第三章水—岩化学作用和水介质中元素的迁移(教案)

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1、第三章水一岩化学作用和水介质中元素的迁移口然界的物质是不断运动的，元素也包含于其中，本章的主要内容是地球系统水一岩化学作用和作用类型及元索在水介质中的迁移及迁移的控制因索。要求掌握：1.元素的地球化学迁移2.水介质中元索迁移沉淀的化学规律及英影响因索3.热力学在元素结合规律中的应用4.自然过程的方向和相图的编制5.地球化学动力学概念第一节地球系统的化学作用和化学迁移地球系统的化学不均一性和系统的物理化学条件的不断改变，是引发化学作用的导因。地球各层圈内部和一些流体相中，会发生和转变和不同相间的元素分配，这是常见的化学作用方式。地球的层圈界而、岩石界而和矿物相界而等地带，

2、若两者间的物理化学性质差异很大,其屮有一相为流体相、或者有流体作为介质，该处将成为化学作用卜分活跃的地带。地球系统中化学作用的基本特点：1、地球中化学作用是在地球系统组成和条件的廿景上进行的；（大量组分共存、开放体系、物理化学条件变化范围冇限等）2、无论在人系统和少体系屮都可以发牛地球化学作用，在化学界面上地球化学化学作用较强烈，流体的参与使化学作用加速和加强；3、自发进行的不可逆过程，体系内相数有限，稳定相一般都不是纯化合物。地球系统中化学作用的类型：1、水-岩化学作用（如沉积作用过程屮物质的溶解一沉淀、热液交代作用等）；2、熔浆和熔-岩化学作用（如部分熔融、结晶分异

3、、岩浆岩围岩蚀变等）；3、有机化学作用（如风化过程牛物的有机化学作川，石汕、犬然气的形成等）4、水-气化学作用（主要发生在地表，如地表水、02、C02循环，火山喷气等）；岩化学作用（如球外物质撞击，断裂挤压变质——如俯冲带、逆断层等）。学作用的结果还导致元素或组分的空间位移时，元素和组分即发生迁移，若元素的存在形式和存在空间呈链状重复时，就构成了元素的地球化学循环。元素的地球化学迁移物质迁移的类型在不同介质中物质的迁移形式和迁移方式都有所不同，它们可分为：1、化学和物理化学迁移——硅酸盐熔体迁移，水溶液迁移，气态迁移；2、生物和牛•物化学迁移——与与牛物活动有关，如光合

4、作用、牛物还原（硫）作用等；3、机械迁移——以岩屑，矿物碎屑的形式进行迁移。物质经常不是以单一形式而是以多种形式进行迁移，地球化学主要研究物质（元素）的化学和物理化学迁移。元素地球化学迁移当体系所处的环境其物理化学条件发生变化时，为了适应环境条件的变化、与环境达到新的平衡，元素间原来的结合关系将口动解体，转变成一种新的相对稳定的结合方式，在兀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。元素地球化学迁移包括三个环节:首先，是元素从原来的固定（稳定的结合）状态转化为活动（非稳定结合）状态，并进入迁移介质；随Z,元素发生空间位移，

5、在这一阶段元素有一定的迁移形式，但并没有形成稳定固相化合物；最后，元素在迁移到一个新的空间后，由于物理化学条件的明显改变，在新的环境、新的条件下元素形成新的稳定结合关系，即沉淀或结晶出新的矿物元素迁移的标志判断元素是否发生了迁移，冇多种识别方法：1、通过矿物组合的变化來判断在岩浆侵入体或热液矿床的围岩中经常可以发现蚀变矿物组合，如当中酸性岩浆岩外围的碳酸岩岩石发生矽卡岩化时，原來的碳酸盐矿物（方解石CaC03、白云石（Ca,Mg）C03）被新生成的硅酸盐矿物（石榴子石（Ca,Fe）3（Fe,Al）2[SiO4]3>辉石Ca（Mg,Fe）Si206等）所替代。蚀变岩石与原

6、岩成分的差界：硅、铝的原子数相対增加，同时镁、钙的原子数相对减少，指示碳酸岩岩石中发生了硅、铝的迁入和镁、钙的迁出。2、通过岩石屮元索含量的系统测定和定量计算來判定当岩石中有元索（原子或离子形式）加入，或岩石屮原有的元索迁出，元索在岩石屮的相对含量就必然会发卞变化。因此通过岩石屮元索含量的系统测定和定量计算，可以确定哪些元素发生了迁移（包括迁入和迁出），并可计算出迁移量的大小。常川的定量计算方法冇：a.等体积计算法：本方法假定在元索迁移的前后岩石的体积没有发牛明显的变化，但岩石的比重可以因岩石化学组成和结构的改变发牛变化。计算过程以单位体积为标准，通过岩石比重和元索在岩

7、石屮的重量百分比计算各元索在单位体积岩石屮的量，对比元索在迁移前后岩石屮的量就可以确定元素是否发牛•了迁移；b.等阴（氧）离了计算法：地壳中最主要的阴离了是氧，木方法假定地壳中各种阳离了都是与氧结合的。按照阳离子的价态和丰度，一般情况卜，阳离子和氧离子的比例接近1：1.6o因此计算时以160个氧（相当80〜120个阳离子）为单位，分别计算与氧结合的各种阳离子的个数,通过对比同类阳离子在原岩和变化后岩石中的个数差杲，来确定各元素是否发生了迁移及迁移量的大小。3、通过物理化学（环境）界面來判断从元素迁移的三个阶段（环节）可知，环境物理化学条件