地球化学原理导论
元素地球化学
亲气元素atmophile：组成地球大气圈的主要元素,惰性气体元素,以及主要呈易挥发化合物存在的元素。如氢、氮、碳、氧、及惰性气体元素等。
亲生物元素biophile：集中在有生命的动植物内的元素。C, H , O, N, P, S, Cl, I, (B), (Ca, Mg, K, Na), (V, Mn, Fe, Cu)
◆元素地球化学主要研究内容和任务：
（1）每个或每组化学元素的地球化学性质；
（2）元素或元素群在自然界的分布、分配情况；
（3）元素相互置换、结合、分离的规律和机制；
（4）元素的存在形式、组合特点、迁移条件；
（5）每个元素的地球化学旋回及其演化历史和原因
（6）应用于地球资源、环境和材料的研究、预测、开发和保护。
亲铁元素Siderophile：富集于陨石金属相和铁陨石中的化学元素。它们与氧和硫的结合能力均弱,并易溶于熔融铁中；在地球中相对于地壳和地幔,明显在地核内聚集。其离子最外层电子数在8～18之间。典型的秦铁元素有镍、钴、金、铂族元素。
亲石元素lithophile：在陨石硅酸盐相中富集的化学元素;在地球中它们明显富集在地壳内,有较大的氧化自由能。在自然界中都以氧化物,含氧盐，特别是硅酸盐的形式出现。如硅、铝、钾、钠、钙、镁、铷、锶、铀、稀土元素等。其离子最外层电子数为2或8。
◆ 有关其他元素分类的常用术语：
常量元素：组成物质主要结构和成分的元素，它们常占天然物质总组成的99%以上，并决定了物质的定名和大类划分。
微量元素(trace element, microelement)：物质中除了那些构成主要结构格架所必须的元素之外，所有以低浓度存在的化学元素。其浓度一般低于0.1%，在大多数情况下明显低于0.1%而仅达到ppm乃至ppb数量级。
环境地球化学原理 PPT课件
1.1 环境和环境问题
环境问题
•指由于人类活动或自然原因所引起的环境质量下降，对人类的生产、 生活和健康造成有害影响的现象。
环境质量:一般是指一定范围内环境的总体或环境的某些要素对人类 生存、生活和发展的适宜程度。
•环境问题多种多样，归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾 害引起的原生环境问题，也叫第一环境问题。如地震、洪涝、干旱、 台风、崩塌、滑坡、泥石流等。一类是人类活动引起的次生环境问题， 也叫第二环境问题和“公害”。次生环境问题一般又分为环境污染和 环境破坏两大类。
•全球气候变化成为一个受到普遍关注的全球 环境问题，主要原因是由于人类在自身发展 过程中对能源的过度使用和自然资源的过度 开发，造成大气中温室气体的浓度以极快的 速度增长，使得温室效应不断强化，从而引
温室气体包括CO2、CH4、 N2O、CFCs（氯氟化碳）、 O3、H2O
1.1 环境和环境问题
思考题
环境地球化学原理
教学大纲
• 上课方式: 授课,主题研讨
• 第一章 绪 言 §1.1 环境和环境问题 §1.2 环境地球化学 §1.2.1 定义、研究内容、研究对象和范围、研究意义 §1.2.2 研究进展以及有关参考书和文献
•位素基础 §2.1 基本概念 §2.1.1 同位素、同位素分类 §2.1.2 同位素丰度 §2.2 放射性同位素 §2.2.1 放射性原子的衰变机制、放射性衰变与增长 §2.2.2 放射性同位素的环境意义 §2.3 稳定同位素 §2.3.1 基本特点 §2.3.2 稳定同位素分析结果的表达和标准 §2.3.3 同位素分馏 §2.3.4 稳定同位素的环境意义 §2.3.5 稳定同位素的分析方法
代，1998年是有器测记录以来最热的一年； 20世纪内两次增温期最为明显：1910-1945，1976-2000。
地球化学原理1
1.地球化学的概念
• 美国地质调查所主任化学师F.W.克拉克（1924）：
“每一种岩石都可以看成一个化学体系，在这个 体系中，各种作用都可以引起化学变化，研究这 些变化就是地球化学的范畴。确定可能发生什么 变化，怎样发生和什么时候发生，观察伴随这些
变化所发生的现象，记录它们的最后结果，就是
质）的行为和反应机理的实验研究。
4.地球化学的学科体系
应用地球化学 将地球化学的理论和方法运用于地球科学和 资源环境等领域。 流体地球化学 矿床地球化学 勘查地球化学 环境地球化学 农业地球化学 海洋地球化学 生物地球化学 ……………
4.地球化学的学科体系
流体地球化学
流体地球化学是近年来才兴起的新兴学科， 对于推动地球科学的发展具有重要的作用，越来
4.地球化学的学科体系
元素地球化学
元素地球化学是最早和最经典的地球化
学分支学科，主要研究地球和部分天体中元素
的性质、丰度、赋存状态、迁移形式、富集和
分散规律、演化和循环历史等地球化学特征。
4.地球化学的学科体系
量子地球化学
量子地球化学是70年代初晶体化学、量子化 学（量子力学）、矿物学、固体物理学等学科交 叉的结果。 量子地球化学的核心问题是用量子力学理论
南京大学刘英俊等(1979年) ：“地球化学主 要是研究地壳(尽可能整个地球)中的化学成 分和化学元素及其同位素在地壳(地球)中的 分布、分配、共生组合、集中分散及迁移规 律的运动形式和全部运动历史的科学，也就 是研究地壳(地球)中物质的化学运动和变化 过程的科学”。
1.地球化学的概念
美国全国地球化学委员会地球化学发展方向
地球化学原理及应用
《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。
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).
第5章1地球化学
（“稳定同位素”） 放射性同位素 放 射 性 同 位 素
238
U 234 Th ...... 226 Ra 222 Rn ...... 210 Pb ...... 206 Pb U 231 Th ...... 227 Th 223 Ra ...... 211 Bi ...... 207 Pb Th 228 Ra ...... 224 Ra 220 Rn ...... 212 Pb ...... 208 Pb
（一）同位素的基本知识
同位素的定义
同位素(isotope)—是具有相同质子数和不同中子数
的一组核素。由于核素具有相同的质子数，它们属于
同一元素，具有相同的核外电子排布结构和非常相似
的化学性质，但由于中子数不同因而质量数不同。
同位素的分类
自然界的同位素按其原子核的稳定性可以分为放射 性同位素和稳定同位素两大类。
（二）定年的基本原理
N t D D e 1 Ds Ds 0 Ds
式中：
D/DS代表样品现今的同位素原子数比值，用质谱测定；
(D/DS) 0是样品初始同位素原子数比值； N/DS是母体同位素与参照同位素原子数比值，一般用同位素稀释法 计算获得； λ是衰变常数。
同位素地质年代学的研究内容
准确地测定矿物和岩石中放射性母体和子体的
含量，然后根据放射性衰变定律计算出岩石和
矿物的年龄。
研究的对象：岩浆岩、沉积岩、变质岩、矿床、
土壤；
同位素研究的另一大分支是同位素体系示踪，
例如研究岩浆岩的源区特征及演化；沉积岩物
源区的特征等。
同位素地质年代学
Radiometric dating A time machine to the past
《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。
地球化学的基本原理和应用
地球化学的基本原理和应用地球化学是地球科学的一个重要分支，它研究地球化学元素及其同位素在地球系统中的分布、变化和相互作用规律，探索地球内部和外部过程及其对环境的影响。
本文将介绍地球化学的基本原理和应用，并探讨其在环境科学、资源勘探以及地质学等领域的重要性。
一、地球化学的基本原理地球化学的研究基础主要建立在以下几个基本原理的基础上：1. 元素的宇宙起源：地球大部分化学元素的来源可以追溯到宇宙大爆炸的初期。
通过宇宙尘埃的云团和恒星演化过程，元素被逐渐合成并分布到宇宙各处。
2. 地球物质的成因：地球物质主要由岩石、矿物和土壤等构成。
通过研究地球各层物质的成分和性质，可以了解地球形成的历史和地球内部过程。
3. 地球化学元素的分布规律：地球化学元素分布受到地球内部地球化学循环和外部地球化学过程的影响。
研究地球物质中元素的含量和分布可以揭示地球内部地幔对地壳的物质供给和地球壳的物质循环规律。
4. 同位素的地球化学：同位素是具有相同原子序数但质量数不同的同一元素的不同种类。
通过研究同位素的分布和演化过程，可以追溯地球的演化历史、探索地球内部过程、判断化学反应过程以及解释大气和水体中的化学过程。
二、地球化学的应用领域1. 环境科学中的应用：地球化学研究对环境科学具有重要意义。
如通过研究地球化学元素在大气、水体和土壤中的分布和迁移规律，可以评估和监测环境污染，并为环境污染防治提供科学依据。
2. 资源勘探中的应用：地球化学在矿产资源勘探和开发中起着重要的作用。
通过研究地球化学元素的分布规律和同位素特征，可以指导找矿勘探活动，寻找矿床、矿体和矿化带。
3. 地质学中的应用：地球化学在地质学领域的应用广泛。
通过研究地球化学元素在岩石和矿物中的分布和特征，可以揭示地壳演化历史，研究岩石圈和火山作用，以及解释地质灾害等地质现象。
4. 生命科学中的应用：地球化学还应用于生命科学研究。
通过研究地球化学元素在生物体中的分布和转化规律，可以揭示生物地球化学循环的过程，研究生物地球化学效应，探索生物进化和生态系统过程。
地球化学的基本原理与方法
地球化学的基本原理与方法地球化学是研究地球化学元素在地球圈层中的分布、迁移和变化规律的科学。
它包括了广阔的研究领域，如地球的成因演化、地球内部物质的组成和运动、地形地貌的形成以及环境和生命的演化等。
本文将介绍地球化学的基本原理与方法，通过对样品的采集、分析和解释，揭示地球物质的特征与变化规律。
一、地球化学的基本原理地球化学的研究基于一系列基本原理。
首先，地球是一个相互关联的系统，地球化学过程是有序的、相互影响的。
其次，地球的物质由元素组成，各元素以化学形式存在，并且会在地球圈层中相互转化和迁移。
再次，地球化学元素的分配在很大程度上受到地球内部和外部过程的影响。
此外，地球系统中的不同层次和不同尺度的相互作用也对地球化学产生重要影响。
二、地球化学的研究方法1. 野外采样：地球化学研究从野外的实地采样开始，通过采集不同地貌、不同地质单位和多个层次的岩石、土壤、水和气等样品，获得地球化学元素的信息。
2. 实验室分析：通过高精度分析仪器对采集的样品进行实验室分析，如电子探针、质谱仪、原子吸收光谱仪等。
这些分析方法能准确测定样品中各元素的含量和同位素组成。
3. 数据处理和解释：通过对实验室分析得到的数据进行处理和解释，得出样品的地球化学特征。
常用的处理方法包括数据标准化、统计分析、元素比值计算等。
四、地球化学研究的应用领域地球化学在地球科学中具有广泛的应用价值。
以下是一些典型的应用领域：1. 地壳演化与成矿：通过地球化学方法，可以揭示地球内部岩石圈和陆地表层物质的成分和来源，了解地球演化的历史和成岩成矿过程。
2. 环境地球化学：通过地球化学技术，可以监测和评估环境中的污染物，如土壤、水体和大气中的有害物质。
这有助于制定合理的环保政策和资源管理方案。
3. 气候与气象地球化学：地球化学方法可以帮助研究气候变化与气象现象之间的关系，揭示气候演化的机制，并为气候预测和气象灾害分析提供数据支持。
4. 生物地球化学：通过地球化学研究，可以了解生命活动对地球环境的影响，研究生物地球化学循环，从而推进生物多样性保护和生态系统管理。
第一部分 同位素地球化学原理
δ值(δvalue) ：指某一元素样品中的两种稳定同位素的比值相对于某 种标准样品对应比值的千分差值，即 δ=
R样品 R标准 R标准
×1000 (‰)
式中的R 代表样品、标准样品的同位素比值。 同位素组成（is、同位素比值或δ值）的一种的称谓。
16 18 16 2
V
/V
46 / 44 1.022
②氧化还原反应中的动力同位素分馏 氧化还原反应过程是一个不可逆的化学过程。在这一过程中， 由于不同质量数的同位素原子或分子，参与反应的速度不同而引起 同位素分馏。反应速度的差别越大，所引起的动力分馏越明显。 一般而言，氧化反应过程中，反应速度总体较快，反应物与反 应产物之间的同位素分馏不太明显。但是，还原反应速度较慢，可 以产生明显的同位素分馏。
2.2 动力学同位素分馏
一种元素的同位素原子或分子，由于质量数不同而导致它们的物理 化学性质上的微小差异，在化学反应或蒸发作用过程中，出现反应速 度或运动速度的快慢不一，其所引起的同位素分馏，称为动力学同位 素分馏(isotope dynamic fractionation)。动力学同位素分馏伴随有化学 反应和物相转变的发生，并且是单相不可逆的过程。
（3）Slap(Standard light Antarctic Precipitation)南极原始的粒雪样品。 δD SMOW = -55.50‰,δ18O SMOW = -428.5±1‰； D/H=(89.02±0.05)×10-6, 18O/16O=1882.766×10-6。 （4） PDB(Pee Dee Belemnite)美国卡罗莱纳州白垩系Pee Dee组中拟箭 石制成的CO2，作为碳氧同位素标准。 PDB的 δ13CPDB=0‰,δ18OPDB=0‰；13C/12C=1123.72 ×10-6, 18O/16O=415.80 ×10-5。 （5） CDT(Canyon Diablo Troilite)美国亚利桑那州Comyon Diablo铁陨 石中陨硫铁相的硫同位素组成，34S/32S=0.0450045，δ34SCDT=0‰。 在不同类型的样品测定中，由于采用不同的标准样品得到不同的 δ值，如：水的δ18O值是相对于标准样品SMOW，而碳酸盐的δ18O值 是相对于PDB标准，在应用中要换算为相同标准。
地球化学绪论
绪论何为地球化学，初次接触这门学科的学生常常会提出这样的问题。
从字面上看地球化学是关于地球的化学，是研究地球中物质的化学运动形式的科学。
然而，这样解释是远远不够的，这门科学有其明确的研究任务，特定的研究方法和独立的研究历史。
为了学好这门科学，我们应该对地球化学的发展过程和研究现状有一较为详细的了解。
第一节地球化学的定义和任务一. 地球化学的定义地球化学这一名词是在1838年由瑞士化学家许拜恩（Schonbein C F）首先提出的，70年后产生了关于地球化学的第一项系统的研究成果－美国地质调查所总化学师克拉克发表的专著“地球化学资料”（Clarke，1908）。
如果把这本巨著的问世看成为地球化学成型的标志，那么这门学科已经有了将近100年的独立发展历史。
当地球化学成为一门独立的学科以后，不同时期的研究者都曾根据当时的认识水平，对其下过各种不同的定义。
俄罗斯著名地球化学家维尔纳茨基V I（1922）给地球化学下的定义是：“地球化学科学地研究化学元素，即研究地壳的原子，在可能的范围内也研究整个地球的原子。
它研究原子的历史‘原子在空间及时间上分配与运动的情形，以及他们在地球上的相互成因关系”。
俄罗斯另一位著名的地球化学家费尔斯曼A E（1922）提出了类似的定义“地球化学研究地壳中化学元素—原子的历史，及其在自然界的各种不同的热力学与物理化学条件下的行为”。
欧洲杰出的地球化学家戈尔德斯密特V M（1933）给出的地球化学定义是“地球化学是根据原子和离子的性质，研究化学元素在矿物、矿石、岩石、土壤、水及大气圈中的分布和含量以及这些元素在自然界中的迁移”。
从这些经典地球化学家给出的定义可以看出，20世纪初是地球化学打基础的时期，处在积累资料的阶段。
这个时期大量的工作是关于地壳和地壳不同部位，不同地质体中各种元素含量和分布的研究，在理论上则采用了晶体化学的成就和热力学原理来探讨矿物中元素的分配与结合规律（涂光炽等，1984）。
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。
第一章 绪论
第一章绪论1.1 地球化学的基本概念什么是地球化学？顾名思义，地球化学就是地球的化学，它是研究地球（广义的也包括部分天体）的化学组成、化学作用及化学演化的学科。
它是地学和化学的边缘学科。
地球化学着重研究化学元素和其同位素在地球演化历史过程中的分布、迁移的规律，并运用这些规律来解决有关的理论和实际问题。
地球化学的定义、概念和研究范围是逐渐发展的，不是一成不变的。
早在本世纪20年代，维尔纳茨基（В.И.Верналскиǔ）给地球化学下的定义是：“地球化学科学地研究地壳中的化学元素，即地壳的原子，在可能范围内也研究整个地球的原子。
地球化学研究原子的历史、它们在时间和空间上的分配和运动，以及它们在地球上的成因关系”。
这大概是那个时代对地球化学的最完整的理解了。
随着科学和技术的发展，地球化学的研究内容和领域也更为广泛。
1973年，美国全国地球化学委员会地球化学发展方向小组委员会以美国国家科学院的名义编写的《地球化学发展方向》（《Orientation in Geochemistry》）一书中给地球化学作了如下的描述：“地球化学是关于地球与太阳系的化学成分及化学演化的一门科学，它包括了与它有关的一切学科的化学方面”。
“地球化学包括组成太阳系的宇宙尘埃化学；地球、月球和行星化学；地壳、地幔和地核化学；岩石循环（包括剥蚀、搬运、沉积和抬升）化学；海洋与大气的化学和岩石中有机质的化学”。
这表明，不但地球化学的研究范围扩大了，而且研究的出发点和重点也从“地壳中的原子”，“元素的行为”而发展成为地球的“化学组成”、“化学演化”，乃至“地球和行星演化的所有化学方面”。
在各种自然体系中，物质的分布是不均匀的，因而组成物质的各种元素，其分布也是很不均匀的。
地球化学的一个首要任务就是查明各自然体系（大至地壳、地球、太阳系，小至岩石、矿物）中化学元素的分布状态。
要从其不均匀分布中了解其变化范围和其平均值，后者就是所谓的元素丰度。
地球化学的基本原理与研究方法
地球化学的基本原理与研究方法地球化学是研究地球各种元素、同位素在地球内外相互分配的科学，是研究地球层、地表、水体和大气中元素和同位素组成、分布和迁移规律的学科。
地球化学研究的主要内容包括物质来源、地球化学过程、地球化学时标以及地球化学计量等方面。
本文将介绍地球化学的基本原理与研究方法。
一、地球化学的基本原理地球化学研究以元素和同位素为研究对象，其基本原理可以概括为以下几点：1. 元素循环：地球上的元素在不同的地球系统之间进行循环。
例如，在岩石圈中，元素经历了岩浆作用、岩石风化和沉积作用等过程，不断地在地球系统中迁移和转化。
2. 同位素分馏：同位素分馏是地球化学中的重要现象。
同位素的分馏是指在地质、化学或生物过程中，不同同位素的分布比例发生变化。
通过研究同位素分馏过程，可以揭示地质、化学和生物时间尺度上的环境变化和地球演化过程。
3. 地球系统的开放性：地球系统是开放的，并与外部环境进行物质交换。
例如，大气中的的氧气可以通过生物作用与地壳中的氧发生反应形成氧化物。
这些交换过程对地球系统的物质组成和环境变化产生重要影响。
二、地球化学的研究方法地球化学研究方法是通过采集地球样品，利用实验室中的仪器设备对样品中的元素和同位素进行分析，来揭示地球化学特征和环境变化。
主要的研究方法包括：1. 野外样品采集：地球化学研究通常需要采集岩石、土壤、水体、大气等不同类型的地球样品。
采集样品的方法要求采集的样品具有代表性，以保证研究结果的可靠性。
2. 样品前处理：采集到的地球样品需要进行前处理，包括样品的破碎、磨粉、溶解等步骤。
这些前处理工作是为了获得样品中的溶液或粉末，以便进行后续的元素和同位素分析。
3. 元素分析：地球化学研究中常用的元素分析方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法和质谱法等。
这些方法可以对地球样品中的元素进行准确的定量和定性分析。
4. 同位素分析：同位素分析是地球化学研究中重要的手段，通过测量同位素的比例来研究地球化学过程。
地球化学的基础理论
• 3、背景区内各种天然物质中各种地球化学 指标的不均匀性，地球化学背景不是固定的 数值，而是在一定范围内起伏变化的一系列 的数值。 • 地球化学背景起伏变化最高值称为背景上限 • 地球化学背景起伏变化最低值称为背景下限 • 地球化学背景起伏变化平均值称为背景值 • 地球化学背景：全球性的、地球化学省的、 区域性的、局部性的。
第二章 地球化学的基础理论
• • • • 一、地球化学背景与异常 二、地球化学异常分类、地球化学指标 三、地壳的物质组成与元素分布 四、元素分布的基本规律
1
一、地球化学背景与异常
• 1、在自然体系中地球化学指标在某一空间 中多是位置上具有相对波动不大的特征。 研究自然体系中的地球化学指标的变化， 是勘查地球化学的研究最基本的、最重要 的内容。 • 2、地球化学背景：在背景区内各种天然物 质中(如岩石、土壤、水系沉积物、地表水、 地下水、植物和空气等)，各种地球化学指 标(元素、同位素的含量、pH值、Eh值、温 度等)的数值，称为地球化学背景。
22
• 原生环境是一种高温、高压、游离氧缺乏、 水和其它流体循环受限制、无生物作用参 加的环境，矿物岩石保持了形成时的状态。
• 因此，原生环境中岩石的物质组成与状态， 元素的分布是深部地球化学作用的记录， 反映了原始形成时的特征，是研究深部地 质作用最直接的证据。
23
24
25
26
(一)、地壳的物质组成与元素丰度
27
某元素在地壳中的总重 量(吨) 克拉克值 100% 地壳总重量(吨)
• 克拉克值的单位：%、ppm、g/t等。 • 元素在地壳中的分布特点是具有不均匀性， 有些元素之间的克拉克值非常悬殊，为评价 某元素在地壳中集中分散状况，引入浓度克 拉克值概念：
05180_地球化学原理5
排放是应对气候变化的重要措施。
21
大气环境保护政策及技术措施
政策措施
制定和实施大气环境保护政策，如《 大气污染防治法》、排污收费制度等 ，以促进大气环境质量的改善。
公众参与
加强环保教育，提高公众环保意识， 倡导绿色出行、低碳生活等环保行为 。
技术措施
发展大气污染防治技术，如脱硫脱硝 技术、除尘技术、机动车尾气净化技 术等，以减少大气污染物排放。
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土壤肥力评价方法与提高途径
评价方法
包括土壤养分含量测定、土壤酶活性测定、土壤微生物 量测定等。
提高途径
增施有机肥、合理轮作、种植绿肥、深松深耕等农业措 施，以及生物炭施用、微生物肥料应用等新型技术。
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土壤污染来源、危害及治理措施
污染来源
主要包括工业废水、废气、废渣排放，农业化肥、农药过量使用 ，生活垃圾随意倾倒等。
实践经验
推广节水灌溉技术、测土配方施肥技术、病虫害综合防 治技术等先进适用技术，加强农业科技创新和成果转化 应用。同时，积极开展农业面源污染防治和农村环境综 合整治工作，推动农业绿色发展。
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THANKS
感谢观看
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应。
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生物地球化学循环过程
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碳循环
碳在生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之间循环， 主要通过光合作用、呼吸作用、燃烧和沉积等过 程进行。
氮循环
氮在生物圈中主要以氮气、氨、硝酸盐等形式存 在，通过固氮作用、硝化作用、反硝化作用等过 程进行循环。
磷循环
磷在生物圈中主要以磷酸盐的形式存在，通过岩 石风化、生物吸收和分解等过程进行循环。
地球化学原理导论共153页文档
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。—0、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
地球化学原理导论
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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地球化学的学科体系
环境地球化学
环境地球化学研究人类活动与地球化学环境
的相互关系，是地球化学与环境科学相互渗透而
产生的新兴边缘学科。它从地球环境的整体性和 相互依存性的观点出发，以地质学为基础，综合 研究化学元素在地-水-气-生-人环境系统中的地球 化学行为，揭示人为活动干扰下区域及全球环境
系统的变化规律，为资源开发利用、环境质量控
洋--洋俯冲
洋—陆俯冲
Arc-Continent Collision
陆—陆俯冲
地幔柱
大洋内及大洋与大陆相互作用过程的成矿作用
矿床地球化学研究内容
成矿物质来源
成矿作用与成矿过程 成矿后的变化
源——运——聚——储
矿床地球化学研究核心
成矿流体地球化学研究 成矿年代学研究 流体成矿地球化学标志研究
构”。
地球化学的学科体系
地球化学热力学 地球化学热力学是应用热力学基本原 理研究地学系统的状态变化所产生的一 门地球化学分支学科， 它主要研究能量 及其转换，解决自然界过程的方向和限 度问题，即平衡态问题。
地球化学的学科体系
地球化学动力学
地球化学动力学是将动力学基本原理 应用到地球化学过程研究所产生的一门地 球化学分支学科， 它研究自然过程的速度 和机制问题，包括化学反应速率的化学动 力学和物理运动的动力学， 主要指的是流 体动力学、扩散和弥散等。
找矿
怎样找—找矿方法技术（地物化遥）
矿床地球化学——主要解决在什么地方找矿的问题 勘查地球化学——主要解决如何找矿问题
矿床地球化学
深部找矿为矿床地球化学研究 提出了更高的要求
随着找矿和勘探工作程度的不断深入，许多露 天的和近地表的金属矿产资源已基本上被查明， 在地表浅部（第一深度空间：0～500m深度） 找到大型或超大型金属矿床的难度越来越大， 攻深找盲和寻找深部隐伏矿已成为当前急待解 决的重要课题。
学分支学科，主要研究地球和部分天体中元素
的性质、丰度、ห้องสมุดไป่ตู้存状态、迁移形式、富集和
分散规律、演化和循环历史等地球化学特征。
地球化学的学科体系
量子地球化学
量子地球化学是70年代初晶体化学、量子化 学（量子力学）、矿物学、固体物理学等学科交 叉的结果。 量子地球化学的核心问题是用量子力学理论
和各种谱学方法研究矿物中的化学键或电子结
地球化学的学科体系 地球化学的学科体系
★理论地球化学 ★实验地球化学 ★应用地球化学
地球化学的学科体系
理论地球化学 研究地球化学的基本理论、基本方法 （1）元素地球化学 （2）量子地球化学 （3）地球化学热力学 （4）地球化学动力学 （5）同位素地球化学
地球化学的学科体系
元素地球化学
元素地球化学是最早和最经典的地球化
2、地球化学 3、古生物学及地层学（含古人类学） 4、构造地质学 5、第四纪地质学 6、水文地质学
矿物学、岩石学、矿床学
矿物学、岩石学、矿床学：研究矿物 及其天然集合体（岩石、矿石）等地球物 质自身的地质特征、空间分布规律、化学 成分、结构构造、源区及成因等方面的学 科，是探索地球的物质结构、形成及演化、 指导相关区域地质调查及各类矿产资源寻 找等的基础。
大生命起源和生物灭绝，以及地球演化历史和环境
变化等方面的基础性学科。古人类学是研究地质历
史时期人类特征及演化的学科。地层学是研究层状 岩石的层序、年代关系和特征的学科，其目标是建 立全球性精确对比和高分辩率的年代地层系统。
构造地质学
构造地质学以地球内、外动力地质作用形成
的地质构造为研究对象，具体研究内容包括从显 微构造到全球构造各种尺度构造的形态特征、形 成条件与机制、分布与组合规律、发展演化历史， 进而探讨地球动力学问题，为矿产、能源资源探
美国卡林型金矿的勘探深度可达3000M
3000M
Lannigou
我国卡林金矿的勘探
深度一般小于500M
Banqi Deposit
澳大利亚本世纪初提出了 “玻璃地球计划”
航空重力梯度测量 航空磁力张力测量
航空和卫星矿物 地球化学填图
先进的航空电磁法
地下水化学
同位素示踪
玻璃 地球
可视化、数据整 合和转化技术
地球化学
地球化学是地质学和化学相互融合的 交叉学科，是研究元素与化合物及其同位 素在地球（包括部分天体）演化历史中的 分布、分配和迁移规律，揭示地球（包括 部分天体）的化学组成、化学作用和化学 演化的科学。
古生物学及地层学（含古人类学）
古生物学是研究地质历史时期的生物及其发生、
发展的科学，是研究史前生命特征和演化历史、重
水文地质学
水文地质学是研究地下水（圈）的科学。它以
地球系统科学理论为指导，以水-岩（土）的物理、 化学、生物作用为核心，研究自然和人类作用影响 下，地下水的形成与演化规律，及其在与地幔和岩 石圈、水圈、生物圈、大气圈相互作用过程中的资
源、环境效应，进而为合理开发地下水资源，实现
人与自然和谐发展提供科学依据的基础性地质学科。
ore
D、深部矿精确定位模型
知识层次
探测层次 数据处理层次
ore
ore
地球内部结构
地球内部构造岩浆作用
主要大地构造环境
• 1．板块发散边缘：洋中脊 • 2．板块汇聚边缘：俯冲带 洋洋俯冲、洋陆俯冲、陆陆俯冲 陆缘岛弧、陆缘火山弧 • 3．大洋板内：洋岛、海山链。 • 4．大陆板内：大陆裂谷、陆内拉张带或初 始裂谷 • 5．地幔柱
B、近地表环境中深部矿 化信息提取技术
地下水对深部矿化信息的响应 地表介质中深部矿化信息提取技术 高精度深穿透地球化学理论和方法 元素野外现场高精度测试技术
主要科学技术问题
C、深部矿探测方法技术
遥感和航空物探探测技术 电磁法大深度三维立体探测技术 频谱激电大深度探测技术 极低频电磁波探测技术 高分辨反射地震探测技术 高分辨重力梯度探测技术 高分辨重磁电震联合反演技术 空气钻探、定向钻探、地下钻探、钻 孔中原位测试技术
TiO2 2－5%
南非
印度
美、加
中国
俄科学深钻
东海科学深钻
4000 世界上一些矿业大国矿床的勘探 开采深度已达2500-4000M
6000
俄罗斯超深钻在 6000M以下发 现了Cu, Zn, Fe, Ti, Au矿化
我国已有矿床的勘探开采深度大 都小于500M
Cu, Zn
12262m
Fe, Ti, Au(10Km)
质）的行为和反应机理的实验研究。
地球化学的学科体系
应用地球化学 将地球化学的理论和方法运用于地球科学和 资源环境等领域。 流体地球化学 矿床地球化学 勘查地球化学 环境地球化学 农业地球化学 海洋地球化学 生物地球化学 ……………
地球化学的学科体系
矿床地球化学
矿床地球化学是矿床学与地球化学相结合的 一门交叉学科,它主要是用地球化学的理论和方法
长期以来我国矿床的勘探开采深度偏浅
南非
印度 美、加
中国
俄科学深钻
东海科学深钻
TiO2 2－5%
m 0
2000
Cu, Ni
4000
我国绝大多数矿床的勘探和开采深度远低于国外同类矿床
6000 长期忽视对深部成矿理论和成矿预测研究 严重缺乏深部隐伏矿体精确定位的技术方法
Cu, Zn
要在我国新增一大批矿产资源储量，系统开展深部隐伏矿 12262m 产资源探测理论和技术方法的研究已势在必行
换的动力学机制，而且要研究改变固体地球外层的营力和过 程，并运用地质学知识探明和开发可供利用的能源、矿产资
源和水资源,揭示地质过程与人类活动的关系。
• 地质学的研究对象是以固体地球为主体的地球系统，包括大 气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括
人类）组成的有机整体。
地质学的二级学科
1、矿物学、岩石学、矿床学
建立覆盖区和深部隐伏矿产综合探测理论 和技术方法体系 为准确圈定覆盖区和深部(500-4000M) 的矿产资源提供理论和技术支撑
找矿预测和矿产勘查科技发展路线图
主要科学技术问题
A、与隐伏矿床成矿预测有 关的基础研究
矿床形成的最大理论深度及其控制因素 成矿时的古地貌特征与矿床的保存条件 矿化垂直分带与元素共生分异规律 不同尺度的矿床成矿模型和成矿规律
流体地球化学研究的对象
★间接： 流体——岩石相互作用形成的各种蚀变岩石（矿物）
流体地球化学的研究方法
野外地质调查
流体地球化学的研究方法
室内显微镜观测研究
相山铀矿
VCO2 L
找矿预测向覆盖区和大深度发展是我国今后 矿产勘查的战略
攻深: 老矿山深部找矿
已知矿床深部和覆盖区 的矿产资源预测
今后找矿预测的新方向
找盲: 覆盖区找矿
比以往任何时候都更需要创新 找矿预测理论和高新探矿技术
长期以来我国矿床的勘探开采深度偏浅 (翟裕生, 2007) )
m 0
2000
Cu, Ni
制及人类生存、健康服务。
地球是一个复杂的系统 requiring an integrated approach
表生地球化学—解决地球浅表层地球化学问题
主要解决环境问题—环境地球化学
深部地球化学—解决地球深部地球化学问题
主要解决成矿问题—矿床地球化学
矿是如何形成的—矿床成因
哪里找—
矿为什么在这里—成矿条件、成矿规律
新的钻探技术
地表地球化学
模拟技术
目标是使澳大利亚地下1000米以内变得“透明”, 以便可以 发现澳大利亚下一代的巨型矿床
加拿大近期也提出了类似“玻璃地球”的重大计划, 力争使加 拿大地下3000米以内变得“透明”, 以便可以发现新的巨型