中國海洋大學地化復習資料

1、 緒 論1.地球化學的定義 地球化學是研究地球(包括部分天體)的化學組成、化學作用和化學演化的科學。1） 從研究對象來看：是地球及其子系統(tǒng)中的原子，目前正在向宇宙天體拓展；2） 從研究形式來看：主要是元素（同位素）在自然界的化學運動形式；3）從研究時間來看：包涵了整個地球、地殼演化和全部地質(zhì)作用時期；對單個元素（同位素）來講，是研究它們的發(fā)生、不斷發(fā)展及螺旋式演化的全部歷史。4.地球化學的任務(wù)1）地球和地質(zhì)體中元素及其同位素的組成，即元素的分布分配問題；2）元素的共生組合和賦存形式；3）元素的遷移和循環(huán)；4）地球的歷史與演化；5）基礎(chǔ)理論和應(yīng)用的發(fā)展5.地球化學的研究思路研究思路I：見微（微觀

2、的蹤跡）而知著（宏觀的過程）研究思路II：體系中的原子地球化學的研究思路 以化學、物理化學等基本原理為基礎(chǔ)，以研究原子（包括元素和同位素）的行為為手段，來認識地球的組成、化學作用和演化歷史。6.地球化學的基本工作方法野外：地質(zhì)考察+樣品采集（代表性、系統(tǒng)性、統(tǒng)計性、嚴格性）室內(nèi)：1)巖礦鑒定2)分析測試：早期容量法、離子色譜法和比色法，現(xiàn)今X射線熒光光譜XRF、ICPAES、ICPMS、固體質(zhì)譜、AAS等3)元素結(jié)合形式和賦存狀態(tài)的研究：化學分析、晶體光學、X射線衍射、拉曼譜、微區(qū)分析（電子探針、離子探針）等4)作用過程的物理化學條件的測定：溫度（包裹體、礦物、同位素）、壓力、pH、Eh、鹽度

3、等5)自然作用的時間參數(shù)：同位素測年6)模擬實驗7)多元統(tǒng)計計算和數(shù)學模型第1章 太陽系和地球系統(tǒng)的元素豐度元素分布/豐度：元素在地球及其各子系統(tǒng)(地殼、地幔、地核)中的平均含量(即豐度)。元素克拉克值:元素在地殼中的相對平均含量.元素分配：元素在地球化學體系中不同相(礦物)之間含量的變化及其與熱力學條件的依存關(guān)系。1.隕石 隕石是落到地球上的行星物體碎塊，即從行星際空間穿過大氣層后到達地表的星體殘骸。隕石由三種常見的物質(zhì)組成，即硅酸鹽、鐵硫化物(如隕硫鐵)和鐵鎳合金。主要由硅酸鹽礦物組成的隕石稱石隕石，由大體相等數(shù)量的硅酸鹽礦物和鐵鎳合金組成的隕石稱鐵石隕石，基本上由鐵鎳合金組成的隕石稱鐵隕

4、石。2.隕石分類3.碳質(zhì)球粒隕石碳質(zhì)球粒隕石形成于遠離太陽的低溫區(qū)域，未經(jīng)受熱變質(zhì)作用影響，是分異最小、 最原始的太陽星云凝聚物質(zhì)4.隕石-研究意義 它是認識宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化的最易獲取、數(shù)量最大的地外物質(zhì)； 也是認識地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源； 隕石中的60多種有機化合物是非生物合成的“前生物物質(zhì)”，對探索生命前期的化學演化開拓了新的途徑； 可作為某些元素和同位素的標準樣品（稀土元素，鉛、硫同位素）。5.太陽系元素豐度的總體規(guī)律（元素的豐度特征） 1). 原子序數(shù)較低的范圍內(nèi)，元素豐度隨原子序數(shù)增大呈指數(shù)遞減，而在原子序數(shù)較大的范圍內(nèi)（Z45）各元素豐度值很相近

5、。2). 原子序數(shù)為偶數(shù)的元素豐度遠遠高于相鄰的原子序數(shù)為奇數(shù)的元素。具有偶數(shù)質(zhì)子數(shù)（A）或偶數(shù)中子數(shù)（N）的核素豐度總是高于具有奇數(shù)A或N的核素。這一規(guī)律稱為奧多-哈根斯法則，亦即奇偶規(guī)律。    3). H和He是豐度最高的兩種元素。這兩種元素的原子幾乎占了太陽中全部原子數(shù)目的98。 4). Li、Be和B具有很低的豐度，屬于強虧損的元素，而O和Fe呈現(xiàn)明顯的峰，它們是過剩元素。 5).質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)（即粒子質(zhì)量的倍數(shù)）的核素或同位素具有較高豐度。例如，4He（Z=2，N2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）和140Ce(Z=58,N

6、=82)等都具有較高的豐度。     6.地殼元素分布規(guī)律（豐度特征）地殼中元素的克拉克值是極不均一的元素的克拉克值大體上隨原子序數(shù)的增大而減小。周期表中前26種元素（從H至Fe）的豐度占地殼總重量的99.74%原子序數(shù)為偶數(shù)的元素豐度高于相鄰的原子序數(shù)為奇數(shù)的元素。周期表中原子序數(shù)為偶數(shù)的元素總分布量(占86.36%)大于奇數(shù)元素的總分布量(占13.64%)。7. 元素克拉克值的意義可作為元素集中、分散的標尺 ； 控制元素的地球化學行為8.太陽系、地球、地殼中前十種元素及特征 太陽系： H>He>O>Ne>N> C>Si>

7、;Mg>Fe>S 地球： Fe>O>Mg>Si>Ni> S>Ca>Al>Co>Na 地殼： O>Si>Al>Fe>Ca> Na>K>Mg>Ti>H     對比地殼、整個地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們在元素豐度的排序上有很大的不同：與太陽系或宇宙相比，地殼和地球都明顯地貧H, He, Ne, N等氣體元素；而地殼與整個地球相比，則明顯貧Fe和Mg，同時富集Al, K和Na。 第二章 元素的結(jié)合規(guī)律 第一節(jié) 元素的地球化學親和性 在自

8、然體系中，元素形成陽離子的能力和所顯示的有選擇地與某種陰離子結(jié)合的特性稱為元素的地球化學親和性。2.元素的親氧性和親硫性2.1.氧和硫的基本性質(zhì)同族元素，外電子層結(jié)構(gòu)相似，均為二價硫的電負性小， 離子半徑較大O、S、Te三種元素隨原子序數(shù)的增加，外層電子的電離能(I)減小，電子親合能(E)減弱，電負性變小，作為陰離子形成離子鍵化合物的能力減小，而形成共價鍵化合物的能力增大。O、S、Te都形成二價陰離子，隨原子序數(shù)的增加，離子半徑、原子半徑都增加，而且離子半徑與原子半徑的差距也有所增加，這表明形成化合物時，其離子鍵能的減弱比共價鍵能的減弱的趨勢更快。2.2親氧元素-親石元素 自然界中，元素傾向與

9、氧結(jié)合形成離子鍵的性質(zhì)，稱為親氧性居周期表的左方，包括第四、五和六長周期的前半周期的元素離子具惰性氣體的電子層結(jié)構(gòu)電負性較小電價較高2.3親硫元素-親銅元素 自然界中，元素傾向與硫結(jié)合形成共價鍵的性質(zhì)，稱為親硫性居周期表的右方，包括第四、五和六長周期的后半周期的元素。離子具有18或18+2的外電子層結(jié)構(gòu)電負性較大(1.52.1)電價較低(一、二價為主) 2.4.親鐵元素在自然界中，特別是O，S豐度低的情況下，一些元素往往以自然金屬狀態(tài)產(chǎn)出，常常 與鐵共生，以金屬鍵性相互結(jié)合，這種傾向性稱為親鐵性，這些元素稱之為親鐵元素。 居于元素周期表的中部。原子具有d亞層充滿或接近充滿的電子構(gòu)型，有8-18

10、的外電子層結(jié)構(gòu)電負性中等，能保持原子中的電子不被剝奪，也無力奪取外來電子具有較高第一電離能2.5親氣元素原子最外層電子具有8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，s2p6具有揮發(fā)性或傾向形成易揮發(fā)化合物集中于大氣圈。6.注：自然界元素的親和性不是絕對的，存在著雙重性和過渡性。元素的親和性與體系中陰陽離子的相對豐度有關(guān)，與離子的價態(tài)也有關(guān)第二節(jié) 元素的地球化學分類 確定自然體系中元素的地球化學行為與周期表的關(guān)系，反映原子結(jié)構(gòu)與元素在天然作用中的行為和自然組合之間的聯(lián)系。6.1戈爾德施密特的元素地球化學分類根據(jù)隕石的三個相：自然鐵、硫化物、硅酸鹽中元素的分配礦石熔煉過程中出現(xiàn)的三個類似的相：金屬、冰銅(硫化物)和礦渣(硅

11、酸鹽)中的元素組合各金屬元素的生成吉布斯函數(shù) 設(shè)想各元素組合可能分別代表地核、地幔和地殼的組成特征，提出了一個已被廣泛應(yīng)用的元素地球化學分類 親石親硫親鐵親氣6.2分類中常用術(shù)語1)主量元素和微量元素2)造巖元素構(gòu)成巖石圈的主量元素3)稀土元素鑭系+Y4)鉑族元素Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt5)放射性元素Z>=84， U，Th6)兩性元素As,Sb,Bi7)高溫成礦元素Zr,Hf,Nb,Ta,W,Mo,Re,Tc8)金屬成礦元素貴金屬元素和重金屬元素10)陰離子族O,S,Se,Te,F,Cl,Br,I（礦化劑）元素的賦存形式 元素的賦存形式是指元素在一定的自然過程或其演化歷史的某個

12、階段所處的狀態(tài)及其與共生元素間的結(jié)合關(guān)系。1. 元素在固相中的存在形式獨立礦物、類質(zhì)同象混入物（也稱為結(jié)構(gòu)混入物）、超顯微非結(jié)構(gòu)混入物（包裹體）、吸附、與有機質(zhì)結(jié)合2. 元素在流體相中的存在形式真溶液、膠體、懸浮物；離子、中性分子、絡(luò)合離子第三節(jié) 元素的類質(zhì)同象規(guī)律1.類質(zhì)同象的定義某些物質(zhì)在一定的外界條件下結(jié)晶時，晶體中的部分構(gòu)造位置隨機地被介質(zhì)中的其它質(zhì)點（原子、離子、配離子、分子)所占據(jù)只引起晶格常數(shù)的微小改變，晶體構(gòu)造類型、化學鍵類型保持不變的現(xiàn)象稱為“類質(zhì)同象”。進入晶體中的微量物質(zhì)稱為“類質(zhì)同象混入物”，含有類質(zhì)同象混入物的晶體稱為固溶體。 如果兩種組分能以任意比例互溶，從而形成一

13、系列任意比例的固溶體時，稱為完全類質(zhì)同象。如果兩種組分僅能以有限的比例相互置換時，稱為不完全類質(zhì)同象。（出溶）2.控制類質(zhì)同象置換的晶體化學因素 2.1 離子鍵化合物發(fā)生類質(zhì)同象時要求離子半徑相似，電價相同或電價平衡。同價類質(zhì)同象發(fā)育程度主要取決于離子半徑差(r/r)，差值增大，類質(zhì)同象置換范圍減小。異價類質(zhì)同象時要進行電價補償，不同電價的離子必須按一定的比例配合進行置換，使正負離子電荷保持平衡。電價補償?shù)耐緩剑寒悆r類質(zhì)同象的對角線法則異價類質(zhì)同象要求元素間電價平衡，類質(zhì)同象元素間的半徑差可以更大一些。在周期表左方，位于對角線上的親氧元素間半徑近似，所以異價類質(zhì)同象在周期表上存在對角線法則。

14、2.2共價鍵化合物中發(fā)生類質(zhì)同象置換要求鍵長和配位數(shù)相似。2.3要求端員化合物的化學鍵相似，即/類質(zhì)同象元素/對應(yīng)具有近似的成鍵軌道和相近的電負性，否則不能形成類質(zhì)同象。2.4有利的礦物晶體構(gòu)造：礦物的晶體構(gòu)造越復雜、松弛，發(fā)生類質(zhì)同象的可能性越大。例1：Cu與 Na， Hg與 Ca電價相同，半徑相似電價：Cu+, Na+；Hg2+, Ca2+離子半徑：rCu+0.096nm，rNa+0.098nm ； 電負性：Cu為1.8，Na僅為0.9 rHg2+0.112nm，rCa2+0.106nm Hg為1.9，Ca僅為1.0親和性：Cu、Hg親硫，Na、Ca親氧 在硅酸鹽造巖礦物中很少有Cu+、H

15、g 2+的存在；在硫化物（Cu、Hg）礦物中也不易發(fā)現(xiàn)Na+、Ca2+ 解釋： 鍵性不同，彼此不能置換。Cu, Hg是親硫元素，傾向于形成共價鍵；Na,Ca是親氧元素，傾向于形成離子鍵3.類質(zhì)同象置換法則（戈爾德施密特 1937）3.1 若兩種離子半徑相似，電價相同，則半徑較小的離子優(yōu)先進入礦物晶格，即較小離子集中于較早期的礦物中，而較大離子集中于較晚期礦物中。3.2 若兩種離子半徑相似，而電價不同，則較高價離子優(yōu)先進入礦物晶格，集中于較早期的礦物中，稱為“捕獲”，而較低價離子集中于較晚期的礦物中，稱為“容許”。 如熔體中微量元素： Sc3+ (0.083nm)， Li+  (0.0

16、78nm)                         主量元素： Fe2+ (0.083nm)， Mg2+(0.078nm) 高價的Sc3+ 被早期輝石、角閃石等鐵鎂礦物所“捕獲”(Li+ 仍在熔漿中)。故Sc在基性 、超基性巖中富集。低價的Li+被晚期黑云母、電氣石等鐵鎂礦物所“允許”。所以，酸性巖、偉晶巖中Li富集。3.3隱蔽法則：兩種離子具有相近的半徑和相同的電荷，

17、豐度高的主量元素形成獨立礦物，豐度低的微量元素進入礦物晶格，為主量元素所“隱蔽”。 例如：K+(1.33Å)為主量元素，形成鉀長石、石榴石等礦物；Rb+(1.49Å)為微量元素以類質(zhì)同象形式為K+所“隱蔽”。3.4林伍德對戈氏法則的補充： 兩種離子具有相近的半徑和相同的電荷，當離子鍵成分不同時，具有較低電負性者將優(yōu)先被結(jié)合，因為它們形成一種離子鍵成分較多的較強的化學鍵。例： 理論上，Zn2+(0.83Å)與Mg2+(0.78Å), Fe2+(0.83Å)離子性質(zhì)很相似, 按戈氏法則能進入鐵鎂硅酸鹽晶格。 事實上，在硅酸鹽熔體中往往形成ZnSiO

18、4 (硅鋅礦),Zn4Si2O7 OH2 · 2H2O (異極礦)。 Zn2+ 857.7 KJ/mol ；Fe2+ 774 KJ/mol ；Mg2+ 732 KJ/mol4. 影響類質(zhì)同象的物理化學環(huán)境 溫度、壓力與介質(zhì)中各離子濃度(包括氧逸度、pH值等)對類質(zhì)同象的發(fā)育都有影響。4.1溫度溫度對類質(zhì)同象的影響很大，溫度增高，有利于類質(zhì)同象發(fā)生。有些組分，在低溫時為不完全類質(zhì)同象，而在高溫時可以形成完全類質(zhì)同象。 例如:鉀鈉長石KAlSi3O8NaAlSi3O8，離子半徑差r/r(rK+-rNa+) rNa+36，高溫時形成的混晶隨溫度降低將發(fā)生分解，這種類質(zhì)同象的分解，稱出溶現(xiàn)象

19、。 例如:高溫的鉀鈉長石分解為鉀長石和鈉長石，轉(zhuǎn)變?yōu)闂l紋長石。 閃鋅礦中的黃銅礦、方鉛礦中的輝銀礦等。4.2 壓力一般認為壓力作用較小，壓力增大時，將減少類質(zhì)同象的范圍，而促使類質(zhì)同象物分解。 4.3 離子濃度當一種熔體或溶液中缺乏某種元素時，與其相似的其它元素將進入晶格而形成類質(zhì)同象，這種現(xiàn)象被稱為“補償類質(zhì)同象”，例如:磷灰石Ca5 (PO4) 3結(jié)晶時，若Ca含量不足，則Sr及稀土等元素就易進入磷灰石晶格。第三元素的存在影響類質(zhì)同象的范圍例如，在鉀鈉長石類質(zhì)同象系列中，介質(zhì)中較富于鈣長石時，由于鈣長石與鈉長石形成完全類質(zhì)同象系列的斜長石，從而將降低鉀長石中鈉長石分子的含量。氧化還原電位對

20、變價元素類質(zhì)同象影響很大，它可以改變元素的電價，從而改變元素類質(zhì)同象的范圍。例如，F(xiàn)e和Mn在內(nèi)生作用中都呈二價狀態(tài)，Mn2+主要呈類質(zhì)同象狀態(tài)存在Fe2+的礦物中。進入表生作用條件， Fe2+易于變成Fe3+，從而使Fe3+和Mn2+分別結(jié)合于不同的礦物之中。U、Th、V、Ti等都有類似的現(xiàn)象。 4.5類質(zhì)同象的意義確定了元素的共生組合；影響元素的集中和分散；標志類質(zhì)同象的形成環(huán)境例1：Be堿性巖體: Be豐度7-9×10-6（高），不能形成獨立礦物；酸性花崗巖巖體:Be豐度3-5 ×10-6（低）,在酸性花崗巖中的偉晶巖脈中, 形成Be3Al2Si6O18 (綠柱石)為

21、什么呢? Be2+, r=0.35Å, 電負性1.5，屬兩性元素。在硅酸鹽熔體中，與Be2+最接近的常量元素是Si 4+。Be2+可以BeO46- 的形式對SiO44-進行代換， 實行這種代換需要的兩個條件： 第一， 介質(zhì)呈堿性， Be2+兩性元素，介質(zhì)必須在堿性條件下才能以酸根的形式存在; 第二，具有高價陽離子，以補償BeO46-的類質(zhì)同象代換SiO44-時, 電價和能量的差異。 堿性巖漿的條件：富Na,富K, 介質(zhì)是堿性，Be2+以鈹酸根的形式BeO46- 存在，同時巖漿中具有較豐富的高價陽離子，Ti4+, Zr4+, REE3+等，堿性巖漿的這種條件有利于Be的類質(zhì)同象代換。這

22、樣,在堿性巖巖漿中Be大量進入造巖礦物晶格而分散在巖石中, 不利于Be的富集，雖堿性巖中Be豐度很高，但不能富集成礦。 酸性巖漿的條件：富Si介質(zhì)呈酸性，Be2+呈BeO、Be2+形式。 這樣，不具備與SiO44-類質(zhì)同象代換的條件, Be無法進入造巖礦物晶格。由此, Be元素大量集中在殘余熔漿中，最后在富含揮發(fā)份的花崗偉晶熔漿中成礦。例2“骨痛病”的元兇是誰？ 十九世紀末，歐洲有一個礦業(yè)主，開鉛鋅礦暴發(fā)后，轉(zhuǎn)入了金融界，他在廢棄礦場附近的風景優(yōu)美處，蓋起了一幢豪華別墅，把他的雙親及仆人接進別墅享晚年。然而沒有過幾年，別墅中的主人、仆人都得了一種奇怪的病，渾身上下的骨骼疼痛難忍，到了后期骨骼極

23、為疏松，手腳稍用力，彎腰略一閃，骨骼就斷裂、破碎，最后住在別墅中的人一個個痛苦地死去。這期間富翁請了許多名醫(yī)都未能查出病因，懷疑有人下毒，最后請了法醫(yī)來鑒定。法醫(yī)左查右查，終于發(fā)現(xiàn)病人破碎的骨骼中有一種叫鎘（Cd）的元素含量異常高。這種病癥當時在歐洲還是首次發(fā)現(xiàn)，后定名為 “骨痛病”。案例分析：廢棄的礦山是鉛鋅礦，一般為PbS、ZnS等硫化物礦石。 Zn2+， 0.83Å，電負性1.6，地殼豐度70×10-6； Cd2+， 0.97Å，電負性1.7，地殼豐度0.2×10-6。兩者地球化學性質(zhì)極為相似，Cd往往以類質(zhì)同象的形式置換閃鋅礦(ZnS)中的Zn。

24、 礦石開采后其廢渣堆放在地表（其中仍有一定量的PbS和ZnS ）。在地表的強氧化環(huán)境下：ZnSO4, CdSO4溶解度大，能長期溶解在水中遷移（只有在強堿性條件下，才會沉淀）。人長期飲用含有Cd2+離子的水，食用在生長過程中吸收并濃集了溶于水中Cd2+的糧食、瓜果、蔬菜等， Cd2+漸漸地在人體骨骼中聚積，而導致中毒。第4節(jié) 元素在水流體相中的存在形式 真溶液（在真溶液中僅包括中性分子及離子狀態(tài)）、膠體、懸浮物；離子、中性分子、絡(luò)合離子。1.元素在水流體相中的存在形式，真溶液中僅包括中性分子及離子狀態(tài)1）對于離子鍵化合物，通常解離成一些簡單離子。2）隨著鹽類化合物組成元素的電價增高，或化學鍵成

25、分中共價性增強，化合物的解離程度迅速減小。水溶液中分子和離子共存，分子可能更為主要。3）配離子在含有高濃度電解質(zhì)的鹵水及內(nèi)生熱液中，由于K+、Na+、Mg2+、Ca2+及F-、Cl-、CO32-、HS-、S2-及S2O32-等離子的大量存在，許多金屬以絡(luò)離子的形式遷移。由一個中心陽離子（或原子）和一定數(shù)目的中性分子或陰離子以配位鍵結(jié)合，形成具有獨立化學和晶體化學性質(zhì)的復雜離子。與陽離子結(jié)合的陰離子或分子叫配位體。2. 元素在水流體相中的存在形式控制因素1） 溶劑性質(zhì)水分子的結(jié)構(gòu)2）溶質(zhì)性質(zhì)離子電位()：是離子電價和離子半徑（單位為10nm)的比值 <2.5: 電價低、半徑大的陽離子(堿金

26、屬、堿土金屬)在水中爭奪O2-的能力比H+弱，它們的氧化物、氫氧化物或其它鹽類化合物在水中溶解后，都呈自由陽離子形式存在。也稱堿性離子。=2.5-8.0:多偏高價和具中等離子半徑（Fe3+、Zr4+）在水中的存在形式不是固定的，隨溶液的酸堿不同而不同。它們與H+爭奪O2-的能力相近，在H+濃度很大時(酸性溶液)，它們才能成簡單自由離子形式，否則將形成各種復雜的配離子或形成氫氧化物沉淀。>8.0:化合價高、半徑又小的陽離子(B3+、C4+、N5+、Si4+、P5+、S6+等)爭奪O2-的能力比H+大得多，所以一般與O2-能結(jié)合成極穩(wěn)定的酸根離子形式存在。如CO32-、SO42-、PO43-

27、等，也稱酸性離子。3）環(huán)境條件(溫度、壓力、Eh值PH值等)3.決定配合物形成穩(wěn)定性的因素包括兩個方面的因素：一是中心離子及配位體的性質(zhì)， 以離子鍵為主的配合物中，中心陽離子電價愈高，半徑愈小，即離子電位愈高，配合物愈穩(wěn)定。 化學鍵中共價鍵程度的增高，配合物的解離將減弱，所以隨著中心離子電負性的增加，二是介質(zhì)濃度，尤其是配位體陰離子濃度的影響，溫度、壓力及pH值、Eh值等條件。研究絡(luò)合物穩(wěn)定性的意義1）共同遷移、共同沉淀決定了自然界元素的共生組合。2）配合物不穩(wěn)定常數(shù)的差異又帶來自然界性質(zhì)相似元素的分離。第3章 元素在水介質(zhì)中的地球化學遷移 在自然體系中，當元素發(fā)生結(jié)合狀態(tài)變化并伴隨有元素的空

28、間位移時，稱元素發(fā)生了地球化學遷移。 在元素遷移途中，如果環(huán)境的物理化學條件發(fā)生了急劇變化，導致介質(zhì)中原來穩(wěn)定遷移的元素遷移能力下降，元素因形成大量化合物而沉淀，這些引起元素沉淀的條件或因素就稱為地球化學障第1節(jié) 元素在水介質(zhì)中的遷移水遷移系數(shù)Kx是指地表水或地下水的礦物質(zhì)總量與該區(qū)巖石中相應(yīng)元素含量的比值。影響元素在水介質(zhì)中遷移的主要因素：1.與元素性質(zhì)有關(guān)：體系中元素的豐度、元素在固相中的存在形式和進入水相后的存在形式2.與環(huán)境有關(guān)：A體系的組成和環(huán)境的溫、壓、pH和Eh值等物理化學條件（1）體系組成對水介質(zhì)中元素遷移的影響 活度積原理 當溫度一定時，難溶強電解質(zhì)溶液中離子活度的乘積為一常

29、數(shù)，稱為活度積 當溶液中某物質(zhì)的離子活度之積達到和超過該物質(zhì)的活度積時，該物質(zhì)即析出，這種溶解-沉淀關(guān)系稱為活度積原理。 當在難溶化合物的飽和溶液中加入與該化合物有相同離子的易溶化合物時，原難溶化合物的溶解度將會降低，稱為共同離子效應(yīng)。 因易溶電解質(zhì)濃度的增大導致其他難溶化合物溶解度增大的效應(yīng)稱為鹽效應(yīng)。（2）溶液pH值對元素遷移的影響 大部分金屬元素在水體中以氫氧化物的形式存在，其遷移能力因氫氧化物的沉淀而降低。金屬元素的氫氧化物從溶液中沉淀主要受溶液酸堿度（開始沉淀時的pH 值）的控制。 pH值影響許多化合物的溶解度。 A. 酸性氧化物，隨溶液堿性程度增加而溶解度增大。 B. 中性(兩性)

30、氧化物，則在強酸與強堿介質(zhì)中溶解度增高，而在中性水中溶解極少。 C. 弱酸根或弱堿離子的化合物在水中的溶解度也受pH值的影響。 pH值影響元素在溶液中的遷移形式，從而影響元素的共生和分離。一般在酸性條件下，兩性元素以簡單離子和氫氧化物的形式遷移，在堿性條件下以酸根絡(luò)合物形式遷移。 鹽類水解多生成酸，水解作用過程受pH值的影響。（3）氧化還原電位對元素遷移的影響介質(zhì)的氧化還原電位決定了離子在水中的狀態(tài)及其共生關(guān)系第二節(jié) 元素在表生環(huán)境中的行為表生作用是指地球最表層進行的地質(zhì)地球化學作用，是巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈之間互相復雜作用的總和以水溶液和水巖反應(yīng)為主,在巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈發(fā)生

31、交替和重疊作用的空間稱為表生帶。風化作用是指在表生作用條件下使巖石、礦物遭到破壞的地質(zhì)作用，是地殼最表層的巖石，在大氣、水和生物等營力作用下發(fā)生的機械和化學變化的過程。風化殼暴露在地表的巖石經(jīng)風化后，不穩(wěn)定的礦物發(fā)生分解，可溶性物質(zhì)隨水流失，剩下物質(zhì)殘留原地，與經(jīng)生物風化形成的土壤在陸地上形成不連續(xù)的薄層，稱為風化殼。表生環(huán)境的特點1）常溫；常壓2）水介質(zhì)大量廣泛的存在； 溶解作用 水解作用是水電離產(chǎn)生的H+、OH-與礦物中的離子間發(fā)生的交換反應(yīng)。 作為溶劑的水，分子極性很強，常把一部分溶質(zhì)結(jié)合成水合物，這種過程稱水合作用。3） 常處于氧化還原界面； 氧化作用：含有變價元素的原生礦物在氧和水的

32、作用下發(fā)生分解，形成表生條件下穩(wěn)定的較高價態(tài)的氧化物、氫氧化物和含氧鹽 4） 常處于CO2作用下；5） 生物和有機質(zhì)參加作用影響表生/風化作用的因素1) 水、氧及二氧化碳2）pH、Eh3）有機質(zhì)、膠體4）地形和構(gòu)造條件5）氣候條件（重要）6）巖石及基巖的礦物、化學成分條件第三節(jié) 元素在熱液環(huán)境中的行為熱液作用環(huán)境的特點1.高溫、高壓環(huán)境2.相對少量水的體系3.pH值變化于3-9之間4.氧逸度相對較低5.溶液鹽度變化大6.有生物和有機質(zhì)參與作用熱水溶液中成礦元素的遷移形式熱液中重金屬最可能的遷移形式是配合物，熱水溶液中主要的配合物有：硫配合物， （HS-、S2-、SO42-），鹵族元素配合物，（

33、 F-、Cl- ），羥基配合物，（OH-），碳酸鹽配合物等，（HCO3-，CO32-）高價元素如Sn4+、Ti4+、Zr4+、Nb5+、Ta5+等易呈氟的配合物形式遷移，(如SnF62-、 TiF62-、 ZrF62-、 NbF72-、TaF72-、TiOF42-、ZrOF42-、 NbOF52-、Sn(F，OH)62-等)Fe、Cu、Pb、Ag、Mn等元素易成氯配合物形式遷移，(如PbCl42-、 FeCl63-等)在富硫的熱液中，Mo、Co、Ni、Zn、Fe、Pb、Cu、Ag、Hg等還可呈硫配合物形式搬運。第6章 巖漿作用中的地球化學元素在巖漿熔體中的存在形式 A.實驗證明硅酸鹽熔體具有導

34、電性，說明熔體中有離子存在。 B.將硅酸鹽礦物加熱達到熔點時，熔體的體積僅有很小的增大(5-15%)，表明接近或處于熔點時，熔體中元素的聚合排列形式非常接近固體的情況，具有一定的有序結(jié)構(gòu)。巖漿演化過程中元素的行為1、造巖元素在巖漿結(jié)晶分異過程中的演化隨著巖漿的分異， SiO2的含量增加，硅與氧的聚合程度愈來愈高，Si/O值由1/4變至接近1/2。在巖漿結(jié)晶分異過程中Mg和Fe的含量遞減。Ca的晶出主要在基性巖漿階段，當巖漿演化為酸性或堿性時，鈣含量遞減。在巖漿結(jié)晶分異過程中Na和K含量遞增，至巖漿演化晚期更富K。不連續(xù)系列：橄欖石輝石角閃石黑云母鉀長石；相應(yīng)的主要陽離子的晶出順序為MgFeCaNaK連續(xù)過渡：鈣長石鈉長石鉀長石；相應(yīng)的陽離子的晶出順序分別為：CaNaK（2）影響因素壓力：在地幔環(huán)境下，由于壓力增大，礦物的晶出常違反鮑溫系列。氧逸度揮發(fā)組分影響礦物結(jié)晶順序，特別是氧分壓和其它揮發(fā)組分的聯(lián)合影響常改變礦物的結(jié)晶順序。巖漿的冷卻速度2、氧在巖漿中的三種結(jié)構(gòu)狀態(tài)橋氧-連結(jié)兩個Si-O四面體的