微量元素地球化学部分笔记

微量元素地球化学Trace Element Geochemistry

第0章绪论

1.微量元素地球化学定义：地球化学的重要分支学科之一，是研究微量元素在地球( 包括部分天体)形成、演化中分布、赋存状态、行为方式、分析技术和各类应用的分支学科。

地壳主要由O 、Si 、Al 、Fe 、Ca 、Mg 、Na 、K 、Ti 等九种元素组成，这九种元素占地壳总重量的99％左右—【主要元素&常量元素】。其它元素被统称为次要元素、微量元素、痕量元素、杂质元素或稀有元素等。

常量元素：能形成独立矿物，其分配受相律控制，遵循相律和化学计量法则。

?微量元素：自然体系中浓度极低，不能形成独立矿物，可以成为副矿物其分配不受相律和化学计量法则限制。

?major elements ：地壳中平均浓度>1%

○minor elements ：地壳中平均浓度∈[0.1%，1%]

○trace elements ：地壳中平均浓度<0.1%，通常为ppm 或ppb 数量级

○2.微量元素的定义：地球化学体系中，克拉克值低于0.1%的元素。

注：ppm=partspermillion=10-6；同理，ppb=10-9；ppt=10-12。

第一章微量元素的分类

亲石元素（Lithophile elements ）

?一.戈式分类

亲铁元素（Siderophile elements ）

?在岩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，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。亲铜元素（Chalcophile elements ）

?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。典型的亲铁元素有镍、钴、金、铂族元素。亲气元素（Atmophile elements )

?在硫化物相和陨硫铁(FeS)中富集的化学元素。在自然界中,它们往往易与S 2-结合成硫化物和复杂硫化物，如硫、铜、锌、铅、镉、砷、银、硒、碲、锑等。

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、氧等。

注：①变价元素可以属于不同类别（i.e. 二价时属于亲铜元素；更高价时属与亲石元素） ②物理化学条件不同，具有不同的性质，可以属于不同类别条目 分类亲石（亲氧）元素亲铜（亲硫）元素亲铁元素亲气元素

离子最外层

结构

8电子（s 2p 6）稀有气体结构18电子（s 2p 6d 10结构8-18电子的过渡结构8电子电负性和电

离能

较低的电负性和电离能中等电负性和电离能较高电负性和第一电离能键性

离子键共价键金属键分子键（惰性元素为原子键）其他性质氧化物的生成热大氧化物的生成热小

于FeO 的生成热氧化物的生成热小形成具有挥发性或易形成挥发性化合物

Note.TE-Geochem

于FeO 的生成热

于FeO 的生成热成挥发性化合物原子容积曲

线位置

下降部分上升部分最低部分很大（最大？）富集位置岩石圈硫化物-氧化物过渡

圈铁-镍核地球外圈

注：该表格整理于《地球化学》，仅供参考

二.根据离子势分类

1.离子势定义：π=W/R ，即离子电荷与离子半径的比值。也可称作离子电位。

高场强元素或离子（High field strength elements ，HFSEs ）?2.场强定义：离子每单位表面的静电荷强度。

低场强元素或离子（Low field strength elements ）

?电价高离子半径小的元素，其离子势>2。包括REE,Sc,Y,Th,U,Pb,Ti,Nb,Ta,Zr,Hf 等。

电价低离子半径大的元素，其离子势<2。又称大离子亲石元素—LILEs （large ion litho-phile

elements ）。包括K,Rb,Cs,Ba,Sr,Eu,Pb 等。[易活动，通常情况下不形成独立矿物，主要是造岩矿物的某一替代元素—类质同像]

补充：稀土元素

1.在地壳岩石中分布广泛，一般在风化壳上富集，其氧化长呈土状。

2.分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过程的性质，相邻的稀土元素可能只是岩浆的物质来源，而相隔较远的稀土元素的比值或LREE/HREE 可以指示岩浆的分异，i.e. Eu 、Ce 。

3.稀土元素除受岩浆熔融作用外，其他地质作用基本不破坏它的整体组成的稳定性。

4.Eu 2+半充满，往往脱离REE 3+整体，形成斜长石的正Eu 异常；Ce 4+具有稳定的

Xe 电子结构，脱离REE 3+整体，形成负Ce 异常。

5.REE 离子电位居中，络合物是REE 迁移的主要形式。

6.REE 的划分：①LREE(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu)&HREE(Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y)

②LREE(La-Nd)&MREE(Sm-Ho)&HREE(Er-Lu,Y)

7.洋中脊玄武岩亏损轻稀土；大陆酸性岩高的LREE/HREE 比值；金伯利岩极富集REE ，具有较大的LREE/HREE 比值。

8.河水的REE 浓度比海水大约高一个数量级。

三.根据分配系数分类

三.根据分配系数分类

相容元素(compatible elements)

?1.分配系数定义K D (T,P)=X i α/X i β[α为固相，β为液相]

不相容元素(incompatible elements)

?趋向于在固相中富集的微量元素，分配系数K D (T,P)显著大于1。尽管其浓度低,不能形成独立矿物相，但因离子半径、电荷、晶体场等晶体化学性质与构成结晶矿物的主要元素相近,而易于呈类质同像置换形式进入有关矿物相。

趋向于在液相中富集的微量元素，分配系数K D (T,P)近于零。由于其浓度低，不能形成独立矿物相，并且因离子半径、电荷、晶体场等性质与构成结晶矿物的主元素相差很大，而使其不能进入矿物相。大多数LILEs 属不相容元素。

注：①在铁镁质岩浆中，HFSEs 和LILEs 均是IC-Es 。【离子特征差异大，无法类质同像】 ②在长英质岩浆中，LILEs 为C-Es 。【LILEs 与长石中的Ca,K 等发生类质同像】

③两种岩浆中，Cr,Ni,Co,V 都是C-Es 。

第二章 溶液热力学基础

一.基本概念

1.溶液（分类）、溶质、溶剂

2.浓度的表达（质量分数、质量百分数、摩尔分数）

二.溶液热力学定律

1.拉乌尔定律（Raoult's Law ）

在定温下，在稀溶液中，溶剂A 的蒸气压等于纯溶剂蒸气压乘以溶液中溶剂物质的摩尔分数。【P A =P A o×X A 】

如果溶液中只有A ，B 两个组分，则拉乌尔定律也可表示为：溶剂A 蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。【If X A +X B =1,then △P A =Pa o-P A =P A o×X B 】

2.亨利定律（Henry's Law ）

在一定温度和平衡状态下，气体在液体里的溶解度（用物质的量分数X 表示）与该气体的平衡分压p 成正比。【P=K X ×X 】（K X 称为亨利定律常数，其数值与温度、压力、溶剂和溶质的性质有关）

注：①式中P 为该气体的分压。对于混合气体，在总压不大时，亨利定律分别适用于每一种气体。②溶质在气相和在溶液中的分子状态必须相同。如HCl ，在气相为HCl 分子，在液相为H +和Cl -，则亨利定律不适用。

③溶液浓度愈稀，对亨利定律符合得愈好。对气体溶质，升高温度或降低压力，降低了溶解度，能更好服从亨利定律。

3.稀溶液定义：两种挥发性物质组成一溶液，在一定的温度和压力下，在一定的浓度范围内，溶剂遵守Raoult 定律，溶质遵守Henry 定律，这种溶液称为稀溶液。

注：化学热力学中的稀溶液并不仅仅是指浓度很小的溶液。

【μB = 】

?4.化学位（势）定义：保持温度、压力和除B 以外的其它组分不变，体系的Gibbs 自由能随n B 的变化率称为化学势，所以化学势就是偏摩尔Gibbs 自由能。【组分B 的化学位：μB =μB o+RTlnX B 】

?注：化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重要作用。

i.e.推导Henry 定律：

【P B /X B =

， μB ol —μB og 】 定律

?已知溶液中组分B 的化学位为μB l =μB ol +RTlnX B ，此溶液饱和蒸汽中组分B 的化学位为

μB g =μB og +RTlnP B ，气液平衡时μB =l μB g ，由此可推出：

5.活度定义：a x,B =γx,B ×X B [当X B 趋近于1时，γx,B 趋近于1]

注：a x,B 为相对活度，量纲为1；γx,B 称为活度系数（activity factor ），表示实际溶液与理想溶液的偏差。

热平衡条件：设体系有α、β…F 个相，达到平衡时，各相具有相同温度

?T α=T β=…=T F

压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等

?P α=P β=…=P F

相平衡条件：任一物质B 在各相中的化学势相等，相变达到平衡

?μB α=μB β=…=μB F

化学平衡条件：化学变化达到平衡（多指主量元素）

?ΣνB μB =06.多相平衡条件：

第三章分配系数及其影响因素

一.分配系数

1.分配系数的推导

运用上一章知识，当两相平衡时有：μi α=μi β，即：μi αo+RTlna i α=μi βo+RTlna i β,于是有：

a i α/a i β=

， μ βo μ αo。又：a i α=K i α?X i α，X i α/X i β= ?K i β/K i α= D D 为分配系数，或 能 特分配系数K D =X α/X β<1 该微量元素更多地进入β相

K D =X α/X β>1 该微量元素更多地进入α相

K D=Xα/Xβ= 1 该微量元素在两相中浓度相等

3.岩石的分配系数D i（或者 总体分配系数）：用于研究微量元素在矿物集合体(岩石)及与之平衡的熔体之间的分配关系,常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达:

D i=ΣK D i?w j

4.复合分配系数：亦称交换分配系数，或亨德森(Henderson)分配系数。它既考虑微量元素在两相中的比例，也考虑与微量元素置换的常量元素在两相中的浓度比例，能较真实地反映两者之间类质同像交换对微量元素分配的影响。表达式为：D tr/cr=(c s tr/c s cr)/(c l tr/c l cr)

其中：s、l分别代表固相(晶体)和液相(熔体)；tr为微量元素，cr为被置换的常量元素，c为浓度。

二.分配系数的确定

1. 直接测定法：直接测定地质体中两平衡共存相，如火山岩中的斑晶和基质中微量元素浓度，

再按分配定律进行计算。斑晶代表熔体结晶过程中形成矿物，基质代表熔体相。

2. 实验测定法：用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质，实验使一种矿物与之达到微

量元素的分配平衡，然后测定元素在两相中的浓度，计算得到分配系数。

三.分配系数的影响因素

1.体系组分的影响：硅酸盐结构→分配情况

i.e.斜长石中钙长石含量增多，稀土元素Eu在斜长石与熔体间的分配系数趋于减小。

微量元素对不同性质岩浆的可变性：通常所说的相容元素和不相容元素总体上是针对铁镁质岩浆而言，其中LILEs和HFSEs，通常是不相容元素，但是对于长英质岩浆它们对某些矿物是相容的，而对其它矿物不相容。

2.矿物成分的影响

玄武质岩浆

①石榴子石：重稀土元素相对于轻稀土元素在熔体中极端亏损

花岗质岩浆

一些要点：

①斜长石高的正Eu异常（D=2.15），造成熔体Eu负异常（斜长石Eu异常强度随氧逸度和温度降低而增高）。

②黑云母具有比较平缓的稀土分配系数变化，因此，对熔体的REE浓度影响不大（黑云母与钾长石是花岗岩类中主要的两种富钾矿物）。

③在中、酸性岩浆中，REE对角闪石是相容元素，并且在Gd～Er之间有最高的分配系数。因此，能使熔体的中稀土降低，重稀土也有较小幅度降低，并产生Eu正异常。当岩石含较高的角闪石时（20％～30％），对岩石的稀土元素含量有重要影响。

④辉石：对熔体微量元素的影响类似于角闪石，但因为其中稀土元素的分配系数相对较低，尤其是紫苏辉石，所以对REE的影响比角闪石更小；

紫苏辉石：紫苏辉石的分离能使熔体略富集轻稀土和造成铕正异常；单斜辉石将造成熔体较小程度的重稀土亏损和弱的铕正异常。

⑤石榴子石具有极低的轻稀土分配系数以及高的重稀土分配系数，当它以显著的量与熔体分离时，造成熔体明显的重稀土亏损，并产生铕正异常。（REE在石榴子石中的分配系数变化极大。因此，当石榴子石作为与熔体平衡的残留矿物存在于岩浆源区时，火成岩中的重稀土相对于轻稀土会产生明显的亏损）

⑥其它副矿物：即使它们的含量较低，但因为在中酸性岩浆中都有较高的REE分配系数，如锆石、磷灰石、榍石等，因此会对稀土元素分配有较大影响。

(1)锆石产生重稀土亏损，Eu正异常；

(2)磷灰石主要形成中稀土亏损，产生Eu正异常；

(3)榍石形成中稀土亏损

(4)独居石和褐帘石造成轻稀土亏损

3.体系温度的影响：lnK D=-(△G/RT)+B（微量元素温度计的基本原理）

4.体系压力的影响：

注：目前对压力影响的研究报道甚少，但有一点已通过实验证实：在相当上地幔的压力条件下，稀土元素在富水的蒸汽和石榴子石、单斜辉石、斜方辉石、橄榄石之间的分配系数为1--200之

分配系数随压力（P H2O）的增大而迅速地增加。

5.体系氧逸度的影响：氧逸度反映氧化-还原条件，直接影响一些变价元素的分配。

i.e.氧逸度低时，Eu异常明显增加；氧逸度高时，明显降低。

四.一些规律与总结

1.大离子亲石元素（如Rb,Sr,Ba,K等），除非常酸性的岩浆外，通常是不相容元素。

1.大离子亲石元素（如Rb,Sr,Ba,K等），除非常酸性的岩浆外，通常是不相容元素。

2.高场强元素（Nb,Ta,Zr,Hf等）在某些副矿物中富集。除特酸性岩浆以外，通常是不相容元素。

3.过渡族元素（亲铁元素，如Cr,Ni,Co,V等）主要赋存于铁镁质矿物中（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、磁铁矿等矿物中）。

4.REE与HFSEs相似。

火成岩岩石学中特别有用的一些微量元素

第四章岩浆作用中微量元素行为

不相容元素主要集中在液相中，他们的行为可以反映结晶作用或者部分熔融过程中熔体的比例。岩浆演化模型

结晶作用：瑞利结晶分异和平衡结晶分异

部分熔融：分离部分熔融和平衡部分熔融

瑞利结晶分异：每一个结晶矿物相结晶后从岩浆房中移出。

由于被分离矿物密度大，岩浆黏度不大（适合铁镁质岩浆），导致分层，脱离液相。

瑞利结晶分异方程：C L/C O=F(D-1).

变量的物理意义：C L：残余液相中某元素的浓度；C O：初始液相中某元素的浓度；F=m L/m O，残余液相的质量分数；D：总分配系数

瑞利结晶分异方程推导：

分配系数K=（xs/ms）/（xl/ml）=（dxs/dms）/（xl/ml）；

于是有：dxs/xl=k*（dms/ml），dxs/（xo-xs）=k*[dms/（mo-ms）]，对该式积分；

ln[(xo-xs)/xo]=k*ln[(mo-ms)/mo]，即ln(xl/xo)=k*ln(ml/mo)，def:F=ml/mo；上式可化为：

ln(xl/xo)=k*lnF；xl/xo=F k；两边同除F，得到：(xl/xo)/(ml/mo)=F k-1；C L/C O=F(k-1)。证毕。

平衡结晶分异：结晶的晶体与残余液体保持平衡。

结晶矿物密度与熔体密度相当，温度低，粘度大（适合花岗质岩浆），不能和熔体分离。

平衡结晶分异方程：C L/C O=1/[F+D(1-F)].

变量的物理意义：C：残余液相中某元素的浓度；C：初始液相中某元素的浓度；F=m/m，残

变量的物理意义：C L：残余液相中某元素的浓度；C O：初始液相中某元素的浓度；F=m L/m O，残余液相的质量分数；D：总分配系数

平衡结晶分异方程推导：

分配系数k=Cs/Cl,Cl=Cs/k=[(xo-xl)/(mo-ml)]/k，又Co=xo/mo，Cl=xl/ml，

则Cl=[(Co*mo-Cl*ml)/(mo-ml)]/k；def: F=ml/mo，

Cl=[(Co*mo-Cl*F*mo)/(mo-F*mo)]/k=[(Co-Cl*F)/(1-F)]/k，解得：C L/C O=1/[F+D(1-F)]。证毕。

部分熔融作用

实比过程：岩石按原有矿物的比例进行熔融的过程。在整个熔融进程中，固相矿物的比例不变，从而总体分配系数也不改变。这是一种为了计算方便而采取的简化处理，或因难以获得岩浆结晶历史中实际矿物组成变化的信息而采取的一种近似方法。

非实比过程：指岩石的不按照源岩矿物组成的比例进行熔融的过程，即在熔融的不同阶段，固相矿物的组成是变化的。总体分配系数也相应改变。这显然更符合实际的情况。但是需要用其它手段确定熔融过程中矿物组成的变化。

分离部分熔融作用（瑞利部分熔融作用）：只有刚熔融的，无限小部分的熔体dml中的微量元素与熔融残留固相平衡，即无限小的连续分离。

分离部分熔融方程：Cl/Co=(1/k)*(1-F)1/k-1

变量的物理意义：C L：液相中某元素的浓度；C O：熔融前岩石中某元素的浓度；F=m L/m O，熔融部分的质量分数（部分熔融度）；D：总分配系数

分离部分熔融方程推导：

分配系数k=(xs/ms)/(dxl/dml),类似的方法得到:ln[(xo-xl)/xo]=(1/k)*ln[(mo-ml)/mo],

xs/xo=(ms/mo)1/k=(1-F)1/k;Cl/Co=(1/k)*(1-F)1/k-1。证毕。

实比过程：Cl/Co=(1/D)*(1-F)1/D-1。

非实比过程：Cl/Co=(1/D)*[1-(D'l/D)*F]1/D-1。(D'l：进入液相已熔融矿物的总分配系数)

批式部分熔融作用（平衡部分熔融作用）：部分熔融的熔体与熔融残留体始终保持平衡，直到这些熔体被移走。部分熔融一定量的熔体整批上升离开母体，每一批上升熔体有一个熔体量分数（F）。（适合于花岗质岩浆）

批式部分熔融方程：C L/C O=1/[F+D(1-F)]

变量的物理意义：C L：液相中某元素的浓度；C O：熔融前岩石中某元素的浓度；F=m L/m O，熔融部分的质量分数（部分熔融度）；D：总分配系数

关于批式部分熔融的一些讨论

（1）相容元素在熔体中浓度很低，尤其是对低程度部分熔融。

（2）极不相容元素强烈富集在初始部分熔融很少量的熔体中，随着部分熔融程度增加，其浓度明显降低。

（3）当部分熔融程度很大时（F趋向于1），每种微量元素的浓度近于其在源岩中的浓度。（4）当部分熔融程度很低时（F趋向于0），可以估算该源区某元素的浓度。（C L/C O=1/D）（5）可以用极不相容元素的浓度来估算部分熔融度F。（C L/C O=1/F）

分离结晶分异与平衡部分熔融过程的差别主要在于分配系数在分离结晶分异过程中呈指数形式（C L/C O=F(D-1)），而在平衡部分熔融过程中则是分母（C L/C O=1/[F+D(1-F)]）。因此，分离结晶分异所产生的元素分异程度远比平衡部分熔融大。这一差别尤其在极不相容元素上表现显著。

第五章火成岩岩石成因鉴别

O、岩浆岩成因：①岩浆结晶分异；②部分熔融作用；③岩浆混合作用（主流成因机制）。包裹体的地质意义：①捕获围岩→时间先后顺序；②捕获早期结晶形成的岩石矿物→后期岩浆在早期分离出的物质；③源区残留的固体→源区的年龄、残留的矿物组合。

一、部分熔融与分离结晶作用的甄别

1.利用不相容元素和极不相容元素（下图显示的是元素比值对元素作图，为直线）

①亲岩浆元素M：总体分配系数明显小于1（0.1～0.4），如：HREE、Zr、Hf等。

②超亲岩浆元素H：总体分配系数近于0（0.05～0.2），如：Ta、Th、La、Ce（LREE）等。

在分离结晶作用中：C L/C O=F(D-1)→C Hl/C Ml=C H0l/C M0l=const。因此，在C Hl/C Ml对C Hl作图的图解中，样品投影点呈水平分布。

在平衡部分熔融作用中：C L/C O=1/[F+D(1-F)]→C Hl/C Ml=C Hl*(D M/C M0s)+(C H0s/C M0s)=a*C Hl+b。因

此，在C Hl/C Ml对C Hl作图的图解中，样品投影点沿斜率为D M/C M0s的直线分布。

2.利用分配行为相反的微量元素（下图显示的是元素对元素作图，为曲线）

①在熔融度为0～0.5的范围内，分配系数明显大于1的相容元素在平衡部分熔融作用中的含量变化比较稳定，变化小于极不相容元素；（部分熔融过程，不相容元素浓度变化大）

②在熔融度为1～0.5的范围内，分配系数明显大于1的相容元素在分离结晶作用中的含量变化明显大于极不相容元素（D→0）；（分离结晶过程，相容元素变化大）

因此，当某一源岩先部分熔融后，再通过分离结晶固结成岩而形成的一系列岩石的过程将会在这一对微量元素的含量变化上反映出来。

二、岩浆混合作用模型

1.岩浆混合作用是两种或两种以上母体岩浆源，经过岩浆混合作用形成的一种新的均匀的岩浆过程。

Type1：铁镁质+长英质

Type2：铁镁质+铁镁质

Type3：花岗质+花岗质（i.e.I型+S型）

2.岩浆混合作用的质量方程通式为：AX+BXY+CY+D=0（双曲线方程）

注：X、Y可以是元素或元素的比值，系数B决定了双曲线的曲率，当B=0时，方程退化为线性方程。该方程式对元素的分配系数无要求。

总结：如何区分岩浆混合作用与另外两种作用？

岩浆混合作用中：若是元素比值对元素作图，为曲线；若是元素比值对元素比值作图，为曲线；若是元素对元素作图，为直线。

部分熔融或是分离结晶作用中：若是元素比值对元素作图，为直线；若是元素比值对元素比值作图，为直线；若是元素对元素作图，为曲线。

※①如何区分岩浆混合作用与另外两种作用？②如何区分部分熔融作用与分离结晶作用？

※①如何区分岩浆混合作用与另外两种作用？②如何区分部分熔融作用与分离结晶作用？

第六章、微量元素示踪方法

1.微量元素示踪：用微量元素作为示踪剂，研究岩石分类、岩石和矿床成因、岩浆作用和流体作用过程、其它地质作用过程和环境地球化学过程的方法。

2.示踪方法：①数值模拟法②比较地球化学方法③统计学方法

（一）数值模拟法：用已有的或者新建立的微量元素模型进行数值模拟，确定一个具体的地质过程。例如，前面讲过的结晶分异、部分熔融和岩浆混合过程的鉴别，通过矿物的微量元素的分配系数和地球化学中微量元素的行为研究确定一个地球化学过程。（参考第五章）

（二）比较地球化学方法：应用一些标准的地质体作为参照物，将分析的样品的微量元素值进行标准化，来比较和说明所分析样品的微量元素特征和可能的地球化学过程。（常用的标准样品有：球粒陨石、原始地幔、洋中脊玄武岩、大洋花岗岩、上部地壳、下部地壳、平均地壳等等）

《地球化学》练习题2剖析

恩《地球化学》练习题 第一章太阳系和地球系统的元素丰度（答案） 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法。 2.简述太阳系元素丰度的基本特征。 3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？ 5.讨论陨石的研究意义。 6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？ 7.阐述地球化学组成的研究方法论。 8.地球的化学组成的基本特征有哪些？ 9.讨论地壳元素丰度的研究方法。 10.简介地壳元素丰度特征。 11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？ 13.概述区域地壳元素丰度的研究意义。 14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法。 15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？ 16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律。 第二章元素结合规律与赋存形式（答案） 1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律。 3.阐述类质同像的地球化学意义。 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法。 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义。 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异，为什么？ 第三章自然界体系中元素的地球化学迁移（答案） 1.举例说明元素地球化学迁移的定义。 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志。 4.元素地球化学迁移的研究方法。 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。 7.简述元素迁移形式的研究方法。 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？ 9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？ 10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响。 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？ 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 13.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 14.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 15.讨论相律及其应用。

施密特元素分类

元素地球化学分类 yuansu diqiu huaxue fenlei 元素地球化学分类 geochemical classification of the elements 在元素周期表的基础上，结合元素的自然组合及各种地球化学特征，对化学元素进一步的分类。它反映了化学元素在自然界的分布规律及其相互间的共生组合特征与其原子结构的密切关系。元素的地球化学分类较多，被广泛采用的是V.M.戈尔德施密特及A.H.扎瓦里茨基的分类。 戈尔德施密特的分类是以其地球起源和内部构造的假说为基础的，他根据化学元素的性质与其在各地圈内的分配之间的关系，将元素分为4个地球化学组，如图1戈尔德施密特元素地球化学分类图所示。①亲石元素，离子最外层具有2个或8个电子，呈惰性气体型稳定结构，与O、F、CL亲合力强，多组成氧化物或含氧盐，特别是硅酸盐,形成大部分造岩矿物,并主要集中在岩石圈；②亲铜元素，离子最外层具有 18个电子的铜型结构，与S、Se、Te亲和力强，多形成硫化物和复杂硫化物；③亲铁元素，离子最外层具有8～18个电子的过渡型结构，与O及S的亲和力均较弱,主要集中在地球深部的铁镍核中；④亲气元素，为惰性气体，呈原子或分子状态集中在地球的大气圈中。此外，戈尔德施密特还划分出亲生物元素，这些元素多富集在生物圈中。 扎瓦里茨基的分类能够从原子结构这一最本质的原因去理解元素在自然界的分布与组合规律。按这种分类，化学元素被分成 12族（图2扎瓦里茨基元素地球化学分类图）:①氢族；②造岩元素族(Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba)；③惰性气体族 (He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)；④挥发分元素族(B、C、N、O、F、P、S、Cl)；⑤铁族(Ti、V、Cr、Mn、F e、Co、Ni);⑥稀土稀有元素族 (Sc、Y、Zr、Nb、TR、Hf、Ta等)；⑦放射性元素族(Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U等）；⑧钨钼族 (Mo、Tc、W、Re)；⑨铂族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)；⑩硫化矿床成矿元素族 (Cu、Zn、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、H g、Tl、Pb等)；□半金属元素族(As、Sb、Bi、Se、Te、Po)；□重卤素元素族(Br、I、At)。 除了上述这些系统的分类外，还有根据特定的地质作用对元素进行地球化学分类的。如在描述岩浆分异结晶作用或部分熔融过程中，把进入结晶相或残留相的称为相容元素，而进入熔体相的称为不相容元素等。 参考书目南京大学地质学系编：《地球化学》（修订本），科学出版社，北京，1979。赵伦山、张本仁编著：《地球化学》，地质出版社，北京，1988。 （王中刚）

元素地球化学

元素地球化学 第一章：导论 ◆地球化学的三个主要分支：①元素地球化学②同位素地球化学③实验地球化学 ◆元素地球化学：是地球化学最主要的分支学科，它通过逐一阐明个别元素的地球化学和宇宙化学特征及其与其它元素的组合关系来研究自然界化学演化规律的学科,是地球化学的传统研究内容和主干学科。它力求完整地了解元素的地球化学旋回及其演化历史和原因,揭示元素含量变化对自然过程的指示意义 ◆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。 ◆元素地球化学的研究方法： （1）地质研究方法； （2）高灵敏度、高精度、快速和经济的测定和分析手段：ICP-MAS、ICP-AES、X荧光、电子探针等等； （3）各种地球化学模拟实验研究； （4）一些物理化学、热力学等理论的应用； （5）计算机技术在处理大量数据方面的广泛应用。 ◆戈尔德施密特的元素地球化学分类： 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。 亲铜元素chalcophile：在陨石硫化物相和陨硫铁(FeS)中富集的化学元素；在自然界中,它们往往易与S2-结合成硫化物和复杂硫化物。如硫、铜、锌、铅、镉、砷、银、硒、碲、锑等。其离子最外层有18个电子。 亲硫元素sulphophile：指不易与氧、氟和氯结合，而易于形成硫化物、硒化物、碲化物、砷化物等矿物的元素。该术语现一般理解为与“亲铜元素”同义，并包括一些亲铁元素。 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) ◆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。 次要元素(minor element)：在文献中单独出现时时与微量元素同义；当两者同时出现时，一般指含量为1～5的化学元素。 稀有元素(rare element)：在低壳中分布量较低，但易于在自然界高度富集形成较常见的矿物和独立工业矿床的的化学元素。如REE、Nb、Ta、Be、Li、（W）等。 分散元素(dispersed element)：在地壳中元素丰度低，并且其离子半径和电荷等化学性质与地壳中的高丰度元素(硅、铝、钙、铁、钾、钠等)相似的一类微量元素。因上述性质，它们在自然界中大多以类质同像置换形式分散存

中国地质大学地球化学习题及答案

中国地质大学《地球化学》练习题及答案 中国地质大学《地球化学》练习题绪论 1. 概述地球化学学科的特点。2. 简要说明地球化学研究的基本问题。3. 简述地球化学学科的研究思路和研究方法。4. 地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。第一章太阳系和地球系统的元素丰度 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法 2.简述太阳系元素丰度的基本特征.3.说说陨石的分类及相成分的研究意义.4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？5.讨论陨石的研究意义.6. 地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？7. 阐述地球化学组成的研究方法论.8. 地球的化学组成的基本特征有哪些？9. 讨论地壳元素丰度的研究方法.10.简介地壳元素丰度特征.11. 地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？13.概述区域地壳元素丰度的研究意义.14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法.15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律. 第二章元素结合规律与赋存形式1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律. 3.阐述类质同像的地球化学意义. 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法. 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义. 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。为什么？ 第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移 1.举例说明元素地球化学迁移的定义. 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志. 4.元素地球化学迁移的研究方法. 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义. 7.简述元素迁移形式的研究方法. 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响. 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 第四章地球化学热力学和地球化学动力学 1.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 2.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 3.讨论相律及其应用。 4.编制相图的原理和方法。 6.简述化学反应制动原理的宏观解释7.简述热力学在地球化学中的应用。8.简述地球化学热力学与地球化学动力学的异同。9. 简述水溶液中元素的迁移方式。第五章微量元素地球化学 1.什么是微量元素地球化学？其研究意义是什么？ 2.了解微量元素地球化学的研究思路及研究方法。 3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？微量元素的主要存在形式有哪些？ 4.阐述能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。 5.稀土元素的主要特点是什么？其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？。 6.讨论稀土元素的研究意义。7.你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？8 根据微量元素的特点,说明那些元素适合于研究沉积岩物源区特征,为什么? 第六章同位素地球化学 1. 同位素地球化学在解决地学领域问题中有何独到之处？ 2. 何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。 3. 选择同位素标准样品的条件。 5. 造成稳定同位素组成变化的原因是什么？ 6. 放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。

微量元素地球化学在岩石成因和成矿作用中的应用

关于微量元素地球化学的读书报告 (021111班2011100 ---- ---) 微量元素基本概念 微量元素(minor elements) 依不同学者给出了不同的定义。盖斯特(Gast, 1968)定义微量元素“不作作系内任何相主要组份存的非化学计量的分散元素” 。按此定义微量元素是相对的，在一个 体系中为微量元素，而在另一个体系中可能为常量元素。有人从热力学角度来定义微量元素：在 研究的对象中元素的其含量低到可可近似地用稀溶液定律来描述其行为，则该元素可称为微量元 素。一般的，将地壳中除O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti 等9 种 元素(它们的总重量丰度占99％左右)以外的其它元素统称为微量元素，它们在岩石或矿物中的含量一般在1％或0.1％以下，含量单位常以10-6或10-9表示。 开始的研究主要集中在了解和查明微量元素在陨石、地球及其各层圈以及各类地质体中的分布、丰度及其规律，而后认识到微量元素作为一种示踪剂或指示剂，研究成岩成矿作用，如岩石 类型划分，原岩恢复、成岩成矿的物质来源和物理化学条件微量元素的特殊的地球化学性质，同 时可以利用热力学的有关理论，建立微量元素地球化学模型，对成岩和成矿的熔融和结晶作用过程进行定量理论计算，使微量元素地球化学有自己的特殊的研究方法和理论体系。在地球化学中最大量和最主要的应用集中表现为：利用微量元素的组成、相互关系等特征作为各类岩石、矿石的成因类型的“指纹元素” ，并进一步利用微量元素来探讨和指示地质、地球化学过程。 二微量元素在成岩过程中的化学示踪作用 1.1 微量元素地球化学对和组合关系图解在将微量元素资料用于地球化学问题研究时，常将两个元素的关系、或将两个元素比值的关系、或两组元素和比值的关系进行对比，可统称为微量元素对，或微量元素地球化学对。一般说来，微量元素对常常是地球化学性质相近的元素，如Nb/Ta，Zr/Hf ，Sr/Ba ，Th/U， Cr/Ni ，Cl/Br 等，也可以其中一个是主元素，另一个是与其他化性质相似的微量元素，如K/Rb， Mg/Li ，Ca/Sr ，Fe/V，Al/Ga ，S/Se 等。前述各单个稀土元素比值(如La/Ce )也常 用作元素对。 应该根据研究目的选择不同的元素对。如研究岩浆形成机制和过程鉴别要选择分配性 质相同或相反的元素对，如Ba/Nb, Nb/Th，以及Ce—Ni, Cr - Ta等。要讨论氧化、还原状态，要选择变价元素对，如Fe2+/Fe3+, V3+/V5+，Eu2+/Eu3+，以及Mn/Mg等。要研究岩体剥蚀深度，要选择元素浓度随深变而增减的，如Li/Sc ，Rb/Bi ，Sb/Bi 等。而要进行变质岩原岩恢复，则需选择对变质作用较稳定的元素，如Zr/Ti ，Zr/Ni ，Cr/Ti ，Zr/Mg 等等。有时为了

第五章微量元素地球化学2011

第四章微量元素地球化学 第一节微量元素地球化学基本原理 一、微量元素概念（是相对的概念） 主量元素(主要元素、常量元素)：岩石的主要组成部分，含量>0.1wt%，通常用氧化物的重量百分数来表示（wt%）； 微量元素（痕量元素、痕迹元素）：难以形成独立矿物，浓度<0.1%,通常用ppm或ppt表示。 Gast(1968)对微量元素的定义是：不作为体系中任何相的主要化学计量组分存在的元素。微量元素的另一定义为，在所研究的地球化学体系中，其地球化学行为服从稀溶液定律(亨利定律，Henry’s Law)的元素。 常(主)量和微量元素在自然界中是相对的概念，常因所处的体系不同而相互转化。如Cr在大多数地壳岩石中为微量元素，但在超基性岩中可呈常量元素；Fe在岩石中是常量元素，但在有机物中多为微量元素；Zr在岩石中是微量元素，但在锆石中为常量元素；K在地壳整体中是主量元素，但它在陨石中却被视为微量元素。 在自然界中，主要的常量元素的含量变化范围有限(多小于1个数量级)，而微量元素的变化范围较大(常达2个数量级)，明显超过常量元素。例如： SiO2在基性、中基性、中酸性和酸性岩浆的平均含量分别约为45、52、65和75 (wt%)，其相对变化量为1.7； Rb在基性、中基性、中酸性和酸性岩浆的平均含量分别约为0.2、4.5、100和200 ppm，相对变化量为1000。 二、微量元素的特点 1、微量元素的概念难以用严格的定义进行描述； 2、自然界“微量”元素的概念是相对的，应基于所研究的体系； 3、低浓度(活度)是微量元素的核心特征，在宏观上表现常为不能形成自己的独立矿物(相)，近似服从稀溶液定律（亨利定律）。 三、微量元素在共存相中的分配规律 地球化学过程中元素的地球化学行为在实质上表现为，当所在的介质条件发生变化时，其在相关共存的各相(液—固、固—固等)之间发生重新分配过程。自然过程总量趋向于达到不同尺度的平衡，元素在平衡条件下，相互共存各相之间的分配取决于元素及矿物的晶体化学性质(内因)及物理化学条件(外因)。 常量元素——形成独立矿物相，其分配行为受相律的控制，遵循化学计量法则。 微量元素——在自然体系中浓度极低，不能形成以独立矿物。因此，微量元素的分配不受相律和化学计量的限制，而是服从稀溶液定律(即分配达到平衡时，微量元素在各相之间的化学

地球化学知识点整理

地球化学 绪论 1、地球化学的定义： 地球化学是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学2、地球化学的基本问题：【填空】 （1）质：地球系统中元素的组成 （2）量：元素的共生组合和赋存形式 （3）动：元素的迁移和循环 （4）史：地球的历史和演化 3、地球化学研究思路：【简答】 在地质作用过程中，在宏观地质体变化和形成的同时，亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹，它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息，应用现代化学分析测试手段，剖析这些微观踪迹，从而揭示宏观地质作用的奥秘。即“见微而知著”。 第一章地球和太阳系的化学组成 第一节地球的结构和组成 1、地球的圈层结构、主要界面名称： （1）地震波（P波和S波）在地球内部传播速度的变化，反映出地球内部物质的密度和弹性是不均一的。这种不均一性在地球的一定深度表现为突变性质。由此得出，地球内部具有壳层结构的概念，即认为地球由表及里分为地壳、地幔和地核三个部分。界面分别为：莫霍面和古登堡面。 （2）上地壳和下地壳分界面为康拉德面。上地壳又叫做硅铝层，下地壳又叫做硅镁层。大陆地壳由上、下地壳，而大洋地壳只有下地壳。【填空】 2、固体地球各圈层的化学成分特点：（分布顺序） 地壳：O、Si、Al、Fe、Ca 地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca 地核：Fe-Ni 地球：Fe、O、Mg、Si、Ni

第二节元素和核素的地壳丰度 1、基本概念：【名词解释】 （1）地球化学体系：我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，有一定的空间，处于特定的物理-化学状态，并且有一定时间的连续 （2）丰度：研究体系中被研究元素的相对含量 （3）克拉克值：地壳中元素的平均含量 （4）质量克拉克值：以质量计算表示的克拉克值 （5）原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量。它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。 （6）浓度克拉克值：某一元素在地质体中的平均含量与克拉克值的比值 2、克拉克值的变化规律： （1）递减：元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。但Li、B、Be以及惰性气体的含量并不符合上述规律，其丰度值很低。 （2）偶数规则（奥多-哈金斯法则）：周期表中原子序数为偶数的元素总分布量大于奇数元素的总分布量，相邻元素之间偶数序数的元素分布量大于奇数元素分布量。 （3）四倍规则（了解）： 元素的质量数A除以4，可分为四类：4q+3、4q+2、4q+1、4q 3、“元素克拉克值”研究意义：【简答】 （1）是地球化学研究重要的基础数据 （2）确定地壳中各种地球化学作用过程的总背景 （3）是衡量元素集中、分散及其程度的标尺 （4）是影响元素地球化学行为的重要因素 4、区域元素丰度的研究的意义：【简答】 （1）它是决定区域地壳（岩石圈）体系的物源、物理化学特征的重要基础数据（2）为研究各类地质、地球化学作用、分析区域构造演化历史及区域成矿规律提供重要的基础资料 （3）为研究区域生态环境，为工业、农业、畜牧业、医疗保健等事业提供重要信息

微量元素地球化学的应用

微量元素在成岩成因和成矿成因研究中的应用 姓名:叶勃 学号: 班级024121

微量元素在成岩成因和成矿成因研究中的应用 前言 人类活动所能涉及的地壳主要是由92种化学元素组成.其中元素O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg和Ti九种元素占据地壳和地幔的99%，其余83种元素只占1%，然而正是这1%的元素给人类的发展提供了丰富的物质基础——矿产资源。随着人们对微量元素性质的逐步认识，人们发现微量元素在成岩成因和成矿成因上有重要的作用。这次读书报告,我读了《微量元素地球化学及其应用》（戴塔根刘汉元著）以及相关的文献。 第一章何为微量元素 微量元素是指自然界除了主量元素外，丰度低于0.1%，在体系中不作为任何相的主要成分，浓度低到服从稀溶液定律的元素。在地球化学研究中，习惯上微量元素不记入矿物分子式中。 微量元素与主量元素是相对的，根据研究对象的不同而存在差别。例如，锆石中的Zr通常属于微量元素，但是在锆石中，它属于常量元素。 微量元素存在的三个形式：在矿物快速结晶过程中陷入囚禁带内、在主晶格的间隙缺陷中和在固溶体中以类质同像替代主要元素的原子或离子。 为微量元素地球化学做出最大贡献的人是能斯特，他提出能斯特分配定律，不仅将地学与化学联系起来，更重要的是他将地球化学由定性研究引向定量研究，打开了研究微量元素地球化学的大门。根据能斯特分配定律，我们引进了分配系数为组数i在两相（α和β）之间的质量浓度比值。 同时，因为元素的地球化学，或者行为往往受到多个矿物的影响，通常为矿物集合体，所以，我们引入总分配系数的概念，它是微量元素在各矿物相与熔体间简单分配系数与矿物相含量的加权之和。

地球化学分类基础

地球化学分类的基础是什么，除了本课程中介绍的分类方案，还有什么分类方案？ 按照地球形成的一种模型，地球是由成分近似于一般球粒陨石的微行星聚集作用演化而来。这些球粒陨石具有三种不同的相，即金属相、硫化物和硅酸盐相。化学元素在地球中的分布主要根据元素对三种相的亲合力关排布的，这种亲合力由原子的电子排布和化学键性控制。陨石中各相的成分主要是由Fe-Mg-Si-O-S这些元素控制。其他元素的分布实质上就是由它们和这些元素的亲合关系所决定。因此,地球化学元素的分类也是以原子的电子排布和化学键性所导致的元素本身的性质差异为基础进行分类的. 本课程中介绍的分类方案戈尔德施密特的这一经典的元素地球化学分类及名称，直到现在仍被地球化学界广为引用。除此之外，维尔纳斯基、费尔斯曼及施奈德洪等也提出过不同的分类方案，都不及戈氏分类的简洁、实用。 首先是: 查瓦里茨基的元素地化学分类反映了元素在成岩、成矿作用中的意义。他把元素分成十二族，但对某些微量元素属性仍不够准确，使用中亦有繁琐之嫌。扎瓦里茨基的分类能够从原子结构这一最本质的原因去理解元素在自然界的分布与组合规律。按这种分类，化学元素被分成12族: 1）氢族； 2）造岩元素族(Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba)； 3）惰性气体族(He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)； 4）挥发分元素族(B、C、N、O、F、P、S、Cl)； 5）铁族(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni); 6）稀土稀有元素族(Sc、Y、Zr、Nb、TR、Hf、Ta等)； 7）放射性元素族(Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U等）； 8）钨钼族(Mo、Tc、W、Re)； 9）铂族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)； 10）硫化矿床成矿元素族(Cu、Zn、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、Hg、Tl、Pb等)； 11）半金属元素族(As、Sb、Bi、Se、Te、Po)； 12）重卤素元素族(Br、I、At)。 其次是除了上述这些系统的分类外，还有根据特定的地质作用对元素进行地球化学分类的。如在描述岩浆分异结晶作用或部分熔融过程中，把进入结晶相或残留相的称为相容元素，而 进入熔体相的称为不相容元素等。 最后是戚长谋的“元素地球化学分类探讨”中提出的分类表包括亲石元素、亲氧元素、亲硫元素、阴离子及两性元素和氢及惰性气体元素五个类。 （1）亲石元素：就具有与硅酸根或碳酸根结合倾向的元素。因其为造岩矿物的主要成分, 故仍采用“亲石”术语。本类元素包括周期表左侧的碱金属和碱土金属两个化学族。s电子构型。X=0.7—1.5。 本类元素与硅酸根和碳酸根结合的倾向具有选择性。碱金属和碱土金属可分别与不同结构的硅酸根结合形成各类硅酸盐, 而与碳酸根结合的元素则为碱土金属Mg、Ca、Sr 、Ba等。（2）亲氧元素: 具有与氧结合倾向的元素, 包括呈氧化物(如TiO2)或酸根(如SiO44-、CO32-)两种状态。这一定义严格地与戈氏“亲石”的概念相区别。分类表中包括碱土金属右侧的第三、第四、第五副化学族和Cr、W、U、Mn、Fe及Sn等。p及d电子构型, X=1.3—2.2 。

微量元素地球化学期末作业培训课件

西藏阿里多龙地区中侏罗统碎屑沉积岩的地球 化学特征及其构造环境分析 学号：120110100 姓名：胡维云专业：构造地质学 前言 班公湖—怒江成矿带西段位于西藏自治区西北部的阿里地区境内，跨班公湖—怒江缝合带南北两侧，由于仅开展过 1∶25 万区域地质调查、1∶20万区域化探等少量基础地质工作，是西藏地质工作程度最低的地区之一。近年来该成矿带内资源评价工作取得了突出的进展，多龙超大型斑岩铜金矿床和嘎尔穷、嘎拉勒、弗野、材玛等大型矽卡岩型铜铁多金属矿床的相继发现与评价，揭示出班公湖—怒江成矿带成矿条件优越，找矿潜力巨大。关于班公湖—怒江结合带所代表的特提斯洋盆的性质，打开、闭合的时限和多龙大型矿集区的构造背景、成矿作用，不同的学者存在很大的争议。目前，己有许多资料证明了该带代表了一个已消失的具有一定规模的洋壳盆地。王恒忠等（2005）认为班公湖--怒江缝合带内的早白奎世OIB型火山岩是班公湖—怒江洋盆演化晚期的洋岛(塔仁本区早白垩世OIB型玄武岩(主要依据于上覆灰岩中化石时代))；而张玉修等（2004）研究认为该套玄武岩是早白垩世冈底斯弧弧后盆地的产物。 一、研究目的及意义 拟通过研究多龙地区中侏罗统地层的岩石类型及组合特征和岩石地球化学特征，分析该地区中侏罗统地层形成的大地构造环境，为正确认识多龙超大型斑岩铜金矿床的成矿地质背景和结合带的演化提供了新的线索。 二、研究区地质背景 构造位置上，多龙地区处于班公湖—怒江缝合带北侧, 羌塘地块的南缘；地理位置上处于西藏自治区阿里地区。该区构造以断裂为主，呈近东西向带状断续展布。断裂构造主要表现为一系列走向近东西向且大致平行的北倾逆冲断层，并控制着地层和岩浆岩的分布。沿构造-岩浆带，大规模的岛弧火山活动发生在中—晚侏罗世，形成燕山早期陆缘火山弧，为一套含大量火山碎屑岩的以安山质为主的玄武—安山—流纹岩组合，火山作用晚期岩浆成分向碱性演化，以陆相中心式喷发为主，兼具熔岩溢流（西藏自治区区域地质志，2000）。岩浆的深成侵入作用发生在早白垩世至晚白垩世早期，以中酸性幕式侵入为特点，岩体一般呈岩珠或小岩基沿东西向呈带状分布，岩性主要有石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、似斑状花岗岩及花岗斑岩，年龄在70—140Ma之间（西藏自治区区域地质志，2000）。研究区地层主要为晚三叠统的日干配错组、中侏罗统的曲色组一段、色哇组、，早白垩统的美日切组，新近系中新统的康托组、更新统和全新统。地层属羌塘—昌都地层区内的羌南地层分区之多码分区，出露宽度大于10km。 三、研究依据 据现有资料研究表明：砂岩的TFe2O3+MgO、TiO2含量，以及Al2O3/SiO2、K2O/Na2O 和A12O3/(CaO+Na2O)等比值具有显著的构造背景差异，因而成为其形成的大地构造环境判别的重要参数(Bhatia，1983)。Roser等人(1986)认为，K2O/Na2O值与SiO2值可有效地示踪砂岩形成构造环境，并编制了构造判断图解。在Bhatia(1983)提出的TiO2-TFe2O3+MgO图解，Roser和Korsch（1988）提出了区分物源区是铁镁质的、中性的或长英质火成岩和石英沉积

地球化学(复习资料)

第一章 1.克拉克值：元素在地壳中的丰度，称为克拉克值。元素在宇宙体或地球化学系统中的平均含量称之为丰度。丰度通常用重量百分数（%），PPM（百万分之一）或g/t表示。 2.富集矿物:指所研究元素在其中的含量大大超过它在岩石总体平均含量的那种矿物。 3.载体矿物:指岩石中所研究元素的主要量分布于其中的那种矿物。 4. 浓集系数=工业利用的最低品位/克拉克值。为某元素在矿床中可工业利用的最低品位与其克拉克值之比。 5.球粒陨石：是石陨石的一种。（约占陨石的84%）：含有球体，具有球粒构造，球粒一般为橄榄石和斜方辉石。基质由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石组成。划分为： E群——顽火辉石球粒陨石，比较稀少；O群——普通球粒陨石: H亚群—高铁群，橄榄石古铜辉石球粒损石；L亚群—低铁群，橄榄紫苏辉石球粒陨石；LL亚群—低铁低金属亚群；C群——碳质球粒陨石，含有碳的有机化合物和含水硅酸盐，如烷烃、芳烃、烯烃、氨基酸、卤化物、硫代化合物等。为研究生命起源提供重要信息。分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型其非挥发性组成代表了太阳系星云的非挥发性元素丰度。 6.浓度克拉克值=某元素在地质体中的平均含量/克拉克值,反映地质体中某元素的浓集程度。 1.陨石在地化研究中的意义：（一）陨石的成分是研究和推测太阳系及地球系统元素成分的重要依据：（1）用来估计地球整体的平均化学成分。○1陨石类比法，即用各种陨石的平均成分或用球粒陨石成分来代表地球的平均化学成分。○2地球模型和陨石类比法来代表地球的平均化学成分，其中地壳占质量的1%，地幔31.4%，地核67.6%，然后用球粒陨石的镍—铁相的平均成分加5.3%的陨硫铁可以代表地核的成分，球粒陨石的硅酸盐相平均成分代表地壳和地幔的成分，用质量加权法计算地球的平均化学成分。（2）I型碳质球粒陨石其挥发性组成代表了太阳系中非挥发性元素的化学成分。 （二）陨石的类型和成分是用来确定地球内部具层圈结构的重要依据：由于陨石可以分为三种不同的陨石—石陨石、石铁陨石和铁陨石，因而科学家设想陨石是来自某种曾经分异成一个富含金属的核和一个硅酸盐外壳的行星体，这种行星经破裂后就成为各种陨石，其中铁陨石来自核部，石铁陨石来自金属核和硅酸盐幔的界面，而石陨石则来自富硅酸盐的幔区。这种设想成为推测地球内部结构和化学成分的重要依据之一。（三）碳质球粒陨石的有机化合物成分是研究地球早期生命系统的化学演化及来源的重要依据和信息，在碳质球粒陨石中已发现有机化合物60多种。有人认为地球早期生命系统的化学演化不一定来源于行星的大气，而有可能来自太阳星云凝聚时已合成的有机质。 2比较太阳系、地球、地壳主要化学元素丰度特征的异同点，说明自然界元素丰度的基本特征和决定自然体系中元素丰度的最基本因素:（1）特征的异同：太阳系：H>He>O>N>C>Si>Mg>S 地球;Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Ca>Na地壳：O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H硅酸盐在地球表层富集，较难熔的镁铁硅酸盐和金属铁下沉。（2）自然界元素丰度的基本特征：○1个元素丰度随原子序数的增大而呈指数下降；在Z>45之后丰度值又相近。○2原子序数为偶数的同位素丰度大于奇数者（中子数、质量数同）——奥多-哈根斯法则；○3四倍原则：如O（A=16），质子数为4的倍数○4Li、P、B丰度很低，为亏损元素（核子结合能低，形成后易分解）○5Fe 和O过量（核子结合能最高，核子稳定）○6原子序数（质子数或中子数）是“幻数”的元素丰度高（氦、氧、钙等：2、8、14、20、2850、82、126）（3）决定自然体系中元素丰度的最基本因素：○1与原子结构有关具有最稳定原子核的元素分布最广，当中子数和质子数比例适当时核最稳定。如在原子序数<20的轻核中，中子∕质子等于一是，核最稳定，由此可以说明O、Mg、Si、Ca的丰度较大的原因；随原子序数增大，核内质子间的斥力大于核力，核子的结合能降低，原子核就趋于不稳定，所以元素同位素的丰度就要降低；偶数元素或同位

微量元素地球化学部分笔记

微量元素地球化学Trace Element Geochemistry 第0章绪论 1.微量元素地球化学定义：地球化学的重要分支学科之一，是研究微量元素在地球( 包括部分天体)形成、演化中分布、赋存状态、行为方式、分析技术和各类应用的分支学科。 地壳主要由O 、Si 、Al 、Fe 、Ca 、Mg 、Na 、K 、Ti 等九种元素组成，这九种元素占地壳总重量的99％左右—【主要元素&常量元素】。其它元素被统称为次要元素、微量元素、痕量元素、杂质元素或稀有元素等。 常量元素：能形成独立矿物，其分配受相律控制，遵循相律和化学计量法则。 ?微量元素：自然体系中浓度极低，不能形成独立矿物，可以成为副矿物其分配不受相律和化学计量法则限制。 ?major elements ：地壳中平均浓度>1% ○minor elements ：地壳中平均浓度∈[0.1%，1%] ○trace elements ：地壳中平均浓度<0.1%，通常为ppm 或ppb 数量级 ○2.微量元素的定义：地球化学体系中，克拉克值低于0.1%的元素。 注：ppm=partspermillion=10-6；同理，ppb=10-9；ppt=10-12。 第一章微量元素的分类 亲石元素（Lithophile elements ） ?一.戈式分类 亲铁元素（Siderophile elements ） ?在岩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，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。亲铜元素（Chalcophile elements ） ?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。典型的亲铁元素有镍、钴、金、铂族元素。亲气元素（Atmophile elements ) ?在硫化物相和陨硫铁(FeS)中富集的化学元素。在自然界中,它们往往易与S 2-结合成硫化物和复杂硫化物，如硫、铜、锌、铅、镉、砷、银、硒、碲、锑等。 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、氧等。 注：①变价元素可以属于不同类别（i.e. 二价时属于亲铜元素；更高价时属与亲石元素） ②物理化学条件不同，具有不同的性质，可以属于不同类别条目 分类亲石（亲氧）元素亲铜（亲硫）元素亲铁元素亲气元素 离子最外层 结构 8电子（s 2p 6）稀有气体结构18电子（s 2p 6d 10结构8-18电子的过渡结构8电子电负性和电 离能 较低的电负性和电离能中等电负性和电离能较高电负性和第一电离能键性 离子键共价键金属键分子键（惰性元素为原子键）其他性质氧化物的生成热大氧化物的生成热小 于FeO 的生成热氧化物的生成热小形成具有挥发性或易形成挥发性化合物 Note.TE-Geochem

地球化学随堂作业

地球化学作业题 绪论 作业题 1、什么是地球化学？ 2、试写出地球化学学科的主要奠基人及其对地球化学所作出的主要贡献。。 3、试写出国内外主要的地球化学类期刊的名称（各大于3种期刊）。 4、试写出5个主要地球化学分支学科的名称。 思考题 1、地球化学学科的基本特点和基本问题是什么？ 2、地球化学与化学和地球科学其它学科在研究思路和研究方法上有何异同？ 3、何谓地球化学思维？ 第一章太阳系和地球系统化学元素的分布与分配作业题 1、何谓自然体中元素的丰度？何谓元素在自然体中的分布量？ 2、何谓元素的克拉克值？ 3、回答概念：元素的浓度克拉克值，元素的浓集系数。 4、试述载体矿物和富集矿物的概念，并举例说明其研究的意义。 讨论题 1、地壳中化学元素分布的规律及其产生的原因是什么？ 2、试述元素无处不有定律。 3、为什么说碳质球粒陨石的组成可以代表太阳系非挥发性元素的丰度？ 4、以元素的丰度特征来阐述质量作用定律在地球化学研究中的意义。 5、试阐明太阳系元素含量分布的奥多-哈金斯法则产生的原因。 思考题

1、太阳系、地球和地壳元素丰度特征的对比 2、陨石研究对于地球形成、组成特征及其演化的意义 3、元素克拉克值研究的地球化学意义。 4、地球和地壳元素丰度研究的难点是什么？ 5、研究大陆地壳元素丰度方法的对比。 第二章元素的结合规律与赋存状态 作业题 1、回答概念：类质同像、类质同像混入物、固溶体。晶体场分裂能、晶体场稳定能和八面体择位能。 2、为什么硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大？ 3、Zn2+和Mg2+的离子半径相近，但在天然矿物中，前者经常呈四面体配位，后者则常呈八面体配位，为什么？ 4、指出下列微量元素经常会类质同象替代硅酸盐矿物结构中的哪种主要元素：(1)Rb,(2)Sr,(3)Ga,(4)Ti,(5)Li,(6)Ba,(7)Ge,(8)REE,(9)Pb,(10)Ni,(11)Mn. 5、下列矿物键的类型是什么?(1)所有键都是离子键;(2)所有键都是共价 键;(3)部分键为离子键,部分为共价键:(a)磷灰石;(b)黄铜矿;(c)萤石;(d)自然砷;(e)尖晶石。 讨论题 1、为什么碱性长石(钠长石、正长石、微斜长石)之间可以形成共生结构(条纹长石或反条纹长石)，而在斜长石中却不能？ 2、为什么结构与硅酸盐类似的碳酸盐没有形成种类复杂的碳酸盐矿物？ 3、研究表明，高温高压下形成的岩浆岩中矿物种类数目最少，岩浆期后产物中矿物数目要大的多，而外生条件下生成的矿物数目最大。为什么？试从类质同象角度给予解释。 4、试论类质同象和固溶体形成的热力学原因。 5、试举出自然界不混溶地质现象的实例。

微量元素地球化学的发展

地球化学论文 题目：___微量元素地球化学的发展 年级：__________2010级________________ 专业：_________地质学__________________ 学号：_________03210301________________ 姓名：__________郭鹏__________________ 中国地质大学长城学院思想政治理论教研室 年月日 微量元素地球化学的发展

【摘要】近年来，微量元素地球化学得到了迅猛发展和广泛应用。作为地球化学领域里的一个重要分支学科，微量元素地球化学研究微量元素在地球及其子系统中的分布、化学作用及化学演化，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、在自然界的迁移和演化的历史。 【关键字】微量元素地球化学化学作用化学演化 微量元素地球化学经历了两个主要的发展时期：在20世纪60年代前，主要通过元素的原子、离子半径，电荷、极化性质、电负性等特性．研究微量元素在地球各系统及不同矿物、岩石中的分配和分布，即从微观的角度来认识微量元素的分布及其在自然界的结合规律；自20世纪70年代起，微量元素地球化学的研究从定性向定量，从微观向宏观方向发展，进入了建立定量理论模型阶段。微量元素可作为地质地球化学过程的示踪剂，在解决当代地球科学的基础理论问题——如天体、地球、生命和元素的起源，为人类提供充足资源和良好生存环境等方面正发挥着重要的作用。至今，微量元素地球化学的研究几乎涉及地学的所有领域，包括对地幔的不均一性、古构造环境的恢复、成岩成矿物源的示踪、全球及局域环境的监测等问题的研究。微量元素地球化学研究的思路及方法可以归纳为： ①通过观察自然界中之“微”(微量元素)来认识地球之“著”(系统特征和其中的自然作用过程)； ②在获得高精度数据的基础上，应用各种先进理论(如分配定律、耗散结构理论、协同论等)来认识地学的宏观规律。 近20年来，微量元素地球化学理论迅速发展、开辟了地球科学研究向定量、动态过程方向发展的新途径。微量元素在地球系统中不是孤立存在的，它们与各种地球物质和地质过程相联系。它们在各种地球化学体系的分散和集中与自身独特的赋存形式和共生组合有关。微量元素参与各种地球化学作用．作用过程中体系物理化学状态的转变、作用物质的质量迁移、能量输运及动量传递等，必然在微量元素组成上打上作用随时间演化的烙印。为此，通过观察、捕捉微量元素提供的地球化学作用的时-空信息，可用来解析各种复杂的地质作用的原因和条件、追踪作用演化历史，使为地球科学基础理论的发展、为人类提供充足资源和良好生存环境等做贡献成为可能。 微量元素地球化学的核心是“示踪”，因此本进展主要说明微量元素地球化学示踪作用的研究进展。 1壳幔作用微量元素地球化学示踪 板块构造学说的兴起，使恢复地壳小各种岩石或矿床形成时构造环境的研究越来越引起注意。按照现代地球科学的理论，大规模的构造活动主要起源于岩石圈深部，软流圈热动力状态的变化和运动的不均一性导致了地球物质的大规模运动。这种运动推动着岩石圈的演化。一般根据地球物理资料来研究地壳结构，并根据岩石组合类型恢复占构造环境(俯冲带、岛弧、洋中脊、弧后、板块内部等)，但近年来的研究表明，由于不同构造环境的物质、热源、物理化学条件及动力学机制等方面存在差异．形成岩石的微量元素含量与组合(包括同位素组成)有较明显的不同。例如，洋中脊玄武岩的热源为上隆的软流层，物源为单纯洋壳的地幔，并处于拉张的动力学状态，又无陆壳的污染(仅与海水互相作用)，决定了它们特定的微量元素组成特征，即富集Ti、Mn、P、Co、Ni、Cr、

地球化学知识点总结(详细)

第一章 克拉克值：元素在地壳中的丰度，称为克拉克值。元素在宇宙体或地球 化学系统中的平均含量称之为丰度。丰度通常用重量百分数（%）， PPM（百万分之一）或g/t表示。 2 .富集矿物:指所研究元素在其中 的含量大大超过它在岩石总体平均含量的那种矿物。 3. 载体矿物:指岩石中所研究元素的主要量分布于其中的那种矿物。 4. 浓集系数 =工业利用的最低品位/克拉克值。为某元素在矿床中可工 业利用的最低品位与其克拉克值之比。 5.球粒陨石：是石陨石的一种。（约占陨石的84%）：含有球体，具有 球粒构造，球粒一般为橄榄石和斜方辉石。基质由镍铁、陨硫铁、斜长 石、橄榄石、辉石组成。划分为： E群——顽火辉石球粒陨石，比较稀 少；O群——普通球粒陨石: H亚群—高铁群，橄榄石古铜辉石球粒损 石；L亚群—低铁群，橄榄紫苏辉石球粒陨石； LL亚群—低铁低金属亚群；C群——碳质球粒陨石，含有碳的有机化合 物和含水硅酸盐，如烷烃、芳烃、烯烃、氨基酸、卤化物、硫代化合物 等。为研究生命起源提供重要信息。分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。 Ⅰ型其非 挥发性组成代表了太阳系星云的非挥发性元素丰度。 6.浓度克拉克值=某元素在地质体中的平均含量/克拉克值,反映地质体 中某元素的浓集程度。 1.陨石在地化研究中的意义： （一）陨石的成分是研究和推测太阳系及地球系统元素成分的重要依 据：（1）用来估计地球整体的平均化学成分。1陨石类比法，即用各种 陨石的平均成分或用球粒陨石成分来代表地球的平均化学成分。2地球 模型和陨石类比法来代表地球的平均化学成分，其中地壳占质量的1%， 地幔31.4%，地核67.6%，然后用球粒陨石的镍—铁相的平均成分加5.3% 的陨硫铁可以代表地核的成分，球粒陨石的硅酸盐相平均成分代表地壳