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——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Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型 Ⅰ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○ 1球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,○ 2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:H>He>O>N>C>Si>Mg>S 地球;Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Ca>Na 地壳:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H 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○ 1增大而呈指数下降;在 Z>45 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○ 2(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○ 3Li、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○ 4 ○ 5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:○ 62、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○ 1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例适当时核最稳定。
如在原子序数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 24×1018 吨;2)地壳中 Au 为 24×1018 ×3.5×10-9 吨 = 84 ×109 吨;3)陆地质量为地壳的 62.9%,则陆地 Au 为 84×109×62.9% =53×109 吨 4)美国占世界陆地的 1/17.3,所以美国陆地的 Au 为 53×109 ÷17.3 =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 3.064×109 ÷ 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=8.6×103÷2098 =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: ①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; ②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 1 为岩浆热液成因矿床;(wCo/wNi) 0.001 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---直径离子键>分子键;②半径:半径越大,外电子易失,溶解于水的能力越大;③电价:电价越高越难溶阳离子:一价----NaCl 、K2SO4、(NH4)+易溶 二价----CaSO4 、BaSO4 三价----Al3+、Fe3+四价----Si4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+ 难溶 阴离子:一价----Cl - 、HO- 、(NO3) -易溶 二价----(SO4) 2- 、(CO3) 2-三价----(PO4) 3-;四价----(SiO4)4- 难溶(2)元素的存在形式;(3)溶液中组分的类型和浓度;(4)环境的物理化学条件等,如温度,PH、EH 值的变化2.介质 pH 值对元素迁移的控制规律:(1)介质 pH 值控制金属离子的溶解迁移:pH7,碱性条件下相反;但 Se+6、Mo+6、V+5、As+5—呈高价离子迁移;两性元素在强酸强碱下溶解迁移,在正常水体 PH=4-9 内难溶(2)介质的 pH 控制氢氧化物从溶液中的沉淀,如 Mn(OH)2 pH=9.0;Mg(OH)2 pH=10.5;KOH pH>11;NaOH 与氢氧化物溶度积的小—大:Hg2+介质的 Eh>0.771ev 时,①式可以反应,②式不能进行反应,则 Fe3+沉淀与 Mn2+共存。
实际上,在酸性介质中,即 pH=1__7 时,氧化的上限为 1.16__ 0.82 ev(EH= 1.22 _ 0 .059 •pH),小于 1.28ev,达不到 Mn4+的条件,所以酸性介质中只有 Mn2+存在,而不可能有Mn4+存在b.碱性介质 pH>7 时,可以出现 Mn4+O2 沉淀:Fe(OH)2+OH---Fe(OH)3+e Eho= -0.56 Mn (OH)2+2(OH ) ;Mn 4+ O2↓+2H2O+2 e ;Eho= -0.05 所以,任何时候都见不到 Fe(OH)2与 MnO2 共生第四章1.微迹元素:热力学角度定义:在地质体或相中,浓度低到使其行为服从稀溶液亨利定律作用范围的元素.由于难以界定元素服从稀溶液亨利定律作用的范围,故人们习惯上把所研究体系中含量小于 0.1 重量%的元素称为微量元素.O 、Si、Al、Fe、Ca、Na、K 、Mg、Ti 组成地壳和地幔质量的 99%,其余 80 余种相对可称为微量元素2.大离子亲石元素(LIL):指离子半径大、电价低的亲石活动性元素 ,例如:K、Rb 、Cs 、Sr、Ba、Tl 等.大离子亲石元素的半径越大,越在地壳表层富集;在岩浆结晶时也越晚期进入矿物相,富集于晚期矿物中;大离子亲石元素易溶解于流体相 ,被流体相携带迁移.3.高场强元素(HFS)指离子半径小、电价高的亲石非活动性元素,即 Z/r > 3 的元素.例如:Nb、Ta、Zr、Hf、P 、Y 等.高场强元素由于高的离子电位,易形成岩浆副矿物,如锆石、磷灰石等独立相.高场强元素的活动性小:熔点高,难熔于熔体相; 不溶于水 ,难被水溶解或携带迁移. 4.能斯特分配定律:在一定温度、压力下 ,溶质在互不 相溶两平衡相 (A 相和 B 相)间的浓度比为一常数.两平衡相(A 相和 B 相)的化学位相等 :KA/BDi= XA i/ XBi 式中: XA i:A 相中溶质 i 的浓度; XBi:B 相中溶质 i 的浓度; KD:能斯特分配系数( 简单分配系数);5.复合分配系数:在一定温度压力下,两种溶质(i、J) 在两平衡相(A 和 B 相) 间的分配为一常数.(Ki.jA/B= K(A/BDj)/ K(A/BDj);Ki.j :复合分配系数。
KD:能斯特分配系数)6.总分配系数(D) :又称为岩石的分配系数,它是用来讨论微量元素在岩石 (矿物集合体)和与之平衡的熔体之间的分配关系的.总分配系数(D)表示为: Di =∑ KDi. X = KDiA/L . XiA + KDiB/L . XiB + …式中: XA 、XB …..为岩石中的 A 、B…. 相各自占的质量百分数; KDiA/L 、 KDiB/L…..为A 、 B…各相矿物和与之平衡的熔体之间的分配系数. 7.不相容元素(ICE):D 小于 1 的元素, 随着结晶程度的增长而逐步在残余岩浆中富集.如Rb、Cs 、Ba 、Sr、Zr 、Nb、Th、REE、P 等8.相容元素(CE): D 大于 1 的元素,倾向在矿物晶体中富集,并随这些矿物的晶出而逐步在残余岩浆中贫化.如 Fe、Co、Ni、Cr、 Mg 等9.δEu 异常:δEu= Eu/Eu* =EuN/【(SmN+GdN)/2 】反应 Eu 异常的程度,N 为该元素球粒陨石标准化值,一般还原条件下 δEu 负异常10.δCe 异常:δCe =Ce/Ce*=Ce N/【(LaN+PrN)/2】反应 Ce 异常的程度,N 为该元素球粒陨石标准化值,一般氧化条件下 δCe 正异常。
11.稀土元素球粒陨石标准化丰度:把样品中某稀土元素丰度与标准对应的球粒陨石各元素丰度相除,所得值为该元素的~(如 Eu 的~:EuN= Eu 样/Eu 球目的:消除由于奇偶规律所造成的REE 丰度的锯齿状变化,使样品中个 REE 间的任何程度的分离都能清楚地显示出来,因为一般公认球粒陨石中轻重稀土元素无分异)第五章 同位素地球化学1.放射性衰变:某种元素的原子核自发地放射出粒子(或射线) 而转变成其它元素的原子核的过程叫放射性衰变这类核素称为天然放射性同位素,共约 64 种,大多数 A>2102.α 衰变:原子核自发地放射。