magmas)
地球化学讲义微量元素地球化学(中国地质大学)
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微量元素地球化学是研究微量元素在地球及其子系统中的分布特
地 球 化 学
征、化学作用及化学演化的一门分支学科。它根据系统的特征和微 量元素的特性，阐明他们在地球系统中的分布分配，在自然体系中
的性状以及在自然界的运动过程和演化历史。
微量元素可以作为地质—地球化学作用的示踪剂，其特色之处就 是能近似定量地解决问题，使实际资料与模型设计结合起来。
价键性质化合物元素分配的解释；八十年代引入了量子力学，量子化学
观点……
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作，2018年8月30日更新
第6页/共39页
1.前提条件：一定的温度、压力下，微量元素在两相中可以形成液态 （或固态）的稀溶液； 2.微量元素在两相中的化学位计算
地 球 化 学
θ u1 =u1 +RTlnα1
u2 =u 2 +RTlnα2
u：离子化学位； uθ：标准状态下化学位（25℃，1atm）
α：离子活度（当溶液中离子的浓度 β趋近于0时，活度与浓度成正比，
比例系数k即亨利系数： α ＝k β ）；T：体系的绝对温度； R：气体常数（8.314J/mol· K)；1和2：两个相。 3.微量元素在两相中分配达到平衡时： u1 =u 2 θ uθ 2 -u1 RT α1 α 2 = kβ1 kβ 2 = β1 β 2 = e =K D T,P ＝常数 这就是能斯特分配定律：
地 球 化 学
θ u1 <u θ 2 :K D >1,β1 >β 2 -----微量元素更多的进入1相 θ u1 =u θ 1、相之间分配相等 2 2 :K D =1,β1 =β 2 -----微量元素在
可见，微量元素在某相中的化学位越低，它的含量就会越高，就 像是水往低处流一样的道理 5.微量元素在岩石与熔体之间的分配系数：常用岩石中所有矿物 的分配系数与岩石中各矿物含量的乘 积之和一表达。
地质大学北京地球化学 PPT课件
第24页/共55页
4、联立方程组，使用计算机求解方程组，得 出所有未知项数值解；
5、编制相图，就解出的结果进行地质地球化 学问题的讨论
第25页/共55页
三 . 矿物相平衡计算和相图编制
单变反应平衡常数计算平衡线的热力学 条件，平衡在相图中的位置。
1. 矿物相转变和相平衡曲线的计算 矿物相平衡，体系矿物有一定的共生关系，形成稳定矿物组合（包括流
2．含有理想固溶体的平衡体系热力学性质的计算
斜长石高温下分解形成石榴石、矽线石、石英
3CaAl2Si2O8 = Ca3Al2Si3O12 + 2Al2SiO5 + SiO2
斜长石
石榴石 矽线石 石英
当设体系中斜长石、石榴石不是纯相，其中斜长石 中钙长石的活度为0.2；
石榴石为类质同象系列：
[Ca/(Ca+Fe2++Mg+Mn)] = 0.05 时；
• 熵（S）-体系的无序程度（热紊乱度）的度量。
• 自由能（ △G）-体系内可用于对外做功的能。 • 化学位（μi）-加入一克分子i组分时引起的体系
内自由能的变化。 • 自由度（F）-能在一定范围内自由变化而不改
变体系平衡的热力学（强度）参数。 • 相数（K）-体系内存在的、内部有一定化学成
分、彼此间有物理化学界面的个体数，如岩石 中的矿物数。
=
2(-202034)/19.1444x298 =-70.8
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T/K logfO2
(2) 298 16.5 500 -12.2 700 -9.1 900
(3) -70.8 -36.4 -22.7 -13.6
logfO2 (2)
-96.3, -51.6, -32.8, -21.6,
4、联立方程组，使用计算机求解方程组，得 出所有未知项数值解；
5、编制相图，就解出的结果进行地质地球化 学问题的讨论
第25页/共55页
三 . 矿物相平衡计算和相图编制
单变反应平衡常数计算平衡线的热力学 条件，平衡在相图中的位置。
1. 矿物相转变和相平衡曲线的计算 矿物相平衡，体系矿物有一定的共生关系，形成稳定矿物组合（包括流
2．含有理想固溶体的平衡体系热力学性质的计算
斜长石高温下分解形成石榴石、矽线石、石英
3CaAl2Si2O8 = Ca3Al2Si3O12 + 2Al2SiO5 + SiO2
斜长石
石榴石 矽线石 石英
当设体系中斜长石、石榴石不是纯相，其中斜长石 中钙长石的活度为0.2；
石榴石为类质同象系列：
[Ca/(Ca+Fe2++Mg+Mn)] = 0.05 时；
• 熵（S）-体系的无序程度（热紊乱度）的度量。
• 自由能（ △G）-体系内可用于对外做功的能。 • 化学位（μi）-加入一克分子i组分时引起的体系
内自由能的变化。 • 自由度（F）-能在一定范围内自由变化而不改
变体系平衡的热力学（强度）参数。 • 相数（K）-体系内存在的、内部有一定化学成
分、彼此间有物理化学界面的个体数，如岩石 中的矿物数。
=
2(-202034)/19.1444x298 =-70.8
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T/K logfO2
(2) 298 16.5 500 -12.2 700 -9.1 900
(3) -70.8 -36.4 -22.7 -13.6
logfO2 (2)
-96.3, -51.6, -32.8, -21.6,
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1. 氧和硫性质的差异
氧和硫某些化学性质参数
I1(ev) Y1 Y2 Y1+2 X R0 R 2丰度
（2S2P）氧 13.57 -1.47 +7.29 +5.82 3.5 0.66Å 1.32Å 47% （3S3P）硫 10.42 -2.08 +3.39 +1.32 2.5 1.04Å 1.74Å 0.047%
空间几何形式： 半径（原子、离子）、配位数、原子和离子极化、 最紧密堆积等。
本章讨论:
自然界控制元素结合的主要规律
常量元素
微量元 素
1. 元素的地球化学亲和性 2. 矿物晶体形成和变化过程的类质同像法则 3. 过渡元素地球化学行为的控制-晶体场理论
过渡族元素
第一讲
§1 元素的地球化学亲和性
一、元素的地球化学亲和性—
IA,IIA主族及 其邻近
亲氧性元素 特征是：离子半径较小，具有惰性气体型的电子层构 型，电负性较小。
如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；
亲硫性元素
特征是：离子半径较大，具有铜型的电子层构型，如
Cu、Pb、Zn、Au、Ag等；
IB,IIB副族及 其邻近
亲铁性元素
特征是：电子层构型为18或18+2外层电子 层结构，离子电离能较高，电负性中等，不 容易得和失电子，在单质或金属互化物中共 享自由电子。如Cu、Au、Ag 、Fe、Co、 Ni和Pt族元素等。
反应自由能： FeSiO3+MnS → MnSiO3+FeS (Gr=-11.56 KJ, 25℃)
五、 自然界元素亲和性的特点
1. 双重性和过渡性
自然界元素的亲和性不是绝对的，存在着双 重性和过渡性。
具亲铁性，以自然金属状态，
具亲硫性，硫化物
2 同一元素不同价态的亲和性不同
Fe2+ ，Mn2+ 低价具亲硫性, FeS2 , MnS;
硫的电负性小于氧（Xs<Xo），而硫的原子半径大于氧
0 Ro ）。这样，硫的外电子联系较弱，导致硫 （R > 受极化 程度要比氧大得多。
0 s
为此，硫倾向形成共价键（或配价键的给予体） 氧倾向形成离子键（或部分共价键） 与硫形成高度共 价键的元素，称亲硫元素（具亲硫性）; 与氧形成高度离子键的元素称亲氧元素（具亲氧性）。
细说之
三、亲铁性
元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。 在自然界中，特别是O、S丰度低的情况下， 一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共 生，称之为亲铁元素。 基本特征：不易与其他元素结合，因为它们的 价电子不易丢失（具有较高电离能）。
例
I1Au=9.2电子伏特， I1Ag=7.5电子伏特，
I1Cu=7.7电子伏特 另外,周期表VIII族过渡金属元素（铂族元素）具明显亲铁 性： I1Pt = 8.88电子伏特 I1Pd = 8.30电子伏特 I1Ni = 7.61电子伏特 I1Co = 7.81电子伏特 代表性的亲铁元素： 铂族(Pt,Pd,Os,Ir,Ru,Rh) 、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等
2. 与之结合的阳离子性质
以第四周期部分金属阳离子为例（电负性）
3. 化学反应制动原理
在含有K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn及O、S的体系中， 若体系氧 不足，亲氧性大于铁的元素（K、Ca、Mn）优先与氧结合。这些元素结 合完毕后铁才与氧结合，并耗尽体系中所有的氧，剩下的铁只能与硫结
合或呈铁的单质，亲氧性小于铁的元素（Cu、Zn）则不可能有机会与
第 二 章
自 然 体 系 中 元 素 共 生 结 合 规 律
眼前的事实! 金属相中Fe、Ni、 Co、 Pt等元素共生； 陨石中 硅酸盐相中主要是Si、O、Al、Mg、Fe元素组合； 硫化物相中有S、Fe、Cu、Ni、Co、Zn等元素。 超基性，基性岩 酸性岩 碱性岩
地壳中
元素组合差别很大 提出的问题?
自然界元素结合特点：
1. 多键性和过渡性；
2. 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。
元素结合规律可从两个不同侧面来衡量：
1. 能量：
满足什么条 件可结合?
衡量元素结合的能量参数有
电负性（X）、电离势（I）、电子亲和能（E）、 晶格能（U）;
2.
Fe3+，Mn4+高价具亲氧性， Fe2O3 , MnO2；
Fe Mn
The end of this section
氧结合 ，故铁起到了制动剂的作用。在与硫结合时，铁一样可以起到这 样的作用。
这种现象称为化学反应制动原理。
当阴离子不足时，在自然体系中各阳离子将按亲和性强弱与阴离子反 应，亲和性强的阳离子将抑制亲和性弱的阳离子的化学反应（这是自然 界的竞争机制）。
实例分析
在地壳中某体系内，阴离子（S2-）不足，地壳中 Fe的丰度比Mn高出两个数量级，况且Fe的亲硫性比Mn 强。为此在这样的环境下，只能产生Fe的硫化物和Mn 的氧化物（硅酸盐）共生现象，在起 作用！
为什么元素的表现出地球化学亲和性？
1. 元素本身性质(结构)；
2. 元素结合的物理化学条件.（宏观上：元素化合反应的能量效应）
实际状况
争夺阴离子 的能力很强
**一部分元素:只“喜欢”与氧结合形成氧化物和氧盐 类。？？
争夺阴离子 的能力较强
**另一些元素: “喜欢”与硫结合形成硫化物。？？ **还有一些元素： “喜欢”“孤芳自赏” ，元素离子自 身相互结合或与其 它金属相互结合而形成金属单质或金属
→提出了把元素分为亲氧、亲硫、亲铁、亲气和亲生物的分类。
→并推测地球内部的壳层结构也应有类似的化学成分的分异。
二、元素地球化学亲合性的分类
在地球和地壳系统中，元素丰度值最高的阴离子是氧， 其次是硫；在地球系统中能以自然金属形式存在的丰 度最高的元素是铁。因此，在自然体系中元素的地球 化学亲合性分类主要有：亲氧性、亲硫性和亲铁性。 元素相应的分为：亲氧性元素（oxyphile element or lithophile element）、亲硫性元素（sulfophile element）和亲铁性元素（Siderophile element）。
控制元素在自然界相互组合的最基本规律
自然体系中
自然界的： 趋势-形势-现实
** 元素最普遍的结合方式是：阳离子+阴离子。 ** 现状：“阴阳失衡”，阴离子 阳离子。 ** 结果：地球化学作用过程阳离子对阴离子的争夺 →不同的 阳离子与不同的阴离子化合。
什么是地球化学亲和性？ 在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出有选择 地与某种阴离子结合的特性。
1. 为什么不同岩石、矿物中的元素组合千差万别呢？ 2. 为什么有些元素总是相伴出现，而另外一些元素彼此很少共生呢？ 答 案
第二个基本课题: 自然界元素共生结合规律 第二个基本课题: 自然界元素共生结合规律
自然界元素结合主要有两种化学键： 1. 同种或性质相似元素结合→ 非极性键，一般形成共 价键； 2. 异种元素结合→ 极性键，一般形成离子键。
Pt等元素在自然界往往 以金属状态出现。
四、亲氧性和亲硫性（亲石性和亲铜性）
在地壳中，易于获得电子，成为阴离子，并与 其他元素结合的元素中，丰度最高的为氧，其次 是硫。两者的地球化学亲和性显著不同。原因是: ① O、S 本身的电子层结构差异，获取电子能力和 方式不同； ②与之结合的阳离子自身的电子层结构。
互化物？？
争夺阴离子 的能力较弱
上述现象最早是戈尔德施密特发现： 观察欧洲曼斯费尔德铜矿石冶炼过程中注意到，矿石经冶炼后 在炉中形成四个相:金属相、重金属硫化物、硅酸盐炉渣和气相 (CO2，H2O）。
→戈尔德施密特把冶炼过程和陨石中所观察到的铁陨石、陨硫铁
以及球粒陨石的化学成分相对比，并结合地质作用中的矿物组合 和元素共生规律,