第二章 铀地球化学

第五章 地球化学平衡系统的完整表达与计算

第五章 地球化学平衡系统的完整表达与计算 (殷辉安, 1988; Nordstrom and Munoz, 1994; Spear, 1995; Will, 1998) 纯相的Gibbs 自由能、多相系统的Gibbs 自由能、多相系统热力学平衡的完整表达、平衡常数、活度、流体逸度的计算、Duhem 定理、地球化学系统PTXM 相关系 5.1 多相系统的热力学平衡 以前研究的单个纯相组成的系统，又称为＂单相系统＂或＂均相系统＂(homogeneous system)．由多种相构成的地球化学系统，称为＂多相系统＂或＂不均匀系统）‖（heterogeneous system ）．本章主要讨论多相系统的平衡热力学表达与计算。我们先从纯相Gibbs 自由能随温度和压力的变化出发，进而论述地球化学多相系统的平衡热力学的完整表达与计算。 地球化学系统的平衡，包含了多种平衡关系，即：（1）热平衡，系统内各部分的温度均匀一致；（2）力学平衡，系统内各部分的压力均匀一致；（3）相平衡，即系统内各部相之间的某同一种组分的化学势相等；（4）化学平衡，即系统内各部分之间达到化学反应平衡，保持质量平衡关系。 根据多组分平衡体系的Gibbs-Duhem 方程i i n 1i dn μΔVdP ΔSdT G d Σ=++-=?，平衡时 dT=0、dP=0，d?G=0，所以i i n 1 i dn 0μ∑==。此即多相平衡体系的平衡条件—Gibbs-Duhem 方程。例如，如果反应表达为2α+3β=4γ或4γ―2α―3β=0，该系统的平衡条件可表达为 0=γγββααdn μdn μdn μ++。因为反应进度γβαξdn 41 dn 31dn 21d =-=-=，所以 0=)d ξ4μ3μ2μ(γβα+--，即γβα4μ3μ2μ=+。 又例如，广泛发生于变质石灰岩中的反应(quartz) S iO (calcite) CaCO 23+ = (liquid) CO ite)(wollaston CaS iO 23+的平衡条件可表达为q u a S i O 2 c a l c i t e C a C O 3μμ+ = liquid CO 2te w ollastoni CaSiO 3μμ+；发生于变质泥质岩中的反应se)(plagiocla O S i 3CaAl 822 = licate)(aluminosi S iO 2Al 52 + (quartz) SiO (garnet) O S i Al Ca 212323+的平衡条件可表达为 Qtz SiO2Grt 12Ca3A l2Si3O A l A l2SiO 5Pl CaA l2Si2O 8μμ2μ3μ++=。采用化学势表达系统的平衡条件，显得简洁、 明了。 5.2 纯相的Gibbs 自由能随温度和压力的变化 5.2.1熵随温度和压力的变化 已知纯相的熵可表达为温度和压力的连续函数，即T)S(P,S =。当温度、压力均改

应用地球化学考试重点(经典)

应用地球化学考试重点 绪论 1、应用地球化学：运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量的实际问题的学科。地球化学是其理论基础。 2、应用地球化学研究内容： 元素分布与矿产资源 元素在各介质中的含量 元素的分布与分配 地球化学异常与指标 矿床的成因（矿床学为主） 矿床的储量（找矿勘探课程为主） 3、地球化学找矿与其它探矿方法的比较： （1）与地球物理相比，地化方法已成为其有效的辅助手段之一，在评价和解释地球物理异常时，可排除其多解性。 在某种意义上说是一种直接的找矿方法，因而成果的推断解释较物探法简单、直接。 （2）同时，它较地质钻探等投资少。 （3）地质物化探综合运用，则更能提高找矿的效果。 （4）传统的地质找矿方法，以矿物学和岩石学的观察为基础，要求要有可见标志。所以必须要求矿物的粒度在光学显微镜的分辨能力以上。而地球化学方法是依靠分析测试手段探测其微观标志 （5）任何一种找矿方法，都有一个应用条件问题，都要根据研究区地形地貌自然景观条件的不同，以及目标矿种的地球化学特征的不同，选择相宜的方法技术。 4、应用地球化学研究领域 第一章 1、地球化学旋回：地幔物质分异出的岩浆及地壳重熔物质形成的岩浆上升结晶形成岩浆岩，经构造运动进入表生环境，经风化剥蚀，搬运沉积，形成沉积岩，沉积岩经沉降或俯冲作用到达地壳深部，发生变质或重熔作用，形成岩浆，完成一个大循环。 2、常组组分分布特征： 地壳的物质成分与上地幔最有成因联系。起源于地幔。 地壳：便于采样→数据较多。 地幔：不能采样→数据少。 遵循化学计量原则形成自然矿物

地壳：易熔的硅铝长英质成分（Si、Al、Ca）和Ｋ、Na、水增加，以长英质浅色矿物为主。 地幔：难熔组分Mg、Fe、Ni、Co、Cr；以铁镁暗色矿物为主。 岩石圈中十余种常量元素占总量的绝大部分。 常量元素在地壳中总量占99. 9%以上 3、微量元素的分布规律：（判断/填空） 不受化学计量原则控制 ?微量元素分布服从概率分布规律，既有随机性，又有统计性。 ?从地核到地壳的垂直方向上，分散在结晶矿物中的微量元素在地球化学旋回中产生了分异作用，有些元素(亲石元素)具有明显的从地核，下地幔向上地幔，最终在地壳中富集。 ?微观上受元素类质同象置换条件制约，少部分以超显微非结构混入物（在矿物结晶生长时混入晶格缺陷或机械包裹）。 ?宏观上受元素分配系数制约，以某种统计规律反映富集贫化趋势。 元素的地球化学分类 4、谢尔巴科夫分类方法： 谢尔巴科夫用元素的向心力和离心力描述这种向地球外圈贫化或富集的趋势 谢尔巴科夫分类方法：向心元素、最弱离心元素、弱离心元素、离心元素 ?每次重熔，不相容元素和相容元素都产生一次分离，从而使晚期的岩浆较早期的岩浆更富集不相容元素。5、巴尔科特把岩浆岩演化的这种规律总结为极性演化，即酸性岩越来越酸性，基性岩越来越基性。这为矿产评价 与找矿提供了思路，即在时代最新的花岗岩类岩体中寻找不相容元素的矿床。 6、戈尔德施密特提出划分为亲铁、亲硫(亲铜)、亲氧(亲石)、亲气、亲生物元素的分类方案 7、从超基性岩到酸性岩，还具有由相容元素组合变为不相容元素组合的特征。 8、正常分布与异常分布： 一般将遵从常规、不悖常理、无特别异举即为正常，其核心是从众，相反即为异常。 地球化学的正常分布，也就是某一空间中多数位置上元素含量所具有的相对波动不大的特征。 地球化学中的异常，是指某一区段的地球化学特征明显不同于周围无矿背景区的现象。 9、背景区元素含量：背景上限、背景值、背景下限 10、把异常区内高于正常上限Ca的样品数n’与总样品数n的比值n’/n称为异常率。 异常率的大小，不仅与成矿作用的强度、规模有关，成矿作用越强，越接近矿化中心，异常率越高。 11、背景值分为四级：全球的背景值、地球化学省的背景值、区域的背景值、局部的背景值。 12、地球化学省：在地壳的某一大范围内，某些成分富集特征特别明显，不止是一两类岩石中元素丰度特别高，而 且该种元素的矿床常成群出现，矿产出现率也特别高。通常将地壳的这一区段称为地球化学省。地球化学省实质上是一种地球化学异常，它是以全球地壳为背景的规模巨大的一级地球化学异常。 13、地球化学指标：是指一切能提供地球化学信息或地质信息的，能直接或间接测定的地球化学变量。地球化学指 标在三度空间和时间上的分布与演化称为地球化学场。 14、地球化学场有以下特征： （1）与地球物理场相比，它没有严格的数学公式或化学定律进行准确的描述、推断、或延拓，它是具体点上地球化学环境（化学、热力学、动力学）综合制约的结果，可以定性推测而不能准确推算。 （2）地球化学场是一个连续的非均匀场。 （3）地球化学场是一个不可逆动态演化的非稳定场。 （4）地球化学场的指标不具有传递性。 15、地球化学障：凡是浓度梯度极大值所在的点，叫做地球化学障，其实质就是地球化学环境发生骤然变化，元素 活动性发生急剧改变的地段（A·И·彼列尔曼）。它是一种地球化学环境的边界。 16、50年代阿伦斯（1954，1957）提出常量元素服从正态分布，微量元素服从对数正态分布规律，概括了当时最 有影响的认识。地质体中元素含量的概率分布型式与该地质体经历的地质作用过程有关。 维斯捷里斯(V.B.Visteeius.1960)的“地球化学过程的基本定律”最有代表性：单一地球化学过程所形成的地质体，元素含量服从正态分布；由数个地球化学作用过程叠加所形成的复合地质体中元素含量偏离正态分布，并且多为正偏分布（其中有些服从对数正态分布）。

地球化学期末考试总结

第一章绪论 1.地球化学的定义：地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学（涂光炽）。 2.地球化学研究的基本问题 第一: 元素（同位素）在地球及各子系统中的组成（量） 第二: 元素的共生组合和存在形式（质） 第三: 研究元素的迁移（动） 第四: 研究元素（同位素）的行为 第五: 元素的地球化学演化 第二章自然体系中元素的共生结合规律 1.元素地球化学亲和性的定义：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲和性。 2.亲氧元素、亲硫元素与亲铁元素的特点 （1）亲氧元素：能与氧以离子键形式结合的金属（半金属）元素称为亲氧元素。 特点：惰性气体结构；电负性小；离子键为主；生成热>FeO；主要集中在岩石圈。（2）亲硫元素：能与硫结合形成高度共价键的金属（半金属）元素称为亲硫元素特点：铜型离子；电负性较大；共价键为主；生成热

综合地球化学和地球物理

综合地球化学和地球物理矿产资源勘查方法- 一个案例研究在地下室复Ilesa 面积、尼日利亚埃马纽尔〃AriyibiAbiodun 地球和空间物理研究实验室, 物理系, 奥巴费米〃Awolowo大学(非统),勒-演练,尼日利亚 1、介绍 地球的地壳由岩石的固体。当岩石经过仔细的检查,它们 被发现是由不同的大小,形状和颜色离散的颗粒组成的。这 些谷物是矿物质,它们是构建块的岩石土壤的形成从岩石一 般涉及到的物理作用、化学风化作用产生的表面处理。气候 条件下的风化的影响来确定两种形式的风化明显比其他变 得更多。在干旱的气候,那里很少有水并且那里是明显的昼 夜温度变化的,化学风化作用很大次级机械风化岩石分解成 简单的成分越来越多，小型谷物和碎片里个人矿物质构成岩 石很容易得到。另一方面,如果气候炎热潮湿,降雨量可观 化学风化变得明显、个体所形成矿物岩石都受到相当强烈的 化学和相对温和的机械风化,形成不同的产品的所有成分的 土壤在大多数地下室复杂的岩石、风化产品,成为能够反映 一定的特征(地球化学和矿物学)的母岩。 先前的研究区已经暗示ofsulphide矿化但报导的范围已经 仅仅局限于角闪岩和周围地区Iwara断层。目前的工作区域

在范围和寻求独特的地球化学和地球物理使用一个集成的 方法在这片片岩带包含未分化片岩、片麻岩、混合岩、伟晶岩、片岩变闪长岩、石英岩、石英片岩、花岗片麻岩、片岩和麻粒岩和片麻岩旨在描述该地区矿产勘查。地球化学 数据从61年抽样地点受到多元分析和解释，描绘地球化学异常区。地球物理调查异常区,采用了超——低频电磁(甚低频电气磁探方法。 2。地质背景 Ilesa的区域,位于尼日利亚西南部的地下室复杂(片岩带)的前寒武纪时代(De不力,1953)。德不力(1947)和拉斯(1957)建议尼日利亚的地下室是多环复杂。这证实了赫尔利(1966,1970)用放射法来确定岩石的年龄。尼日利亚地下室被认为有结构复杂性由于折叠、火成岩和变质活动与五大岩石单元内识别复杂的Rahaman地下结构。这些都是: 复杂的混合岩片麻岩石英岩。这个地质图的Ilesa面积如图1。 插入图 其中的片岩带组Ilesa面积部分有着各种各样的称为“新 变质沈积物”(Oyawoye,1964),“年轻的变质沈积物”(麦咖 哩,1976);片岩、元火成岩岩石”(Rahaman,1988)。尼日利亚片岩带发生的岩化趋势特征显示为尼日利亚基底杂岩。片岩带组成变质的,半泥质泥质岩石, c硅酸盐岩石,和卵石片岩。

地球化学

一．关于地球化学的定义： 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。二．地球化学的基本问题 1、地球系统中元素的组成（质） 2、元素的共生组合和赋存形式（量） 3、元素的迁移和循环（动）4：地球的历史和演化（史）三．地球化学研究思路 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。（一句话那就是“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 一．大陆地壳和大洋地壳的区别： 1.大洋地壳较薄，10-5公里，平均厚8公里；大陆地壳较厚，最厚可达70公里,平均厚33公里。(整个岩石圈也是大陆较厚，海洋较薄。海洋为50—60公里，大陆为100—200公里或更深。) 2.在元素的分配上，洋壳比陆壳贫硅和碱金属，但较富镁富铁。正是这种原因，大洋沉积物中富含Fe、Mn、Co、Ni等亲铁元素，它们是现代海洋中巨大的潜在资源。 二. 固体地球各圈层的化学成分特点 ○1地壳：O、Si、Al、Fe、Ca○2地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca○3地核：Fe-Ni○4地球：Fe、O、Mg、Si、Ni 第二节元素和核素的地壳丰度 一．概念 1.地球化学体系:按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，每个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理化学状态（C,T,P等）并且有一定的时间联系。 2.丰度:表示元素在某地质体中（如地球，地壳，宇宙星体及某岩类，岩体等）的含量。 3.克拉克值：元素在地壳中的平均含量 4.质量克拉克值：若计算元素在地壳中的平均含量时以质量计算，则称为质量克拉克值。 5.原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量（即指某元素在某地质体中全部元素的原子总数中所含原子个数的百分数） 任意元素的原子克拉克值=某元素在某地质体中的相对原子数（用N表示）/所有元素相对原子数之和（用 N表示） 6.浓度克拉克值：某元素在某地质体中的平均含量/元素克拉克值 二．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加而减少（但锂，铍，硼以及惰性气体的含量并不符合上述规律，丰度值很低）②偶数规则：周期表中原子序数为偶数的元素总分布量（86%）大于奇数元素的总分布量（14%）。相邻元素之间偶数序数的元素分布量一般大于奇数元素分布量，稀土特别明显。③四倍规则：4q型占87%，4q+3占13%，剩下的只占千分之几。 三“元素克拉克值”研究意义 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。四．区域元素丰度的研究的意义： 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。 第四节水圈、大气圈和生物圈的成分二．自然水的主要阳离子和阴离子成分海水：钠离子＞镁离子＞钙离子、氯离子＞硫酸根＞碳酸氢根、淡水：钙离子＞钠离子＞镁离子、碳酸氢根＞硫酸根＞氯离子。 第六节元素的地球化学分类 一．元素的地球化学分类(戈氏分类法)以及各类元素的主要分布趋势 (1)亲石元素:主要分布于岩石圈(2)亲铜元素:主要分布于地幔(3)亲铁元素:主要分布于地核(4)亲气元素:主要集中于大气圈。此外,戈氏还划分出"亲生物元素" 第七节太阳系化学 一．太阳系化学组成的基本特点 1) 在所有元素中H, He占绝对优势, H占90%, He占8% 。 2）递减规则：太阳系元素的丰度随着原子序数（Z）的增大而减少，曲线开始下降很陡，以后逐渐变缓。在原子序数大于45的重元素范围内，丰度曲线近于水平，丰度值几乎不变。 3)奇－偶规则：偶数原子的丰度大于奇数原子 第二章微量元素地球化学 一．微量元素的概念 人们常常相对于地壳中的主量元素而言，人为地把地球化学体系中，其克拉克值低于0.1%的元素，通称为微量元素。 二．微量元素的基本性质 ①微量元素的概念到目前为止尚缺少一个严格的定义；②自然界“微量”元素的概念是相对的；③低浓度（活度）是公认的特征，因此往往不能形成自己的独立矿物（相）。四．能斯特定律 能斯特定律描述了微量元素在平衡共存两相间的分配关系。当一种矿物(α相)与一种溶液(β相)共存时,微量元素i(溶质)将在两相间进行分配,当分配达到平衡时（有：μi α=μ i β ），其两相浓度比为一常数。此常数称为能斯特分配系数。 五．由能斯特定律引出的分配系数 ①简单分配系数（即能斯特分配系数）a α i /aβi=K D（T、P）。在一定温度压力条 件下，在恒温恒压下，微量元素i在两 相间的浓度比为一常数，它适用于稀溶 液中微量元素的分配。K D即为能斯特分 配系数，也称简单分配系数。 ②复合分配系数：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象交换对微量元 素分配的影响。 D tr/cr=[C s tr/C s cr]/[C l tr/C l cr]=(C tr/C cr)s/(C tr/C c r )l。 ③总体分配系数（岩石分配系数）：实际上 是矿物的简单分配系数和岩石矿物的百 分含量乘积的代数和。代表式：D i=∑（上 n下j=i）K i D,j W j。第j种矿物对微量元 素i的简单分配系数、D i为岩石的分配 系数，n为含微量元素i的矿物数，W j 为第j种矿物的质量百分数。 五．影响分配系数的因素 体系成分、温度、压力、氧逸度 六．由分配系数引出的微量元素的分类 相容元素（D＞1）:按地球化学作用过程中，当固相（结晶相）和液相（熔体相，流体相）共存时，若微量元素易进入固相，称为相容元素 不相容元素（D小于1）:按地球化学作用过程中，当固相（结晶相）和液相（熔体相，流体相）共存时，若微量元素易进入液相，称为不相容元素. 亲岩浆元素（D＜＜1）:亲岩浆元素总体分配系数相对于1来说可忽略不计。 超亲岩浆元素（D＜＜0.2）:超亲岩浆元素的总体分配系数相对于0.2到0.5可忽略不计第四节稀土元素地球化学 一．稀土元素组成

地球化学

不相容元素 incompatible elements释文：又称湿亲岩浆元素(hy-gromagmatophile elements)，在岩浆或热液的矿物结晶过程中趋向于在液相中富集的某些微量元素(如Sn、Li、Rb、Sr、Cs、Be、Ba、Zr、Hf、Nb、Ta、Th、U和稀土元素)。因其浓度低，不能形成独立矿物相。因受其离子半径、电荷和化合键所限，很难进入造岩矿物晶体结构中，而在残余岩浆或热液中相对富集。其固——液相分配系数近于零。元素的不相容性可因结晶条件的不同而改变。 相容元素 compatible element释文：在岩浆或热液中的某些微量元素(如Cr、Ni、Co、V等)。在矿物结晶过程中趋向于在早期固相中富集。因其浓度低，不能形成独立矿物，但其离子半径、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似，故在固——液相反应或平衡中易于呈类质同象形式进入有关矿物相。其固——液相分配系数明显大于1。元素的相容性可因结晶条件的不同而改变。 高场强元素 电价较高、半径较小、具有较高离子场强(为离子与半径之比)的，典型代表为Nb、Ta、zr、Hf、Th等。这些元素性质一般较稳定，不易受、蚀变和作用等的影响，因此常用来恢复遭后期变化的原岩性质。指小、离子电荷大、(2/R)大于3的元素，如、、、、、、等。 大离子亲石元素 large ion lithophile element，LILE 释文：大离子亲石元素是指离子半径大，电荷低，离子电位π<3，易溶于水的元素，化学性质活泼，地球化学活动性强，特别是有流体参与的系统。典型代表为K、Rb、Sr、Ba、Cs、Pb2+、Eu2+等。 亏损地幔 depleted mantle，DM 释文：亏损地幔是指曾对地壳的形成作出过贡献，易熔组分已被明显消耗的地幔物质，其中大离子亲石元素、热产元素等明显亏损，难熔组分则相对富集。亏损地幔又称残留地幔，是经过部分熔融出岩浆后的地 幔残留部分。其相对于原始地幔明显亏损易熔组分，如K 2O、Na 2 O、CaO、Al 2 O 3 、 TiO 2 等，Mg质高，多大于91，一般为91.5-93.5。微量元素中地幔不相容元素亏损，如出现左倾的稀土配分型式等。亏损地幔，是洋中脊玄武源区的主要成分，主要特征是低Rb/Sr,高Sm/Nd;143Nd/144Nd比值高，87Sr/86Sr比值低，其&Nd(t)为高正值，&Sr(t)为负值。 富集地幔 在地球发展演化的早期阶段，地幔不断地发生部分熔融，相当部分容易进入液相的元素随着熔融作用不断地移出地幔源区进入岩浆，从而使地幔亏损了上述组分，形成了化学上的亏损地幔。如Si、AL、Ca、Na、K等。如果地幔中加入了上述元素，则形成富集地幔。

地球化学名词解释

1、克拉克值:是指元素地壳中重量百分含量。 2、浓度克拉克值:浓度克拉克值＝元素在某一地质体中平均含量/元素的克拉克值，它反映元素在地质体中集中和分散程度，大于1说明相对集中，小于1说明相对分散。 3、元素的地球化学迁移:元素从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并经常伴随元素组合和分布上的变化以及空间位移的作用称为地球化学迁移。 4、元素的丰度值：每种化学元素在自然体中的质量,占自然体总质量(或自然体全部化学元素总质量)的相对份额(如百分数),称为该元素在该自然体中的丰度值. 5、类质同象:某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质的其它质点 (原子、离子、络离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变的现象。 6、载体矿物和富集矿物载体矿物:载体矿物和富集矿物载体矿物是指岩石中所研究元素的主要量分配于其中的那种矿物。但有时该元素在载体矿物中的含量并不很高，往往接近该元素在有时总体中的含量。富集矿物是指岩石中所研究元素在其中的含量大大超过它在岩石总体中的含量的那种矿物。 7、元素的共生组合:具有共同或相似迁移历史和分配规律的元素常在特定的地质体中形成有规律的组合，称为元素的共生组合。 8、元素的赋存状态:也称为元素的存在形式、结合方式、相态、迁移形式等，指元素在其迁移历史的某个阶段所处的物理化学状态与共生元素的结合性质。 9、亲氧元素:是指那些能与氧形成强烈离子键化合物的元素，如K、Na、Si、Al 等，通常以硅酸盐形式聚集于岩石圈。 10、八面体择位能：任意给定的过渡元素离子,在八面体场中的晶体场稳定能一般总是大于在四面体场中的晶体场稳定能.二者的差值称为该离子的八面体择位能(OSPE). 这是离子对八面体配位位置亲和势的量度。八面体择位能愈大，则趋向于使离子进入八面体配位位置的趋势愈强，而且愈稳定。 11、相容元素和不相容元素：在液相和结晶相（固相）的共存体系，如在岩浆结晶作用过程中，一些微量元素易以类质同像的形式进入造岩矿物晶格，称为相容元素，如Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等。另一些微量元素不易进入造岩矿物晶格，倾向于残留在熔浆或液相这中，称为不相容元素，如Rb、Cs、Sr、Ba等。 12、元素的地球化学亲和性:元素的地球化学亲和性，指阳离子在地球化学过程中趋向于同某种阴离子结合的性质。分亲铁性（趋向于单质形式产出）、亲硫性（趋向于与硫形成强烈共价键的性质）和亲氧性（趋向于与氧形成强烈离子键的性质） 13、分配系数:从能斯特分配定律的表达式中可知：在温度、压力恒定的条件下，微量元素i (溶质)在两相分配达平衡时其浓度比为一常数(KD)，此常数KD称为分配系数，或称能斯特分配系数。分配系数只受温度、压力的限定，而与溶质的浓度无关（在一定浓度范围内）。

第二章

生态规划理论基础 生态规划设计的内涵生态规划是运用生物学及社会文化信息，就景观利用的决策提出可能的机遇及约束。景观生态规划是将生态性原则与景观规划相结合的科学规划方法，通过研究景观格局---生态过程以及人类活动与景观的相互作用，在景观生态分析、综合及评价的基础上，提出景观最优利用方案、对策及建议的景观规划途径。从狭义理解，景观生态规划是基于景观生态学的规划，是基于景观生态学关于景观格局和空间过程（水平过程或流）的关系原理的规划。景观更明确地被定义为在数平方公里尺度中，由多个相互作用的生态系统所构成的、异质的土地嵌合体。景观生态强调水平过程与景观格局之间的相互关系，它把斑块—廊道—基质作为分析景观的空间组合模式。任何与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计。协调意味着设计尊重物种多样性，减少对资源的剥夺，保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量，有助于改善人居环境及生态系统的健康。 景观生态的概念 景观规划设计的共同目标是人与自然关系的协调和时空过程上的永续。景观规划是通过经济规划、环境规划与景观设计的结合，使区域开发、资源利用与生态保护相衔接与配合，生产建设、生活建设与生态建设相适应，达到经济效益、社会效益与生态效益的高度统一，从而实现整体人文生态系统的整体最优化。 千层饼模式是以垂直生态过程的连续性为依据，使景观改变和土地利用方式适应于生态过程，揭示地质、水文、土壤、植被、动物、人类活动之间的生态过程与土地利用的关系，但很难反映水平生态过程与景观格局之间的关系。 二、生态规划设计的意义生态规划把景观作为一个整体考虑，协调人与环境、社会经济发展与资源环境、生物与非生物环境、生物与生物及生态系统之间的关系，使景观空间格局与生态特性及其内部的社会文化活动，在时间和空间上协调，达到景观优化功能。 三、生态规划设计的发展趋势 1、区域景观整体性与区域景观生态工程 2、生态过程与景观过程—格局综合体规划 3、不同尺度空间生态规划的现实性： A尺度不同，生态规划的特征不同。在自然界中尺度越大，自然景观的水平分异和垂直分异就越呈现出地带性分异特征，水平分异结构就越明显。随着高度差异的加大，垂直结构也越来越突出。宏观上和大尺度上景观的生态特征强于景观的艺术特征，微观上和小尺度上的景观的艺术性和人工化强于景观的生态特征。 B尺度不同，生态规划的内容和方法不同，解决的问题也不同。 4、景观生态规划的生态合理性与实效性 5、新技术与新方法的应用 景观生态规划的理论基础 一、生物进化与生态演替理论比如说植被的演替，同时也是土壤、土壤水、土壤气候和小气候的演替，这就意味着各种地理因素之间相互作用的连续顺序，也就是景观演替思想（特罗尔提出）。克里门茨的五段演替理论突出了整体、综合、协调、稳定、保护的五大生态学观点。 二、空间分异性与生物多样性理论（地理学第一定律、生态学三个基本原则之一） 地理空间分异实质是一个表述分异运动的概念。首先是圈层分异；其次是海陆分异；再次是大陆与大洋的地域分异。地理学通常把地理分异分为地带性、地区性、区域性、地方性、局部性、微域性等若干级别。 三、景观异质性与异质共生理论景观异质性的理论内涵是景观组分和要素，如基质、廊道

流体地球化学 报告

《流体地球化学》 题目：地幔流体及其成矿作用 读书报告 教师：张成江教授 指导老师：何明有教授 姓名: 张建军 学号： 2011050169 学院：核自学院 专业：核能与核技术工程 2011年12月15日

地幔流体及其成矿作用 1 地幔流体组成和特点 地幔流体是指赋存于地球内部由原始气体元素(He3、A r36等)、挥发分(幔 源CO 2、S、H2O等) 所组成的气体、稀溶液及具挥发分的富碱的硅酸盐熔体。 现代火山喷气、玄武岩圈闭气体、地幔镁铁质和超镁铁质包体成分分析及金刚石 包裹体分析表明, 地幔流体是以C2H2O 为主的体系, 并且含有一定的金属氧化 物〔6〕, 其流体种类受地幔氧逸度f O 2 及深度的制约〔7〕, 当f O 2 在Q FW —MW (氧缓冲反应限定的范围) 时, 流体种类以CO 22H2O 为主; 接近IW 时以CH42H2O为主。W yllie〔8〕用微量CO 2、H2O 和橄榄岩(假定地幔中CO 2?(CO 2+ H2O ) = 018) 进行的成岩试验表明, H2O、CO 2 含量在深度上是分层的, 以地 盾区地热曲线、固相线位置、矿物稳定组合区间三者之间关系, 推测120 km 深 度以下时金云母、白云石、橄榄石与富H2O 气相共存; 较浅处(约90 km ) 时, 随 着角闪石等含水矿物形成, 大量的H2O 被消耗, 气相中CO 2 与H2O 含量比值 随之增大, 形成上地幔中相对富CO 2 的区域; 在260～120 km 之间则为碳酸盐、金云母、C2H2O 挥发分溶解于熔体中, 无独立的H2O 和CO 2 相存在。Sh iano 等〔9〕在研究Kerguelen 地区超镁铁质捕虏体时发现了富硅质熔体、富碳酸盐 的熔体和富CO 2 流体包裹体共生, 显示是地幔深部均一的熔融相在到达上地幔 温压条件时形成不混溶的三相, 并充填于橄榄岩形成的裂隙中。这同样证明了 C2H2O 随深度变化的推断。包裹体一直被作为了解深部流体的重要窗口, 然而 已有的资料表明地幔流体包裹体在随寄主岩上升过程中已发生了次生变化, 并 且显示出几乎所有的捕虏体中多为纯CO 2 包裹体,缺少甚至没有H2O 的成分。 对此认为主要由4 种原因引起: ①在硅酸盐熔体中H2O 的溶解度比CO 2 更大, 熔融时H2O 比CO 2 优先进入熔体中, 形成相对富集的CO 2 相; ②氢的扩散作 用引起在低f O 2 时流体主要成分是CH4, 在达到一定温度和压力时H 发生迁移, 留下相对较富的CO 2; ③与围岩发生水岩反应再平衡的结果,H2O 比CO 2 更易 与含氧的硅酸盐发生反应, 剩下相对较富的CO 2; ④变形过程中H2O 比CO 2 更 易进入位错而被泄漏掉。因此, 多数地幔包体中的流体包裹体在被寄主岩从深 部带到地表过程中已发生了次生变化, 其成分已有所改变。由于我们对地幔流 体还缺乏详细研究和了解, 大多数地幔流体性质仍是有待研究的前沿课题。 2 地幔流体的来源及成矿作用 按照目前的了解, 地幔流体主要以两种方式形成: 一种由地核及下地幔脱 气作用; 另一种为洋壳俯冲作用带入大量富含挥发分物质的再循环〔1, 3, 4〕。 稀有气体的He2A r 同位素体系研究表明地幔流体主要有3 种源区〔10〕: ①地 幔柱型源区; ②洋中脊玄武岩型源区; ③岛弧型源区。其中最值得一提的是地 幔柱源区, 推测地幔柱构造起源于地幔深部热边界层, 具有800～ 1 200km 直 径的头部和100～200 km 的尾部〔11, 12〕, 由地幔深部穿越不同的上覆圈层 直抵地表, 且因直接来自富集地幔, 含有大量挥发分和不相容元素, 其成矿意 义值得重视。流体在上地幔的富集是地幔流体成矿的基础, 前已述及流体是由 深部地幔或地核脱气作用和再循环物质脱水作用形成, 形成的流体可能在上地 幔顶部附近富集, 特别是在软流圈上隆引起减压变薄时, 溶解于地幔橄榄岩高 压围岩矿物相中的挥发分出溶, 形成细小的早期流体包裹体, 并在地幔蠕变过 程中往有利的部位运移〔13〕, 从而促进流体的更进一步富集。聚集的挥发分

(完整word版)地球化学复习资料

球类陨石：主要由基质、球粒、金属和一些特殊矿物集合体等组成。 碳质球类陨石是球粒陨石中的一个特殊类型，含有碳的有机化合物分子，并且主要由 含水硅酸盐组成。 CI型陨石为什么能够作为太阳系元素丰度标准？ I型碳质球类陨石中难挥发元素的丰度与太阳一致，且未经受热变质作用影响、形成于远离太阳的较低温区域，是最原始的太阳星云凝聚物资。因而，它能保持着太阳星云 中非挥发元素的初始丰度。 第二章复习题 1、元素的地球化学亲和性 元素地球化学亲和性：主要指阳离子在自然体系中趋向同某种阴离子化合的倾向。又可指在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的 特性。 2、戈尔德斯密特的元素地球化学分类 1）、亲石元素：离子的最外层电子层具有8电子（S2P6）惰性气体型的稳定结构， 与氧容易成键，主要集中于硅酸盐相。 2）、亲铜元素：离子的最外层电子层具有18铜型结构（s2p6d10)在自然界中容易与 硫形成化合物，这些元素在分配时，主要分配在硫化物相中。 3）、亲铁元素：离子最外层电子层具有8-18过渡型结构，这种元素同氧、硫的化合 能力较差，倾向于形成自然元素，因此，这类元素倾向分配在金属相中 4）、亲气元素：原子最外层具有8个电子，原子半径大，具有挥发性或易形成挥发性化合物，主要分布在大气圈中。 5）、亲生物元素：这类元素主要富集在生物圈中。 3、类质同像的概念 类质同像概念：某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质中的其他质点（原子、离子、络离子或分子）所占据而只引起晶格常数的微小改变，晶格构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近，这种现象称类质 同像。 5、影响元素类质同像的物理化学条件 1）、组份浓度 ---“补偿类质同像”一种熔体或溶液中如果缺乏某种组份，当从中晶出包含此种组份的矿物时，熔体或溶液中性质与之相似的其他元素就可以类质同像 代换的方式加以补充。2）氧化还原电位.

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

元素地球化学迁移研究实例

元素地球化学迁移研究实例 矿床地质特征： 锡矿体为锡石石英脉，根部插入花岗岩中。花岗岩主体为黑云母花岗岩，矿体下部部分黑云母已经白云母化-二云母花岗岩，花岗岩钠长石化。 剖面中矿脉及蚀变带具分带结构。矿脉内的矿物组合为锡石-石英；矿脉旁的矿物组合为事变矿物组合-云英岩化：长石蚀变为钠长石，黑云母蚀变为白云母，含蚀变矿物黄玉和萤石。 矿脉上部，两侧对称发育云英岩化，向外由钠长石化和白云母化花岗岩过渡为未变质黑云母花岗岩，在脉旁云英岩中分布有锡石、萤石和黄玉；含矿脉下部，云英岩蚀变带宽度变窄，钠长石化和白云母化花岗岩宽度加大，向外过渡为未变质的黑云母花岗岩。 花岗岩中Sn的活化： 含矿花岗岩中锡含量16-30ppm，高出酸性岩克拉克值4-5倍。不含矿花岗岩含锡3-5ppm。 赋存形式：80%-100%的Sn集中于黑云母（Bi）中，黑云母中Sn含量均匀，80-400ppm。显微镜下未发现锡石颗粒。将Bi研细到200-300目，用碘化钾溶剂无法提取到其中的锡，说明黑云母花岗岩中锡主要以类质同象形式进入Bi晶格： Li+ + Sn4+→ Mg2+ + Fe3+ 黑云母发生白云母化蚀变后，白云母中的锡含量大大低于黑云母中的锡含量。暗示发生了元素的迁移。 巴尔苏科夫认为Bi的白云母化过程为： 含Sn黑云母 + K+→白云母 + Sn4+ + (Mg,Fe)2+ 交代的同时Sn被排出晶格，花岗岩中大量Sn被淋滤带出进入蚀变溶液，据计算没m3白云母化花岗岩约带出10-60gSn，这是锡石-石英脉Sn的主要来源。也造成锡石-石英脉下部花岗岩中呈现锡的负异常。

在综合分析上述资料基础上，巴尔苏科夫认为，在富集Sn方面起主要作用的是岩浆期后自变质作用。 Sn的搬运和沉淀： 矿脉上部矿物组合显示有K、Ca、Na带入，下部矿物组合显示有Na置换Ca。 矿脉下部花岗岩的钠长石化和白云母化表明自变质溶液早期富Na并具有碱性。锡石-石英脉以及云英岩中的萤石（CaF2），黄玉（Al2[SiO4](F,OH)2）等反映了氟对锡的搬运作用。F的活动以及云英岩化作用中Ca、Mg、K等的淋滤表明在锡石沉淀时，热液的pH值已有所下降。 包裹体成分测定表明：成矿热液含大量F、Na、K、Ca、Cl、HCO3-等，锡石形成温度250-300℃，溶液pH<6-8.3。 为证实F对Sn的搬运及可能的F-Sn络合物，进行了成矿模拟实验。配置了与包裹体成分相近的溶液，在含氟钠-钾-氯化物溶液中，在300℃，500×105Pa及pH=8-10条件下，同时存在重碳酸，硼酸和二氧化硅时，形成稳定[Sn(F6-X,OH X)]型氟-氢氧络离子。pH降到7.5-8.0时，络离子水解，Sn呈锡石析出。 实验所得氟-氢氧络合物形成，稳定和分解条件同形成过程物理化学条件基本吻合。成矿溶液由碱性逐渐中和，释放出HF与其它组分作用形成含氟矿物。 锡成矿模型： 巴尔苏科夫指出：富Na和F的岩浆期后碱性溶液由深部沿裂隙向上运移，使花岗岩发生自变质作用，长石发生钠长石化，黑云母发生白云母化，黑云母晶格中的Sn被活化。Sn 进入溶液形成Na2[Sn(F6-X,OH X)]络合物向上运移，此时溶液具碱性，络合物稳定。黑云母被白云母交代的同时释放出Fe2+和Mg2+，它们与溶液中的B、SiO2、As、S结合形成电气石(Na，Ca)(Mg，Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31和毒砂（FeAsS）。 含Na2[Sn(F6-X,OH X)]溶液继续上升，经钠长石化，溶液中Na浓度降低，pH值下降。当溶液变为弱碱性至中性时，氟锡络合物不稳定，通过高温水解形成锡石和游离HF： Na2[Sn(F6-X,OH X)] SnO2+ 2NaF + 2HF（3.1） 这将引起热液迅速酸化，酸性溶液作用于上部花岗岩，导致碱金属淋滤带出形成云英岩：3KAlSiO3O6＋2HF KAl2[AlSi3O10][OH]2＋2KF ＋6SiO2 钾长石白云石石英（3.2） KAlSiO3O6＋4HF Al2[SiO3]F2＋5SiO2＋2KF ＋H2O 钾长石黄玉（3.3）HF与围岩Ca作用形成萤石；这样，巴尔苏科夫系统说明了Sn在深部带出和在上部的集中，解释了矿脉及蚀变的垂直分带、各带矿物组合及Sn在矿脉两侧的分配。 总结： 由此例可见，元素迁移过程常常包含几个环节和集中作用机制，它们之间相互制约，每个环节的作用机制都可以用代表性化学反应表述：如锡矿形成中Sn的活化机制时花岗岩中黑云母的白云母化，反应方程式为： 含Sn黑云母 + K+→白云母 + Sn4+ + (Mg,Fe)2+ Sn4+在含矿溶液中络合迁移及水解沉淀用下式表示： Na2[Sn(F6-X,OH X)] SnO2 + 2NaF + 2HF 两个反应方程概略地说明了Sn从活化到迁移沉淀的基本化学过程及其所反映的地质因素，成为元素迁移的化学模型。 元素迁移的化学模型虽然只定性（或半定量）地说明迁移的性质，但是最基本的作用机制，是进一步深入研究的必要前提。