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1、論地球化學(xué)教學(xué)中的與時(shí)俱進(jìn)彭建堂中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院2019年11月27日匯 報(bào) 提 綱 個(gè)人的基本情況 中南大學(xué)地球化學(xué)教學(xué)的基 本情況 地球化學(xué)教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì) 與建議個(gè)人簡(jiǎn)介1988.09-1992.07 中南工業(yè)大學(xué),礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè),本科生,免試推薦為碩士研究生 1992.09-1994.07 中南工業(yè)大學(xué),礦物學(xué)專(zhuān)業(yè),碩士生,提前攻博 1994.09-1997.10 中南工業(yè)大學(xué),礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè),博士生 1997.12-2000.04 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所,博士后2000.04-2009.02 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,主要從事礦床地球化
2、學(xué)研究 2009.03-至今 在中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,特聘教授,從事地球化學(xué)、礦床地球化學(xué) 的科研教學(xué)工作教學(xué)工作2011.09-2016.12 擔(dān)任本科生應(yīng)用地球化學(xué)的教學(xué)工作 2017.09-至今 擔(dān)任本科生地球化學(xué)的教學(xué)工作 2016.01-至今擔(dān)任碩士研究生的高等地球化學(xué)的教學(xué)工作 2017.01-至今擔(dān)任博士研究生的礦床地球化學(xué)的教學(xué)工作匯 報(bào) 提 綱 個(gè)人的基本情況 中南大學(xué)地球化學(xué)教學(xué)的基 本情況 地球化學(xué)教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì) 與建議地球化學(xué)教學(xué)的基本情況課程設(shè)置教材選用教學(xué)內(nèi)容課時(shí)數(shù)及時(shí)間分配考核辦法 2011年之前,課程名稱(chēng)為應(yīng)用地球化學(xué),選修課,48學(xué)時(shí)(理論教學(xué)42
3、學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)),主要由戴塔根教授講授,教材采用的是戴塔根主編的Applied Geochemistry(中南大學(xué)出版社,2008年)。雙語(yǔ)教學(xué)模式 2011年-2013年,課程名稱(chēng)為應(yīng)用地球化學(xué),由戴塔根、彭建堂教授講授。彭建堂負(fù)責(zé)的班級(jí),地球化學(xué)部分改用韓吟文、馬振東主編的地球化學(xué)(地質(zhì)出版社,2003),另參考了陳駿、王鶴年主編地球化學(xué)(科學(xué)出版社,2004)。 2014-2016年,應(yīng)用地球化學(xué)課程變?yōu)楸匦拚n, 48學(xué)時(shí)(理論教學(xué)42學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)),仍由戴塔根、彭建堂教授講授,兩套教材并用。彭建堂負(fù)責(zé)的班級(jí)地球化學(xué)42學(xué)時(shí),勘查地球化學(xué)6學(xué)時(shí)??辈榈厍蚧瘜W(xué)主要參考羅先熔等編著勘查
4、地球化學(xué)(冶金出版社,2014)。 根據(jù)中南大學(xué)2016年版教學(xué)大綱,2017年開(kāi)始應(yīng)用地球化學(xué)課程重新變成地球化學(xué)和勘查地球化學(xué)。地球化學(xué)為必修課, 48學(xué)時(shí)(理論教學(xué)42學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)),由彭建堂、張東亮執(zhí)教??辈榈厍蚧瘜W(xué)為選修課,32學(xué)時(shí),由成永生執(zhí)教。另還增設(shè)了元素地球化學(xué)選修課。中南大學(xué)地球化學(xué)教學(xué)內(nèi)容第 1 章 緒 論(2學(xué)時(shí))第 2 章 太陽(yáng)系和地球系統(tǒng)的元素分布(4學(xué)時(shí))第 3 章 元素的結(jié)合規(guī)律與賦存狀態(tài)(理論10學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí))第 4 章 微量元素地球化學(xué)(理論12 學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí))第 5 章 同位素地球化學(xué)(理論14 學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí))實(shí)驗(yàn)教學(xué)課,6學(xué)時(shí)資料來(lái)源
5、:侯青葉,2019,中國(guó)地質(zhì)教育,No.3資料來(lái)源:侯青葉,2019,中國(guó)地質(zhì)教育,No.3地球化學(xué)教學(xué)考核方式(侯青葉,2019,中國(guó)地質(zhì)教育,No.3)平時(shí)作業(yè)及考勤:30%;期末考試:70%考核方式:選修課時(shí)為開(kāi)卷,必修課以后為閉卷匯 報(bào) 提 綱 個(gè)人的基本情況 中南大學(xué)地球化學(xué)教學(xué)的基 本情況 地球化學(xué)教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì) 與建議自瑞士化學(xué)家Schnbeim(1838年)首次提出“地球化學(xué)”一詞以來(lái),地球化學(xué)經(jīng)歷了180年的發(fā)展歷程。 地球化學(xué)在固體地球科學(xué)中的地位也越來(lái)越高,許多巖石學(xué)、礦床學(xué)、礦物學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)問(wèn)題,都有賴(lài)于地球化學(xué)手段,才能得到有效解決。因此,十分有必要加強(qiáng)本科階段的
6、地球化學(xué)的教學(xué)工作。 最近30年來(lái),與礦物學(xué)、巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦床學(xué)等學(xué)科比較,地球化學(xué)堪稱(chēng)固體地球科學(xué)中發(fā)展最為迅速的學(xué)科,這要求我們的教材與教學(xué)工作要不斷更新。 特別是在最近20多年來(lái),隨著科技的飛速發(fā)展以及一系列大型精密儀器(ICP-MS、LA-ICP-MS、TIMS、SHRIMP、SIMS、MC-ICP-MS)投入使用,地球化學(xué)與其它學(xué)科(如量子物理、量子化學(xué)等)的交叉融合,地球化學(xué)的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,特別是同位素地球化學(xué)在最近十年發(fā)展迅猛,一大批原創(chuàng)性成果不斷涌現(xiàn),這對(duì)我們從事地球化學(xué)教學(xué)提出了更高的要求,要求我們與日俱進(jìn)。 非常遺憾的是,現(xiàn)有的教材無(wú)法體現(xiàn)出這些研究成果,學(xué)
7、生難以接觸到地球化學(xué)的最新研究成果、發(fā)展動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向,相反,一些老的、過(guò)時(shí)的甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)在地球化學(xué)課本中存在?,F(xiàn)以同位素地球化學(xué)一章為例,來(lái)舉例說(shuō)明:Case 1 Sm-Nd同位素定年Sm-Nd同位素體系應(yīng)用于前寒武紀(jì)地質(zhì)年代學(xué)研究,研究對(duì)象主要限于隕石、月球巖石、古老的基性、超基性巖和前寒武紀(jì)老地層等。(143Nd/144Nd)測(cè)=(143Nd/144Nd)0+ (147Sm/144Nd)測(cè)(et -1)自然界地質(zhì)體中Sm/Nd比值?。?.10.5),而且147Sm的半衰期很長(zhǎng),因此由147Sm衰變得到的143Nd較少。Juvinas玄武質(zhì)無(wú)球粒隕石全巖及由其分離出的單礦物的Sm-Nd
8、等時(shí)線(xiàn)(Lugmair et al.,1975)147Sm143Nd+143Nd/144Nd =(143Nd/144Nd)0147Sm/144Nd (et -1) 衰變子體的數(shù)目,取決于: 衰變常數(shù) Sm/Nd比 衰變時(shí)間近年來(lái),不斷發(fā)現(xiàn)一些Sm/Nd比值高的礦物,特別是含鈣礦物(方解石、白鎢礦、螢石等),是進(jìn)行Sm-Nd同位素定年的理想礦物,可用于年輕地質(zhì)體的測(cè)定。Chesley J T, et al., 1989, Science, Vol.252, No.5508螢石螢石的Sm-Nd同位素定年錫礦山礦區(qū)早期方解石Sm/Nd1.5錫礦山銻礦區(qū)與輝銻礦共生的螢石、方解石的Sm/Nd比值很高錫
9、礦山礦區(qū)晚期方解石Sm/Nd:0.60.9錫礦山礦區(qū)螢石Sm/Nd:0.71.0錫礦山銻礦床方解石的Sm-Nd同位素定年P(guān)eng J T, et al. 2003. Chemical Geology, 200:129136155.51.1 Ma124.13.7 Ma貴州巴年銻礦床方解石Sm-Nd同位素定年(Wang et al., 2012)Sm/Nd:0.64-1.71Wang J S, et al. 2012. Geochemical Journal,46:393-407貴州水銀洞金礦Su WC, et al. 2009.Chem. Geol.1363 Ma1343 Ma烏茲別克斯坦穆龍?zhí)?/p>
10、金礦區(qū)存在兩種類(lèi)型白鎢礦SEM-CL圖像烏茲別克斯坦穆龍?zhí)捉鸬V白鎢礦的Sm-Nd同位素定年Kempe U, et al. 2001. Mineralium Deposita,36:379-392沃溪礦區(qū)白鎢礦:Sm/Nd1白鎢礦的Sm-Nd同位素定年彭建堂等,2003,科學(xué)通報(bào),Vol.48,No.184024 MaCase 2 U-Th-Pb同位素定年U-Th-Pb同位素定年適用于U、Th礦物及富含U、Th的礦物,如瀝青鈾礦、晶質(zhì)鈾礦等。事實(shí)上,那些鈾礦石U-Th-Pb同位素定年的效果并不好,表觀年齡相差較大,等時(shí)線(xiàn)年齡也比較勉強(qiáng),鈾礦床的準(zhǔn)確成礦時(shí)間,目前仍是尚未解決的難題。表觀年齡相差很
11、大,75104 Ma地質(zhì)學(xué)報(bào),2010,No.8目前含U、Th的副礦物(如鋯石、錫石、榍石、磷灰石、電氣石等)、方解石,已成為U-Pb和Th-Pb同位素定年的主要對(duì)象。25 七月 2022中南大學(xué)彭建堂制作34 鋯石SIMS U-Pb同位素定年湘南水口山花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石SIMS U-Pb同位素測(cè)年Huang et al., 2015, OGR, 65:56-69 Yang et al., 2016, JAES, 123: 224242 錫石的U-Pb同位素定年Yuan SD, et al., 2008, MDYuan SD, et al., 2010, OGR香花嶺礦區(qū)香花嶺礦區(qū)芙蓉礦區(qū)熱液磷
12、灰石的SIMS Th-Pb同位素定年熱液金紅石U-Pb 同位素Tera-Wasserburg 圖解Pi DH, et al. 2017. Mineralium Deposita, 52:1179-1190者桑金礦Case 3 Pb的模式年齡 利用普通鉛可以計(jì)時(shí),用于確定待測(cè)體系的形成時(shí)間。 普通鉛計(jì)時(shí)方法最早是在1946年由Holmes 和Houtermans 兩人獨(dú)立提出,故稱(chēng)為HH 模式,該方法所得到的年齡成為Holmes-Houtermans 模式年齡或單階段Pb的模式年齡。B. R. Doe (1974)、J. S. Stacey & J. D. Kramers(1975)分別對(duì)這種模
13、式年齡計(jì)算進(jìn)行了進(jìn)一步地改進(jìn)。HH 模式年齡亦稱(chēng)單階段模式年齡該模式的提出基于以下前提:原始地球是一種流體,并且是均勻的;原始地球的U 、Th和Pb 是均勻分布的;原始Pb同位素組成也是均勻的;隨后, 地球變化剛性, 并發(fā)生小范圍U/Pb比值差異;任何給定區(qū)域內(nèi)U/Pb比值改變僅僅作為U變?yōu)镻b的放射衰變的結(jié)果;在普通Pb礦物如方鉛礦的形成時(shí)間, Pb從U和Th以及它們的同位素體系分離出來(lái), 并在以后的時(shí)間保持不變。 普通鉛的定年,在20世紀(jì)90年代以前大行其道,礦石鉛的模式年齡普遍用于確定礦床的形成時(shí)間,實(shí)際上,這些普通鉛的模式年齡往往是錯(cuò)誤的,難以有效的解釋地質(zhì)事實(shí),如一些礦石Pb模式年齡
14、比圍巖還老、甚至為負(fù)值,顯然是不合理的。利用普通Pb的模式年齡,大多沒(méi)有實(shí)際意義。 因此,自20世紀(jì)90年代末以來(lái),礦石鉛的模式年齡已為人們摒棄,但一些現(xiàn)有的地球化學(xué)教材,并未將這些新認(rèn)識(shí)吸收進(jìn)去。錫礦山銻礦床的賦礦層位主要為D3s,次為D2q(398-359 Ma),精確的成礦時(shí)間為156 Ma和124 Ma。礦石鉛的模式年齡區(qū)域上:145-1015 Ma冷家溪群(賦礦最老的地層):830 Ma沃溪礦區(qū):221-698 Ma白鎢礦Sm-Nd等時(shí)線(xiàn)年齡:4024 Ma空間展布樣式不同,控礦構(gòu)造不同雪峰山弧形構(gòu)造隆起帶湘中盆地串珠狀次級(jí)隆起構(gòu)造雪峰山一帶巖漿活動(dòng)微弱,特別是湘西和湘西南一帶,絕大
15、多數(shù)金礦礦區(qū)沒(méi)有巖漿巖出露,金礦與巖漿巖缺乏空間聯(lián)系。羅獻(xiàn)林等(1996)礦 床成礦元素及賦礦層位測(cè)試對(duì)象及方法年齡/ Ma資料來(lái)源沃 溪Au-Sb-W,Pt3bnm白鎢礦,Sm-Nd等時(shí)線(xiàn)4026彭建堂等,2003石英,40Ar-39Ar法最小視年齡4202041419西 安W,Pt3bnm蝕變板巖,K-Ar 法412.26.6王秀璋等,2000柳林釵Au,Pt3bnw鉀長(zhǎng)石,K-Ar 法412.5板 溪Sb,Pt3bnw石英,40Ar-39Ar法坪年齡397.40.4422.20.2彭建堂等,2003平 茶Au-Sb,Z1j石英,流體包裹體Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)4359彭建堂,1998肖 家 A
16、u,Pt3bnw41233蝕變圍巖,Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)4184漠 濱Au,Pt3bnw鉀長(zhǎng)石,K-Ar 法404.20王秀璋等,2000陽(yáng)灣團(tuán)Au,Pt3bnw石英,40Ar-39Ar法坪年齡381.70.4彭建堂等,1998湘西雪峰山一帶的金礦床主要形成于晚加里東期,與加里東期陸內(nèi)造山作用密切相關(guān),為造山型金礦床,毗鄰的黔東南一帶的金礦床亦是如此。平 秋Au,Pt3bnw含金石英的流體包裹體,Rb-Sr法等時(shí)線(xiàn)49237 Ma47714 Ma朱笑青等,2006石英脈中毒砂Re-Os等時(shí)線(xiàn)2353.4 Ma顧尚義等,2016絹云母Ar-Ar坪年齡425.7 1.7 Ma 425.2 1.3 Ma
17、Liu et al., 2017蝕變巖型毒砂Re-Os等時(shí)線(xiàn)40024 Ma王加昇等,2011金 井Au,Pt3bnw蝕變巖型毒砂Re-Os等時(shí)線(xiàn)40011 Ma石英大脈型毒砂Re-Os等時(shí)線(xiàn)17415 Ma含金石英的流體包裹體,Rb-Sr法等時(shí)線(xiàn)34016 Ma朱笑青等,2006同 古Au,Pt3bnw含金石英的流體包裹體,Rb-Sr法等時(shí)線(xiàn)42516 Ma金 頭Au,Pt3bnw含金石英的流體包裹體,Rb-Sr法等時(shí)線(xiàn)43044 Ma八克Au,Pt3bnw石英脈中毒砂Re-Os等時(shí)線(xiàn)41052 Ma顧尚義等,2016不管是單階段還是雙階段礦石鉛的模式年齡,沒(méi)有任何地質(zhì)意義Case 4 K-Ar同位素測(cè)年K-Ar法的同位素定年是最早開(kāi)展同位素年代學(xué)的方法之一,但由于該方法自身存在很多缺陷和不足,目前基本上無(wú)人進(jìn)行K-Ar同位素年代學(xué)研究,取而代之的是含K礦物或巖石的Ar-Ar同位素定年,不論是年齡的精度、可靠性還是測(cè)試的便捷性,明顯優(yōu)于K-Ar法,但一些教材還在強(qiáng)調(diào)K-Ar法同位素定年的重要性。Case 5 穩(wěn)定同位素大多數(shù)地球化學(xué)教材,穩(wěn)定同位素章節(jié)僅列出了H、O、C、S等幾種輕穩(wěn)定同位素,而對(duì)于重穩(wěn)定同位素避而不談或涉及很少,很容易讓學(xué)生誤以為,自然界中穩(wěn)定同位素就這幾種,或以為只有這些輕穩(wěn)定同位素才
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