地球化學(xué)讀書報告

地球化學(xué)—讀書報告在xxx老師的教學(xué)指導(dǎo)下，本學(xué)期的地球化學(xué)課程已圓滿結(jié)束。通過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我不僅學(xué)到了地球化學(xué)的相關(guān)理論知識，更了解到了地球化學(xué)的理論和方法在對找礦、評價和開發(fā)中的重要應(yīng)用價值。——前言地球是個復(fù)雜的物質(zhì)體系，幾個世紀(jì)以來各學(xué)科從不同角度來認(rèn)識地球的過去和現(xiàn)在。地球化學(xué)側(cè)重從地球及其組成部分的化學(xué)成分和化學(xué)運(yùn)動的角度來認(rèn)識地球。地球化學(xué)是關(guān)于地球和太陽系的化學(xué)成分及化學(xué)演化的一門科學(xué)，它包括了與它有關(guān)的一切科學(xué)的化學(xué)方面”。一、地球化學(xué)概念及其學(xué)科性質(zhì)地球化學(xué)是研究地球的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的科學(xué)，它是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)、物理化學(xué)、現(xiàn)代分析測試相結(jié)合而產(chǎn)生和發(fā)展起來的邊緣學(xué)科。自20世紀(jì)70年代中期以來，地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)已成為固體地球科學(xué)的三大支柱。它的研究范圍也從地球擴(kuò)展到月球和太陽系的其他天體。地球化學(xué)的理論和方法，對礦產(chǎn)的尋找、評價和開發(fā)，農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境科學(xué)等有重要意義。地球科學(xué)基礎(chǔ)理論的一些重大研究成果，如界限事件、洋底擴(kuò)張、巖石圈演化等均與地球化學(xué)的研究有關(guān)。地球化學(xué)的一些重大成果是各分支學(xué)科綜合研究的結(jié)果。如隕石、月巖與地球形成的同位素年齡的一致，表明太陽系各成員形成獨(dú)立宇宙體的時間是大致相同的。又如微量元素和同位素研究，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)地幔組成的不均一性(垂向的和區(qū)域的)，提出了雙層地幔模型，加深了對地球內(nèi)部的認(rèn)識。天體化學(xué)、微量元素和同位素地球化學(xué)研究，還為新災(zāi)變論提供了依據(jù)。二、地球化學(xué)的研究思路和方法地球化學(xué)已形成了自己的獨(dú)立的研究思路與研究方法。地球化學(xué)的基本研究思路可以概括為以下三個方面：①自然過程形成宏觀地質(zhì)體的同時也留下微觀蹤跡，其中包括許多地球化學(xué)信息，這些微觀蹤跡中包含著重要的地球化學(xué)演化信息，地球化學(xué)就是通過研究這些微觀蹤跡來追索地球歷史的；②自然界物質(zhì)的運(yùn)動和存在狀態(tài)是環(huán)境和體系介質(zhì)條件的函數(shù)，地球化學(xué)將任何自然過程看成是熱力學(xué)過程，應(yīng)用現(xiàn)代科技理論來解釋自然體系化學(xué)變化的原因和條件，使有可能在更深層次上探討和認(rèn)識自然作用的機(jī)制；③地球化學(xué)問題必須置于其子系統(tǒng)（區(qū)域巖石殼、幔）中進(jìn)行分析，一系統(tǒng)的組成和狀態(tài)來約束作用過程的特征和元素行為。地球化學(xué)的基本研究方法可概括如下：①明確研究目標(biāo)和任務(wù)，制定計劃；②現(xiàn)場研究（在野外對地質(zhì)體等進(jìn)行研究，并收集地球化學(xué)樣品）；③室內(nèi)分析、測試、鑒定；④理論分析（數(shù)據(jù)整理、綜合分析）和模擬研究（實(shí)驗(yàn)和計算機(jī)模擬），即正序研究：⑤歸納、討論：針對目標(biāo)和任務(wù)進(jìn)行歸納、結(jié)合已有研究成果進(jìn)行討論。由于地質(zhì)作用規(guī)模宏大、時間持久、有用復(fù)雜，且多次作用疊加，地球化學(xué)研究必須觀察和分析多種變量，確立多層次的指標(biāo)，才有可能追蹤地球的歷史。三、地球化學(xué)研究的問題及其應(yīng)用意義圍繞原子在自然環(huán)境中的變化及意義，結(jié)合本學(xué)期地球化學(xué)的學(xué)習(xí)，總結(jié)出六個地球化學(xué)研究的問題及其應(yīng)用意義。如下分別論述：1、地球系統(tǒng)中元素的組成問題（既豐度）通常將元素在宇宙體或較大的地球化學(xué)體系中的平均含量稱為豐度。元素在地殼中的豐度又稱為克拉克值。元素克拉克值影響著元素參加地球化學(xué)過程的濃度，支配著元素的地球化學(xué)行為。地殼元素豐度的研究意義主要分為以下四個方面：（1）、為研究地球的形成、化學(xué)分異及地球、地殼元素的成因等重大基礎(chǔ)問題提供信息；（2）、確定了地殼體系的總特征：只有在地殼化學(xué)組成、地殼物理化學(xué)條件限定下的化學(xué)作用才能發(fā)生，如地殼中礦物的種類有限；（3）、以元素克拉克值為基礎(chǔ)，可獲得地殼中不同元素平均含量間的比值，地質(zhì)體中相應(yīng)比值的變化，可提供某些重要的地球化學(xué)作用信息（如成礦作用信息、交代作用信息、物質(zhì)來源信息等）。（4）、作為地殼體系內(nèi)各種化學(xué)過程的總背景：可將元素克拉克值作為衡量元素相對富集或貧化的標(biāo)尺（在克拉克值研究的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了“濃度克拉克值”和“濃集系數(shù)”的概念）；①“濃度克拉克值”：地質(zhì)體中研究元素的含量與克拉克值之比，反映元素在地質(zhì)體中的濃集程度，是衡量元素集中和分散的良好標(biāo)尺，在地球化學(xué)理論研究和在找礦實(shí)踐中都具有重要意義。②“濃集系數(shù)”：元素在礦床中的最低可采品位與克拉克值之比，如Fe的濃集系數(shù)為6，說明Fe在克拉克值的水平上富集6倍即可成礦。許多稀有元素具有極高的濃集系數(shù)，如Bi的濃集系數(shù)為2500。Hg的濃集系數(shù)為1400。2、地球系統(tǒng)中元素的結(jié)合規(guī)律與賦存形式自然界沒有孤立的原子，原子都是以一定的形式結(jié)合并組合存在。在不同的巖石、礦物中元素的組合方式千變?nèi)f化，但在同一類型的巖石中特定的元素又總是相伴出現(xiàn)，這反映自然界元素之間的結(jié)合是有一定規(guī)律的，它對元素在自然界的存在形式和遷移都有重要影響。元素結(jié)合的主要規(guī)律有以下幾種：①元素的地球化學(xué)親和性、②礦物晶體形成和變化過程的類質(zhì)同像法則、③晶體場理論的控制。主量元素和微量元素間都可以發(fā)生類質(zhì)同相，它們決定了自然界幾乎沒有純化合物。類質(zhì)同象的地球化學(xué)意義主要由以下七條：①類質(zhì)同像是支配地殼中元素共生組合的一個重要因素，特別是微量元素和常量元素間的制約、依賴關(guān)系。如元素在不同類型巖石中的分配特征。②決定了元素在共生礦物間的分配③支配微量元素在交代過程中的行為。在熱液作用下常發(fā)生交代變質(zhì)過程，此時系統(tǒng)是開放的，有元素的遷出和帶入，在主量元素發(fā)生遷移的同時，與主量元素發(fā)生類質(zhì)同相的元素也會發(fā)生相似的遷移運(yùn)動。④類質(zhì)同相的元素比值可作為地質(zhì)作用過程和地質(zhì)體成因標(biāo)志等。⑤標(biāo)型元素組合：礦物中含有大量類質(zhì)同像的“雜質(zhì)”，同一種礦物在某一特定的成因下只富含某些特征的類質(zhì)同像元素組合（像人體指紋），這種組合可以推斷礦物的形成環(huán)境，稱標(biāo)型元素組合。⑥支配微量元素在礦物巖石中的分配，影響微量元素的集中或分散。⑦對環(huán)境的影響元素的賦存形式主要有：獨(dú)立礦物、類質(zhì)同象、超顯微非結(jié)構(gòu)混入物、吸附、與有機(jī)質(zhì)結(jié)合。同一種元素的不同存在形式，表現(xiàn)出不同的地球化學(xué)行為。又如礦產(chǎn)資源的可利用性，元素的存在形式有時比元素的含量更有意義。如在超基性巖中鎳的含量一般較高，但即使達(dá)到礦床的工業(yè)品味，也不等于其就有開采價值。因?yàn)槿绻嚧嬖谟诠杷猁}中，其基本不能被應(yīng)用，但如果鎳一硫化物形式存在，就有良好的利用價值了。3、地球系統(tǒng)的化學(xué)作用和元素的遷移元素的結(jié)合關(guān)系和存在形式不是一成不變的，元素存在形式變化的過程就是化學(xué)作用。元素存在形式發(fā)生變化時若伴隨發(fā)生空間位移，就發(fā)生了元素的遷移。地球系統(tǒng)中化學(xué)作用的類型主要有五種:①水-巖化學(xué)作用；②熔漿和熔-巖化學(xué)作用；③有機(jī)化學(xué)作用；④水-氣化學(xué)作用；⑤巖-巖化學(xué)作用。元素的地球化學(xué)遷移：當(dāng)環(huán)境的物理化學(xué)條件發(fā)生變化時，為了與環(huán)境達(dá)到新的平衡，元素原來的存在形式自動解體，轉(zhuǎn)變成一種新的相對穩(wěn)定的結(jié)合方式，在元素賦存狀態(tài)發(fā)生變化的同時，伴隨有元素的空間位移和元素組合的變化時，稱為元素的地球化學(xué)遷移。應(yīng)用實(shí)例研究：1、元素遷移和高溫成礦作用研究——巴爾蘇科夫?qū)﹀a礦脈的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果：pH>8時SnO2大量溶解，錫可能以[Sn(F、OH)6]2-形式遷移；pH@7.5時，SnO2析出，同時釋放出HF；結(jié)論：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析錫的成礦過程為：Na2[Sn（F、OH）6]2--?SnO2＋HF＋2Na（OH）通過地質(zhì)-地球化學(xué)工作和實(shí)驗(yàn)研究，將成礦過程歸納成三個階段：（1）、在T>300°C、pH>8的條件下花崗巖發(fā)生自變質(zhì)——在鈉長石化的同時，部分黑云母發(fā)生白云母化，并析出Fe、Mg、Sn，析出的（2）、絡(luò)合物在T>300°C、pH>（3）、隨溫度降低和pH值降低，絡(luò)合物水解析出錫石，釋放出的Na+、F--遷移到圍巖中，在圍巖中生成螢石、黃玉、毒砂、電氣石等礦物。2、高溫交代變質(zhì)作用變質(zhì)作用按系統(tǒng)的開放性分為區(qū)域變質(zhì)作用和交代變質(zhì)作用。前者在變質(zhì)作用過程中系統(tǒng)的化學(xué)組成基本不變（近似封閉體系），后者則在變質(zhì)過程中系統(tǒng)的組成會發(fā)生變化（開放體系）。交代變質(zhì)作用是典型的水巖化學(xué)作用，在高溫條件下更活躍。（1）、矽卡巖化——在酸性和中酸性巖漿巖和碳酸巖的接觸帶上，通過發(fā)生交代作用生成矽卡巖的過程，稱為矽卡巖化。交代作用既可以發(fā)生在灰?guī)r（外接觸帶）中，也可以發(fā)生在巖漿巖（內(nèi)接觸帶）中。矽卡巖化前后，內(nèi)外接觸帶的成分都有變化。（2）、熱液蝕變──深源熱液的組成與圍巖的成分差異較大時，其間會發(fā)生物質(zhì)成分的交換，通過圍巖成分的變化（即通常所說的圍巖蝕變）可以判斷曾發(fā)生過水巖交代作用過程。4、地球化學(xué)熱力學(xué)與動力學(xué)熱力學(xué)是研究過程熱效應(yīng)的科學(xué)，也就是研究過程能量變化和轉(zhuǎn)化的科學(xué)。地球系統(tǒng)內(nèi)的任何運(yùn)動無不與能量有關(guān)，地球系統(tǒng)內(nèi)的化學(xué)作用也無時無處不受熱力學(xué)基本規(guī)律的控制。因此，要認(rèn)識地球化學(xué)過程的作用機(jī)制，就應(yīng)將熱力學(xué)的研究成果應(yīng)用于地球化學(xué)作用過程的研究。從動力學(xué)角度理解，元素的地球化學(xué)遷移不僅包括元素物理化學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變和空間的運(yùn)動，還應(yīng)包含能量的輸運(yùn)以及動量的傳遞。如巖漿的上侵活動、熱液向圍巖中流動等，不但帶來了大量的物質(zhì)而且?guī)砹藷崃恳约熬薮蟮臋C(jī)械能。因此加熱了圍巖、軀動了孔隙溶液的活動，以致造成圍巖斷裂破碎等。物質(zhì)和能量的帶入造成了體系的高度不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致一系列的地球化學(xué)反應(yīng)。因此，研究元素的遷移必須與動力學(xué)環(huán)境聯(lián)系起來。物質(zhì)和能量的輸運(yùn)構(gòu)成元素遷移作用的重大控制因素。水溶液中元素的遷移主要有兩種方式：擴(kuò)散和滲濾。（1）滲濾遷移的特征和意義：①滲濾遷移時元素隨溶液整體遷移，往往可以遷移較遠(yuǎn)，滲濾遷移引起的成礦、成暈的蝕變帶較寬；②由于存在過濾效應(yīng)，當(dāng)元素間的過濾效應(yīng)系數(shù)不同時將導(dǎo)致元素分帶：溶液前鋒濃集Y值大的元素；尾部濃集Y值小的元素。（2）擴(kuò)散作用的研究意義：擴(kuò)散是自然界最廣泛的物質(zhì)遷移方式，在成礦、成暈和圍巖蝕變過程中，當(dāng)巖石的裂隙不發(fā)育、溶液流動不暢時，擴(kuò)散遷移起主導(dǎo)作用。5、微量元素地球化學(xué)微量元素地球化學(xué)是地球化學(xué)的重要分支學(xué)科之一，是研究微量元素在地球中的分布、化學(xué)作用及化學(xué)演化的科學(xué)。微量元素可作為地質(zhì)、地球化學(xué)過程示蹤劑，在解決當(dāng)代地球科學(xué)面臨的基本理論問題——天體、地球、生命、人類和元素的起源及演化，提供充足的資源和良好的生存環(huán)境等方面將發(fā)揮越來越重要的作用。能斯特分配定律的表達(dá)式：它表明在溫度、壓力恒定的條件下，微量元素i(溶質(zhì))在兩相分配達(dá)平衡時其濃度比為一常數(shù)(KD)。KD亦稱為分配系數(shù)，或稱能斯特分配系數(shù)，它與溶質(zhì)的濃度無關(guān)（在一定濃度范圍內(nèi)），只受溫度、壓力的限定。分配系數(shù)的應(yīng)用如下：1、定量研究元素分配——元素分配的微觀理論（離子半徑、電價等）只能定性地解釋元素的分配關(guān)系；應(yīng)用分配系數(shù)可以計算共生平衡礦物中的分配量。2、為成礦分析提供了理論依據(jù)——元素在共存相間分配的不均勻分配是元素濃集的重要機(jī)制之一。3、判斷成巖和成礦過程的平衡——在各相處于平衡時，元素在共存礦物間的分配系數(shù)，當(dāng)溫度、壓力固定時為一常數(shù)。為此，可利用來作為檢驗(yàn)自然過程是否達(dá)到平衡的標(biāo)志。4.微量元素地質(zhì)溫度計分配系數(shù)（KD）與體系溫度的倒數(shù)成線型關(guān)系：lnKD=-(ΔH/RT)+B在實(shí)測時，測出ΔH和B值（由不同溫度條件下測得分配系數(shù)值，用最小二乘法計算出ΔH和B值）。在適用范圍內(nèi)ΔH可看作常數(shù)，理想的地質(zhì)溫度計應(yīng)具有盡可能大的ΔH值。5.微量元素地質(zhì)壓力計在恒溫條件下，分配系數(shù)與壓力的關(guān)系為lnKD/p=-ΔV0/RT。

該式是微量元素地質(zhì)壓力計的理論基礎(chǔ)。在理論上微量元素壓力計應(yīng)用于ΔH小和ΔV大的反應(yīng)。為此，在選擇實(shí)驗(yàn)對象時應(yīng)注意這點(diǎn)。6.指示沉積環(huán)境——在沉積環(huán)境研究中，可以利用微量元素含量、比值變化來研究沉積相鹽度及氧化還原環(huán)境。根據(jù)元素（同位素）的地球化學(xué)行為導(dǎo)致的微觀變化，對沉積環(huán)境的判別和沉積物源的確定具有重要指示意義。7.巖漿作用過程微量元素分配和演化定量模型的研究（1)巖漿結(jié)晶作用過程(礦物從熔體中的結(jié)晶)主要有：①平衡結(jié)晶——礦物晶體與熔體始終保持平衡，結(jié)晶的晶體無環(huán)帶。②分異結(jié)晶（表面平衡）——礦物與熔體只是表面平衡，因微量元素在晶體中的擴(kuò)散要比在熔體中慢得多，使得微量元素在晶體邊緣和晶體核部分布不均一，只有晶體邊部與熔體達(dá)到平衡，而晶體內(nèi)部與熔體不平衡。則形成晶體的環(huán)帶狀構(gòu)造。為此，推導(dǎo)出瑞利分餾定律。研究意義：①定量研究巖漿結(jié)過程中微量元素的化學(xué)演化②分析成礦問題（2)部分熔融作用過程——在整個部分熔融過程中，熔體與殘留固體始終保持平衡，直到熔體離去，這種熔融稱批次熔融,又稱平衡熔融或一次熔融。研究意義：①定量分析元素的集中與貧化程度、②對分析成礦作用具有理論意義、③可分析巖漿源區(qū)的化學(xué)特征及巖石成因8.巖漿形成機(jī)制的研究由巖漿演化過程元素的行為，可用以下標(biāo)志判斷巖漿的形成機(jī)制結(jié)晶分異部分熔融相容元素（Ni、Co、Cr）含量變化大含量變化小不相容元素比值（Sr/Ba、La/Sm）比值變化小比值變化大9.判斷巖石的成因如：二輝巖有兩種成因，一種是變質(zhì)成因，另一種是巖漿成因，在不同成因的二輝巖中，Mg在兩種輝石間的分配系數(shù)上不一樣的，前者的分配系數(shù)在0.57左右，后者在0.73上下。稀土元素的地球化學(xué)應(yīng)用如下：（1）、巖石成因——花崗巖分類：I、S、M、A型（2）、變質(zhì)巖原巖恢復(fù)——現(xiàn)有研究表明，在角閃巖相和麻粒巖相的變質(zhì)條件下，變質(zhì)巖的稀土元素含量可能發(fā)生一些變化，但其稀土元素的組成模式不會發(fā)生變化，因此，利用稀土元素的組成模式可恢復(fù)變質(zhì)巖的原巖。另外，也可以設(shè)計稀土元素的其它圖解來恢復(fù)變質(zhì)巖的原巖（如REE—La/Yb圖解）。（3）、研究地殼演化——W.B.Nance和S.R.Taylor等人系統(tǒng)研究了澳大利亞從太古代→元古代→三迭紀(jì)的沉積巖(頁巖)的稀土組成及演化特征，并與世界其它地區(qū)作了對比，根據(jù)稀土組成模式的特點(diǎn)探討了地殼成分及其演化。（3）、成巖成礦構(gòu)造環(huán)境的判別由于不同構(gòu)造環(huán)境的物質(zhì)、熱源、物理化學(xué)條件及動力學(xué)機(jī)制等方面存在差異，形成巖石的微量元素含量與組合（包括同位素組成）有較明顯的不同。（4）、地球?yàn)?zāi)變事件的微量元素地球化學(xué)證據(jù)6、同位素地球化學(xué)同位素地球化學(xué)在研究地球或宇宙體的成因與演化，主要包括地質(zhì)時鐘、地球熱源、殼幔相互作用及殼幔演化、成巖成礦作用、構(gòu)造作用及古氣候和古環(huán)境記錄等方面，提供了重要有價值的信息，為地球科學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。6.1、同位素地質(zhì)年代學(xué)利用自然界放射性衰變規(guī)律研究測定各種地質(zhì)體的形成時代的同位素記時方法。它根據(jù)放射性同位素衰變規(guī)律確定地質(zhì)體形成時間和地質(zhì)事件發(fā)生的時代,以研究地球和行星物質(zhì)的形成歷史和演化規(guī)律。具體應(yīng)用方法主要有：Rb-Sr法年齡測定、Sm-Nd法年齡測定、U-Th-Pb法年齡測定、Pb-Pb法年齡測定、K-Ar法年齡測定、40Ar-39Ar法年齡測定、14C法年齡測定等。同位素年代學(xué)的地質(zhì)意義：同位素年代學(xué)現(xiàn)已成為地球科學(xué)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。是宇宙的起源、月球-隕石-地球等天體演化、地質(zhì)年代表的編制、前寒武紀(jì)巖石的測年、地殼運(yùn)動旋回的規(guī)律性，區(qū)域地質(zhì)年表及成礦時代，成礦期的劃分等研究不可缺少的手段之一。同位素地質(zhì)年代學(xué)提供了較精確的全球統(tǒng)一的地質(zhì)年表。使寒武紀(jì)以后（顯生宙）生物地層學(xué)定量化，為解決前寒武紀(jì)（隱生宙）地質(zhì)時代的劃分及對比提供了依據(jù)。1964年以來公布的有代表性的后寒武紀(jì)地質(zhì)年代表顯示，不同地區(qū)的數(shù)據(jù)有驚人的相似性，說明世界各地地質(zhì)變動歷史有同步性，地質(zhì)歷史上的重大事件在全球是接近同期的。6.2穩(wěn)定同位素地球化學(xué)近年來，穩(wěn)定同位素地球化學(xué)已同位素分餾理論原理為基礎(chǔ)，將重點(diǎn)從同位素平衡體系轉(zhuǎn)向非平衡體系，激光探針同位素分析技術(shù)的日漸成熟。有大大促進(jìn)了應(yīng)用研究。目前，穩(wěn)定同位素正向著地球科學(xué)的各個領(lǐng)域滲透。主要應(yīng)用如下：①氧同位素測溫：可分為二類：外部測溫法和內(nèi)部測溫法。外部測溫法是根據(jù)礦物-水體系中同位素分餾系數(shù)α礦物-水及計溫方程參數(shù)直接確定礦物與流體相間的平衡溫度。內(nèi)部測溫法是指當(dāng)巖漿巖或變質(zhì)巖形成時，二共生礦物達(dá)到平衡，則二礦物的δ18O之間存在一個平衡態(tài)差值，并由α礦物-礦物及計溫方程計算出二礦物間的平衡溫度。②氫氧同位素的示蹤應(yīng)用：a.確定成礦液體的來源及礦床成因；b.確定巖石的成因：氧同位素研究可有效利確定火成巖的物質(zhì)來源，并據(jù)此進(jìn)行巖石成因類型的劃分。③硫同位素的地球化學(xué)應(yīng)用：設(shè)計地質(zhì)溫度計、分析礦床成因、判斷巖石的成因④碳同位素的示蹤意義：地幔去氣作用碳同位