地球化學(xué)基礎(chǔ)

地球化學(xué)基礎(chǔ)第1頁/共71頁緒論—主要內(nèi)容地球化學(xué)的基本問題及定義；地球化學(xué)發(fā)展簡史；現(xiàn)代地球化學(xué)及其發(fā)展趨勢；地球化學(xué)研究方法；第2頁/共71頁趙倫山和張本仁編：《地球化學(xué)》1988，適用于地球化學(xué)與勘查專業(yè)本科，計(jì)劃學(xué)時(shí)100，可作為地質(zhì)類專業(yè)教學(xué)參考書。12章，60萬字韓吟文和馬振東主編：《地球化學(xué)》2003，面向21世紀(jì)課程教材。9章，46萬字陳俊和王鶴年主編：《地球化學(xué)》2004，南京大學(xué)將其定為面向21世紀(jì)教材，13章，88萬字；地球化學(xué)教材體系第3頁/共71頁地球化學(xué)教材體系1988版《地球化學(xué)》緒論第一章地球、地殼中化學(xué)元素的分布與分配第二章元素結(jié)合規(guī)律與賦存狀態(tài)第三章元素的地球化學(xué)遷移第四章微跡元素地球化學(xué)第五章同位素地球化學(xué)第六章常溫水-巖體系地球化學(xué)第七章高溫水-巖體系地球化學(xué)第八章硅酸鹽熔融體系地球化學(xué)第九章有機(jī)地球化學(xué)第十章外部地圈與環(huán)境地球化學(xué)第十一章歷史地球化學(xué)第十二章區(qū)域地球化學(xué)第4頁/共71頁地球化學(xué)教材體系2003版《地球化學(xué)》緒論第一章太陽系和地球系統(tǒng)的元素

豐度第二章元素的結(jié)合規(guī)律與賦存狀

態(tài)第三章水-巖化學(xué)作用和水介質(zhì)中

元素的遷移第四章地球化學(xué)熱力學(xué)與地球化

學(xué)動力學(xué)第五章微量元素地球化學(xué)第六章同位素地球化學(xué)第七章巖漿化學(xué)作用第八章有機(jī)地球化學(xué)第九章地球的化學(xué)演化第5頁/共71頁2004版《地球化學(xué)》地球化學(xué)教材體系緒論第一章宇宙和地球的成因及組成第二章地殼及地幔中化學(xué)元素的分布第三章晶體化學(xué)第四章地球化學(xué)熱力學(xué)第五章穩(wěn)定同位素地球化學(xué)第六章放射性同位素地球化學(xué)第七章水溶液化學(xué)作用第八章有機(jī)地球化學(xué)第九章風(fēng)化作用地球化學(xué)第十章沉積-成巖作用地球化學(xué)第十一章巖漿作用地球化學(xué)第十二章變質(zhì)作用地球化學(xué)第十三章元素地球化學(xué)循環(huán)第6頁/共71頁地球內(nèi)部不穩(wěn)定核素自發(fā)衰變，釋放能量，提供地球物質(zhì)運(yùn)動的主要能源。于是巖石發(fā)生熔融，巖漿侵入，火山噴溢，構(gòu)造運(yùn)動，地表風(fēng)化剝蝕，沉積作用等等，造成全球規(guī)模地質(zhì)作用。持續(xù)數(shù)十億年的地質(zhì)構(gòu)造變動不斷改變著地球外貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也推動著元素及其同位素化合，分異，遷移，活動。第7頁/共71頁地質(zhì)作用經(jīng)久不息，元素遷移演化不止。地球科學(xué)面對一個經(jīng)歷幾十億年發(fā)展演化、目前仍處于強(qiáng)烈變動中的“活”地球。地質(zhì)作用不但形成各種宏觀地質(zhì)體，同時(shí)造成地質(zhì)產(chǎn)物中不同的物質(zhì)組成，以及元素和同位素結(jié)合狀態(tài)的微觀現(xiàn)象。正是這些宏觀和微觀地質(zhì)現(xiàn)象記錄著地球變遷歷史。地球科學(xué)的任務(wù)就是準(zhǔn)確判讀這一宏偉的自然“史卷”。—緒論第8頁/共71頁地球內(nèi)部熱驅(qū)動地幔對流，將深部物質(zhì)帶到大洋中脊地表，溫度壓力降低導(dǎo)致組分分離或分異形成玄武質(zhì)熔巖，富Si、K、Ca、Na、Al、Fe和堿金屬，然后固結(jié)為組成洋殼的巖石，作為大洋巖石圈板塊的一部分離開大洋中脊。在消減帶向下再次進(jìn)入地幔。與此伴隨的是進(jìn)一步的化學(xué)分離，產(chǎn)生的流(熔)體向上進(jìn)入大陸地殼作為富SiO2的花崗巖類固結(jié)，成為陸殼的主要組成部分。作為化學(xué)工廠的地質(zhì)循環(huán)第9頁/共71頁作為化學(xué)工廠的地質(zhì)循環(huán)在活動性氣體和有機(jī)質(zhì)參與下，與地殼巖石發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生又一次化學(xué)分異。這種情況下化學(xué)分離特別清晰，SiO2集中于石英砂和燧石中，鋁進(jìn)入粘土礦物，鈣進(jìn)入灰?guī)r，重金屬進(jìn)入礦石。當(dāng)新的地幔物質(zhì)被帶到地表暴露在地表營力下，分異巖石再次被帶到地下進(jìn)入對流地幔中，來自兩種作用的能量建立了進(jìn)入巖石圈巖石流體的循環(huán)。第10頁/共71頁第11頁/共71頁地幔對流：地幔對流怎樣進(jìn)行？何時(shí)產(chǎn)生？分異作用：上地幔中玄武巖怎樣從橄欖巖中形成？玄武巖又是如何形成花崗巖的？水和空氣如何侵蝕花崗巖中的礦物？更深層次問題：對流和分異的最終結(jié)果是什么？地殼從地幔中分離的過程是怎樣的？地殼物質(zhì)通過消減作用回到地幔達(dá)到一種平衡狀態(tài)了么？擬或地殼增長的總量如何？這兩種過程充滿物理化學(xué)問題：第12頁/共71頁這兩種過程充滿物理化學(xué)問題：時(shí)間問題：地幔對流，分異作用和消減作用進(jìn)行了多長時(shí)間？它們最初是在何時(shí)和何地開始的？是怎樣開始的？具有實(shí)際意義的問題：上述過程如何影響大陸地表？金、銅、鎳等有用金屬如何成礦？人類活動對地球的化學(xué)機(jī)器產(chǎn)生了怎樣的顯著影響？對于人類生存環(huán)境產(chǎn)生了怎樣的影響？地球化學(xué)第13頁/共71頁—緒論不同地質(zhì)歷史時(shí)期形成的地殼物質(zhì)也不相同。為什么不同時(shí)間，不同空間形成的地質(zhì)體的物質(zhì)組成不同？？地球化學(xué)必須回答的問題第14頁/共71頁自從Goldschmidt和Vernadsky的早期階段以來，地球化學(xué)已經(jīng)成為一門成熟的科學(xué)，在地球科學(xué)中起著中心科學(xué)的作用(playsacentralroleintheEarthSciencesAllegre,1995)，在過去50年中發(fā)展相當(dāng)迅速，從建立巖石，土壤，水，地殼和地幔物質(zhì)化學(xué)組成的分析方法角度出發(fā)，已經(jīng)成為地球科學(xué)中解疑釋惑(explanatory)的學(xué)科(Allegre,1995)?！w論第15頁/共71頁掌握地球化學(xué)的基本原理，基本知識和基本技能。學(xué)會將地球科學(xué)問題轉(zhuǎn)換為地球化學(xué)問題，使用地球化學(xué)的思維方法和方法技術(shù)將地球化學(xué)中的感性推斷轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇岳斫?，見微知著，然后返回地質(zhì)學(xué)研究，站在新的科學(xué)高度理解地質(zhì)學(xué)問題。地球化學(xué)思維第16頁/共71頁1地球化學(xué)的基本問題及定義地球是個及其復(fù)雜的物質(zhì)體系。地球科學(xué)具有眾多分支學(xué)科，它們從不同側(cè)面認(rèn)識地球的過去和現(xiàn)在。地球化學(xué)著重從地球的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化，即物質(zhì)的化學(xué)運(yùn)動形式方面研究地球。第17頁/共71頁1.1地球化學(xué)基本問題自然地質(zhì)作用除形成宏觀地質(zhì)體外，還造成大量肉眼難以辨認(rèn)的常量，微量元素和同位素成分的變化，以及它們之間相互結(jié)合和賦存狀態(tài)方面的微觀蹤跡，包含重要的地質(zhì)作用信息。應(yīng)用現(xiàn)代分析測試手段觀察這些宏觀和微觀蹤跡，可以深入揭示地質(zhì)事件的奧秘。第18頁/共71頁自然物質(zhì)的運(yùn)動和存在狀態(tài)是所處介質(zhì)條件的函數(shù)。地球化學(xué)把任一地質(zhì)作用都看成是一種熱力學(xué)體系，反映地質(zhì)環(huán)境的體系物理化學(xué)條件，作用于具有獨(dú)立性格的原子，使之產(chǎn)生有規(guī)律的變化。根據(jù)現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)理論解釋變化的原因和條件，使地球化學(xué)有可能在更深層次上認(rèn)識地質(zhì)作用的機(jī)制。地球化學(xué)問題必須置于地球或其子系統(tǒng)(區(qū)域巖石圈,殼,幔)中進(jìn)行分析，以系統(tǒng)的組成和狀態(tài)來約束作用過程的特征和元素的行為。1.1地球化學(xué)基本問題第19頁/共71頁

圍繞原子在地質(zhì)環(huán)境中多方面的變化結(jié)果及其地質(zhì)意義的分析，形成地球化學(xué)研究中的幾個基本問題：I.研究地球和地質(zhì)體中元素及其同位素的組成。包括元素及其同位素含量在空間，時(shí)間及不同產(chǎn)狀地質(zhì)體中的變化。元素的平均含量(豐度)和分布分配問題abundance，distribution，partitioning。元素在地球及各層圈(殼、幔、核)中平均含量－豐度問題。1.1地球化學(xué)基本問題第20頁/共71頁研究元素及其同位素含量在不同地質(zhì)構(gòu)造單元，巖石，礦物和礦床中的變化-元素分布和分配問題。不同地質(zhì)構(gòu)造單元，不同巖石，礦床和礦物中，元素含量不同，這是因不同地球化學(xué)體系化學(xué)組成差異造成的。相同類型地質(zhì)構(gòu)造單元，不同巖石，礦床和礦物中，元素含量也不完全相同，這是體系所處熱動力學(xué)條件差異造成的。探討元素在地球化學(xué)體系中不同相(礦物)之間含量變化及其與熱力學(xué)條件的依存關(guān)系，是元素分配的研究范疇。從動態(tài)角度研究可以獲得元素自然演化的認(rèn)識。1.1地球化學(xué)基本問題第21頁/共71頁II.研究元素共生組合和賦存形式共生組合:(associationorparageneticassociation)前者指組合，無成因含義。后者有成因含義。-具有共同或相似遷移歷史和分配規(guī)律的元素常在特定地質(zhì)體中形成有規(guī)律的組合-元素共生組合。Cu，Pb，Zn在熱液礦床中；Cr，Ni，Co和PGE在基性超基性巖中形成共生組合。賦存形式(存在,狀態(tài))(occurrence)：指元素在地質(zhì)體中以什么形式存在。常見形式：化合物，類質(zhì)同像混入物，機(jī)械混入物，包裹體及吸附物等。元素結(jié)合狀態(tài)是地質(zhì)作用物理化學(xué)條件的指示劑，元素存在形式具有成因意義。1.1地球化學(xué)基本問題第22頁/共71頁III.研究元素的遷移(transportation):元素地球化學(xué)遷移或搬運(yùn)：指元素因其性質(zhì)不同，在自然界各種外界條件影響下不斷結(jié)合，分離，集中和分散的運(yùn)動。例如：元素集中→礦物→礦物集合體(巖石,礦體)→礦床。元素分散→地球化學(xué)負(fù)異常。集中與分散對立統(tǒng)一，有集中必有分散，反之亦然。南嶺W，Sn地球化學(xué)省→W，Sn礦床→W，Sn礦集區(qū)→大型,超大型W，Sn礦床元素遷移是地球化學(xué)研究的核心問題.1.1地球化學(xué)基本問題第23頁/共71頁IV.元素遷移歷史與地球演化(History，Evolution):地球的歷史是一個有大量地質(zhì)事件(events)構(gòu)成的漫長時(shí)間序列，具災(zāi)變和漸變相間，分階段循環(huán)疊加，總體單向發(fā)展的特征。對此化學(xué)元素具有“示蹤作用”，即元素和同位素的遷移寓于地質(zhì)作用之中。作用于微跡元素和核素地質(zhì)作用的影響有可能越過后期疊加作用而被保留，通過微跡元素或同位素變異揭示地質(zhì)作用過程的特征，稱為微跡元素或同位素“示蹤”，這些元素或同位素被稱為示蹤劑(tracer)。1.1地球化學(xué)基本問題第24頁/共71頁toknowthedistribution回答怎樣和什么？How?和What?todiscoverthecauses回答為什么,Why?tostudyreactions回答怎樣進(jìn)行反應(yīng),processestoassemblethereactionsintogeochemicalcycles.簡稱:KDSA.1.1地球化學(xué)基本問題第25頁/共71頁1.2地球化學(xué)定義

地球化學(xué)是研究地球及有關(guān)宇宙體的化學(xué)組成(chemicalcomposition,chemicalconstitution)、化學(xué)作用(chemicalaction,chemicalprocess)和化學(xué)演化(chemicalevolution)的科學(xué)。第26頁/共71頁1）從研究對象來看：是地球及其子系統(tǒng)（地殼、地幔）及其自然作用體系（巖漿作用、沉積作用、變質(zhì)作用、成礦作用、表生作用、生態(tài)環(huán)境……）)，目前正在向宇宙天體拓展；2）從研究形式來看：主要是元素（同位素）在自然界的化學(xué)運(yùn)動形式；3）從研究時(shí)間來看：包涵了整個地球、地殼演化和全部地質(zhì)作用時(shí)期；對單個元素（同位素）來講，是研究它們的發(fā)生、不斷發(fā)展及螺旋式演化的全部歷史。為此，地球化學(xué)是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科，但本質(zhì)上是隸屬地球科學(xué)。

1.2地球化學(xué)定義第27頁/共71頁①地球科學(xué)的一個分支地球化學(xué)主要研究對象是地球、地殼及其地質(zhì)作用，因此它是地球科學(xué)的一部分，其研究途徑、思維方法更接近地質(zhì)學(xué)，常是針對自然作用過程提出問題，通過地球化學(xué)理論和方法進(jìn)行研究，最后得出對自然作用的認(rèn)識。地球科學(xué)（廣義）：大氣與氣象、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)固體地球科學(xué)：地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第28頁/共71頁1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第29頁/共71頁②著重研究地質(zhì)作用中的化學(xué)運(yùn)動形式及其規(guī)律以區(qū)別于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué)；以觀察原子為出發(fā)點(diǎn)，研究原子活動的整個歷史，包括元素富集與分散、固結(jié)形式及流體狀態(tài)遷移等，重視研究微量元素及同位素，以此區(qū)別于礦物學(xué)、巖石學(xué)及礦床學(xué)的研究內(nèi)容。地球化學(xué)基本原理具有更為普遍、更為深刻的意義。地球化學(xué)是地球物質(zhì)科學(xué)（materialscienceoftheearth）中研究物質(zhì)成分的主干學(xué)科，兼具分支學(xué)科和基礎(chǔ)理論學(xué)科的雙重特點(diǎn)。1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第30頁/共71頁③以化學(xué)類學(xué)科科學(xué)為理論基礎(chǔ)廣泛深入應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)的理論和方法研究地球物質(zhì)運(yùn)動是地球化學(xué)的優(yōu)勢，包括無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、熱力學(xué)、膠體化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)等，而量子地球化學(xué)、配合物地球化學(xué)等等新興學(xué)科的出現(xiàn)，是地球化學(xué)與化學(xué)基礎(chǔ)理論發(fā)展緊密結(jié)合的產(chǎn)物。在推動地質(zhì)科學(xué)定量化,理論化和預(yù)測化的進(jìn)程中地球化學(xué)起著帶頭學(xué)科的作用。1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第31頁/共71頁④與相鄰學(xué)科間相互滲透包括與傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)、海洋學(xué)、天文學(xué)、土壤學(xué)等的相互滲透，繁衍出眾多的地球化學(xué)分支學(xué)科。⑤地球化學(xué)兼具理論性和應(yīng)用性應(yīng)用性體現(xiàn)在從對礦產(chǎn)資源的勘查利用到關(guān)系人類健康的環(huán)境規(guī)劃與治理、生態(tài)保護(hù)等等，如應(yīng)用地球化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、農(nóng)業(yè)地球化學(xué)、地球化學(xué)工程學(xué)-GeochemicalEngineering等等.1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第32頁/共71頁⑥年輕的發(fā)展中的科學(xué)地球化學(xué)的誕生自20世紀(jì)20年代開始，至今只有80多年的歷史，由于具有邊緣學(xué)科的優(yōu)勢，在短短的歷史中取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其作用已經(jīng)到了傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)研究如果沒有地球化學(xué)的參與許多問題將難以解決。1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第33頁/共71頁地球化學(xué)在自然科學(xué)中的位置和分支學(xué)科1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第34頁/共71頁地球化學(xué)在地質(zhì)科學(xué)中的位置粗線框內(nèi)：狹義地球化學(xué)；虛線框內(nèi)：廣義地球化學(xué)；虛線框內(nèi)：強(qiáng)調(diào)自然界物質(zhì)狀況的地球化學(xué)1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第35頁/共71頁按照不同觀點(diǎn)對地球化學(xué)的分類1.3地球化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)第36頁/共71頁2地球化學(xué)發(fā)展簡史2.1地球化學(xué)開創(chuàng)時(shí)期18世紀(jì)隨著地質(zhì)學(xué)理論和原子理論的發(fā)展，地球化學(xué)資料和認(rèn)識在礦物學(xué)、礦床學(xué)研究中迅速地積累起來，1838年瑞士化學(xué)家申拜因(Schonbein)第一次提出了“地球化學(xué)”這個名詞，1842年他預(yù)言“一定有了地球化學(xué)，才能有真正的地質(zhì)科學(xué)”.第37頁/共71頁20世紀(jì)后半葉，地球化學(xué)家從曾被認(rèn)為是穿著白大褂向地質(zhì)學(xué)家提供年齡數(shù)據(jù)或向采礦工程師提供品位化驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)室工作人員，變?yōu)榻裉毂坏刭|(zhì)學(xué)家接受的有權(quán)發(fā)展自己的研究領(lǐng)域，檢驗(yàn)自己提出的模式以及引進(jìn)和使用最需要最先進(jìn)的化學(xué)和物理概念的科學(xué)家。然而，由于地球化學(xué)家更多地以巖石和流體的化學(xué)或同位素分析的形式生成大量的原始數(shù)據(jù)，因此分析技術(shù)的發(fā)展對于地球化學(xué)學(xué)科具有特別重要的意義(Albarede,2003)。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第38頁/共71頁地球化學(xué)根基的許多發(fā)現(xiàn)形成于1800~1910年間，例如周期表的完成，放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，以及非均勻體系熱力學(xué)的建立。使用太陽光譜確定太陽和太陽系的組成，與隕石研究相結(jié)合使我們得以窺見浩大廣漠的宇宙。20世紀(jì)前半葉，許多科學(xué)家嘗試許多方法來測定地殼常量元素(majorelements)的組成。而Goldschmidt使用發(fā)射光譜技術(shù)測定少量和微量元素地球化學(xué)，使用X射線衍射技術(shù)測定了許多礦物的晶體結(jié)構(gòu)，放射測年技術(shù)開始限定絕對地質(zhì)時(shí)間表。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第39頁/共71頁自從1884年美國地質(zhì)調(diào)查所成立和克拉克(F.W.Clarke)任主要化學(xué)師以來，一個對地球進(jìn)行化學(xué)研究的中心就在美洲大陸建立了起來。1908年克拉克所著《地球化學(xué)資料》(DataofGeochemistry)一書出版，此后25年中再版5次。被公認(rèn)為是經(jīng)典地球化學(xué)著作?？死耸堑厍蚧瘜W(xué)最早奠基人之一。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第40頁/共71頁20世紀(jì)初，一個新的地球化學(xué)學(xué)派在挪威形成。該學(xué)派由沃格特(J.H.L.Vogt)和布羅格(W.C.Brogg-er)創(chuàng)立。后來由于戈?duì)柕滤姑芴?Goldschmit)及其同事的工作而馳名世界。戈?duì)柕滤姑芴?911年畢業(yè)于奧斯陸大學(xué)，他的論文是對地球化學(xué)基礎(chǔ)理論的貢獻(xiàn)。1933年他總結(jié)提出了晶體化學(xué)第一定律，成功地運(yùn)用原子和離子半徑以及極化效應(yīng)闡明元素共生組合和類質(zhì)同像，并擬定了元素的地球化學(xué)分類。去世后，他的部分成果由繆爾(A.Muir1954)編輯成專著《地球化學(xué)》，被公認(rèn)為經(jīng)典地球化學(xué)著作.2地球化學(xué)發(fā)展簡史第41頁/共71頁FatherofModernGeochemistry2地球化學(xué)發(fā)展簡史第42頁/共71頁1903年(15歲)時(shí)的VectorMoritzGoldschmidt2地球化學(xué)發(fā)展簡史第43頁/共71頁Goldschmidt的骨灰盒(美麗的綠色純橄欖巖制作)(高36cm)2地球化學(xué)發(fā)展簡史第44頁/共71頁20世紀(jì)20和30年代，另一個重要地球化學(xué)學(xué)派在蘇聯(lián)發(fā)展起來。В.И.Вернадскии和А.Е.Ферсман是該學(xué)派的創(chuàng)始人。維爾納斯基發(fā)展了礦物成因及其歷史的方向，對元素共生和遷移等問題作了許多研究，創(chuàng)立了生物地球化學(xué)和放射性元素地球化學(xué)分支。1924年出版專著《地球化學(xué)概論》。費(fèi)爾斯曼在20世紀(jì)30年代對大量地球化學(xué)資料進(jìn)行了系統(tǒng)全面的理論總結(jié)，創(chuàng)立了地球化學(xué)過程能量分析的原理和方法。寫成《地球化學(xué)及礦物學(xué)找礦方法》專著和《地球化學(xué)》四卷集。–我們不僅要熱愛我們的國家，而且還要改造它，創(chuàng)造一個新生活。被前蘇聯(lián)人民稱為“石頭詩人”。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第45頁/共71頁上述幾個研究學(xué)派已經(jīng)發(fā)展成為地球化學(xué)的幾個主要研究方向，由克拉克開創(chuàng)的地球化學(xué)豐度研究已經(jīng)發(fā)展成為勘查地球化學(xué)和分析地球化學(xué)、由戈?duì)柕滤姑芴亻_創(chuàng)的晶體化學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為理論地球化學(xué)、由維爾納茨基和費(fèi)爾斯曼開創(chuàng)的礦物成因及其歷史研究成為歷史地球化學(xué)方向?？傊?，在地球化學(xué)發(fā)展的歷史中，曾經(jīng)經(jīng)歷了較長時(shí)間的資料積累，然后主要由于克拉克、戈?duì)柕滤姑芴?、維爾納斯基和費(fèi)爾斯曼的巨大工作，才使地球化學(xué)從原來分散的資料描述發(fā)展成為有系統(tǒng)的理論和獨(dú)立方法的科學(xué)。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第46頁/共71頁2.2地球化學(xué)發(fā)展時(shí)期開始于20世紀(jì)50年代，地球化學(xué)家越來越多地研究地球化學(xué)反應(yīng)和地球化學(xué)作用過程。1952年，B.Mason出版PrinciplesofGeochemistry作為大學(xué)教科書被廣泛使用。它有助于地球化學(xué)作為地球科學(xué)的合理組成部分的地位。60年代，M.Garrels和B.Krauskopf應(yīng)用熱力學(xué)和溶液化學(xué)確定地球表面礦物的穩(wěn)定性和它們離子的活動性，訓(xùn)練出一批現(xiàn)代地球化學(xué)家。建立在比色學(xué)colorimetry基礎(chǔ)上，GeochemicalprospectingorGeochemicalExploration，由美國地調(diào)所Hawkes和Lakin創(chuàng)立于1947年。1953年用在聯(lián)合王國和南非土壤調(diào)查中。倫敦帝國理工學(xué)院地球化學(xué)勘查中心已成為該領(lǐng)域的活動中心。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第47頁/共71頁近年來出現(xiàn)的環(huán)境地球化學(xué)用于監(jiān)測因人類污染帶入環(huán)境的金屬和各種有機(jī)物的擴(kuò)散，這一造福于人類的應(yīng)用地球化學(xué)、水文地球化學(xué)、遙感地球化學(xué)、生物地球化學(xué)和醫(yī)學(xué)地球化學(xué)緊密相關(guān)。因此對人類持續(xù)繁衍勘查地球化學(xué)和環(huán)境地球化學(xué)將作出非常重要的貢獻(xiàn)。近代分析測試技術(shù)大大提高了地球化學(xué)數(shù)據(jù)的精度和分析速度，如電子能譜、紅外光譜、核磁共振等等，為查明元素在礦物中的賦存狀態(tài)創(chuàng)造了條件；近代結(jié)構(gòu)化學(xué)、物理化學(xué)和量子化學(xué)等與地球化學(xué)結(jié)合，大大推動了地球化學(xué)的發(fā)展。而在板塊構(gòu)造理論變革了地球科學(xué)的同時(shí)，也對地球化學(xué)產(chǎn)生了重大影響。這一切都極大地推動了現(xiàn)代地球化學(xué)的發(fā)展。2地球化學(xué)發(fā)展簡史第48頁/共71頁2.3我國地球化學(xué)的發(fā)展概況春秋戰(zhàn)國時(shí)期的《管子●地?cái)?shù)篇》書中記載：山上有赫者，其下有鐵；上有鉛者，其下有銀；上有丹砂這，其下有金；上有磁石者，其下有金銅。同其它地球科學(xué)學(xué)科一樣，我國地球化學(xué)的發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密聯(lián)系。1958年，中科院地質(zhì)所成立地球化學(xué)研究室，隨后發(fā)展成地化所。50年代末到60年代初，幾所高等院校相繼設(shè)立地球化學(xué)教研室或系。專業(yè)隊(duì)伍不斷擴(kuò)大。加強(qiáng)了中科院地化所，廣州地化所，國土資源部物化探所等幾個研究中心。成立中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會，出版《地球化學(xué)》，《ChineseJournalofGeochemistry》等多種刊物。礦巖地化學(xué)會有20余個專業(yè)委員會，中國地質(zhì)學(xué)會下設(shè)勘查地球化學(xué)專業(yè)委員會。國際地球化學(xué)填圖研究中心第49頁/共71頁3現(xiàn)代地球化學(xué)及其發(fā)展趨勢20世紀(jì)70年代開始，在方法上：X光熒光分析，等離子光度計(jì)，精密質(zhì)譜儀，電子探針，離子探針，質(zhì)子探針，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和改進(jìn)；理論上：化學(xué)熱力學(xué)，化學(xué)動力學(xué)和量子力學(xué)的引入，以及當(dāng)板塊構(gòu)造理論崛起和隨之而來的對地幔的興趣，登月、探測火星、隕石資料積累等多方面因素的促進(jìn)下，地球化學(xué)研究異常活躍。現(xiàn)代地球化學(xué)主要特點(diǎn)：建立了較完整的地球化學(xué)理論體系，形成了獨(dú)具特色的地球化學(xué)研究思路，制定出一套成熟的工作方法，在解決一些理論和實(shí)際問題中起著重要作用。第50頁/共71頁3現(xiàn)代地球化學(xué)及其發(fā)展趨勢1.

同位素年代學(xué)2.

穩(wěn)定同位素地球化學(xué)3.

微跡元素地球化學(xué)4.

實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)5.

地質(zhì)流體地球化學(xué)-包裹體地球化學(xué)6.

物理地球化學(xué)7.

有機(jī)地球化學(xué)8.配合物地球化學(xué)9.

地球化學(xué)動力學(xué)-geochemistrydynamics10.量子地球化學(xué)11.應(yīng)用地球化學(xué)-AppliedGeochemistry第51頁/共71頁3現(xiàn)代地球化學(xué)及其發(fā)展趨勢當(dāng)代地球化學(xué)發(fā)展動向的主要特征：各種精密、靈敏、高效分析技術(shù)的引入，微區(qū)、微量觀測方法的開拓，實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)的改進(jìn)與提高及電子計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，已至宇航、深鉆、深海探測等極大地開闊了人們的視域，增大了信息量，人類得以從全新的角度更全面更深入地觀察我們所居住的這個星球?，F(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)成果的引入和廣泛應(yīng)用，提高了地球化學(xué)的理解能力和認(rèn)識深度，使地質(zhì)科學(xué)向定量化、模型化、預(yù)測化的方向大大推進(jìn)了一步。第52頁/共71頁3現(xiàn)代地球化學(xué)及其發(fā)展趨勢（1）廣泛吸收相鄰學(xué)科成果，相互結(jié)合滲透，開拓新領(lǐng)域，共同促進(jìn)自然科學(xué)的發(fā)展繁榮。（2）地球化學(xué)正進(jìn)入一個全面對自然過程解析廣泛的數(shù)字模擬階段，它包含了與它有關(guān)的一切科學(xué)的化學(xué)方面。而研究一切自然過程的化學(xué)機(jī)制是現(xiàn)代地球化學(xué)的突出趨向。（3）地球化學(xué)對解決與人類息息相關(guān)的諸如礦產(chǎn)資源、能源、環(huán)境以及地質(zhì)災(zāi)害(火山、地震、泥石流等)等問題提供了實(shí)際成果。與兄弟學(xué)科一起為解決自然科學(xué)重大基礎(chǔ)理論問題－生命起源、地球與天體演化、元素的合成等起著越來越大的作用。第53頁/共71頁4地球化學(xué)研究方法和其它地質(zhì)科學(xué)一樣，地球化學(xué)研究必須采用“類比”和“反序”法，即根據(jù)作用產(chǎn)物來研究并恢復(fù)其作用過程的歷史和條件。地球化學(xué)和其它地質(zhì)作用都是同一地質(zhì)活動的不同側(cè)面。地球化學(xué)研究決不能脫離基礎(chǔ)地質(zhì)工作而單獨(dú)進(jìn)行。一般工作程序仍然是先野外，后室內(nèi)，根據(jù)專題要求，觀察，收集實(shí)際材料，然后進(jìn)行系統(tǒng)能夠反映地球化學(xué)信息的巖礦鑒定和元素測試，來分析和回答所從事課題中的問題。第54頁/共71頁4地球化學(xué)研究方法4.1地球化學(xué)野外工作方法1.宏觀地質(zhì)現(xiàn)象的時(shí)空結(jié)構(gòu)觀察在原有地質(zhì)工作基礎(chǔ)上查明區(qū)內(nèi)地層、巖體、構(gòu)造活動以及礦化和蝕變空間展布、時(shí)間順序和相互關(guān)系等；地質(zhì)體產(chǎn)狀，巖體的分期分相，蝕變和礦化的分帶，礦化的分期等等?；A(chǔ)地質(zhì)資料都有地球化學(xué)意義。第55頁/共71頁4.1地球化學(xué)野外工作方法4地球化學(xué)研究方法2.野外地球化學(xué)問題研究直觀地球化學(xué)現(xiàn)象觀察和研究能解決許多問題。地球化學(xué)學(xué)者應(yīng)具有地球化學(xué)思維，學(xué)會從元素遷移、化學(xué)反應(yīng)以及地球化學(xué)背景角度看問題。石英絹云母化：長石與流體中質(zhì)子和鉀反應(yīng):

NaAlSi3O8-CaAlSi2O8+H++K+→KAl3Si3O10(OH)2+2SiO2+Na++Ca2+

生成含水鋁硅酸鹽礦物和石英。中酸性巖和碳酸鹽巖接觸帶的矽卡巖化：3CaCO3+Al2O3+3SiO2=Ca3Al2Si3O12(鈣鋁榴石)+CO2↑CaCO3+MgCO3+2SiO2=CaMgSi2O6(透輝石)+2CO2↑第56頁/共71頁4地球化學(xué)研究方法3.地球化學(xué)樣品采集

是地球化學(xué)非常特征的研究方法，即通過對地球化學(xué)樣品元素，氧化物以及同位素含量等的測試，從微觀角度研究地質(zhì)作用過程中元素賦存狀態(tài)，遷移形式和沉淀方式，揭示作用的地球化學(xué)機(jī)理。要以對研究區(qū)地質(zhì)特征認(rèn)識和測試方法的了解為前提。針對科學(xué)研究的目的進(jìn)行樣品布局設(shè)計(jì)注意3個問題：①代表性；②系統(tǒng)性；對研究對象空間上、時(shí)間上和不同成因系列的樣品構(gòu)成一個系列；③統(tǒng)計(jì)性；代表性樣品常由一組樣品構(gòu)成。在地質(zhì)多元統(tǒng)計(jì)中大子樣n>50，小子樣n>15。第57頁/共71頁4地球化學(xué)研究方法1234567無蝕變、無脈體、無表皮、礦物組成均勻的新鮮樣品第58頁/共71頁4地球化學(xué)研究方法4.2室內(nèi)研究方法靈敏精確的分析測試方法地球化學(xué)經(jīng)常處理的元素含量為克拉克值級次，需要精密的分析技術(shù),靈敏度要求達(dá)到10-4~10-9?，F(xiàn)代分析測試儀器可以獲得所需精度和靈敏度。常用分析方法：發(fā)射光譜，原子吸收光譜，火焰光譜，離子選擇電極,極譜，X熒光光譜，中子活化，等離子體光量計(jì)，等離子質(zhì)譜以及各種專項(xiàng)分析技術(shù)。元素結(jié)合形式和賦存狀態(tài)鑒定和研究對不形成獨(dú)立礦物的元素，應(yīng)研究其賦存狀態(tài)。晶體光學(xué)法，物性和物相分析，X射線分析及各種微區(qū)分析如電子，離子及質(zhì)子探針，同步加速X射線衍射分析等。第59頁/共71頁4地球化學(xué)研究方法4.2室內(nèi)研究方法物理化學(xué)條件測定和計(jì)算包括測定法和計(jì)算法。流體包裹體測溫，測壓技術(shù)；微量元素溫度計(jì)，礦物溫度計(jì)，同位素溫度計(jì)等。熱力學(xué)參數(shù)還包括體系pH、Eh、fo2、鹽度、離子強(qiáng)度、礦質(zhì)濃度等參數(shù)的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)?zāi)M自然作用實(shí)驗(yàn)室條件下重現(xiàn)自然作用過程。觀測資料多元統(tǒng)計(jì)處理和計(jì)算包括多元統(tǒng)計(jì)在地球化學(xué)中的應(yīng)用，多變量和多組分反應(yīng)地球化學(xué)開放體系的數(shù)值模擬計(jì)算，地理信息系統(tǒng)在地球化學(xué)研究中的應(yīng)用等嶄新領(lǐng)域。第60頁/共71頁precision:

分析數(shù)據(jù)的重現(xiàn)率.用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD%=σ/c×100%.即標(biāo)準(zhǔn)差被平均值除（重復(fù)樣）.準(zhǔn)確度-accuracy:測試含量值與真實(shí)含量值接近的程度（標(biāo)樣）檢測限-detectionlimit:測試方法能夠測試的最低含量,是背景噪音相對于元素信號的函數(shù).假定數(shù)據(jù)的分析誤差呈正態(tài)分布時(shí)精度與準(zhǔn)確度關(guān)系示意圖.4.3地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析第61頁/共71頁元素周期表法-元素活動性取決于原子的構(gòu)造性質(zhì)，利用周期表元素位置確定元素在地質(zhì)過程中的相互聯(lián)系。據(jù)已知分布預(yù)測可能存在的特征組合。晶體化學(xué)分析法-原子大小，配位數(shù)，極化性質(zhì)，鍵性，晶體場效應(yīng)等，闡述微跡元素活動歷史和運(yùn)動規(guī)律，圖解法-根據(jù)濃度，比值，溫度，取樣深度等相互關(guān)系，探討體系成因和演化。直角坐標(biāo)，三角形，立體圖解以及標(biāo)準(zhǔn)化圖解-球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化。示蹤劑法-由地球化學(xué)性質(zhì)相近或相反元素對組成，或同位素比值等。Rb/Sr比值等地球化學(xué)計(jì)算和模擬-計(jì)算地球化學(xué)4.3地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析第62頁/共71頁一個人的精神發(fā)育史實(shí)質(zhì)上就是一個人的閱讀史，一個民族的精神境界，在很大程度上取決于全民族的閱讀水平。在一定意義上，讀書就意味著教育，甚至意味著學(xué)校。學(xué)校里最重要的是教師與圖書，學(xué)校提供了一個理想的讀書空間－在教師指導(dǎo)下讀書的空間。4.4地球化學(xué)文獻(xiàn)閱讀—朱永新（蘇州大學(xué)教授）第63頁/共71頁4.4地球化學(xué)文獻(xiàn)閱讀一個人的精神發(fā)育史就是他的閱讀史；一個民族的精神境界取決于這個民族的閱讀水平；一個沒有閱讀的學(xué)校永遠(yuǎn)不可能有真正的教育；教給學(xué)生一生有用的東西；—朱永新（蘇州大學(xué)教授）第64頁/共71頁4.4地球化學(xué)文獻(xiàn)閱讀韓吟文,馬振東.地球化學(xué),2003,地質(zhì)出版社.陳俊,王鶴年,地球化學(xué),2004,科學(xué)出版社.趙倫山,張本仁.地球化學(xué),1988,地質(zhì)出版社.涂光熾等,地球化學(xué).1984,上海科技出版社.中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所,高等地球化學(xué).1998,科學(xué)出版社.戚長謀等,地球化學(xué)通論.1994,地質(zhì)出版社.布朗洛,A.H.,地球化學(xué)(中譯本),1982,地質(zhì)出版社.戈?duì)柕滤姑芴?V.M.,地球化學(xué)(中譯本),1954,科學(xué)出版社.第65頁/共71頁4.4地球化學(xué)文獻(xiàn)閱讀Henderson,P.InorganicGeochemistry,1982,PergamonPress.Mason,B.,Moore,C.B.PrinciplesofGeochemistry.(4thed.).1982,JohnWiley&Sons.Krauskopf,K.B.IntroductiontoGeochemistry.(3rded.).1995,McGraw-HillBookCompany.Brownlow,A.H.Geochemistry.(2nd.).1996.PrenticeHall.Ottonello,G.PrinciplesofGeochemistry.1997,ColumbiaUniversityPress.Faure,G.PrinciplesandApplicationsofGeochemistry.(2nd.).1998,PrenticeHall.Yuan-HuiLi.AcompendiumofGeochemistry.2000,PrincetonUniversityPress.FancisAlba