地球化学读书报告

地球化学—读书报告

在xxx老师的教学指导下，本学期的地球化学课程已圆满结束。通过一学期的学习，我不仅学到了地球化学的相关理论知识，更了解到了地球化学的理论和方法在对找矿、评价和开发中的重要应用价值。

——前言

地球是个复杂的物质体系，几个世纪以来各学科从不同角度来认识地球的过去和现在。地球化学侧重从地球及其组成部分的化学成分和化学运动的角度来认识地球。地球化学是关于地球和太阳系的化学成分及化学演化的一门科学，它包括了与它有关的一切科学的化学方面”。

一、地球化学概念及其学科性质

地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学，它是地质学与化学、物理化学、现代分析测试相结合而产生和发展起来的边缘学科。自20世纪70年代中期以来，地球化学和地质学、地球物理学已成为固体地球科学的三大支柱。它的研究范围也从地球扩展到月球和太阳系的其他天体。 地球化学的理论和方法，对矿产的寻找、评价和开发，农业发展和环境科学等有重要意义。地球科学基础理论的一些重大研究成果，如界限事件、洋底扩张、岩石圈演化等均与地球化学的研究有关。

地球化学的一些重大成果是各分支学科综合研究的结果。如陨石、月岩与地球形成的同位素年龄的一致，表明太阳系各成员形成独立宇宙体的时间是大致相同的。又如微量元素和同位素研究，导致发现地幔组成的不均一性(垂向的和区域的)，提出了双层地幔模型，加深了对地球内部的认识。天体化学、微量元素和同位素地球化学研究，还为新灾变论提供了依据。

二、地球化学的研究思路和方法

地球化学已形成了自己的独立的研究思路与研究方法。

地球化学的基本研究思路可以概括为以下三个方面：①自然过程形成宏观地质体的同时也留下微观踪迹，其中包括许多地球化学信息，这些微观踪迹中包含着重要的地球化学演化信息，地球化学就是通过研究这些微观踪迹来追索地球历史的；②自然界物质的运动和存在状态是环境和体系介质条件的函数，地球化学将任何自然过程看成是热力学过程，应用现代科技理论来解释自然体系化学变化的原因和条件，使有可能在更深层次上探讨和认识自然作用的机制；③地球化学问题必须置于其子系统（区域岩石壳、幔）中进行分析，一系统的组成和状态来约束作用过程的特征和元素行为。

地球化学的基本研究方法可概括如下：①明确研究目标和任务，制定计划；②现场研究（在野外对地质体等进行研究， 并收集地球化学样品）；③室内分析、测试、鉴定；④理论分析（数据整理、综合分析）和模拟研究（实验和计算机模拟），即正序研究：⑤归纳、讨论：针对目标和任务进行归纳、结合已有研究成果进行讨论。

由于地质作用规模宏大、时间持久、有用复杂，且多次作用叠加，地球化学研究必须观察和分析多种变量，确立多层次的指标，才有可能追踪地球的历史。

三、地球化学研究的问题及其应用意义

围绕原子在自然环境中的变化及意义，结合本学期地球化学的学习，总结出六个地球化学研究的问题及其应用意义。如下分别论述：

1、地球系统中元素的组成问题（既丰度）

通常将元素在宇宙体或较大的地球化学体系中的平均含量称为丰度。元素在地壳中的丰度又称为克拉克值。元素克拉克值影响着元素参加地球化学过程的浓度，支配着元素的地球化学行为。

地壳元素丰度的研究意义主要分为以下四个方面： （1）、为研究地球的形成、化学分异及地球、地壳元素的成因等重大基础问题提供信息；

（2）、确定了地壳体系的总特征：只有在地壳化学组成、地壳物理化学条件限定下的化学作用才能发生，如地壳中矿物的种类有限；

（3）、以元素克拉克值为基础，可获得地壳中不同元素平均含量间的比值，地质体中相应比值的变化，可提供某些重要的地球化学作用信息（如成矿作用信息、交代作用信息、物质来源信息等）。

（4）、作为地壳体系内各种化学过程的总背景：可将元素克拉克值作为衡量元素相对富集或贫化的标尺（在克拉克值研究的基础上，产生了“浓度克拉克值”和“浓集系数”的概念）；

①“浓度克拉克值”：地质体中研究元素的含量与克拉克值之比，反映元素在地质体中的浓集程度，是衡量元素集中和分散的良好标尺，在地球化学理论研究和在找矿实践中都具有重要意义。

②“浓集系数”：元素在矿床中的最低可采品位与克拉克值之比，如Fe的浓集系数为6，说明Fe在克拉克值的水平上富集6倍即可成矿。许多稀有元素具有极高的浓集系数，如Bi的浓集系数为2500。Hg的浓集系数为1400。

2、地球系统中元素的结合规律与赋存形式

自然界没有孤立的原子，原子都是以一定的形式结合并组合存在。在不同的岩石、矿物中元素的组合方式千变万化，但在同一类型的岩石中特定的元素又总是相伴出现，这反映自然界元素之间的结合是有一定规律的，它对元素在自然界的存在形式和迁移都有重要影响。

元素结合的主要规律有以下几种：①元素的地球化学亲和性、②矿物晶体形成和变化过程的类质同像法则、③晶体场理论的控制。

主量元素和微量元素间都可以发生类质同相，它们决定了自然界几乎没有纯化合物。类质同象的地球化学意义主要由以下七条：

①类质同像是支配地壳中元素共生组合的一个重要因素，特别是微量元素和常量元素间的制约、依赖关系。如元素在不同类型岩石中的分配特征。

②决定了元素在共生矿物间的分配

③支配微量元素在交代过程中的行为。在热液作用下常发生交代变质过程，此时系统是开放的，有元素的迁出和带入，在主量元素发生迁移的同时，与主量元素发生类质同相的元素也会发生相似的迁移运动。

④类质同相的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因标志等。

⑤标型元素组合：矿物中含有大量类质同像的“杂质”，同一种矿物在某一特定的成因下只富含某些特征的类质同像元素组合（像人体指纹），这种组合可以推断矿物的形成环境，称标型元素组合。

⑥支配微量元素在矿物岩石中的分配，影响微量元素的集中或分散。

⑦对环境的影响

元素的赋存形式主要有：独立矿物、类质同象、超显微非结构混入物、吸附、与有机质结合。 同一种元素的不同存在形式，表现出不同的地球化学行为。又如矿产资源的可利用性，元素的存在形式有时比元素的含量更有意义。如在超基性岩中镍的含量一般较高，但即使达到矿床的工业品味，也不等于其就有开采价值。因为如果镍存在于硅酸盐中，其基本不能被应用，但如果镍一硫化物形式存在，就有良好的利用价值了。

3、地球系统的化学作用和元素的迁移

元素的结合关系和存在形式不是一成不变的，元素存在形式变化的过程就是化学作用。元素存在形式发生变化时若伴随发生空间位移，就发生了元素的迁移。

地球系统中化学作用的类型主要有五种: ①水-岩化学作用；②熔浆和熔-岩化学作用；③有机化学作用；④水-气化学作用；⑤岩-岩化学作用。 元素的地球化学迁移：当环境的物理化学条件发生变化时，为了与环境达到新的平衡，元素原来的存在形式自动解体，转变成一种新的相对稳定的结合方式，在元素赋存状态发生变化的同时，伴随有元素的空间位移和元素组合的变化时，称为元素的地球化学迁移。

应用实例研究：

1、元素迁移和高温成矿作用研究——巴尔苏科夫对锡矿脉的研究

实验结果：pH8时SnO2大量溶解，锡可能以 Sn(F、OH)62- 形式迁移；

pH  7.5 时，SnO2析出，同时释放出HF ；

结论：由实验结果分析锡的成矿过程为：Na2Sn（F、OH）62-- SnO2＋HF＋2Na（OH）

通过地质-地球化学工作和实验研究，将成矿过程归纳成三个阶段：

（1）、在T300C、pH8的条件下花岗岩发生自变质——在钠长石化的同时，部分黑云母发生白云母化，并析出Fe、Mg、Sn，析出的Sn转入溶液以氟锡络合物形式存在。

（2）、络合物在T300C、pH8的热液中稳定上升迁移。

（3）、随温度降低和pH值降低，络合物水解析出锡石，释放出的Na+ 、F--迁移到围岩中，在围岩中生成萤石、黄玉、毒砂、电气石等矿物。

2、高温交代变质作用

变质作用按系统的开放性分为区域变质作用和交代变质作用。前者在变质作用过程中系统的化学组成基本不变（近似封闭体系），后者则在变质过程中系统的组成会发生变化（开放体系）。交代变质作用是典型的水岩化学作用，在高温条件下更活跃。

（1）、矽卡岩化——在酸性和中酸性岩浆岩和碳酸岩的接触带上，通过发生交代作用生成矽卡岩的过程，称为矽卡岩化。交代作用既可以发生在灰岩（外接触带）中，也可以发生在岩浆岩（内接触带）中。矽卡岩化前后，内外接触带的成分都有变化。

（2）、热液蚀变──深源热液的组成与围岩的成分差异较大时，其间会发生物质成分的交换，通过围岩成分的变化（即通常所说的围岩蚀变）可以判断曾发生过水岩交代作用过程。

4、地球化学热力学与动力学

热力学是研究过程热效应的科学，也就是研究过程能量变化和转化的科学。地球系统内的任何运动无不与能量有关，地球系统内的化学作用也无时无处不受热力学基本规律的控制。因此，要认识地球化学过程的作用机制，就应将热力学的研究成果应用于地球化学作用过程的研究。

从动力学角度理解，元素的地球化学迁移不仅包括元素物理化学状态的转变和空间的运动，还应包含能量的输运以及动量的传递。如岩浆的上侵活动、热液向围岩中流动等，不但带来了大量的物质而且带来了热量以及巨大的机械能。因此加热了围岩、躯动了孔隙溶液的活动，以致造成围岩断裂破碎等。物质和能量的带入造成了体系的高度不平衡状态，导致一系列的地球化学反应。因此，研究元素的迁移必须与动力学环境联系起来。物质和能量的输运构成元素迁移作用的重大控制因素。

水溶液中元素的迁移主要有两种方式：扩散和渗滤。

（1）渗滤迁移的特征和意义：①渗滤迁移时元素随溶液整体迁移，往往可以迁移较远，渗滤迁移引起的成矿、成晕的蚀变带较宽；②由于存在过滤效应，当元素间的过滤效应系数不同时将导致元素分带：溶液前锋浓集值大的元素；尾部浓集值小的元素。

（2）扩散作用的研究意义：扩散是自然界最广泛的物质迁移方式，在成矿、成晕和围岩蚀变过程中，当岩石的裂隙不发育、溶液流动不畅时，扩散迁移起主导作用。

5、微量元素地球化学

微量元素地球化学是地球化学的重要分支学科之一，是研究微量元素在地球中的分布、化学作用及化学演化的科学。微量元素可作为地质、地球化学过程示踪剂，在解决当代地球科学面临的基本理论问题——天体、地球、生命、人类和元素的起源及演化，提供充足的资源和良好的生存环境等方面将发挥越来越重要的作用。

能斯特分配定律的表达式：),(/)(PTKeXXDRTiiii

它表明在温度、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)。 KD亦称为分配系数，或称能斯特分配系数，它与溶质的浓度无关（在一定浓度范围内），只受温度、压力的限定。

分配系数的应用如下：

1、定量研究元素分配——元素分配的微观理论（离子半径、电价等）只能定性地解释元素的分配关系；应用分配系数可以计算共生平衡矿物中的分配量。

2、为成矿分析提供了理论依据——元素在共存相间分配的不均匀分配是元素浓集的重要机制之一。