地球化學(xué)課件專題1 - 地球化學(xué)方法論-1

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)研究所《地球化學(xué)》授課老師：

李

秋

根E-mail:qgli@PhoneMP)Room:新地學(xué)樓3508

課堂授課（抽查（缺課、遲到，權(quán)重：~10%））：一學(xué)年5次被點(diǎn)名未到，無平時(shí)成績（～10%）；作業(yè)（權(quán)重：~10%）:5次作業(yè)，選擇4次最高分平均作為平時(shí)作業(yè)成績；平時(shí)測(cè)試（基本知識(shí)，權(quán)重：~10

%）：5次平時(shí)測(cè)試，選擇4次最高分平均作為平時(shí)測(cè)試成績；期中測(cè)驗(yàn)（基本知識(shí)，權(quán)重：~30

%）；期末考試（權(quán)重：~40

%），題型：概念、填空、選擇、判斷、簡(jiǎn)答、論述等；時(shí)間：2016年元月4日上午形式：地球化學(xué)課程

（Powerpoint）；交流時(shí)間（OfficeHour）：周六上午9:30-11:30；目標(biāo):掌握和理解基本知識(shí)（學(xué)習(xí)效果，時(shí)間)。

緒

論一、地球化學(xué)的定義二、地球化學(xué)的研究內(nèi)容（研究對(duì)象和基本問題）三、地球化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及與其它學(xué)科的關(guān)系四、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史專題一：地球化學(xué)思維和研究方法一、地球化學(xué)學(xué)科性質(zhì)二、地球化學(xué)的研究方法三、地球化學(xué)學(xué)科的戰(zhàn)略意義四、如何學(xué)好地球化學(xué)一、地球化學(xué)的學(xué)科性質(zhì)

1、地球化學(xué)學(xué)科的性質(zhì)1）每一門學(xué)科的性質(zhì)都是由其所研究的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式和特征決定的。力學(xué)研究物質(zhì)的力學(xué)運(yùn)動(dòng)

只有從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性來認(rèn)識(shí)一門學(xué)科才易于把握該學(xué)科的本質(zhì)。一、地球化學(xué)的學(xué)科性質(zhì)

1、地球化學(xué)學(xué)科的性質(zhì)2）地球系統(tǒng)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及太陽系的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)均為高級(jí)綜合的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)：包含相互作用和相互制約的力學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)，還有地球表層系統(tǒng)中的生物學(xué)形式的運(yùn)動(dòng)參與。一、地球化學(xué)的學(xué)科性質(zhì)

1、地球化學(xué)學(xué)科的性質(zhì)2）地球系統(tǒng)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及太陽系的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)均為高級(jí)綜合的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)：（1）板塊俯沖作用可將俯沖盤巖石帶到地殼深部：力學(xué)運(yùn)動(dòng)；（2）俯沖盤巖石所處環(huán)境的溫度和壓力增高：物理場(chǎng)變化；（3）發(fā)生變質(zhì)作用，礦物組合變化，化學(xué)元素的重新組合和再分配：化學(xué)運(yùn)動(dòng)。地球物理學(xué)固體地球科學(xué)地球化學(xué)地質(zhì)學(xué)環(huán)境科學(xué)一、地球化學(xué)的學(xué)科性質(zhì)

1、地球化學(xué)學(xué)科的性質(zhì)3）地球化學(xué)實(shí)質(zhì)是研究地球物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。

地球化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展是地球科學(xué)為實(shí)現(xiàn)其自身

精細(xì)化、科學(xué)化

而重視吸收現(xiàn)代自然基礎(chǔ)科學(xué)成果的表現(xiàn)一、地球化學(xué)的學(xué)科性質(zhì)

1、地球化學(xué)學(xué)科的性質(zhì)4）地球化學(xué)的主要研究對(duì)象是地球（天體）、地殼及其地質(zhì)作用，它是地球科學(xué)的一部分，其研究途徑、思維方式接近于地質(zhì)學(xué)，常常是針對(duì)自然作用過程提出問題，通過地球化學(xué)的理論和方法進(jìn)行研究，最終得出對(duì)自然作用的認(rèn)識(shí)。二、地球化學(xué)的研究方法

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)1）地球化學(xué)本質(zhì)上是屬于地球科學(xué)，其工作方法遵循地球科學(xué)的基本方法；（1）第一手實(shí)際資料源于對(duì)自然地質(zhì)現(xiàn)象的觀察和研究；（2）在地球的時(shí)空結(jié)構(gòu)中整理和綜合資料；（3）事實(shí)規(guī)律的統(tǒng)計(jì)性特征；（4）反序地追蹤歷史（地質(zhì)作用的時(shí)間和空間特征，使地質(zhì)過程無法重現(xiàn)。根據(jù)地質(zhì)作用的產(chǎn)物提供的地球化學(xué)信息來研究并恢復(fù)已經(jīng)歷過的地質(zhì)作用的歷史和條件）；（5）結(jié)論的推斷性及認(rèn)識(shí)的反復(fù)深入性。二、地球化學(xué)的研究方法野外地質(zhì)現(xiàn)象：石英鈾礦脈產(chǎn)于花崗巖頂部的裂隙中；礦脈切穿煌斑巖脈地段鈾礦化富集；礦脈兩側(cè)花崗巖圍巖中長石紅化；問題：這些現(xiàn)象中隱藏著哪些地球化學(xué)信息？

由于裂隙的存在，氧含量高，U處于氧化環(huán)境，以＋6價(jià)鈾銑絡(luò)離子[UO2]2+的形式存在，可溶解，遷移；煌斑巖富黑云母和角閃石，具低價(jià)Fe2+、Mn2+、Mg2+，為一良好的還原障，U6+＋2Fe2+U4+（UO2）

＋2Fe3+（紅化）2）地球化學(xué)工作者：明銳的地球化學(xué)思維，善于識(shí)別隱藏在各種現(xiàn)象中的地球化學(xué)信息，從而揭示地質(zhì)現(xiàn)象的奧秘；

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)二、地球化學(xué)的研究方法

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)2）地球化學(xué)工作者：明銳的地球化學(xué)思維，善于識(shí)別隱藏在各種現(xiàn)象中的地球化學(xué)信息，從而揭示地質(zhì)現(xiàn)象的奧秘；二、地球化學(xué)的研究方法

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)2）地球化學(xué)工作者：明銳的地球化學(xué)思維，善于識(shí)別隱藏在各種現(xiàn)象中的地球化學(xué)信息，從而揭示地質(zhì)現(xiàn)象的奧秘；二、地球化學(xué)的研究方法

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)3）具備有定性和定量測(cè)定元素含量及鑒定物相的技術(shù)和裝備。二、地球化學(xué)的研究方法

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)3）具備有定性和定量測(cè)定元素含量及鑒定物相的技術(shù)和裝備。二、地球化學(xué)的研究方法

1、地球化學(xué)研究方法的特點(diǎn)3）具備有定性和定量測(cè)定元素含量及鑒定物相的技術(shù)和裝備。Macpherson(2014)二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論認(rèn)識(shí)論：A.地球化學(xué)系統(tǒng)（體系）觀點(diǎn)在地球化學(xué)研究中必須至于地球或其子系統(tǒng)中進(jìn)行，特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的組成和狀態(tài)是制約其中化學(xué)過程和元素行為特征，不同地區(qū)由于地殼和地幔組成，溫壓等狀態(tài)的差異，其成巖和成礦特征也不相同。如：中國南嶺花崗巖形成大量W、Sn礦床，秦嶺則為Mo礦床。Robb(2005)二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論認(rèn)識(shí)論：B.

元素自然歷史觀點(diǎn)地球系統(tǒng)的總體演化及寓于其中的化學(xué)演化具有循環(huán)性和不可逆性。循環(huán)型：表現(xiàn)為相似的地質(zhì)作用和事件在地球歷史中可以多次重復(fù)發(fā)生；不可逆性：表現(xiàn)為同一地質(zhì)作用隨著時(shí)間推移其性質(zhì)和特征是發(fā)展的。Boggs(2009)

沉積鐵建造在不同歷史時(shí)期：早前寒武紀(jì)：BIF，元古宙晚期以沉積濱海相的鮞狀赤鐵礦為特征，顯生宙則主要形成湖相－沼澤相沉積鐵礦（水針鐵礦、鱗綠泥石）。受大氣圈從無自由氧－出現(xiàn)自由氧－自由氧含量增高：環(huán)境由還原－弱氧化－強(qiáng)氧化二、地球化學(xué)的研究方法

3、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論認(rèn)識(shí)論：B.

元素自然歷史觀點(diǎn)

Thedistinctivechemicalandisotopiccharacteristicsofbasaltsfromdifferenttectonicenvironmentscanbeattributedtothefollowingfactors:

a.thesourcecharacteristics,whichareafunctionofitsprevioushistory;

b.thepresenttectonicenvironmentofmagmageneration;

c.magmagenerationconditionsandprocesses;

d.mixingofdifferentmantlesourceregions.(SunandMcDonough,1989)二、地球化學(xué)的研究方法

3、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論認(rèn)識(shí)論：B.以元素分配（化學(xué)運(yùn)動(dòng)）觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)事物

地球系統(tǒng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中的化學(xué)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為分配和再分配。巖漿--殘余固相巖漿--結(jié)晶晶體巖漿--巖漿巖漿--硫化物熔體巖漿--流體巖漿--氣體流體--固體（巖石或礦物）所有這些不同相之間元素的分配導(dǎo)致了地球上元素的集中和分散Spandler&Pirard(2013)二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論方法論：將現(xiàn)象和問題轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)的問題A.

將觀察到的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)過程和體系巖漿巖：>800℃，>2000

atm

的高溫高壓條件和狀態(tài)石英脈：～200-400℃，～500atm

水溶液沉積巖：表生環(huán)境（1atm,0.2atmO2）二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論方法論：將現(xiàn)象和問題轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)的問題B.

將地質(zhì)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)的條件和環(huán)境斷裂：流體運(yùn)移通道、開放條件片理化：增加反應(yīng)面積，化學(xué)反應(yīng)快巖漿巖：上覆地質(zhì)體熱液的動(dòng)力源（熱源）礦物類型：Eh，如隕硫鐵+自然鐵（強(qiáng)還原），硫化物+磁鐵礦（弱還原），硫酸鹽+硫化物（氧化）圍巖熱液蝕變：PH的變化，如：

3KAlSi3O8+2H+--->KAl3Si3O10(OH)2（云英巖）+2K++6SiO2二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

1）地球化學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論方法論：將現(xiàn)象和問題轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)的問題C.將生物、環(huán)境、地質(zhì)問題轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)的問題生物、環(huán)境問題：元素的區(qū)域分布和指示作用（如毒性元素As、Cd、Hg、Pb，放射性元素Th、U，Ir異常等）；大地構(gòu)造問題：元素、同位素（如Pb、Nd、Sr、10Be）分布、分配和指示作用；礦床：元素的分布（空間和時(shí)間）、分配和集中；災(zāi)害：地震等。二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室外方法：

現(xiàn)場(chǎng)宏觀地質(zhì)現(xiàn)象的時(shí)空觀察地質(zhì)調(diào)研是地球化學(xué)野外工作的重要環(huán)節(jié)，查明地質(zhì)體（如地層、巖體）的空間展布、時(shí)間順序、相互關(guān)系，收集一切有助于地球化學(xué)研究的資料；查明區(qū)內(nèi)各種地質(zhì)體的巖石－礦物組成及相關(guān)作用關(guān)系，王宗起等，2009目的：研究地球化學(xué)作用的空間展布、時(shí)間順序、相互關(guān)系和演化二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室外方法：

現(xiàn)場(chǎng)宏觀地質(zhì)現(xiàn)象的時(shí)空觀察二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室外方法：

B.野外地球化學(xué)問題研究斷裂：物質(zhì)遷移的通道、減壓的條件、存在物質(zhì)的進(jìn)出；礦物類型：提供體系所處的氧化-還原條件和酸堿度變化，研究目的：獲得地球化學(xué)作用的過程及其形成的物理化學(xué)條件。Sibson，1994二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室外方法：

C.地球化學(xué)樣品采集在地質(zhì)地球化學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，根據(jù)目標(biāo)任務(wù)采集各類地球化學(xué)樣品：a.

明確的代表性：代表某一地質(zhì)作用、成因的樣品，避免后期作用的疊加；b.

樣品的系統(tǒng)性：為了從比較中說明問題，對(duì)研究對(duì)象在空間上、時(shí)間上、不同成因上的樣品構(gòu)成一個(gè)系列（新－老地層，巖體的中心－邊部，蝕變－無蝕變）；c.

樣品的統(tǒng)計(jì)性：地球化學(xué)現(xiàn)象具有統(tǒng)計(jì)性規(guī)律，要定量地描述地球化學(xué)規(guī)律必須用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，一兩個(gè)樣品代表性不夠，需要一組樣品。二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：A.

“質(zhì)”的研究樣品的元素結(jié)合形態(tài)和賦存狀態(tài)研究是追索地球化學(xué)過程的實(shí)際基礎(chǔ)，是制約元素地球化學(xué)行為的重要因素，必須高度重視。不形成獨(dú)立礦物的元素研究其賦存狀態(tài)，如用物相分析、微區(qū)分析等，了解元素在礦物和巖石中的分布及元素集中或分散的機(jī)理。顯微鏡X衍射物相分析紅外光譜分析拉曼光譜分析等二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：A.

“質(zhì)”的研究顯

微

鏡二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：A.

“質(zhì)”的研究北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院的Renishaw1000激光拉曼光譜儀二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：A.

“質(zhì)”的研究北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院的X射線衍射儀二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.“量”的測(cè)定樣品的元素含量和同位素分析是地球化學(xué)研究中最基礎(chǔ)的工作，分析方法：準(zhǔn)確，效率、成本低；儀器分析：原子吸收、X熒光光譜、等離子光譜、中子活化、質(zhì)譜等微區(qū)分析：電子探針、離子探針、同步輻射等二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.

“量”的研究二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.

“量”的研究分光探測(cè)激發(fā)二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.

“量”的研究二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.

“量”的研究二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.

“量”的研究二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：B.

“量”的研究二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：C.

“動(dòng)”的研究地球化學(xué)作用過程的物理化學(xué)條件的測(cè)定和計(jì)算：微量元素溫度計(jì)礦物對(duì)溫度壓力計(jì)同位素溫度計(jì)包裹體進(jìn)行溫度、壓力、熱液成分的測(cè)定計(jì)算：PH、Eh、fO2、鹽度、離子強(qiáng)度、礦質(zhì)濃度等目的：了解地球化學(xué)作用條件二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：D.

“模擬”的研究實(shí)驗(yàn)“模擬”研究是地球化學(xué)探索必不可少的一種途徑，使某些地球化學(xué)過程再現(xiàn)，深化對(duì)各種自然作用過程和機(jī)制的了解或檢驗(yàn)?zāi)承├碚撏茢?；定量化?shù)字“模擬”對(duì)深入了解地球化學(xué)規(guī)律、科學(xué)地描述地球化學(xué)現(xiàn)象起到了推動(dòng)作用，使地球化學(xué)過程數(shù)字模擬化。二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：D.

“模擬”的研究六面頂壓機(jī)二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：D.

“模擬”的研究水熱高壓釜高溫高壓裝置二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：D.

“模擬”的研究圖1，Bassett的熱液金剛石壓腔裝置二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：D.

“模擬”的研究二、地球化學(xué)的研究方法

2、地球化學(xué)研究方法

2）地球化學(xué)的工作方法室內(nèi)方法：D.

“模擬”的研究Aldanmazetal.(2000)

三、地球化學(xué)學(xué)科的戰(zhàn)略意義地球化學(xué)作為地球科學(xué)的支柱學(xué)科之一，既肩負(fù)著解決當(dāng)前地球科學(xué)面臨的基本理論問題－天體、地球、生命、人類和元素的起源和演化的重大使命，又有責(zé)任為人類社會(huì)提供充足的礦產(chǎn)資源和良好的生存環(huán)境。

目的：促進(jìn)科學(xué)發(fā)展，人類社會(huì)繁榮

1.肩負(fù)著推動(dòng)地球科學(xué)發(fā)展的任務(wù)；地球化學(xué)的新認(rèn)識(shí)、新成果補(bǔ)充和充實(shí)了地球科學(xué)理論2.為緩解礦產(chǎn)和水資源短缺帶來了希望；勘查地球化學(xué)，礦床成因和條件；水資源和水污染3.解決環(huán)境問題的重要科學(xué)依據(jù)；環(huán)境調(diào)查和生態(tài)研究；環(huán)境污染、地方病防治；預(yù)測(cè)未來環(huán)境和全球變化4.蘊(yùn)育著預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害和指導(dǎo)核廢料處置的潛在能力。

地震和火山預(yù)報(bào)；核廢料形成穩(wěn)定化合物、固封在穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境四、如何學(xué)好地球化學(xué)

1、學(xué)好地球化學(xué)的前提：對(duì)地球化學(xué)產(chǎn)生