地球化学复习资料DOC.docx

1、地球化学复习资料DOC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

2、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。分型、型和型。 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。陨石类比法，即用各种陨石的平均成分或用球

3、粒陨石成分来代表地球的平均化学成分。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

4、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：HHeONCSiMgS地球;FeOMgSiNiSCaAlCaNa地壳：OSiAlFeCaN

5、aKMgTiH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：个元素丰度随原子序数的增大而呈指数下降；在Z45之后丰度值又相近。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；四倍原则：如O（A=16），质子数为4的倍数Li、P、B丰度很低，为亏损元素（核子结合能低，形成后易分解）Fe和O过量（核子结合能最高，核子稳定）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：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

6、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；偶数元素或同位素的原子核内，核子倾向成对，他们自旋力矩相等，而方向相反，量力力学证明：这种核的稳定性最大，因而这种元素或同位素在自然界分布最广；中子数等于幻数的同位素，其原子核中的壳层为核子所充满，形成最为稳定的原子核，因而具有高的丰度。与元素起源、形成过程及元素形成后的化学分异有关。在恒星的高温条件下。可以发生有质子参加的热核反应，这使Li、Be、B迅速的转变为4

7、He的同位素，因此，Li、Be、B丰度明显偏低就同他们在恒星热核反应过程中被消耗的历史有关；在内行星和陨石物质中气态元素（H、He等）的丰度极大的低于太阳系中各该元素的丰度，造成这种差别的原因为这些元素在行星和陨石母体形成或存在过程中逃逸到宇宙空间所致。3.元素克拉克值的意义：（1）元素克拉克值确定着地壳作为一个物理化学体系的总特征以及地壳中各种地球化学过程的总背景；它为地球化学提供了衡量元素集中分散及其程度的标尺；是影响元素地球化学行为的重要因素，支配着元素的地球化学行为。(2)研究地壳的化学成分可以用来推测地球内部成分,用来与其它星球比较. (3)克拉克值是影响元素地球化学性质的重要因素:

8、1)克拉克值高的元素易形成独立矿物,并可富集成矿:例如:Na、K、Rb、Cs四元素中，Na、K丰度大可以成矿；Rb、Cs则不能。2)克拉克值高的元素形成矿物种类也多：例如：O、Si、Al、Fe元素的矿物种类非常多；而克拉克值低的元素形成矿物种类也少，例如： Li、Re、Hf等不形成独立矿物。所以，自然界仅3000种矿物，而实验室可有数十万种化合物。N(独立矿物数)=200 4K原子克拉克值；(4)生物体内,克拉克值高的元素丰度大（Si例外),克拉克值小的 元素丰度也小，甚至有害。(5)克拉克值是确定区域地球化学异常和地球化学省的背景值。地球化学省:地壳上某元素含量明显偏高的地段。浓度克拉克值=

9、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。浓度克拉克值1元素富集;浓集系数 =工业利用的最低品位/克拉克值(6)根据元素对比值确定矿化类型:克拉克值之比: Th/U 3.3-3.5; Th/U 2 铀矿化;2.5 Th/u 4 铀和钍矿化；Th/u 5 钍矿化（7）利用克拉克值估算矿产资源的储量1)Au的克拉克值 3.5 PPb, 地壳质量241018吨;2)地壳中Au为241018 3.510-9吨 = 84 109吨;3)陆地质量为地壳的62.9%,则陆地Au为8410962.9% =53109吨4)美国占世界陆地的1/17.3,所以美国陆地的Au为53109 1

10、7.3 =3.064 109吨5)陆壳平均深36.5KM,人类可采矿深 1KM,所以美国1KM深陆地的Au为3.064109 36.5=84 106吨； 专家预计美国可回收Au资源为8.6 103 吨；6)目前,美国已探明Au储量为R=2098吨,美国Au资源 潜力和储量之比为F=8.61032098 =4.1；说明尚有较大的勘探潜力。第二章 1.元素地球化学亲和性：1）定义：指元素形成阳离子的能力及阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的倾向性。2）亲和性包括: 亲氧性(亲石性) -阳离子和氧结合成离子键为主的氧化物和硅酸盐的性质。亲氧元素离子最外层具有S2P6惰性气体型的8电子结构,电负

11、性小,多为顺磁性,氧化物生成热FeO的生成热,集中分布于岩石圈；与氧亲和力强。亲氧元素主要有-碱金属、碱土金属、稀土元素、稀有元素等-Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Mg 、Ca 、Sr 、Ba 、Al 、Zr 、Hf 、Nb 、Ta 、REE等。亲氧元素主要熔于硅酸盐熔体；亲硫性(亲铜性) -阳离子和硫结合成共价键为主的硫化物和硫盐的性质。亲硫元素其离子最外层具有S2P6d10的铜型18电子结构,具较大的电负性和离子半径、较低的电价；多为逆磁性,氧化物生成热 阳离子-阳离子高价态; 地幔:阴离子 阳离子-阳离子低价态;整个地球: 阴离子1为岩浆热液成因矿床;(wCo/wNi) 0.00

12、1 mm,有特定化学性质,用肉眼或显微镜可见,可用物理方法分离出单矿物的赋存形式。2）类质同象形式-特点是进入晶格,构成结构混入物.如要分离须破坏矿物的晶格。3)超显微非结构混入物形式-直径0.001 mm的包裹体,特点是不占主晶格位置,是独立化合物,但又不能分离出来或进行矿物学研究。4)吸附形式-离子或化合物分子被吸附在粘土矿物的表面,或由于电荷不平衡而吸附异性离子的现象,存在于晶体缺陷或解理面中,是独立化合物,但不占主晶格位置。5)与有机质结合形式-被有机物吸收,形成金属有机化合物。例如红血球中的铁;骨骼中的钙,生物体中的金属元素 K、Rb、Sr、 P、Ti、V、C、Fe 、C、Ni 、C

13、、Z 元素在自然界的赋存状态和赋存形式是可变的,随环境而变:例如：Pb :岩浆熔体中阳离子Pb2+;岩浆岩-类质同象置换K存在长石中;硫化物矿床-方铅矿; 沉积还原环境中生成方铅矿。（2）研究方法：1）矿物学观察及X光衍射法确定类质同象。测矿物的光学常数来确定。如闪锌矿含FeS为0.2%时，N(折射率)=2.369;含FeS为28.2%时，N=2.47.现有配套资料查阅; 2)电子探针(由电子显微镜和X萤光光谱联合使用,探测微区为0.001mm)的应用. (1)研究细小颗粒矿物的成分、结构构造、光性特征等；（2）应用探针扫描法测定切片的精细地球化学剖面；（3）应用电子背散射图像研究元素的空间分

14、布；（4）研究矿物的化学键性质和离子的价态:反映在探针谱线波长的不同; 3）偏提取法：通过选择合适的溶剂，只溶解样品中的某些组分，而保留其余不溶相，使之分离。适合超显微非结构混入物的形式； 4）放射性照相法：对超显微混入物和吸附态元素尤其有效。如对铀的赋存状态的研究十分有效。（3）地质意义：元素结合或存在形式不同，将具有不同的化学活动性和表现出不同的地球化学活动性和行为;另外对矿产资源的可利用性也很重要。 (1)具有不同的化学活动性;(2)具有不同的地球化学行为:如钼元素,酸性和富含铝铁氧化物土襄不利于形成(MoO4)2-;(3)对矿产资源的可利用性具有重要意义,如镍,在超基性岩中,存在于硅酸

15、盐中则不能利用,如以硫化物形式存在,则可利用.第三章1、元素的地球化学迁移：元素在地质作用中由一种存在形式变为另一种,并伴随着一定的空间位移的运动过程,叫元素的。一个完整的迁移过程包括:活化、搬运、沉淀三个环节。有三个迁移类型：化学与物理迁移（水及水溶液迁移）、硅酸盐熔体迁移、气体迁移，生物或生物地球化学迁移 ，机械迁移(很次要)。元素以固态形式迁移主要是扩散作用:（定义:如果一个体系的不同部分中,某元素的浓度不同,则该元素的质点将自动从高浓度处向低浓度移动,直到各处浓度相同而后止。）2、交代作用：一种难溶矿物沉淀以后，元素的迁移作用并非停止，溶液中饱和着组成化合物的离子，矿物与溶液处于动态平

16、衡之中。只要溶液中出现了能够形成更低活度积的化合物的离子，则原矿物溶解,活度积更低的化合物沉淀，地球化学上称为“交代反应”3、标准电极电位：相互作用的离子间发生电子转移的反应称为氧化一还原作用；电化学中规定：在25 溶液中，氧化态和还原态的浓度均为l mol时，平衡共存所测出的半反应的电极电位称为标准电极电位，用E表示。规定氢电极的反应：H2H+十e 的E=0.00V4、能斯特方程：任意态（T和浓度变化）氧化还原反应：将化学反应等温方程式代入G0 反应=nFEh,经整理得到能斯特方程: Eh=Eho+(RT/nF)ln(氧化态/还原态) Eh是化学反应接近平衡时的度量,因此也是反应强度标准。式

17、中: R气体常数T绝对温度n参加反应的电子数F法拉第常数,F=23062.3卡/伏特克当量=96500 J/VEho一标准氧化电极电位 氧化态和还原态的浓度。在一个大气压和25条件下（只是浓度变化）,将R、F、T数值代入上式并变换成常用对数得: Eh=Eh+ (0.059/ n ) lg(氧化态 / 还原态)5、地球化学障：元素在迁移过程中碰到环境的物理化学条件发生了急剧变化，而使元素迁移强度在短距离内发生急剧减小，发生沉淀浓积。这些引起元素沉淀的条件和因素称为包括氧化障和还原障。6、氧化（还原）障：氧化还原反应改变元素原有的迁移状态，在短距离内发生沉淀，如元素在还原（氧化）状态下迁移，遇到氧化（还原）环境沉淀则称为还原障7、离子电位：为离子电价与其半径的比值。决定了离子吸引电价的能力，是影响元素性质和行为的重要因素。8、环境的氧化还原电位Eh：指体系中有多种组分存在的氧化一还原反应中，作用结果的总体体系的电位，它取决于其中占主导地位的过剩组分