地球化学课件5
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地球化学土壤地球化学测量课件
第18页，共60页。
在硫化物中，不同的矿物氧化速度也不 一样。常见的硫化物其氧化速度按以下 顺序递减； 磁黄铁矿——镍黄铁矿——闪锌矿—— 毒砂——黄铜矿——黄铁矿——辉银矿 ——方铅矿——硫砷铜矿——辉钼矿
第19页，共60页。
(二)物理化学环境 物理化学环境对元素次生分散的影响，主 要反映在氢离子浓度、氧化还原电位等 对元素在水溶液中溶解度和迁移能力的 控制。 大多数金属元素只在酸性溶液中呈阳离子 溶解、迁移，并随着溶液pH值增高，则 趋于呈氢氧化物或碱式盐而沉淀 。
第21页，共60页。
腐植质是一种负胶体，它可从介质中吸附 Ca、Mg、A1、Cu、Ni、Co、Zn、Ag 、Be等，此外还可能吸附Mo、V、U、 Pb等元素。 粘土矿物(高岭土、蒙脱石等)也是一种 负胶体，它是一些金属元素(如Cu、Ni、 Co、Ba、Zn、Pb、Au、Ag、Hg、V等) 阳离子的一种很好的吸附剂。
二、控制成矿元素次生分散的因素
矿石物质由于表生带风化作用而产生的 次生分散(机械分散和水成分散)，受多 种因素所控制，如元素本身的性质、物 理化学环境、气候及地形条件、生物的 作用等。
第17页，共60页。
(一)矿物性质
矿石中元素的次生分散是矿石矿物风化 的结果，所以矿物耐风化能力必然要影 响元素的次生分散。一般说来，内生条 件下形成的矿石矿物，其结晶条件越接 近表生条件，其耐风化能力越强。硫化 物最不稳定，最容易氧化、溶解。各类 矿物根据次生分解由难到易的程度可排 列如下： 氧化物>硅酸盐>碳酸盐和硫化物。
性质的异常，常从各方面进行研究统计，确定 评价标志，建立评价指标。
第32页，共60页。
1．研究矿石的表生变化，确定含矿异常 的评价标志
矿体次生晕是矿体(及其原生晕)表生风化的产物，其形成 与矿石变化有关。因而研究矿石的表生变化，有利于建 立含矿异常在组分方面的标志，以区分含矿异常与无矿 异常，如广东某钴矿床属黄铁矿化含钴石英脉型矿床，据研 究原生矿石中As与Co含量呈正相关。同时矿石中Cu、Bi、
在硫化物中，不同的矿物氧化速度也不 一样。常见的硫化物其氧化速度按以下 顺序递减； 磁黄铁矿——镍黄铁矿——闪锌矿—— 毒砂——黄铜矿——黄铁矿——辉银矿 ——方铅矿——硫砷铜矿——辉钼矿
第19页，共60页。
(二)物理化学环境 物理化学环境对元素次生分散的影响，主 要反映在氢离子浓度、氧化还原电位等 对元素在水溶液中溶解度和迁移能力的 控制。 大多数金属元素只在酸性溶液中呈阳离子 溶解、迁移，并随着溶液pH值增高，则 趋于呈氢氧化物或碱式盐而沉淀 。
第21页，共60页。
腐植质是一种负胶体，它可从介质中吸附 Ca、Mg、A1、Cu、Ni、Co、Zn、Ag 、Be等，此外还可能吸附Mo、V、U、 Pb等元素。 粘土矿物(高岭土、蒙脱石等)也是一种 负胶体，它是一些金属元素(如Cu、Ni、 Co、Ba、Zn、Pb、Au、Ag、Hg、V等) 阳离子的一种很好的吸附剂。
二、控制成矿元素次生分散的因素
矿石物质由于表生带风化作用而产生的 次生分散(机械分散和水成分散)，受多 种因素所控制，如元素本身的性质、物 理化学环境、气候及地形条件、生物的 作用等。
第17页，共60页。
(一)矿物性质
矿石中元素的次生分散是矿石矿物风化 的结果，所以矿物耐风化能力必然要影 响元素的次生分散。一般说来，内生条 件下形成的矿石矿物，其结晶条件越接 近表生条件，其耐风化能力越强。硫化 物最不稳定，最容易氧化、溶解。各类 矿物根据次生分解由难到易的程度可排 列如下： 氧化物>硅酸盐>碳酸盐和硫化物。
性质的异常，常从各方面进行研究统计，确定 评价标志，建立评价指标。
第32页，共60页。
1．研究矿石的表生变化，确定含矿异常 的评价标志
矿体次生晕是矿体(及其原生晕)表生风化的产物，其形成 与矿石变化有关。因而研究矿石的表生变化，有利于建 立含矿异常在组分方面的标志，以区分含矿异常与无矿 异常，如广东某钴矿床属黄铁矿化含钴石英脉型矿床，据研 究原生矿石中As与Co含量呈正相关。同时矿石中Cu、Bi、
第5章4-U-Th-Pb
Pb(Lead): Z=82, 原子量＝207.2；密度＝11.34；熔点＝ 327.5，沸点＝1740，价态：+2,+4
各类岩石中U,Th,Pb的平均含量
Rock type Chondrites (球粒陨石) Achondrites (无球粒陨石) Iron meteorites (铁陨石) Ultramafic rocks (超镁质岩) Gabbro (辉长岩) Basalt (玄武岩) Andesite (安山岩) Nepheline syenite (霞石正长岩) Granitic rocks (花岗质岩石) Shale (页岩) Sandstone (砂岩) Carbonate rocks (碳酸盐岩) Granitic gneiss (花岗质片麻岩) Granulite (麻粒岩)
❖ Th只有一个同位素232Th，是放射性同位素； ❖ Pb有四种同位素：204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb ❖ 238U，235U和232Th的衰变反应为：
U、Th的放射性衰变反应
238U 234 Th ...... 226 Ra 222 Rn ...... 210 Pb ...... 206 Pb 235U 231 Th ...... 227 Th 223 Ra ...... 211 Bi ...... 207 Pb 232Th 228 Ra ...... 224 Ra 220 Rn ...... 212 Pb ...... 208 Pb
➢ 在氧化条件下，U形成UO22+络合物(U价态为的+6)，易 溶于水，此时为活动元素(mobile element)。
➢ U和Th在硅酸盐矿物中的含量很低，含U，Th的主要 矿物有：uraninite (沥青铀矿)，thorianite(方钍石)， zircon(锆石)，thorite(硅酸钍矿)，allanite(褐帘石)， monazite(独居石)， apatite(磷灰石)，xenotime(磷钇 矿)，sphene(榍石)
各类岩石中U,Th,Pb的平均含量
Rock type Chondrites (球粒陨石) Achondrites (无球粒陨石) Iron meteorites (铁陨石) Ultramafic rocks (超镁质岩) Gabbro (辉长岩) Basalt (玄武岩) Andesite (安山岩) Nepheline syenite (霞石正长岩) Granitic rocks (花岗质岩石) Shale (页岩) Sandstone (砂岩) Carbonate rocks (碳酸盐岩) Granitic gneiss (花岗质片麻岩) Granulite (麻粒岩)
❖ Th只有一个同位素232Th，是放射性同位素； ❖ Pb有四种同位素：204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb ❖ 238U，235U和232Th的衰变反应为：
U、Th的放射性衰变反应
238U 234 Th ...... 226 Ra 222 Rn ...... 210 Pb ...... 206 Pb 235U 231 Th ...... 227 Th 223 Ra ...... 211 Bi ...... 207 Pb 232Th 228 Ra ...... 224 Ra 220 Rn ...... 212 Pb ...... 208 Pb
➢ 在氧化条件下，U形成UO22+络合物(U价态为的+6)，易 溶于水，此时为活动元素(mobile element)。
➢ U和Th在硅酸盐矿物中的含量很低，含U，Th的主要 矿物有：uraninite (沥青铀矿)，thorianite(方钍石)， zircon(锆石)，thorite(硅酸钍矿)，allanite(褐帘石)， monazite(独居石)， apatite(磷灰石)，xenotime(磷钇 矿)，sphene(榍石)
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)。
地球化学课件
如浓度磷符灰合石一Ca定5(P比O例4)3。F结如晶果时P2要O5求浓熔度体较中大C, a而O和CaPO2O含5 量不足时，Sr、Ce等可以类质同象形式进入其晶 格，导致磷灰石含较多稀散和稀土元素.
钒 钛 磁 铁 矿 Fe2+(Fe,V,Ti)23+O4 ， 当 岩 浆 中 FeO ： Fe2O3>1:2, 即Fe2O3浓度过小，不足以形成磁铁矿 时, V2O3,Ti2O3以补偿Fe2O3进入磁铁矿晶格。
(温r1-时r2形)/r成2=1不0完到全20类~4质0％同, 象高，温固下溶完体全发类生质分同解象；，低
(r1-r2)/r2>25~40％, 高温下只能形成不完全类质同 象，低温下不能形成类质同象；
异价类质同象情况下，元素置换能力主要取决于 正负电荷之平衡，离子半径大小退居次要地位, 离 子半径限制较宽，如黑云母中Mg2+和Al3+的(r1r2)/r2＝37％。
3. 氧化还原电位
对变价元素类质同象影响很大。它可以改变元素 价态，从而改变元素类质同象范围；
Fe、Mn在内生作用中彼此类质同象置换，但在表 生 条 件 下 ， 被 氧 化 为 高 价 － Fe3+ 和 Mn4+ ， 由 于 Mn4+离子半径缩小，在铁矿物中不适应, 从晶体中 析出，分别结合进入不同矿物中，产生分离。
固溶体-solid solution 含有类质同象混入物的混合
晶体称为固溶体。
固溶体的晶格常数随化合物成分的改变发生线性变化。 例如橄榄石的晶格常数的变化可以由图2.17和下式表示:
(Fe,Mg)SiO4
c＝0.579＋0.1x
c为晶胞中c轴长度， 单位为nm。 x＝w(Fe)
图2.17 橄榄石晶格常数与固溶 体成分的关系
钒 钛 磁 铁 矿 Fe2+(Fe,V,Ti)23+O4 ， 当 岩 浆 中 FeO ： Fe2O3>1:2, 即Fe2O3浓度过小，不足以形成磁铁矿 时, V2O3,Ti2O3以补偿Fe2O3进入磁铁矿晶格。
(温r1-时r2形)/r成2=1不0完到全20类~4质0％同, 象高，温固下溶完体全发类生质分同解象；，低
(r1-r2)/r2>25~40％, 高温下只能形成不完全类质同 象，低温下不能形成类质同象；
异价类质同象情况下，元素置换能力主要取决于 正负电荷之平衡，离子半径大小退居次要地位, 离 子半径限制较宽，如黑云母中Mg2+和Al3+的(r1r2)/r2＝37％。
3. 氧化还原电位
对变价元素类质同象影响很大。它可以改变元素 价态，从而改变元素类质同象范围；
Fe、Mn在内生作用中彼此类质同象置换，但在表 生 条 件 下 ， 被 氧 化 为 高 价 － Fe3+ 和 Mn4+ ， 由 于 Mn4+离子半径缩小，在铁矿物中不适应, 从晶体中 析出，分别结合进入不同矿物中，产生分离。
固溶体-solid solution 含有类质同象混入物的混合
晶体称为固溶体。
固溶体的晶格常数随化合物成分的改变发生线性变化。 例如橄榄石的晶格常数的变化可以由图2.17和下式表示:
(Fe,Mg)SiO4
c＝0.579＋0.1x
c为晶胞中c轴长度， 单位为nm。 x＝w(Fe)
图2.17 橄榄石晶格常数与固溶 体成分的关系
第5章第3节钐-钕(Sm-Nd)测年及示踪地球化学
LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511858±0.000007 (N=145);
BCR-1:143Nd/144Nd=0.512650±0.000040;
J&M 321: 143Nd/144Nd=0.511137±0.000008 (N=12);
文献中的统计： LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511848±0.00005; BCR-1: 143Nd/144Nd=0.512642±0.000006; 第五章第3节Sm-
Sm,Nd同位素组成
第五章第3节SmNd 同位素
一、REE的行为
1. REE 的离子半径（Radii) 随着原子数的增加而减小；
La: Z=57, R=1.15 Å
Lu: Z=71, R=0.93Å
2. REEs 在不同矿物中的行为是不同的；
例如：长石(feldspar)，黑云母(biotite)和磷灰石(apatite) 富 集轻稀土；而辉石(pyroxenes)，角闪石(amphiboles)和石榴 石（garnet)富集重稀土；
Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
现今球粒陨石质均一储库(Chrondritic uniform reservoir) (CHUR):指用球粒陨石的Sm/Nd和143Nd/144Nd比值代表未经化学 分异的原始地幔的初始比值;
1) 目前国际上采用的CHUR参考值为：143Nd/144Nd=0.512638; 147Sm/144Nd=0.1967
6. 钾长石(K-feldspar)，黑云母(biotite)， 角闪石(amphibole)， 单斜辉石(clinophyroxene)具有较低Sm/Nd比值0.32，其含量 较高；
BCR-1:143Nd/144Nd=0.512650±0.000040;
J&M 321: 143Nd/144Nd=0.511137±0.000008 (N=12);
文献中的统计： LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511848±0.00005; BCR-1: 143Nd/144Nd=0.512642±0.000006; 第五章第3节Sm-
Sm,Nd同位素组成
第五章第3节SmNd 同位素
一、REE的行为
1. REE 的离子半径（Radii) 随着原子数的增加而减小；
La: Z=57, R=1.15 Å
Lu: Z=71, R=0.93Å
2. REEs 在不同矿物中的行为是不同的；
例如：长石(feldspar)，黑云母(biotite)和磷灰石(apatite) 富 集轻稀土；而辉石(pyroxenes)，角闪石(amphiboles)和石榴 石（garnet)富集重稀土；
Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
现今球粒陨石质均一储库(Chrondritic uniform reservoir) (CHUR):指用球粒陨石的Sm/Nd和143Nd/144Nd比值代表未经化学 分异的原始地幔的初始比值;
1) 目前国际上采用的CHUR参考值为：143Nd/144Nd=0.512638; 147Sm/144Nd=0.1967
6. 钾长石(K-feldspar)，黑云母(biotite)， 角闪石(amphibole)， 单斜辉石(clinophyroxene)具有较低Sm/Nd比值0.32，其含量 较高；
最新地球化学,第一章1知识讲解精品课件
一、基本概念
丰度的表示方法(fāngfǎ) 重量丰度W
W
a
•
M
X
•W0
常量 (chángliàng)
元素 （wt%）
微量元素
ppm
(g/t, ，10-6)
痕量(hén liànɡ)元素 ppb
(μg/t，ng/g，10-9)
原子丰度
（原子%）
Wi
相对丰度R（宇宙丰度单位，CAU. ）
Ri
绝对含量单位
T
吨
kg
千克
g
克
mg
毫克
μg
微克
相对含量单位
％
百分之
‰
千分之
ppm、μg/g、g/t ppb、μg/kg、ng/g
百万分之 十亿分之
×10-2 ×10-3
×10-6 ×10-9
ng
纳克
ppt、pg/g
万亿分之
×10-12
pg
皮克
1g/t=1μg/g=10-4%=10-6=1ppm
第十页，共46页。
化及硫同位素国际标准)，帮助了解地球的成因和组成 防治自然灾害
第三十一页，共46页。
美国亚利桑那Barringer(or Meteor)陨石坑，直径约1.2km 由一个直径约40m的撞击(zhuàngjī)物撞击(zhuàngjī)而成。 撞击(zhuàngjī)物残余称为Canyon Diablo铁陨石(国际S同位素标准）
2 丰度 元素
关键词：(yuán
sù )
自然 (zìrán)体
含量
平均含量
一种化学元素在某个自然体中
丰度的表示方法(fāngfǎ) 的重量占这个自然体的全部化
《同位素地球化学》课件
同位素地球化学分析
通过分析地壳、地幔和地核中元素的同位素组成，可以揭示地球内部的结构和组成。
同位素地球化学分析的意义
有助于理解地球内部的物理、化学和动力学过程，对于地震预测、矿产资源勘探和环境保护等领域具有重要意义 。
04 同位素地球化学在环境科学中的应用
识别污染源
识别不同来源的污染物质
同位素地球化学可以通过分析不同来源污染物质的同位素特征，判断污染物的来源，如工业排放、农 业活动、城市生活等。
追溯污染源的路径
通过同位素标记技术，可以追踪污染物的迁移路径，了解污染物在环境中的扩散和转化过程。
评估环境质量
评估水质质量
同位素地球化学可以分析水体中的溶 解氧、氮、磷等元素的同位素组成， 了解水体的富营养化程度和污染物含 量，评估水质的好坏。
监测空气质量
通过分析大气中不同气体的同位素特 征，可以了解空气污染物的来源和浓 度，评估空气质量的好坏。
02 同位素地球化学的基本原理
同位素分馏
定义
同位素分馏是指由于化学或物理 过程导致同位素组成的差异，使 得不同物质同位素分馏可 分为质量分馏和热力学分馏。质 量分馏是由于分子质量不同而引 起的同位素分馏，而热力学分馏 是由于化学反应平衡状态的变化 引起的同位素分馏。
应用
同位素分馏是同位素地球化学研 究的重要基础，可用于研究地球 内部物质反应、地质年代学以及 示踪地球化学过程等。
同位素地质年代学
定义
应用
同位素地质年代学是利用放射性同位 素衰变定律和同位素分馏原理，测定 地质体形成年龄和地质事件发生的时 代。
同位素地质年代学在地质学、地球化 学和地球物理学等领域具有广泛的应 用，为研究地球演化历史和地质事件 提供了重要的时间参考。
通过分析地壳、地幔和地核中元素的同位素组成，可以揭示地球内部的结构和组成。
同位素地球化学分析的意义
有助于理解地球内部的物理、化学和动力学过程，对于地震预测、矿产资源勘探和环境保护等领域具有重要意义 。
04 同位素地球化学在环境科学中的应用
识别污染源
识别不同来源的污染物质
同位素地球化学可以通过分析不同来源污染物质的同位素特征，判断污染物的来源，如工业排放、农 业活动、城市生活等。
追溯污染源的路径
通过同位素标记技术，可以追踪污染物的迁移路径，了解污染物在环境中的扩散和转化过程。
评估环境质量
评估水质质量
同位素地球化学可以分析水体中的溶 解氧、氮、磷等元素的同位素组成， 了解水体的富营养化程度和污染物含 量，评估水质的好坏。
监测空气质量
通过分析大气中不同气体的同位素特 征，可以了解空气污染物的来源和浓 度，评估空气质量的好坏。
02 同位素地球化学的基本原理
同位素分馏
定义
同位素分馏是指由于化学或物理 过程导致同位素组成的差异，使 得不同物质同位素分馏可 分为质量分馏和热力学分馏。质 量分馏是由于分子质量不同而引 起的同位素分馏，而热力学分馏 是由于化学反应平衡状态的变化 引起的同位素分馏。
应用
同位素分馏是同位素地球化学研 究的重要基础，可用于研究地球 内部物质反应、地质年代学以及 示踪地球化学过程等。
同位素地质年代学
定义
应用
同位素地质年代学是利用放射性同位 素衰变定律和同位素分馏原理，测定 地质体形成年龄和地质事件发生的时 代。
同位素地质年代学在地质学、地球化 学和地球物理学等领域具有广泛的应 用，为研究地球演化历史和地质事件 提供了重要的时间参考。
第五章(3)同位素基础
③标准样品要有足够的数量；
④标准样品易于进行化学处理和同位素测
定。
2012-6-14 17
每个测定样品的δ(‰)值可正可负，正值表示与
标准相比所测样品中重同位素有一定的富集，而负值
则表示重同位素有一定的贫化，亦即轻同位素有所富 集。
不同相（不同矿物、液体、气体）中同位素组成
不同，即产生了同位素分馏，两相间同位素比值之商
34 32 34 32 样品 标准 34 34 32
S
标准
• δS34＜0‰称为轻硫，即(S34/S32)样品＜(S34/S32)CD • δS34＞0‰称为重硫，即(S34/S32)样品＞(S34/S32)CD
2012-6-14
22
二、地质体中硫同位素的组成 1、幔源的基性、超基性岩及其衍生矿床中的硫 化物 ■δS34值均匀，变化范围窄，平均值接近于零
平衡常数K1 平衡常数K2
化学活泼性
8
同位素 动力分馏效应的特点：
（1）为单相不可逆反应； （2）反应物和反应产物之间不发生同位素交 换； （3）伴随有化学反应或物相的转变； （4）同位素动力分馏的反应产物往往优先富 集轻同位素。
2012-6-14
9
平衡分馏
热力学平衡分馏：是指体系经过同位素热力学 平衡交换反应而达到平衡状态时，同位素在两种 分子或化合物间的分馏。也称同位素交换反应。 例如：大气圈与水圈之间发生氧同位素交换反应
同位素丰度变化
事实上，稳定同位素的丰度在不同地质体中是不同的， 有一定的变化范围。例如16O＝99.7771%～99.7539%，
17O＝0.0407%～0.0350%，18O＝0.2084%～0.1897%。
2012-6-14 3