《地球化學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、地球化學(xué)課程教學(xué)大綱課程英文名稱：Geochemistry課程編號：133990640課程類別：(專業(yè)課)課程性質(zhì)：(選修課)學(xué) 分： 2學(xué) 時：（其中：講課學(xué)時：32 實驗學(xué)時：0 上機學(xué)時: 0）適用專業(yè)： 地質(zhì)工程開課部門： 環(huán)資學(xué)院地質(zhì)與礦物加工工程系一、課程教學(xué)目的和課程性質(zhì)通過地球化學(xué)這門課程的講解，旨在為地質(zhì)專業(yè)學(xué)生認(rèn)識化學(xué)元素和其同位素在地球演化歷史過程中的分布、遷移的運動規(guī)律，并運用這些規(guī)律來解決有關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象和實際問題。二、本課程與相關(guān)課程的關(guān)系地球化學(xué)課程是一門基礎(chǔ)學(xué)科，與地球物理、地質(zhì)學(xué)一起并列為地球科學(xué)三大基礎(chǔ)學(xué)科。它本身是一門交叉學(xué)科，學(xué)習(xí)本課程涉及一定化學(xué)知識，另

2、外需要與礦物學(xué)、晶體學(xué)、地質(zhì)學(xué)結(jié)合。另外，掌握先進的分析技術(shù)也是地球化學(xué)學(xué)習(xí)目的之一。今年來，地球化學(xué)的日益發(fā)展得益于分析技術(shù)手段的發(fā)展。其實地球化學(xué)很多章節(jié)涵蓋不同領(lǐng)域，需要精密與其他課程結(jié)合，以此為背景認(rèn)識我們周圍復(fù)雜的地球科學(xué)現(xiàn)象。主要來講：地球化學(xué)元素親和性：與化學(xué)為基礎(chǔ)；過渡元素晶體場理論：與晶體、礦物學(xué)為基礎(chǔ)；水地球化學(xué)：礦物沉淀和溶解、化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)；同位素地球化學(xué)：與地質(zhì)學(xué)科里面地層、定年有緊密聯(lián)系、全球區(qū)域等問題三、課程的主要內(nèi)容及基本要求（一）理論學(xué)時部分第1單元 名稱 地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展歷史 （ 2 學(xué)時）知 識 點1、地球化學(xué)的基本思想和主要研究內(nèi)容 2、重要的地球化學(xué)人

3、物（歐洲、北美和前蘇聯(lián)） 3、地球化學(xué)研究方法重 點 戈爾德斯密特、費爾斯曼等在地球化學(xué)做的貢獻難 點 讓學(xué)生了解地球化學(xué)歷史，培養(yǎng)科學(xué)意思，并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣基本要求1、識 記：地球化學(xué)發(fā)展歷史2、領(lǐng) 會：地球化學(xué)奠基人 3、簡單應(yīng)用：地球化學(xué)基本工作方法 4、綜合應(yīng)用：國內(nèi)外那些研究機構(gòu)開展地球化學(xué)工作？ 第2單元 名稱 太陽系的元素豐度 （ 2 學(xué)時）知 識 點1、克拉克值 2、太陽系元素豐度規(guī)律 3、月巖典型KEEP巖石特征 4、H和He特征 5、球粒隕石重 點 太陽系元素豐度特點、CI型球粒隕石、難 點 怎么獲得太陽系元素豐度？為什么CI型球粒隕石最能體現(xiàn)宇宙形成初期元素豐度？基本要求1

4、、識 記：隕石分類、太陽系豐度最高兩種元素2、領(lǐng) 會：隕石分類標(biāo)準(zhǔn) 3、簡單應(yīng)用：月巖地球化學(xué)分析4、綜合應(yīng)用：通過有機物豐度側(cè)面反映隕石“新鮮”程度第3單元 名稱 地球的化學(xué)組成 （ 4 學(xué)時）知 識 點1、大陸地殼化學(xué)組成 2、大洋地殼組成 3、地?；瘜W(xué)組成重 點 克拉克值難 點 克拉克值怎么通過樣品分析和全球地質(zhì)圖權(quán)重計算出來的？基本要求1、識 記：地殼元素豐度最高7種元素2、領(lǐng) 會：計算地殼元素豐度不同方法（美國人克拉克和挪威人戈爾德斯密特）3、簡單應(yīng)用：通過克拉克值比較，知道哪些地區(qū)某元素是富集，哪些元素是匱乏。4、綜合應(yīng)用：將元素克拉克值計算方法，運用到區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查。第4單元

5、名稱 元素的晶體化學(xué)性質(zhì)和元素結(jié)合規(guī)律 （ 2 學(xué)時）知 識 點1、元素的地球化學(xué)分類通過門捷列夫化學(xué)元素周期表分類開始引入地球化學(xué)中重要的一種分類，戈爾德斯密特元素分類。2、元素結(jié)合的基本規(guī)律（地球化學(xué)親和性）講解元素的地球化學(xué)親和性的概念和分類并重點介紹與礦床有關(guān)的親氧和親硫元素3、微量元素結(jié)合主要規(guī)律重點介紹類質(zhì)同象問題4、過渡元素晶體場理論利用元素晶體場理論解釋不同寶石呈現(xiàn)不同顏色重 點 戈爾德施密特地球化學(xué)分類、過渡元素晶體場理論難 點 過渡元素晶體場理論，配位能分裂問題基本要求1、識 記：地球化學(xué)元素分類，親氧元素和親硫元素2、領(lǐng) 會：元素的電子特征與親和性關(guān)系、最低八面體配位能3

6、、簡單應(yīng)用：通過元素地球化學(xué)分類，認(rèn)識不同礦產(chǎn)特定伴生礦元素的原因？4、綜合應(yīng)用：將過渡元素晶體場理論，用于解釋不同寶石呈現(xiàn)不同顏色問題。第5單元 名稱 地球化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)（難點） （ 4 學(xué)時）知 識 點1、地球化學(xué)熱力學(xué)、動力學(xué)、相圖、固溶體、反應(yīng)級數(shù)2、熱力學(xué)和動力學(xué)概論和區(qū)別3、基本定律（簡單介紹）4、熱力學(xué)計算（以硬玉-石英-鈉長石為例）5、相圖繪制（Fe系相圖繪制過程介紹）6、反應(yīng)速率問題和速率常數(shù)重 點 熱力學(xué)問題、相圖繪制、熱力學(xué)計算難 點 三元相圖、用相圖解釋巖漿巖冷卻過程不同礦物相形成順序基本要求1、識 記：地球化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)不同2、領(lǐng) 會：相圖的指導(dǎo)意義3、簡單應(yīng)

7、用：反應(yīng)可行和反應(yīng)速率是有差異的，為什么熱力學(xué)計算出石英能在純水中溶解，是自發(fā)的，但沒有觀察到溶解？4、綜合應(yīng)用：利用相圖問題解決同一元素在不同條件下形成不同礦物（以砷系礦物為例）第6單元 名稱 水溶液地球化學(xué) （重點和難點） （ 4 學(xué)時）知 識 點水-巖作用是地質(zhì)過程重要界面過程，通過本章學(xué)習(xí)使得同學(xué)認(rèn)識沉淀和溶解過程，了解污染物在地下水中遷移行為，介紹遷移模型。1、飽和指數(shù)2、活度系數(shù)3、吸附過程4、對流彌散過程（以砷在磷灰?guī)r遷移擴散為例進行講解，授課老師研究方向）重 點 水-巖作用、溶解、沉淀、絡(luò)合、活度系數(shù)難 點 絡(luò)合反應(yīng)及反應(yīng)常數(shù)實驗獲得方法和原理基本要求1、識 記：飽和指數(shù)、活度

8、系數(shù)、對流彌散方程的推導(dǎo)2、領(lǐng) 會：目前用于吸附的一些絡(luò)合模型建立原則3、簡單應(yīng)用：根據(jù)地下水水質(zhì)特點判斷某一礦物是否發(fā)生溶解或沉淀的依據(jù)？4、綜合應(yīng)用：利用對流彌散方程描述污染物在含水層中的遷移行為第7單元 名稱 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)（重點和難點） （ 4 學(xué)時）知 識 點穩(wěn)定同位素與放射性同位素區(qū)別同位素豐度及表示方法同位素分餾機制O同位素分餾問題及在地球化學(xué)運用（僅以此為例，其它同位素不再講）O同位素冰芯和全球氣候變化中的運用重 點 穩(wěn)定同位素標(biāo)準(zhǔn)、同位素豐度及表示方法，常見分餾機制難 點 同位素地質(zhì)溫度計原理基本要求1、識 記：相對千分率、常見的穩(wěn)定同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、同位素分餾系數(shù)2、領(lǐng)

9、會：引起同位素豐度差異的原因3、簡單應(yīng)用：地質(zhì)樣品同位素分析和解釋現(xiàn)象的聯(lián)系4、綜合應(yīng)用：利用18O對冰芯進行分析獲得近2萬年全球溫度變化的數(shù)據(jù)。第8單元 名稱 放射性同位素（ 2 學(xué)時）知 識 點放射性同位素基本性質(zhì)放射性同位素定年原理Rb-Sr法定年問題，等時線問題K-Ar法定年問題14C定年問題，并以此闡述定年精度和定年前提假設(shè)其它定年方法簡述重 點 等時線方程、放射性定年原理、放射性同位素的測定方法難 點 等時線方程基本要求1、識 記：定年的基本方法、各方法的適用范圍和定年尺度、半衰期2、領(lǐng) 會：裂變行徑方法定年，光釋光方法定年3、簡單應(yīng)用：利用假定的實驗數(shù)據(jù)根據(jù)衰變常數(shù)計算出樣品年齡

10、（以Rb-Sr為例）4、綜合應(yīng)用：用光釋光定年方法時，采集樣品的注意事項，通過這些介紹培養(yǎng)同學(xué)細(xì)致工作、珍惜樣品的基本素養(yǎng)。第9單元 名稱 環(huán)境地球化學(xué)（ 2 學(xué)時）知 識 點1、環(huán)境地球化學(xué)基本原理和研究方法2、全球變化環(huán)境地球化學(xué)3、環(huán)境工程地球化學(xué)（可滲透活性障/墻）（以處理核污染為例進行介紹）重 點 地方病與微量元素地球化學(xué)、全球變化環(huán)境地球化學(xué)、工程地球化學(xué)難 點 環(huán)境地球化學(xué)研究方法和工程地球化學(xué)原理基本要求1、識 記：元素與人體健康、我國典型的原生地球化學(xué)環(huán)境問題、酸礦廢水形成和危害、可滲透地球化學(xué)障2、領(lǐng) 會：微量元素富集和缺失都會引起原生地方病 微生物在酸礦廢水中的催化作用3

11、、簡單應(yīng)用：利用可滲透活性障處理酸礦廢水4、綜合應(yīng)用：黃鐵礦是產(chǎn)生酸礦廢水的罪魁禍?zhǔn)祝趺赐ㄟ^實驗獲得該礦物溶解速率方程，并找出導(dǎo)致它氧化的因素有哪些，根據(jù)這些因素獲得滯留礦區(qū)（煤礦、金礦等）日益嚴(yán)重的酸化問題。 第10單元 名稱 生物地球化學(xué)（ 2 學(xué)時）知 識 點1、生物標(biāo)志物2、有機地球化學(xué)3、干酪根4、煤和石油形成過程的相同點和不同點重 點 干酪根的分類與成煤成油的聯(lián)系、有機地球化學(xué)當(dāng)前研究方向、生物標(biāo)志物用于油源對比和評價、煤巖學(xué)中顯微組分難 點 有機質(zhì)在地質(zhì)過程中演化過程，煤、油和天然氣的轉(zhuǎn)化關(guān)系基本要求1、識 記：干酪根、生物標(biāo)志物、微生物成礦2、領(lǐng) 會：溫度對干酪根演化的作用3

12、、簡單應(yīng)用：利用生物標(biāo)志物進行油源對比4、綜合應(yīng)用： 利用微生物成礦過程固化硫元素的思路第10單元 名稱 分析地球化學(xué)（ 2 學(xué)時）知 識 點1、地球化學(xué)樣品采集和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計學(xué)在地質(zhì)樣品分析的意義2、X射線光譜方法（授課老師講）3、原子吸收光譜（學(xué)生準(zhǔn)備）4、電子探針（學(xué)生準(zhǔn)備）重 點 電磁波在分析技術(shù)中的應(yīng)用，包括X射線衍射、紅外光譜、拉曼光譜難 點 X射線產(chǎn)生原理和晶體結(jié)構(gòu)關(guān)系（布拉格方程）、拉曼光譜和紅外光譜相同點和不同點基本要求1、識 記：倫琴射線發(fā)現(xiàn)過程、點陣?yán)碚?、電磁波不同波長用于物質(zhì)分析2、領(lǐng) 會：粉末衍射和單晶衍射的區(qū)別、微區(qū)分析的地質(zhì)意義、晶體中化學(xué)鍵振動與點陣?yán)碚撽P(guān)系3、

13、簡單應(yīng)用：利用X射線識別礦物（定性分析）4、綜合應(yīng)用：利用X射線衍射技術(shù)分析礦物，利用紅外光譜分析礦物結(jié)構(gòu)信息。學(xué)時分配各內(nèi)容講解時間分配課程作業(yè)章節(jié)內(nèi)容教學(xué)理念時間安排一次課堂作業(yè)（10%成績）第一部分地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展歷史培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科歷史2學(xué)時第二部分太陽系的元素豐度2學(xué)時第三部分元素的晶體化學(xué)性質(zhì)和元素結(jié)合規(guī)律培養(yǎng)地球化學(xué)思考問題4學(xué)時第四部分微量元素地球化學(xué)2學(xué)時第五部分地球化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)用化學(xué)方法解決地質(zhì)問題4學(xué)時 一次課堂作業(yè)（10%成績）第六部分水溶液地球化學(xué)水-巖相互作用4學(xué)時第七部分穩(wěn)定同位素地球化學(xué)同位素溫度計4學(xué)時第八部分放射性同位素定年思想2學(xué)時第九部分環(huán)境地球化學(xué)地

14、球化學(xué)工程處理2學(xué)時第十部分有機地球化學(xué)2學(xué)時第十一部分分析地球化學(xué)地質(zhì)樣品收集、先進分析方法、培養(yǎng)細(xì)致采樣，認(rèn)真分析數(shù)據(jù)的習(xí)慣2學(xué)時學(xué)生參與互動留作機動2學(xué)時出勤率（10%）（二）實驗學(xué)時部分實驗教學(xué)環(huán)節(jié)作用及目的無實驗教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生能力標(biāo)準(zhǔn) 無實驗項目、內(nèi)容、學(xué)時分配及實驗類型無1、必開實驗2、選開實驗3、主要儀器設(shè)備四、教學(xué)方法與手段 本課程教學(xué)方式是雙語教學(xué)，這是由于國外在地球化學(xué)學(xué)科取得非常快的發(fā)展，地球化學(xué)從1853年提出，到現(xiàn)在已有一百多年歷史，國外很多技術(shù)和理論值得學(xué)習(xí)，因此本課程增加大量英文資料和非常難得的圖片。 本課程在雙語課建設(shè)下，通過與國外地球化學(xué)科學(xué)家聯(lián)系，已獲得一些珍貴外文資料和圖片，其中不乏很多是高清晰圖片，有利于教學(xué)。五、考核要求、方式與成績評定考核要求：覆蓋各章節(jié)全部教學(xué)內(nèi)容 考核形式：考查 盡管考試是考查，但采用統(tǒng)一制卷，題目包括名詞解釋（20分）、填空題（20分）、問答題（40分）和分析計算題（20分）成績評定：采用結(jié)構(gòu)化評分，考試成績占70%，平時作業(yè)（2次）占20%，出勤率占10% 六、選用教材、講義和主要參考書學(xué)生選用教材：張宏飛、高山編著，地球化學(xué)， 地質(zhì)出版社，2