地球化学第三章-元素迁移知识研讨.ppt

第三章 自然体系中元素的地球化学迁移;本章主要内容;地球尺度的物质循环与迁移;岩石圈三类岩石的物质循环;地球生物圈的物质循环与迁移;§1. 地球系统的化学作用类型;岩-岩化学作用 球外物质撞击地球表面的岩石，在构造断裂带岩石间的相互挤压造成岩石变质。 有机化学作用 地球表层生物参与风化作用过程，在地球一定深度形成石油和天然气的过程。;化学迁移---物质在硅酸盐熔体、水溶液和气相中的迁移。 生物迁移---以有机物形式发生的迁移，常与生物活动有关。 机械（物理）迁移---元素的存在形式一般不发生变化，物质以岩屑、矿物碎屑等形式迁移。;当体系与环境处于不平衡条件时，元素将从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移，以达到与新环境条件的平衡，该过程称为元素的地球化学迁移。; 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； 随之，元素发生空间位移，在这一阶段元素有一定的迁移形式，但并没有形成稳定的固相化合物； 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。;元素迁移的三个阶段;通过体系矿物组合的变化判断（宏观判断）;通过岩石中元素含量的系统测定和定量计算来判定;等体积计算法：;等阴（氧）离子计算法：;物理化学界面（体系条件变化）;第二节 水-岩化学作用及其类型;自然界元素迁移的主要特点是有流体相参加（气相、水溶液相、熔体相及生物相）。地表条件以地壳与水圈直接接触为特征。水溶液相在自然界对元素的迁移具有极其重要的意义。具体表现为：;§1. 水-岩化学作用的定义;§2. 水-岩化学作用的物理化学条件;低温水-岩化学作用 1、 过量水的体系：地球表面大洋面积占71%，大陆面积占29% 。 2、水-岩间长期的化学作用使 水体系中含有大量的作用剂（O2，CO2，H+，OH-）和各类电解质盐类（Na、K、Ca、Mg的盐），同时水有很好的流动性。因此，表生化学作用过程中水既是作用介质，又是良好的溶剂和搬运剂。 3、有生物和有机质参加作用。;低温水-岩化学作用 4、富氧 ( fo2 = 0.213×105Pa )和富CO2 ( fco2 = 3.04 × 10 Pa）的环境。 5、低T（-75 ~ +200）而迅速变化（昼夜和季节变化）的温度条件。 6、低压（通常1~200×105Pa，深海成岩可达5000×105Pa）条件。;高温水-岩化学作用 1、相对少量水的体系：地壳岩石中平均含水量约为4% （相当于上地幔含水量0.35%的11倍），地壳总质量为2.6×1019吨，因此地壳总水量为 1018吨，相当于水圈质量的0.7倍。 2、水体系中含大量的作用剂和各类电解质盐类，深源水中常含丰富的成矿物质。但高温水组成变化大。高温水-岩化学作用过程中，水仍然既是作用介质，又常作为溶剂和搬运剂。 3、氧逸度较低且变化范围较宽，是相对富CO2和富SO2-SO3的环境。;高温水-岩化学作用 4、温度范围宽，为 50 ~700 ( 200 ~400 )℃。压力变化范围也较宽，为100~2000×105Pa。高温水-岩化学作用的压力不仅取决于深度，也与岩石的结构和地质构造环境有关。 5、pH值主要在3~9之间变化：水溶液中H+和OH-的活度积与溶液温度有关，230℃时活度积最高，[H+]×[OH-] 为10-12.3，高温热液的pH值和中性点可据热液活度积计算。在 200~400℃温度下热液pH值的中性点值为5.7~6.2。 6、生物和有机质的作用不如低温条件下活跃。;相对于低温水岩作用，高温水岩作用具以下特点: 1、高温水溶液中除简单离子（卤化物）外，络合物（络离子）是成矿元素在水溶液中的重要存在形式。如Na[Sn(F,OH)6]、(K,Na)2[WO2F4]和(K,Na)2[MoO4]就是锡、钨、钼在高温热液中可能的迁移形式。;2、除CO2外，H2S、H2、NH4、F、B和PO43-、H2O等气体元素和组分也经常参与高温水-岩化学作用。 3、由于在高温水溶液中常存在大量的易溶盐类，增大了难溶元素在溶液中的溶解度，在这样的溶液体系中存在盐效应。;§3. 水-岩化学作用的类型;氧化还原反应;还原作用是氧化作用的逆过程。如三价铁还原为亚铁，硫酸盐的高价硫被还原为负二价硫等： 2Fe2O3·3H2O+C==4FeO+ CO2+3H2O 细菌常参与氧化和还原反应： 喜氧细菌起氧化作用，其中一种嗜铁杆菌能将Fe2+ 氧化成Fe3+，另一类嗜硫杆菌能将硫化物的硫氧化成硫酸盐。 厌氧细菌起还原作用，能把SO42-还原为H2S