地球化学课件8第3章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移一二-谢财富

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1、地球化学第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移一、地球系统的化学作用和化学迁移二、水-岩化学作用特点三、水-岩化学作用的影响因素四、水-岩化学作用的实例物质的运动是绝对的，静止是相对的地球化学体系中，元素结合（静止）是特定条件下暂时的存在形式；迁移（运动）是普遍的、绝对的。元素的结合关系和存在形式常发生变化。元素存在形式变化的过程属于化学作用过程，若同时发生了空间位移，即说明元素发生了迁移。（存在形式无变化而发生空间位移也叫迁移）地球化学迁移的主要方式？元素呈气态、液态、固态物质存在气态和液态（包括岩

2、浆和水溶液等）粘度小,为活动态（易流动及物质交换），固态（包括各种矿物与岩石）为相对的稳定态。元素在固相中的扩散迁移速率极小，实际不起明显作用。元素迁移主要是固态与液态（气态）的转换，即主要是岩浆的形成和结晶问题及水溶液中化合物的溶解与沉淀问题。主要通过熔-岩相互作用和水-岩相互作用，造成岩石圈三大岩类的物质循环地球的层圈界面、岩石界面和矿物相界面等地带，若两侧物化性质差异很大，两者中若有一相为流体相，或有流体作为介质，该地带将成为化学作用活跃带。元素的迁移多通过气相、溶液、熔浆等介质的运移来实现。水溶

3、液是元素迁移的重要介质，水在地球化学作用中具有特殊重要地位，本章重点分析水介质中元素的迁移。一、地球系统的化学作用和化学迁移（一）化学作用类型地球系统中化学作用类型很多，据参与作用和生成物质的相态进行分类(5类）：(1)水-岩反应和水介质中的化学作用（如大气降水与地表岩石相互作用、盆地中物质溶解-沉淀、热液对围岩的溶解与交代等)(2)熔-岩反应和熔浆化学作用(岩石部分熔融形成岩浆、岩浆结晶分异、岩浆与围岩的同化混染等)（一）化学作用类型(3)水-气化学作用(地表水和大气中H2O、O2、CO2的相互作用和

4、循环，火山喷气对大气和海水的改造等)(4)岩-岩化学作用(如球外物质撞击地表岩石、构造断裂带岩石相互挤压造成的岩石变质);(5)有机化学作用(地球表层生物参与风化作用、成岩作用、成矿作用，在地球一定深度形成石油、天然气、煤等)一、地球系统的化学作用和化学迁移（二）元素的地球化学迁移1.物质迁移类型按运移的营力和物质的存在形式分化学和物理化学迁移-地质运动中物质空间位移伴随化学和物理化学变化。如熔体、溶液和气相中的迁移。生物和生物化学迁移-与生物活动有关，光合作用、呼吸、氧化还原机械迁移-位移时元素存在形

5、式无变化（如流体搬运固体及断层、褶皱、漂移、隆升与沉降等构造运动）地球化学主要研究元素的化学和物理化学迁移。（二）元素的地球化学迁移2.元素地球化学迁移定义：当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了地球化学迁移。或者说元素从一种存在形式转变为另一种形式，并在运动过程中伴随着再分配称为元素的迁移。2.元素地球化学迁移元素地球化学迁移包括三个过程：①由于物化条件的改变，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；（活化）②元素在介质中发生空间位移（该阶

6、段迁移形式可变，但不发生形成稳定固相的化学反应）；（转移）③元素迁移到新的空间，由于物化条件明显改变，元素在介质中存在形式不稳定，即沉淀或结晶出新的矿物（新的稳定结合）。（沉淀）即:活化—转移—沉淀（二）元素的地球化学迁移3.元素迁移的标志（识别方法）①矿物组合的变化：如侵入体或热液矿床围岩中出现蚀变矿物组合。②岩石中元素含量的系统测定和计算：a.等体积计算法b.等阴离子计算法（一般以160个氧为标准）③物理化学界面:如氧化还原界面（流体包体测量）、压力释放带（断层、背斜轴部虚脱部位、古溶洞等）、温度界

7、面（熔体、热液与围岩界面）、pH界面、水位线、土壤湿度界面等等常是元素发生（或终止）迁移的指示。（二）元素的地球化学迁移4.元素在水介质中迁移能力的影响因素①迁移前元素的存在形式：吸附状态（如粘土、炭质页岩中）--易迁移；进入矿物晶格（独立矿物或类质同象）--难迁移②晶体化学键类型：离子键(如NaCl,极性键，易溶易迁移)、分子键化合物(CO2,HCl,H2O,H2S等，键强弱,易挥发迁移；或因属于偶极分子，易溶易迁移），共价键（如ZnS）和金属键（如自然金）化合物:极性弱,难溶,难迁移③元素的地球化学

8、性质：如电价、半径、电负性等，决定了元素结合成化合物的化学键性，又控制了元素在水溶液中迁移形式。一价化合物：易溶(NaCl,Na2SO4，KCl等）二价化合物：较难溶解（CaSO4等）三价化合物：极难溶解（Al(OH)3等）离子电位的概念：=W/RW：电价，R离子半径（埃）（前章已讲）CO32-④体系中相伴组分类型和浓度、体系中物理化学强度参数（浓度差、压力差、温度差等）以及环境的pH和Eh值的变化等。相伴组分类型和浓度：如配位体S,Cl