地球化學

1. 地球化學名詞解釋

地球化學是研究地球的化學組成、化學作用和化學演化的科學，它是地質學與化學、物理學相結合而產生和發展起來的邊緣學科。自20世紀70年代中期以來，地球化學和地質學、地球物理學已成為固體地球科學的三大支柱。它的研究范圍也從地球擴展到月球和太陽系的其他天體。 地球化學的理論和方法，對礦產的尋找、評價和開發，農業發展和環境科學等有重要意義。地球科學基礎理論的一些重大研究成果，如界限事件、洋底擴張、岩石圈演化等均與地球化學的研究有關。它已經成長為地球科學的支柱學科，在此學科有突出貢獻的有南京大學地球科學與工程學院、中國地質大學（武漢）。
基本內容
地球化學主要研究地球和地質體中元素及其同位素的組成，定量地測定元素及其同位素在地球各個部分(如水圈、氣圈、生物圈、岩石圈)和地質體中的分布；研究地球表面和內部及某些天體中進行的化學作用，揭示元素及其同位素的遷移、富集和分散規律；研究地球乃至天體的化學演化，即研究地球各個部分，如大氣圈、水圈、地殼、地幔、地核中和各種岩類以及各種地質體中化學元素的平衡、旋迴，在時間和空間上的變化規律。
基於研究對象和手段不同，地球化學形成了一些分支學科。
元素地球化學是從岩石等天然樣品中化學元素含量與組合出發，
比如已經測得太陽系各行星形成的年齡為45～46億年，太陽系元素的年齡為50～58億年等等。另外在礦產資源研究中，有機地球化學是研究自然界產出的有機質的組成、結構、性質、空間分布、在地球歷史中的演化規律以及它們參與地質作用對元素分散富集的影響。生命起源的研究就是有機地球化學的重要內容之一。
天體化學是研究元素和核素的起源，元素的宇宙豐度，宇宙物質的元素組成和同位素組成及其變異，天體形成的物理化學條件及在空間、時間的分布、變化規律。
環境地球化學是研究人類生存環境的化學組成化學作用、化學演化及其與人類的相互關系，目前是人們未來研究的熱門方向。
礦床地球化學是研究礦床的化學組成、化學作用和化學演化。著重探討成礦的時間、物理化學條件、礦質來源和機理等問題。它綜合元素地球化學、同位素地球化學、勘查地球化學和實驗地球化學等分支學科的研究方法和成果，為礦產的尋找、評價、開發利用服務。
區域地球化學是研究一定地區某些地質體和圈層的化學組成、化學作用和化學演化，為劃分元素地球化學區和成礦遠景區提供了依據。
勘查地球化學是通過對成礦元素和相關元素在不同地質體及區帶的含量和分布研究，導致發現地幔組成的不均一性(垂向的和區域的)，在研究方法上，地球化學綜合地質學、化學和物理學等的基本研究方法和技術，形成的一套較為完整和系統的地球化學研究方法。這些方法主要包括：
在思維方法上，對大量自然現象的觀察資料和岩石、礦物中元素含量分析數據的綜合整理，廣泛採用歸納法，得出規律，建立各種模型，用文字或圖表來表達，稱為模式原則。
如量子力學、化學熱力學、化學動力學核子物理學等，以及電子計算技術的應用使地球化學提高了推斷能力和預測水平。
地球化學的分析測試手段也將更為精確快速，微量、超微量分析測試技術的發展，將可獲得超微區范圍內和超微量樣品中元素、同位素分布和組成資料。

2. 　區域地球化學

一、區域地球化學背景

據陝西省地礦局物化探隊資料（表1-3），東准噶爾地球化學場具有以下幾個特點。

表1-3東准噶爾地區多元素平均值（X）、變異系數（C_v）、濃集克拉克值（K）

註：Ag、Hg、Au以10^-9計；Al、Ca、Fe、Mg、Na、Si以10^-2計；其餘元素以10^-6計。

（1）Si、Al、Na、K、Be、Ba、U、Sn、W等親陸殼元素偏高，反映本區地殼演化成熟度較高。

（2）成礦元素Au、Cu明顯低於地殼克拉克值（黎彤），但礦化劑元素As、F、B等偏高，Ag略高於地殼克拉克值。

（3）成礦元素Au、As、Sb、Bi、Hg、Cu、Pb、Sn、Mo、Ag變異系數大，反映後生地球化學作用明顯，具有成礦的可能性。

（4）從空間分布上看，西段主要富集Si、Al、K、Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、Cu、Pb、Zn、W、Sn、U、Co、Ni、Cr、V、Ti等；中段主要富集Ca、Mg、Na、Fe、Ti、V、Cr、Co、Ni、Pb、Zn、Cd、Sb、Th、La、Nb、Li、Be、B、Bi、Sn等；東段主要富集Si、Al、K、Ba、Au等（圖1-4、圖1-5），具有明顯的分區性。多數元素的高值帶長軸呈北西西向展布，顯示受區域構造控制。

二、區域地層及岩漿岩地球化學特徵

（一）主要地層地球化學特徵

這里側重考察成礦元素的地球化學特徵。按成礦元素含量變化規律，大體可概括以下3類。

圖1-4東准噶爾地區金元素地球化學圖

圖1-5東准噶爾地區銅元素地球化學圖

第1類：如Au、Cu、Zn、Hg等元素，其含量隨地層由老至新逐漸減少，尤以Au、Hg較明顯。

第2類：如Ag、Pb等元素，其含量隨地層由老至新逐漸增加。

第3類：如As、Sn、Mo等元素，其含量隨地層時代變化起伏不大（圖1-6）。

圖1-6各時代地層元素含量分布圖

A—卡姆斯特地區；B—卡拉麥里地區；C—奧什克山地區；D—庫普—老君廟地區；E—紅柳峽—東泉地區；F—巴里坤地區

從濃度系數來看，多數成礦元素含量均較低，其中大於1的僅有Au、Ag、Sn。Au在志留系中為1.06,Ag在石炭系中為1.07,Sn在志留系、泥盆系、石炭系中分別為1.22、1.16、1.22。

從變異系數來看，Au、Bi、Hg、Sb在泥盆系、石炭系中變異系數較大，其中Au分別為1.83、3.04;Bi分別為1.37、1.41;Hg分別為2.83、1.31;Sb分別為1.14、1.19。

（二）主要岩漿岩類型的地球化學特徵

據陝西省地礦局物化探隊資料（表1-4）分析，區內主要岩漿岩類型的成礦元素地球化學具有以下特點。

（1）隨岩石酸性程度增高，Au含量增高，變異系數增大，與新疆北部岩漿岩Au含量變化趨勢頗為一致。

（2）隨岩石酸性程度升高，Cu含量減少，變異系數增大，與新疆北部岩漿岩Cu含量變化趨勢也頗為一致。

（3）W、Sn在酸性岩和鹼性花崗岩中含量增高，變異系數增大，反映其成礦與這類岩漿岩的成因聯系。

表1-4東准噶爾地區主要岩漿岩成礦元素平均值（X）、變異系數（C_v）

3. 地球化學

在哈圖金礦西區鑽孔中選取不同程度蝕變和礦化的含碳凝灰質泥岩（強蝕變、弱蝕變、新鮮、弱礦化），進行了成礦元素分析。結果表明，不同程度蝕變岩石中Au的濃度為0.79×10^-9～15.64×10^-9（表5-3）。與平均上地殼相比，哈圖金礦西區不同程度蝕變的含碳凝灰質泥岩中Cu、Ag、As和Sb的濃度相對較高，而Sn的濃度明顯較低，Au和Mo的含量變化較大，其他元素含量與平均上地殼接近（圖5-22）。新鮮、中等蝕變以及強蝕變含碳凝灰質泥岩中Au的濃度具有相同的變化范圍，而弱礦化岩石中Au的濃度略高，這說明哈圖金礦西區含碳凝灰質泥岩並不是區內熱液金礦化過程中Au的主要源區，而弱礦化岩石中具有相對較高的Au、As濃度，說明成礦流體本來含有一定濃度的Au和As（圖5-22）。其他元素（如Cu、Zn、Ag、Bi、Co、Ni、Mo、W）在不同程度蝕變和礦化岩石中的濃度相近，說明含碳凝灰質泥岩也不是這些金屬元素的主要源區。

表5-3 哈圖金礦西區不同程度蝕變含碳凝灰質泥岩中成礦元素分析結果

註： Au含量單位為10^-9，其他為10^-6。

在哈圖金礦區-400 m礦段採集含細脈凝灰岩、凝灰岩（HT07b、HT10、HT11、HT21、HT30、HT33）以及不同程度蝕變的玄武岩（HT12、HT14、HT20、HT07a、HT08）。經手標本和鏡下觀察後選取新鮮樣品進行全岩化學分析。先將樣品破碎，選取較純凈、新鮮的石英-鈉長石脈、石英-方解石脈以及不同程度蝕變的玄武岩。溶樣處理操作在北京大學地球與空間科學學院教育部重點實驗室中進行，使用中國科學院地質與地球物理所Finnigen MatICP-MS儀器測試，測試方法同Zhu et al.（2006）。所測量的石英-鈉長石脈、石英-方解石脈以及玄武岩樣品的微量元素含量和特徵元素比值列於表5-4，礦脈和圍岩的稀土元素配分模式如圖5-23a，b所示，玄武岩的多元素圖解如圖5-23c所示。

圖5-22 哈圖金礦不同程度蝕變含碳凝灰質泥岩平均上地殼標准化的成礦元素圖解（平均上地殼數據。據Taylor et al.，1995；Wedepohl，1995）

表5-4 哈圖金礦蝕變岩型礦體中不同類型樣品的微量元素含量

續表

註： 元素含量單位為10^-6。

玄武岩的球粒隕石標准化稀土元素配分模式為平坦型，稀土元素總量平均為33.10×10^-6，（La/Yb）N平均值為0.90，輕重稀土分餾不明顯。輕稀土元素和重稀土元素均無明顯分餾，（La/Sm）N和（Gd/Yb）N平均值分別為0.92和1.04。δEu平均值為0.96，其中除樣品HT07a具有弱的Eu負異常外，其他樣品均無明顯Eu異常。δCe平均值為0.97，無明顯Ce異常。在原始地幔標准化圖解上，玄武岩強烈富集Cs、Rb、Pb、Sr和Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Ta。

石英-鈉長石脈（HT07b，HT10，HT33，HT21，HT11）的稀土配分模式為弱右傾式，稀土元素總量較低（平均為6.43×10^-6），（La/Yb）N平均值為3.28，輕稀土弱富集。輕稀土元素無明顯分餾，而重稀土元素有弱的分餾，（La/Sm）N和（Gd/Yb）N平均值分別為1.36和2.13。δEu平均值為1.38，具弱Eu正異常。無明顯Ce異常；石英-方解石脈（HT30）的稀土配分模式為右傾型，稀土總量較低（平均2.91×10^-6），（La//Yb）N平均值為7.17，輕稀土富集。輕稀土和重稀土元素均有弱的分餾，（La/Sm）N和（Gd/Yb）N平均值分別為3.14和2.14。具有明顯的Eu正異常（δEu平均值為16.75）。無明顯Ce異常（δCe平均值為0.91）。石英-方解石脈（HT30）的REE配分模式與石英-鈉長石脈的REE配分模式相比，右傾程度增加，輕重稀土間分餾增強，Eu正異常非常明顯，說明隨著成礦作用過程的進行，成礦流體向輕稀土富集和Eu正異常增強的方向演化，晚期成礦體系的氧逸度增強。

圖5-23a 不同程度蝕變玄武岩的球粒隕石標准化稀土元素配分模式

圖5-23b 不同階段礦脈的球粒隕石標准化稀土元素配分模式

圖5-23c 蝕變玄武岩的原始地幔標准化圖

石英-鈉長石脈和石英-方解石脈富集LREE、虧損HFSE，Hf/Sm、Nb/La和Th/La基本小於1。前人的研究表明，富Cl的熱液富集LREE，Hf/Sm、Nb/La和Th/La值一般小於1，而富F的熱液富集LREE和HFSE，Hf/Sm、Nb/La和Th/La值一般大於1（Oreskes etal.，1990）。由此推斷哈圖金礦蝕變岩型礦體成礦流體中Cl含量高於F含量。Y和Ho具有相同的價態和離子半徑，八次配位時，兩者的離子半徑分別為1.019×10^-10和1.015×10^-10（Shannon，1976），因此Y和Ho具有相同的地球化學性質，在很多地質過程中，Y/Ho不發生變化，接近於球粒隕石的Y/Ho比值，為～28（Bau et al.，1995）。哈圖金礦蝕變岩型礦體中階段形成的石英-鈉長石脈的Y/Ho比值（30～50）較階段Ⅴ形成的石英-方解石脈的Y/Ho比值要低得多（70），由此可以說明，蝕變岩型礦體成礦流體在演化過程中發生了一定分異，導致Y/Ho比值變化，這也可能是成礦晚期另一種流體（如深循環的地下水）加入的結果。

4. 地質學和地球化學有啥區別啊哪個好一點

如果你比復較擅長記憶和邏輯推理的話有制可能地球物理學比較難，如果你的計算思維和抽象思維比較好的話有可能地質學會比較難
地質學學習的是整個地球的東西，是什麼礦物學、岩石學、沉積學、構造地質、地層學、古生物、第四紀什麼的，有的大學也會加入一些地球化學、地球物理的東西
地球物理是用物理方法，比如力學、電流、聲波、地震波、放射性對地球的圈層結構、岩石性質進行探測分析，並且解釋地球物理現象的一種學科，需要的數學內容比較多，並且要有較強的分析和解釋能力

5. 地球化學的定義

考察地球、地殼、地質體以至其他自然產物的形成和化學作用的演化歷史,構成了地球化學獨立的研究任務。以下通過介紹地球化學發展的不同階段對學科的定義,來說明地球化學學科性質和任務的演變。

從「地球化學(Geochemistry)」這一術語不難看出,這一學科是「地質學(Geology)」與「化學(Chemistyr)」類學科相結合產生的一門邊緣學科。1838年瑞士化學家舍恩拜因(Sch?nbein)第一次提出了「地球化學」這個名詞。1842年他預言「一定要有了地球化學,才能有真正的地質科學」。20世紀前半葉,在結晶學、礦物學、物理學和化學等有關學科研究不斷深入的基礎上,地球化學學科應運而生。

在地球化學學科的建立階段,不少學者提出過對「地球化學」的定義。В.И.韋爾納茨基(1922)認為:「地球化學科學地研究地殼中的化學元素,即地殼的原子,在可能范圍內也研究整個地球的原子。地球化學研究原子的歷史、它們在空間上和時間上的分配和運動,以及它們在地球上的成因關系」。A.E.費爾斯曼(1922)提出了類似的觀點:「地球化學研究地殼中化學元素——原子的歷史及其在自然界各種不同的熱力學與物理化學條件下的行為」。V.M.戈爾德施密特(1933)認為地球化學的研究應擴大到整個地球,他提出:「地球化學的主要目的,一方面是定量地確定地球及其各部分的成分,另一方面要發現控制各種元素分配的規律」。經典地球化學家給出的定義代表了地球化學發展的一個歷史階段,在這個階段,地球化學主要研究地球中元素的分布、分配、共生組合,以及元素集中、分散與遷移的化學機制,即研究「地殼中的原子及元素行為」的階段。

近半個世紀以來,地球化學的研究領域和研究思路都有了開拓性的進展。一方面,隨著宇宙探測技術的迅速發展,對地球以外星體化學的研究工作日益增多,地球化學家已將宇宙化學的研究內容包括到地球化學的研究領域中來;另一方面,由早期注重元素行為的研究向較大自然系統(如地球、地圈)等形成過程的化學作用及化學成分演化等基礎問題的研究轉變,因而對地球化學學科有必要給出新的定義。美國全國地球化學委員會地球化學發展方向小組委員會(1973)給地球化學做出如下定義:「地球化學是關於地球(Earth,the globe)和太陽系(solar system)的化學成分及化學演化的一門科學,它包括了與它有關的一切科學的化學方面」。該委員會還指出:「地球化學包括組成太陽系的宇宙塵埃化學;地球、月球和行星化學;地殼、地幔和地核化學;岩石循環化學;海洋與大氣的化學演化;岩石中有機質的化學」。1982年梅森(Mason)也提出「地球化學是研究地球整體及其各組成部分的化學的科學」,「地球化學闡述在地球范圍內元素在空間和時間上的分布和遷移問題」。1985年塗光熾提出的地球化學定義為:「地球化學是研究地球(包括部分天體)的化學組成(chemical composition,chemical constitution)、化學作用(cheimcla action,chemicla process)和化學演化(cheimcal evolution)的科學」。

地球化學歷經80餘年的歷史,雖然對它的研究范圍、任務的認識已經有了一定的演變和發展:早期研究元素的歷史主要解決成岩和成礦作用問題,現今主要通過研究地球的化學組成、化學作用和化學演化,解決地球、地圈、太陽系、行星的形成演化歷史。現代學者對地球化學認識的進展,一方面表現為學科研究范圍的擴大,另一方面對地球化學研究的著眼點也從「地殼中的原子」和「元素的行為」發展為地球的「化學組成」、「化學演化」,以至「地球和行星演化中的所有化學方面」。因此,地球化學的中心課題是通過觀察和揭示這些客體的化學特性、所處的熱動力學環境,以及在客體中或與客體有關的系統中發生的作用過程。也就是說,研究元素的行為已不是地球化學研究的主要目標,它已成為研究自然作用過程和地球演化的手段和途徑。

根據以上理解,「地球化學是研究地球及其子系統(含部分宇宙體)的化學組成、化學機制和化學演化的科學」可能是對地球化學定義的簡潔表述,它強調了地球及其子系統是地球化學研究的主要對象,而地球化學的基本研究內容是在地球及其子系統中發生的各種自然作用的動態機制和物質系統的化學演化歷史。

6. 地球化學溫標

地下水和地下熱水從井口採集的水樣中，保留著地下深部地球化學環境的信息。地球化學溫標可以用來推演計算地下溫度，利用水中鉀和鎂含量的比率關系，可以求出鉀鎂溫度，它也被稱為「鑽探可及溫度」，代表相對地下不太深處的溫度。利用水中的二氧化硅含量，可以求出二氧化硅溫度，它代表的是地下深層的溫度。

工作區茶山村的民井是淺層地下水，從其水質成分計算的鉀鎂溫度是22.3℃，二氧化硅溫度是67.1℃。這里說明的地熱信息是：如果這里鑽地熱井，溫度條件不太理想，因為鉀鎂溫度顯示較低，但還是有「地熱增溫」的，不過最高溫度肯定不會超過67.1℃。用工作區其他3處地表水樣的水質資料，也試算了地球化學溫標。ZS1和ZS2樣品的鉀鎂溫度遠高於二氧化硅溫度，這是不正常的，說明溫標計算不適用，或者說地表水體中沒有深部水的信息。ZS4樣品洞嶴水庫水的鉀鎂溫度（42.3℃）略高於二氧化硅溫度（40.7℃），這或許還有參考意義，也就是說水庫水或許接受了深部水的泄漏，這樣就有可能預示在該地區存在接近40℃的地下溫度環境。

7. 什麼是地球化學

地球化學是研究地球的化學組成、化學作用和化學演化的科學,它是地質學與化學、物理學相結合而產生和發展起來的邊緣學科.自20世紀70年代中期以來,地球化學和地質學、地球物理學已成為固體地球科學的 三大支柱.它的研究范圍也從地球擴展到月球和太陽系的其他天體.
地球化學的理論和方法,對礦產的尋找、評價和開發,農業發展和環境科學等有重要意義.地球科學基礎理論的一些重大研究成果,如界限事件、洋底擴張、岩石圈演化等均與地球化學的研究有關.
地球化學發展簡史
從19世紀開始,一些工業國家逐漸開展系統的地質調查和填圖、礦產資源的尋找及開發利用促進了地球化學的萌芽.1838年,德國舍恩拜因首先提出「地球化學」這個名詞.19世紀中葉以後,分析化學中的重量分析、容量分析逐漸完善；化學元素周期律的發現以及原子結構理論的重大突破,為地球化學的形成奠定了基礎.
1908年,美國克拉克發表《地球化學資料》一書.在這部著作中,克拉克廣泛地匯集和計算了地殼及其各部分的化學組成,明確提出地球化學應研究地球的化學作用和化學演化,為地球化學的發展指出了方向.挪威戈爾德施密特在《元素的地球化學分布規則》中指出化學元素在地球上的分布,不僅與其原子的物理化學性質有關,而且還與它在 晶格中的行為特性有關.這使地球化學從主要研究地殼的化學紐成轉向探討化學元素在地球中分布的控制規律.
1922年費爾斯曼發表《俄羅斯地球化學》一書,系統論述了各地區的地球化學,是第一部區域地球化學基礎著作.1924年維爾納茨基發表了《地球化學概論》一書,首次為地球化學提出了研究原子歷史的任務,最先注意到生物對於地殼、生物圈中化學元素遷移、富集和分散的巨大作用.1927年他組織和領導了世界上第一個地球化學研究機構——生物地球化學實驗室.
與此同時,放射性衰變規律的認識、同位素的發現、質譜儀的發明與改進,導致了同位素地球化學,特別是同位素地質年代學的開拓.1907年美國化學家博爾特伍德發表了第一批化學鈾-鉛法年齡數據.30～40年代鈾-釷-鉛法、鉀-氬法、 鉀-鍶法、普通鉛法、碳-14法等逐步發展完善,使同位素地質年代學初具規模.
20世紀50年代以後,地球化學除了繼續把礦產資源作為重要研究對象以外,還開辟了環境保護、地震預報、海洋開發、農業開發、生命起源、地球深部和球外空間等領域的研究.地球化學分析手段飛速發展,廣泛應用超微量、高靈敏度的分析測試技術和儀器,配合電子計算機的使用,不僅可獲得大量高精度的分析數據,而且可以直接揭示樣品中難於觀測的元素及其同位素組成的細微變化和超微結構.
在這個時期,中國在元素地球化學、同位素地質年代學方面也取得了一批重要成果,如1961年李璞等發表了中國第一批同位素年齡數據；1962年黎彤等發表了中國各種岩漿岩平均化學成分資料；1963年中國科學院完成了中國鋰鈹鈮鉭稀土元素地球化學總結,提出了這些礦種的重要礦床類型和分布規律.
地球化學的基本內容
地球化學主要研究地球和地質體中元素及其同位素的組成,定量地測定元素及其同位素在地球各個部分(如水圈、氣圈、生物圈、岩石圈)和地質體中的分布；研究地球表面和內部及某些天體中進行的化學作用,揭示元素及其同位素的遷移、富集和分散規律；研究地球乃至天體的化學演化,即研究地球各個部分,如大氣圈、水圈、地殼、地幔、地核中和各種岩類以及各種地質體中化學元素的平衡、旋迴,在時間和空間上的變化規律.
基於研究對象和手段不同,地球化學形成了一些分支學科.
元素地球化學是從岩石等天然樣品中化學元素含量與組合出發,研究各個元素在地球各部分以及宇宙天體中的分布、遷移與演化.在礦產資源研究中,元素地球化學發揮了重要作用,微量元素地球化學研究提供了成岩、成礦作用的地球化學指示劑,並為成岩、成礦作用的定量模型奠定了基礎.
同位素地球化學是根據自然界的核衰變、裂變及其他核反應過程所引起的同位素變異,以及物理、化學和生物過程引起的同位素分餾,研究天體、地球以及各種地質體的形成時間、物質來源與演化歷史.同位素地質年代學已建立了一整套同位素年齡測定方法,為地球與天體的演化提供了重要的時間座標.
比如已經測得太陽系各行星形成的年齡為45～46億年,太陽系元素的年齡為50～58億年等等.另外在礦產資源研究中,同位素地球化學可以提供成岩、成礦作用的多方面信息,為探索某些地質體和礦床的形成機制和物質來源提供依據.
有機地球化學是研究自然界產出的有機質的組成、結構、性質、空間分布、在地球歷史中的演化規律以及它們參與地質作用對元素分散富集的影響.生命起源的研究就是有機地球化學的重要內容之一.有機地球化學建立的一套生油指標,為油氣的尋找和評價提供了重要手段.
天體化學是研究元素和核素的起源,元素的宇宙豐度,宇宙物質的元素組成和同位親組成及其變異,天體形成的物理化學條件及在空間、時間的分布、變化規律.
環境地球化學是研究人類生存環境的化學組成化學作用、化學演化及其與人類的相互關系,以及人類活動對環境狀態的影響及相應對策.環境地球化學揭示了某些疾病的地區性分布特徵及其與環境要素間的關系.
礦床地球化學是研究礦床的化學組成、化學作用和化學演化.著重探討成礦的時間、物理化學條件、礦質來源和機理等問題.它綜合元素地球化學、同位素地球化學、勘查地球化學和實驗地球化學等分支學科的研究方法和成果,為礦產的尋找、評價、開發利用服務.
區域地球化學是研究一定地區某些地質體和圈層的化學組成、化學作用和化學演化,以及元素、同位素的循環、再分配、富集和分散的規律.它為解決區域各類基礎地質問題、區域成礦規律和找礦問題以及區域地球化學分區與環境評價等服務.區域地球化學揭示的元素在空間分布的不均勻性,為劃分元素地球化學區和成礦遠景區提供了依據.
勘查地球化學是通過對成礦元素和相關元素在不同地質體及區帶的含量和分布研究,找出異常地段,以便縮小和確定找礦及勘探對象.除直接為礦產資源服務外,它也是環境評價及國土規劃的重要參考.
地球化學的一些重大成果是各分支學科綜合研究的結果.如隕石、月岩與地球形成的同位素年齡的一致,表明太陽系各成員形成獨立宇宙體的時間是大致相同的.又如微量元素和同位素研究,導致發現地幔組成的不均一性(垂向的和區域的),提出了雙層地幔模型,加深了對地球內部的認識.天體化學、微量元素和同位素地球化學研究,還為新災變論提供了依據.
在研究方法上,地球化學綜合地質學、化學和物理學等的基本研究方法和技術,形成的一套較為完整和系統的地球化學研究方法.這些方法主要包括：野外地質觀察、采樣；天然樣品的元素、同位素組成分析和存在狀態研究；元素遷移、富集地球化學過程的實驗模擬等.
在思維方法上,對大量自然現象的觀察資料和岩石、礦物中元素含量分析數據的綜合整理,廣泛採用歸納法,得出規律,建立各種模型,用文字或圖表來表達,稱為模式原則.
隨著研究資料的積累和地球化學基礎理論的成熟和完善,特別是地球化學過程實驗模擬方法的建立,地球化學研究方法由定性轉入定量化、參數化,大大加深了對自然作用機制的理解,現代地球化學廣泛引入精密科學的理論和思維方法研究自然地質現象,如量子力學、化學熱力學、化學動力學核子物理學等,以及電子計算技術的應用使地球化學提高了推斷能力和預測水平.
當前地球化學的研究正在經歷三個較大的轉變：由大陸轉向海洋；由地表、地殼轉向地殼深部、地幔；由地球轉向球外空間.地球化學的分析測試手段也將更為精確快速,微量、超微量分析測試技術的發展,將可獲得超微區范圍內和超微量樣品中元素、同位素分布和組成資料.低溫地球化學、地球化學動力學、超高壓地球化學、稀有氣體地球化學、比較行星學等很有發展前景.

8. 常規地球化學方法

利用土壤地球化學測量、岩石地球化學測量和水系沉積物地球化學測量等常規地球化學方法勘查熱田，我國於20世紀80年代初期已進行試驗，並取得了成效。如雲南物探隊在1983～1985年對全國近20個熱田（熱泉）作了化探效果的試驗，充分肯定了化探在熱田勘查中的有效性，證實化探是一種快速、經濟、有效的勘查方法。下面以雲南騰沖地區工作為例加以說明。

1.土壤地球化學測量

普查范圍為200km²，在已知熱田（熱水塘、硫磺塘）及其鄰近地區採用500m×250m的測網，在遠離熱田的地區採用2～3點/km²的采樣密度。採集A 層土壤，采樣深度為10～15cm，樣品重200g左右。

表4-2-1 熱田及其外圍土壤中異常區與背景區Hg、As、Sb含量的對比

對土壤樣品作了Hg、As、Bi、Cu、Pb、Zn、W、Sn等20多種元素分析。其中Hg用測汞儀分析，As、Sb、Bi用原子螢光分析，其餘元素用光譜分析。分析結果表明，Hg、As、Sb三元素含量在異常區與背景區上有明顯差異（表4-2-1）。利用Hg、As、Sb元素作指示元素，可繪出元素含量平面圖，見圖4-2-1。由圖可看出，Hg、As、Sb三元素異常形態相似，反映的熱田范圍大致相同，圖上除反映了已知的熱水塘、硫磺塘熱田外，同時也顯示出新的未知熱異常。

2.岩石地球化學測量

采樣范圍為50km²，采樣密度為2～3個/km²,Hg、As、Sb三元素的統計結果列於表4-2-2。由表可見，異常平均值比背景平均值高得多。所圈定的熱異常（圖4-2-2），其位置與土壤地球化學測量所得的相吻合，但異常的連續性要比土壤異常的差。

表4-2-2 熱田及其外圍岩石中Hg、As、Sb平均含量的對比

圖4-2-1 雲南騰沖地區土壤測量異常圖

（據朱炳球等，1987）

（a）Hg異常；（b）As異常；（c）Sb異常

圖4-2-2 雲南騰沖地區岩石測量異常圖

（據朱炳球等，1987）

（a）Hg異常；（b）As異常；（c）Sb異常

3.水系沉積物地球化學測量

其普查范圍與土壤地球化學測量的相同，采樣密度按比例尺1:5萬要求進行。對樣品作近20種元素的光譜分析。經統計整理，發現異常區的Hg、Sb含量比背景區的高。在異常區，Hg的含量平均值為68/10^-9,Sb的含量平均值為14.7/10^-6；在背景區，Hg的含量平均值為12.9/10^-9,Sb的含量平均值為5.7/10^-6。Hg、Sb含量分析結果示於圖4-2-3。由圖可見，水系沉積物地球化學測量異常與土壤地球化學測量結果相似，同樣也圈出了已知熱田。因受光譜分析靈敏度的限制，在已知熱田上，Sb異常反映范圍較小，As含量分析結果不能使用。

綜上所述，土壤地球化學測量與水系沉積物測量的結果基本相似，同樣圈出了已知熱田和地熱遠景區。這兩種方法可用於大面積普查，以便快速發現和圈定地熱遠景區。兩者相比，前者反映異常更為清晰。所以，在詳細測量時，以用土壤地球化學測量為宜。岩石地球化學測量雖也可發現地熱異常，但從經濟、快速的角度看，不如前兩種方法優越^[15]。

9. 地球化學的概念

地球是一個極其復雜的物質體系，地球科學中的各個分支學科都是從各自的觀點和不同的角度去認識和探索這個復雜物質體系的過去和現在。地球化學是地球科學傳統學科，它是著重研究地球及其各個組成部分的化學組成、化學作用和化學演化的科學。地球化學是地質學和化學學科交叉的產物，同時還汲取物理學、數學、天文學、空間科學、海洋學等學科的豐富營養。現在，地球化學與地質學、地球物理學和大地測量學一起成為地球科學的四大支柱學科。

瑞士化學家C.F.許拜恩於1838年首創「地球化學」這個詞，他說「在使描述地質學過渡為地質學之前，必須創立一門新學科，這就是地球化學」。「先有地球化學，然後才能談真正的地質科學」。自從地球化學創立以來，不同時期的著名地球化學家都對地球化學做過定義，這些定義不同程度地反映了地球化學各個時期的發展水平。現分別介紹如下：

美國地質調查所主任化學師F.W.克拉克（F.W.Clark，1847～1931）在1924年第五版《地球化學資料》（「The Data of Geochemistry」）的序言中指出：「每一種岩石都可以看成一個化學體系，在這個體系中，各種作用都可以引起化學變化，研究這些變化就是地球化學的范疇。確定可能發生什麼變化，怎樣發生和什麼時候發生，觀察伴隨這些變化所發生的現象，記錄它們的最後結果，就是地球化學的功能」。

前蘇聯科學院院士B.И.維爾納茨基（B.И.Вернадский，1863～1945）在1924年出版的世界最早一部地球化學著作《地球化學概念》中明確指出：「地球化學是用科學的方法研究地殼中的化學元素，即研究地殼中的原子，並盡可能地研究整個地球上的原子。它研究原子的歷史，研究原子在時間上、空間上的運動和分布，研究原子在地球上相互間的成因聯系」。他的學生A.E.費爾斯曼院士（A.E.Ферсман，1883～1945）同樣強調地球化學研究原子歷史的任務，他在1933年出版的《地球化學》（四卷集）第一卷中指出：「地球化學研究地殼中化學元素——原子的歷史及其在自然界的各種不同的熱力學和物理化學條件下的行為」。

V.M.戈爾德施密特（V.M.Goldschmidt，1888～1947）在他所著《地球化學》中也闡明了地球化學的概念，他認為：「地球化學是根據原子和離子的性質，研究化學元素在礦物、礦石、岩石、土壤、水及大氣圈中的分布和含量以及這些元素在自然界的遷移。地球化學的主要目的，一方面是定量地確定地球及其各部分的化學組成，另一方面是揭示每種元素分布的控制規律」。

我國在20世紀70年代以後出版的《地球化學》也給地球化學做過明確的定義，如南京大學劉英俊等編著的《地球化學》（1979年）中對地球化學定義如下：「地球化學主要是研究地殼（盡可能整個地球）中的化學成分和化學元素及其同位素在地殼（地球）中的分布、分配、共生組合、集中分散及遷移規律的運動形式和全部運動歷史的科學，也就是研究地殼（地球）中物質的化學運動和變化過程的科學」。

20世紀40年代以後，修斯（H.E.Suess）和尤里（H.C.Urey）綜合天體化學、天體物理學、同位素地球化學和隕石學研究成果，提出了核素宇宙豐度的概念，把地球化學的定義推廣到天體化學研究領域。從50年代開始，由於空間探測技術和空間科學的發展，宇宙化學成為地球化學領域中一項重要研究內容。美國全國地球化學委員會地球化學發展方向小組（1973年）在《地球化學的發展方向》一書中對地球化學的理解大大擴展了其研究范圍，該書給地球化學定義如下：「地球化學是關於地球和太陽系的化學成分及化學演化的一門科學，它包括了與它有關的一切科學的化學方向」。

塗光熾等編著的《地球化學》（1984年）對地球化學則作了如下定義：「地球化學就是地球的化學，它是研究地球（也包括部分天體）的化學組成、化學作用及化學演化的學科。它是地學和化學邊緣雜交的產物。它更多的是地學的，但也可以是化學的分支學科」。這個定義，將地球化學精練地定位於研究地球和部分天體的化學組成、化學作用和化學演化的科學。

歐陽自遠等在2001年出版的《地球的化學過程與物質演化》中定義：「地球化學就是研究各種地質體中的元素及其同位素的組成與時空變化的科學。它既探討元素的共生組合、賦存形式和元素的物態、化合物種類、形式、鍵型、價態與其在晶體構造中的配值位置，也探索元素在時空上的宏觀與微觀的分散、集中、遷移的動態過程，以至太陽系的化學組成與演化，即太陽星雲的化學成分、分餾和凝聚，太陽系各行星與小天體（衛星、小行星、彗星、隕石與宇宙塵等）的化學組成與演化。」

由上可見，地球化學的研究對象、研究范圍逐步發生變化。經典地球化學的研究對象以地殼中的原子和元素行為為主，而現代地球化學的研究對象在空間上和時間上都發生了較大變化。在空間范圍，現代地球化學的研究對象從地殼擴展到地球各部分（包括大氣圈、海洋、地表、地殼、地幔等）、直至擴展到太陽系空間（主要包括行星、月球、宇宙塵和隕石等）；在時間尺度上，現代地球化學的研究對象從現代追索到地球形成之初的遠古地質時代。

10. 地球化學屬性

沉積地球化學的發展和應用主要體現在如下幾個方面:①根據沉積岩的地球化學元素含量及變化特點，判斷沉積岩形成時的介質條件及其地球化學環境;②沉積物源區構造背景分析;③示蹤大陸殼成分;④「啞」地層中的地層對比。

沉積物的沉積過程中，沉積物與介質之間存在著復雜的地球化學平衡，在一定條件下，沉積物可以對元素進行吸附、絡合或釋放。沉積物中元素的豐度主要取決於元素本身的性質，同時也取決於物質的來源(如母岩成分和性質)、搬運介質的性質、載荷體的粒度、搬運距離、氣候條件、生物影響等，特別是沉積場所和介質性質對元素豐度有重要的制約作用。

細粒沉積物中的微量元素和稀土元素已廣泛應用於沉積源區、構造背景的確定及大陸生長的分析(Taylor et al.，1985;Gibbs et al.，1986)。這些元素在水體中停留的時間非常短而快速進入到細粒沉積物中，對層內溶蝕作用非常不敏感(Milliken et al.，1990)，稀土分配模式從源岩到沉積物沒有明顯的變化(Ronov et al.，1984;Taylor et al.，1985)，元素比(如La/Sc，Co/Th，Th/Sc等)在沉積和變質作用過程中也具有較強的抗遷移性(Condie et al.，1984;Vance et al.，1987;Cullers et al.，1987)，因而，對塔里木北部地區古近系-白堊系地層元素豐度、組合特徵及變化規律的綜合分析，結合一些其他環境指標，可以更為合理正確地解釋沉積環境、重建古地理背景。

(一)常量元素分析

研究工作中，分別選取吐北1井、克拉3井、依南2井、吐孜2井、野雲2井、迪那201井、東秋5井、提2井、台2井、牙哈4井、東河8井、英買1井、玉東2井、卻勒101井、沙南1井共15口井白堊系、古近系砂岩、粉砂岩和泥岩進行了常量元素分析。可以看出，塔里木北部地區內北部山前帶及西部井區主要為中等Si或低Si岩石，而坳陷前緣隆起帶英買力地區、輪台、提爾根地區主體為高Si岩石，如英買1井SiO₂含量可達88.45%～92.75%。沙南構造的沙南1井SiO₂含量也較高，達77.76%～79.84%。研究區岩石化學風化基本處於中等偏弱的程度，主體以物理風化為主，沙南構造的沙南1井具有最高的風化程度，可能該區化學風化作用較強。坳陷前緣隆起帶也具有較高的風化程度，北部山前帶及西部地區總體風化指數低，風化程度弱。沙南1井為過鋁質的成分，前緣隆起帶普遍具有較高的鋁質含量，山前帶普遍具有低的鋁質含量，相對來說，野雲2井、克拉3井白堊系具有較高的鋁質含量。北部山前帶具有較低的K₂O/Na₂O比值，而前緣隆起帶具有較高的K₂O/Na₂O比值，野雲2井白堊系也具有較高的K₂O/Na₂O比值。

從塔里木北部地區白堊系碎屑岩樣品的主要化學成分相關圖看，TiO₂含量與Al₂O₃含量呈正相關，與MgO和MnO相關性不明顯，Fe₂O₃與MgO含量有一定相關性，山前帶岩石MgO和MnO含量相對高於前緣隆起帶的岩石;SiO₂含量與K₂O/Na₂O沒有明顯的相關性，說明塔里木北部地區岩石整體貧鉀，長石類礦物不發育。將塔里木北部地區白堊系砂岩主要化學成分以Bhatia(1983)圖解為標准進行投點，發現研究區的樣品主要落在被動陸源區內，與砂岩碎屑成分判別結果一致(圖3-7)。

根據對塔里木北部地區古近系碎屑岩樣品主要化學成分進行的相關分析，TiO₂含量與Al₂O₃含量相關性非常明顯，而與MgO和MnO相關性不明顯，Fe₂O₃與MgO含量有一定相關性，山前帶岩石MgO和MnO含量相對高於前緣隆起帶的岩石;SiO₂含量與K₂O/Na₂O沒有明顯的相關性，說明塔里木北部地區岩石整體貧鉀，長石類礦物不發育。

將塔里木北部地區古近系砂岩主要化學成分以Bhatia(1983)圖解為標准進行投點，發現樣品明顯可以分為為幾種類型，山前帶的樣品主要落在活動陸源區內，前緣隆起帶的樣品主要落在被動陸源區內，而西部卻勒、玉東及坳陷內東秋5井的樣品則比較分散，有部分樣品落在活動陸源區，與砂岩碎屑成分判別結果完全一致(圖3-8)。

圖3-7 塔里木北部地區白堊系碎屑岩主要化學成分的構造環境判別圖解

(二)微量元素分析

現有研究結果表明，不同的岩石組合微量元素豐度具有不同的分配狀態和類型，利用這些元素的分配類型可以區分建造類型，確定陸源區的構造性質。一些微量元素，如Sr，Ba，B，Ga，及Sr/Ba比值和B/Ga比值，亦常用來分析沉積環境的介質條件。如斯特拉霍夫(1960)將潮濕氣候條件下微量元素概括為穩定和非穩定兩類及六種亞型，Bhatia(1983)建立了澳大利亞東部古生代雜砂岩不同構造背景下微量元素的分布模式。

研究中分析了不同層位、不同地區砂岩、泥岩的微量元素特徵。從分析結果看，V，Cr，Co，Ni等典型鐵族元素含量明顯低於地殼平均值。古近系泥岩中具有相對高的鐵族微量元素含量，如迪那201井、牙哈4井、提2井泥岩;對於砂岩來說，北部山前帶如吐孜、迪那及西部玉東、卻勒地區樣品具有較高的鐵族微量元素含量，而前緣隆起帶的樣品如英買1井、台2井等鐵族微量元素含量較低(圖3-9)。以Ni含量與TiO₂含量進行圖解判別，發現大部分樣品處於酸性岩區(圖3-10)。白堊系的樣品，仍然是北部山前帶的樣品鐵族微量元素含量相對稍高(圖3-11)，以Ni含量與TiO₂含量進行圖解判別，發現部分樣品處於酸性岩區，大部分樣品比較分散(圖3-10)。研究區硼含量低，絕大部分均小於80×10^-6，反映一種陸相沉積特徵，只在吐北1井、東秋5井、牙哈4井的一些泥岩樣品出現有較高的硼含量，這可能與其中含石膏有關。據Sr/Ba和B/Ga比值判斷，基本上反映其為陸相淡水環境產物。

(三)稀土元素地球化學特徵

由於稀土元素在成岩過程中不易被改造，可據之恢復原始母岩，根據其配分模式恢復母岩也就成為目前物源區分析中應用最廣、也是最有效的地球化學方法和手段之一，無論是礫岩還是砂岩、泥岩均可採用標准化後的REE分析數據進行對比，解釋母岩性質。Bhatia(1983)總結出的不同構造背景下雜砂岩的REE特徵模式及有關圖解是目前主要的應用依據(表3-3)。

圖3-8 塔里木北部地區古近系碎屑岩主要化學成分的構造環境判別圖解

圖3-9 塔里木北部地區古近系典型鐵族微量元素分布相同井號表示不同井號樣品，以下圖同

圖3-10 塔里木北部地區古近系、白堊系碎屑岩樣品的Ni-TiO₂圖解

塔里木盆地北部地區中、新生界層序地層、沉積體系與儲層特徵

圖3-11 塔里木北部地區白堊系典型鐵族微量元素分布圖

表3-3 各種構造背景下雜砂岩的REE參數(w_B)

注:下標N表示經標准校正換算，Eu^*為球粒隕石標准值。(據Bhatia，1985)

塔里木北部地區碎屑岩樣品的稀土總量變化較大，分布區間為(18.822～205.034)×10^-6，總體上，泥岩稀土總量高於砂岩與粉砂岩。

1.白堊系碎屑岩稀土組成特徵

對於白堊系砂岩，北部山前帶砂岩稀土總量大於前緣隆起帶砂岩，如克拉3井、野雲2井(圖3-12)。從LREE/HREE比值看，明顯富集輕稀土。

圖3-12 塔里木北部地區白堊系碎屑岩稀土總量分布直方圖

(La/Yb)_N是稀土元素球粒隕石標准化圖解中曲線的斜率，反映稀土元素的富集程度，斜率大於1，曲線右傾斜，富集輕稀土;斜率約等於1，稀土配分為球粒隕石型;斜率小於1，則為輕稀土虧損型。塔里木北部地區內白堊系碎屑岩樣品稀土配分曲線明顯大於1，以輕稀土富集為主。

(La/Sm)_N反映了輕稀土之間的分餾程度，此值越大，輕稀土越富集。從分析結果看，(La/Sm)_N值在野雲2井相對較高，表明其輕稀土富集;(La/Sm)_N在東河8井最低。

(Gd/Yb)_N反映了重稀土之間的分餾程度，其值越小，重稀土富集程度越高。(Gd/Yb)_N值在吐北1井和野雲2井較低。

從δEu數值看，東河8井、玉東2井高於北部山前帶的野雲2井、克拉3井和吐北1井，說明北部山前帶岩石具有更為顯著的Eu異常。

2.古近系碎屑岩稀土組成特徵

古近系碎屑岩稀土元素總量具有比白堊系碎屑岩更大的變化區間，為(18.822～205.034)×10^-6(圖3-13)。泥岩均具有較高的稀土總量，相對於砂岩而言，西部的卻勒101井、沙南1井具有較高的稀土總量，北部山前帶東部地區依南2井區、吐孜井區、迪那井區也具有較高的稀土總量，北部山前帶的西部吐北、克拉井區及南部前緣帶的輪台、牙哈、提爾根地區稀土總量均較低，英買1井區具有最低的稀土總量，可能與其石英含量高有關。一般認為砂岩中石英對稀土起稀釋作用，石英含量愈高，其稀土總量愈低。古近系碎屑岩全部富輕稀土，從δEu數值看，塔里木北部地區內古近系絕大部分樣品為Eu負異常，但在英買1井出現了Eu正異常，可能與該地區砂岩中較高的石榴子石含量有關。

3.稀土配分模式

以球粒隕石標准值對塔里木北部地區樣品進行標准化，其稀土分布模式基本類似，均為輕稀土富集、重稀土虧損型，重稀土端較平坦(圖3-14至圖3-17)。從各樣品稀土配分模式圖可以看出，在英買1井古近系樣品出現明顯的異常。

圖3-13 塔里木北部地區古近系碎屑岩稀土總量分布直方圖

圖3-14 迪那201井不同井段碎屑岩稀土配分模式

圖3-15 玉東2井不同井段碎屑岩稀土配分模式

圖3-16 克拉3井不同井段碎屑岩稀土配分模式

圖3-17 台2井不同井段碎屑岩稀土配分模式