浅谈普通地球化学.

浅谈普通地球化学01元素的结合规律03微量元素地球化学原理02同位素地球化学基础04地球化学热力学05地壳与地幔地球化学Contents目录亲铁元素集中于铁镍核中的元素Au、Ge、Sn、(Pb)、C、P、(As)、Mo、(W)、Re、Fe、Cr、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt。亲硫元素与硫结合力强Cu、Ag、Zn、Cd、Hg、In、Tl、(Ge)、（Sn）、（Pb）、As、Sb、Bi、Se、Te、Fe。亲氧元素又叫亲石元素Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、B、Al、Sc、Y、TR、C、Si、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、P、As、O、W、Mn、H、F、Cl、Br、I。亲气元素原子容积最大H、C、N、O、I、Hg、He、Ne、Ar、Rr、Xe、Rn。元素的地球化学亲和性亲铁元素离子最外层为8电子稀有气体（s2p6）稀有气体稳定结构，具有较低的电负性，所形成的化合物键性主要为离子键氧化物生成热大于FeO的生成热，位于原子容积曲线下降部分，集中于地球岩石圈。离子的最外层为18电子（s2p6d10）结构，元素的电负性较大，键性主要为共价键，氧化物生成热小于FeO生成热，位于原子容积曲线上升部分，集中于氧化物-硫化物过渡圈。离子最外层电子具有8~18电子的过渡结构。相互结合的键性主要为金属键，氧化物生成热小于亲氧元素，硫化物生成热小于亲硫元素，位于原子容积曲线最底部分，主要集中于地球的铁镍结核。1.元素的结合规律原子最外层具有把电子的稳定结构，其惰性气体之间具有极弱的范德华力，其化合物之间的键属于分子键，原子容积最大具有易挥发性，主要集中于地球外圈。亲氧元素亲气元素亲硫元素亲铁元素元素地球化学分类原子容积曲线与原子序数关系图放射性同位素地球化学：具有不稳定的核素，须经过衰变形成稳定同位素地球化学：原子核是稳定的，一般包括原子序数大于83，质量数大于209的元素，另外还包括14C、40K、87Rb等。2.同位素的地球化学基础同位素质量数或中子数不同，质子数相同的元素为同位素。同位素偏差相对某一标准的偏差相对标准比值的千分偏差样品的同位素比值和标准样品的同位素比值之差δ（‰）=［（R样–R标）/R标］X1000=［（R样/R标）-1］X1000同位素分馏系数：在平衡条件下，两种相中某同位素比值之商。如：物质A与物质B的同位素比值分别为RA,RB,则同位素分馏系数αA-B=RA/RB同位素富集系数：在同位素平衡条件下，两中不同化合物的同类同位素组成Δ值的差，称为同位素富集系数。即ΔA-B=ΔA-ΔB同位素相对质量差：ΔA/A=(A1-A2)/A2.A1，A2为同位素1,2的相对原子质量。氢元素有最大的相对质量差。β衰变：原子核自发的放射出β粒子的过程，β包括负电子和正电子，在β衰变中，子体与母体质量数相同，核电荷数相差为1。如：α衰变：重原子核自发放射出α粒子（He核）而变成另外一种核的过程，一般质量数大于140，衰变后质量数减4，原子序数减2电子捕获：原子核从核外电子壳层中俘获一个电子的过程称为电子捕获。原子核中质子和电子结合成中子。如CaK402040AreK40184019RnRa222188622688同位素的衰变反应同位素年龄测定原理：母体→放射性核素子体→衰变产物，可以是稳定的也可以是不稳定的衰变定律：单位时间内衰变的原子数正比于放射性母体原子数，且衰变的母体和子体原子数只与时间有关系，与体系的温度和压力等物理化学条件无关即：NNtdtNdN00tNN0ln三、微量元素地球化学原理微量元素：通常指矿物中含量低于0.1%的元素。严格讲微量元素在体系中的行为营符合亨利定律的稀溶液性质。亨利定律：在一定的温度下，溶剂的活度等于纯溶剂的活度与其摩尔分数的乘积。即其中aj为溶剂j的活度，为纯溶剂j的活度，Xj为溶剂j的摩尔分数，可以解释为在稀溶液中，溶质与溶质的相互作用是微不足道的，而溶质与溶剂的相互作用制约着溶质与溶剂的性质jjjXaa00ja分配系数：指一定温度下，处于平衡状态时，组分在流动相中的浓度和在固定相中的浓度之比，以K表示。Ci（矿物）是元素i在矿物中的含量：Cj(熔体）是元素元素i在熔体中的含量。例如，Rb在某火山岩的斜长石的斑晶中的含量是900ppm，而在基质中为200ppm，那么Rb在该斜长石/硅酸盐熔体间的分配系数就是4.5。能斯特分配系数其中是以ppm（10-6）表示的微量元素i在α相和β相中的含量。熔体相固相CCKdiiDCCKiCiC分配系数的影响因素温度、压力、熔融体总成分、氧逸度微量元素分配系数的应用：地质温度计、研究地球化学的平衡程度、蒸发盐盆地的演化历史研究四、地球化学热力学4.1地质温度计和地质压力计原理：设有斜方辉石与单斜辉石之间的Fe2+和Mg2+交换反应MgSiO3+CaFeSi2-O6⇌FeSiO3+CaMgSi2O6斜方辉石单斜辉石斜方辉石单斜辉石该反应在恒温与恒压下的自由能变化与两者组分活度的关系为TKppKTKpKopxMgSiOcpxOCaFeSiopxFeSiOcpxOCaMgSiPTVdPdTTCSTdTCHaaaaRTKRTG298102982980298,362362lnln式中K为反应的交换平衡常数：a为活度，a=Xγ，X为摩尔分数，γ为活度系数，活度的上标和下标分别表示组分和矿物相，在有限的温度和压力变化范围里△H、△S、△V可视为常数，在有限组分分数、温度和压力范围，活度系数γ是与温度压力无关的常数4.2高压相图的计算若已知常压下矿物的相变温度或熔点，由以下克拉佩龙方程可以确定其在高压下的相图该式表明，在有限的温度和压力范围内，两相平衡的P-T线斜率等于或。该式在低压时与实验结果比较接近。说明压力增大时对△H△V影响较大VTHVSdTdPVSVTH4.3地质氧逸度计的原理钛铁矿石与金红石反应2Fe2O3+4TiO2⇌4FeTiO3+O2钛铁矿金红石钛铁矿热力学平衡表达式钛铁矿ilm金红石rut)()()())((log303.21042423232psTpTrutTiOilmOFeilmFeTiOodPVGGaaafRT式中R是气体常数（J·mol-1·K-1）；P为压力（atm）：△G为吉布斯自由能变化；ΔVs为体积变化（J·atm-1）由上式可以看出已知温度压力和钛铁矿中矿物的活度就可以确定研究体系的氧逸度rutTiOilmOFeilmFeTiOoaaaTPPTTf23232log4log2log4/836.480016535.0log09.3/2592559.22log热容，熵，焓，自由能的估算现以热容为例进行估算研究表明物质的热容具有氧化物的简单加和性质。式中是矿物i的标准状态热容，是第j种氧化物的标准状态热容，是矿物i中第j种氧化物的摩尔分数。0,Pr,jTrC0i,Pr,TrC0,Pr,,0,PrjTrjijiTrCvC，ijv,五、地壳与地幔地球化学地壳，地质学专业术语，是指由岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分，通过地震波的研究判断，地壳与地幔的界面为莫霍洛维奇不连续面（莫霍面）。地壳下面是地球的中间层，叫做“地幔”，厚度约2865公里，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地幔又可分成上地幔和下地幔两层。上地幔上部存在一个地震波传播速度减慢的层，一般又称为软流层，推测是由于放射性元素量集中，蜕变放热，使岩石高温软化，并局部熔融造成的，很可能是岩浆的发源地。软流层以上的地幔是岩石圈的组成部分。下地幔温度、压力和密度均增大，物质呈可塑性固态。地幔上地幔：莫霍面~400km，由橄榄石→斜方辉石→单斜辉石→石榴子石过渡带：400~1000km，通过地震波不连续面预测橄榄石→β相辉石→石榴子石下地幔：1000~2900km，是结构极为致密的铁镁硅酸盐组合（钙钛矿结构）克拉克值：克拉克值是各种元素在地壳中的平均含量之百分数。地壳元素的丰度特征⑴地壳各元素分布极不均匀，O，Si，Al占82%前八种元素O，Si，Al，Fe，Ca，Na，K，Mg，占98%以上⑵随原子序数增加，丰度趋向降低Li,Be,B表现亏损⑶除惰性气体和少量元素质子数偶数元素大于奇数重量克拉克值原子克拉克值⑷元素的丰度表现为质量数为4的倍数的元素占主导⑸相对于地球整体，地壳最亏亲铁元素。其次亲铜元素和少数亲氧相容元素；富集亲氧不相容元素主要类型岩浆岩中元素的丰度特征超基性岩富集的元素：Mg,Cr,Ni,Co,Fe,Ru,Rn,Pb,Os,Ir,Pt,Au基性岩富集的元素：Ca,Al,V,Ti,Mn,Cu,Sc,P,Zn,Mo,Ag中性岩富集的元素：Sr,Zr,Nb,Ga,Na酸性岩富集的元素：Li,Be,B,F,Si,K,Rb,Y,Sn,Cs,Ba,Hf,Ta,W,Tl，Pb,Th,U其他章节的知识简介第八章海洋和大气圈地球化学海洋和大气圈是与人类最直接相关的圈层。他们在元素的集中和分散、成岩成矿作用、地壳演化以及生物的产生等过程过程中充当着极重要的角色（1）常量元素：主要元素：Cl,Na,Mg,S,Ca,含量在10%至万分之几次要元素：Br,C,Sr,B,Si,溶解的氧和氟，含量在数个至数十个10-6（2）微量元素（含量低于1X10-6）N,Li,Rb,P,I,Mo痕量元素：含量低于10X10-9第九章生物圈地球化学生物圈大致可分为三部分：生物物质，如人、动物、植物、微生物；生物环境，如土壤、水、空气；生物起源的岩石和矿物，如腐殖质、煤、石油。第十章分支地球化学主要包括矿床地球化学，岩石地球化学，区域地球化学，古环境地球化学，地震地球化学，勘查地球化学等。勘查地球化学：又叫地球化学勘探或者地球化学找矿，简称化探，找矿任务包括评价区域含矿远景，寻找有含矿远景的地段；寻找矿床扩大矿区远景；研究地质问题，间接指导找矿；查明区域中元素的分布，为有关学科提供基础数据。