地球化学

1. 地球化学名词解释

地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学，它是地质学与化学、物理学相结合而产生和发展起来的边缘学科。自20世纪70年代中期以来，地球化学和地质学、地球物理学已成为固体地球科学的三大支柱。它的研究范围也从地球扩展到月球和太阳系的其他天体。 地球化学的理论和方法，对矿产的寻找、评价和开发，农业发展和环境科学等有重要意义。地球科学基础理论的一些重大研究成果，如界限事件、洋底扩张、岩石圈演化等均与地球化学的研究有关。它已经成长为地球科学的支柱学科，在此学科有突出贡献的有南京大学地球科学与工程学院、中国地质大学（武汉）。
基本内容
地球化学主要研究地球和地质体中元素及其同位素的组成，定量地测定元素及其同位素在地球各个部分(如水圈、气圈、生物圈、岩石圈)和地质体中的分布；研究地球表面和内部及某些天体中进行的化学作用，揭示元素及其同位素的迁移、富集和分散规律；研究地球乃至天体的化学演化，即研究地球各个部分，如大气圈、水圈、地壳、地幔、地核中和各种岩类以及各种地质体中化学元素的平衡、旋回，在时间和空间上的变化规律。
基于研究对象和手段不同，地球化学形成了一些分支学科。
元素地球化学是从岩石等天然样品中化学元素含量与组合出发，
比如已经测得太阳系各行星形成的年龄为45～46亿年，太阳系元素的年龄为50～58亿年等等。另外在矿产资源研究中，有机地球化学是研究自然界产出的有机质的组成、结构、性质、空间分布、在地球历史中的演化规律以及它们参与地质作用对元素分散富集的影响。生命起源的研究就是有机地球化学的重要内容之一。
天体化学是研究元素和核素的起源，元素的宇宙丰度，宇宙物质的元素组成和同位素组成及其变异，天体形成的物理化学条件及在空间、时间的分布、变化规律。
环境地球化学是研究人类生存环境的化学组成化学作用、化学演化及其与人类的相互关系，目前是人们未来研究的热门方向。
矿床地球化学是研究矿床的化学组成、化学作用和化学演化。着重探讨成矿的时间、物理化学条件、矿质来源和机理等问题。它综合元素地球化学、同位素地球化学、勘查地球化学和实验地球化学等分支学科的研究方法和成果，为矿产的寻找、评价、开发利用服务。
区域地球化学是研究一定地区某些地质体和圈层的化学组成、化学作用和化学演化，为划分元素地球化学区和成矿远景区提供了依据。
勘查地球化学是通过对成矿元素和相关元素在不同地质体及区带的含量和分布研究，导致发现地幔组成的不均一性(垂向的和区域的)，在研究方法上，地球化学综合地质学、化学和物理学等的基本研究方法和技术，形成的一套较为完整和系统的地球化学研究方法。这些方法主要包括：
在思维方法上，对大量自然现象的观察资料和岩石、矿物中元素含量分析数据的综合整理，广泛采用归纳法，得出规律，建立各种模型，用文字或图表来表达，称为模式原则。
如量子力学、化学热力学、化学动力学核子物理学等，以及电子计算技术的应用使地球化学提高了推断能力和预测水平。
地球化学的分析测试手段也将更为精确快速，微量、超微量分析测试技术的发展，将可获得超微区范围内和超微量样品中元素、同位素分布和组成资料。

2. 　区域地球化学

一、区域地球化学背景

据陕西省地矿局物化探队资料（表1-3），东准噶尔地球化学场具有以下几个特点。

表1-3东准噶尔地区多元素平均值（X）、变异系数（C_v）、浓集克拉克值（K）

注：Ag、Hg、Au以10^-9计；Al、Ca、Fe、Mg、Na、Si以10^-2计；其余元素以10^-6计。

（1）Si、Al、Na、K、Be、Ba、U、Sn、W等亲陆壳元素偏高，反映本区地壳演化成熟度较高。

（2）成矿元素Au、Cu明显低于地壳克拉克值（黎彤），但矿化剂元素As、F、B等偏高，Ag略高于地壳克拉克值。

（3）成矿元素Au、As、Sb、Bi、Hg、Cu、Pb、Sn、Mo、Ag变异系数大，反映后生地球化学作用明显，具有成矿的可能性。

（4）从空间分布上看，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；东段主要富集Si、Al、K、Ba、Au等（图1-4、图1-5），具有明显的分区性。多数元素的高值带长轴呈北西西向展布，显示受区域构造控制。

二、区域地层及岩浆岩地球化学特征

（一）主要地层地球化学特征

这里侧重考察成矿元素的地球化学特征。按成矿元素含量变化规律，大体可概括以下3类。

图1-4东准噶尔地区金元素地球化学图

图1-5东准噶尔地区铜元素地球化学图

第1类：如Au、Cu、Zn、Hg等元素，其含量随地层由老至新逐渐减少，尤以Au、Hg较明显。

第2类：如Ag、Pb等元素，其含量随地层由老至新逐渐增加。

第3类：如As、Sn、Mo等元素，其含量随地层时代变化起伏不大（图1-6）。

图1-6各时代地层元素含量分布图

A—卡姆斯特地区；B—卡拉麦里地区；C—奥什克山地区；D—库普—老君庙地区；E—红柳峡—东泉地区；F—巴里坤地区

从浓度系数来看，多数成矿元素含量均较低，其中大于1的仅有Au、Ag、Sn。Au在志留系中为1.06,Ag在石炭系中为1.07,Sn在志留系、泥盆系、石炭系中分别为1.22、1.16、1.22。

从变异系数来看，Au、Bi、Hg、Sb在泥盆系、石炭系中变异系数较大，其中Au分别为1.83、3.04;Bi分别为1.37、1.41;Hg分别为2.83、1.31;Sb分别为1.14、1.19。

（二）主要岩浆岩类型的地球化学特征

据陕西省地矿局物化探队资料（表1-4）分析，区内主要岩浆岩类型的成矿元素地球化学具有以下特点。

（1）随岩石酸性程度增高，Au含量增高，变异系数增大，与新疆北部岩浆岩Au含量变化趋势颇为一致。

（2）随岩石酸性程度升高，Cu含量减少，变异系数增大，与新疆北部岩浆岩Cu含量变化趋势也颇为一致。

（3）W、Sn在酸性岩和碱性花岗岩中含量增高，变异系数增大，反映其成矿与这类岩浆岩的成因联系。

表1-4东准噶尔地区主要岩浆岩成矿元素平均值（X）、变异系数（C_v）

3. 地球化学

在哈图金矿西区钻孔中选取不同程度蚀变和矿化的含碳凝灰质泥岩（强蚀变、弱蚀变、新鲜、弱矿化），进行了成矿元素分析。结果表明，不同程度蚀变岩石中Au的浓度为0.79×10^-9～15.64×10^-9（表5-3）。与平均上地壳相比，哈图金矿西区不同程度蚀变的含碳凝灰质泥岩中Cu、Ag、As和Sb的浓度相对较高，而Sn的浓度明显较低，Au和Mo的含量变化较大，其他元素含量与平均上地壳接近（图5-22）。新鲜、中等蚀变以及强蚀变含碳凝灰质泥岩中Au的浓度具有相同的变化范围，而弱矿化岩石中Au的浓度略高，这说明哈图金矿西区含碳凝灰质泥岩并不是区内热液金矿化过程中Au的主要源区，而弱矿化岩石中具有相对较高的Au、As浓度，说明成矿流体本来含有一定浓度的Au和As（图5-22）。其他元素（如Cu、Zn、Ag、Bi、Co、Ni、Mo、W）在不同程度蚀变和矿化岩石中的浓度相近，说明含碳凝灰质泥岩也不是这些金属元素的主要源区。

表5-3 哈图金矿西区不同程度蚀变含碳凝灰质泥岩中成矿元素分析结果

注： Au含量单位为10^-9，其他为10^-6。

在哈图金矿区-400 m矿段采集含细脉凝灰岩、凝灰岩（HT07b、HT10、HT11、HT21、HT30、HT33）以及不同程度蚀变的玄武岩（HT12、HT14、HT20、HT07a、HT08）。经手标本和镜下观察后选取新鲜样品进行全岩化学分析。先将样品破碎，选取较纯净、新鲜的石英-钠长石脉、石英-方解石脉以及不同程度蚀变的玄武岩。溶样处理操作在北京大学地球与空间科学学院教育部重点实验室中进行，使用中国科学院地质与地球物理所Finnigen MatICP-MS仪器测试，测试方法同Zhu et al.（2006）。所测量的石英-钠长石脉、石英-方解石脉以及玄武岩样品的微量元素含量和特征元素比值列于表5-4，矿脉和围岩的稀土元素配分模式如图5-23a，b所示，玄武岩的多元素图解如图5-23c所示。

图5-22 哈图金矿不同程度蚀变含碳凝灰质泥岩平均上地壳标准化的成矿元素图解（平均上地壳数据。据Taylor et al.，1995；Wedepohl，1995）

表5-4 哈图金矿蚀变岩型矿体中不同类型样品的微量元素含量

续表

注： 元素含量单位为10^-6。

玄武岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式为平坦型，稀土元素总量平均为33.10×10^-6，（La/Yb）N平均值为0.90，轻重稀土分馏不明显。轻稀土元素和重稀土元素均无明显分馏，（La/Sm）N和（Gd/Yb）N平均值分别为0.92和1.04。δEu平均值为0.96，其中除样品HT07a具有弱的Eu负异常外，其他样品均无明显Eu异常。δCe平均值为0.97，无明显Ce异常。在原始地幔标准化图解上，玄武岩强烈富集Cs、Rb、Pb、Sr和Ba等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta。

石英-钠长石脉（HT07b，HT10，HT33，HT21，HT11）的稀土配分模式为弱右倾式，稀土元素总量较低（平均为6.43×10^-6），（La/Yb）N平均值为3.28，轻稀土弱富集。轻稀土元素无明显分馏，而重稀土元素有弱的分馏，（La/Sm）N和（Gd/Yb）N平均值分别为1.36和2.13。δEu平均值为1.38，具弱Eu正异常。无明显Ce异常；石英-方解石脉（HT30）的稀土配分模式为右倾型，稀土总量较低（平均2.91×10^-6），（La//Yb）N平均值为7.17，轻稀土富集。轻稀土和重稀土元素均有弱的分馏，（La/Sm）N和（Gd/Yb）N平均值分别为3.14和2.14。具有明显的Eu正异常（δEu平均值为16.75）。无明显Ce异常（δCe平均值为0.91）。石英-方解石脉（HT30）的REE配分模式与石英-钠长石脉的REE配分模式相比，右倾程度增加，轻重稀土间分馏增强，Eu正异常非常明显，说明随着成矿作用过程的进行，成矿流体向轻稀土富集和Eu正异常增强的方向演化，晚期成矿体系的氧逸度增强。

图5-23a 不同程度蚀变玄武岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式

图5-23b 不同阶段矿脉的球粒陨石标准化稀土元素配分模式

图5-23c 蚀变玄武岩的原始地幔标准化图

石英-钠长石脉和石英-方解石脉富集LREE、亏损HFSE，Hf/Sm、Nb/La和Th/La基本小于1。前人的研究表明，富Cl的热液富集LREE，Hf/Sm、Nb/La和Th/La值一般小于1，而富F的热液富集LREE和HFSE，Hf/Sm、Nb/La和Th/La值一般大于1（Oreskes etal.，1990）。由此推断哈图金矿蚀变岩型矿体成矿流体中Cl含量高于F含量。Y和Ho具有相同的价态和离子半径，八次配位时，两者的离子半径分别为1.019×10^-10和1.015×10^-10（Shannon，1976），因此Y和Ho具有相同的地球化学性质，在很多地质过程中，Y/Ho不发生变化，接近于球粒陨石的Y/Ho比值，为～28（Bau et al.，1995）。哈图金矿蚀变岩型矿体中阶段形成的石英-钠长石脉的Y/Ho比值（30～50）较阶段Ⅴ形成的石英-方解石脉的Y/Ho比值要低得多（70），由此可以说明，蚀变岩型矿体成矿流体在演化过程中发生了一定分异，导致Y/Ho比值变化，这也可能是成矿晚期另一种流体（如深循环的地下水）加入的结果。

4. 地质学和地球化学有啥区别啊哪个好一点

如果你比复较擅长记忆和逻辑推理的话有制可能地球物理学比较难，如果你的计算思维和抽象思维比较好的话有可能地质学会比较难
地质学学习的是整个地球的东西，是什么矿物学、岩石学、沉积学、构造地质、地层学、古生物、第四纪什么的，有的大学也会加入一些地球化学、地球物理的东西
地球物理是用物理方法，比如力学、电流、声波、地震波、放射性对地球的圈层结构、岩石性质进行探测分析，并且解释地球物理现象的一种学科，需要的数学内容比较多，并且要有较强的分析和解释能力

5. 地球化学的定义

考察地球、地壳、地质体以至其他自然产物的形成和化学作用的演化历史,构成了地球化学独立的研究任务。以下通过介绍地球化学发展的不同阶段对学科的定义,来说明地球化学学科性质和任务的演变。

从“地球化学(Geochemistry)”这一术语不难看出,这一学科是“地质学(Geology)”与“化学(Chemistyr)”类学科相结合产生的一门边缘学科。1838年瑞士化学家舍恩拜因(Sch?nbein)第一次提出了“地球化学”这个名词。1842年他预言“一定要有了地球化学,才能有真正的地质科学”。20世纪前半叶,在结晶学、矿物学、物理学和化学等有关学科研究不断深入的基础上,地球化学学科应运而生。

在地球化学学科的建立阶段,不少学者提出过对“地球化学”的定义。В.И.韦尔纳茨基(1922)认为:“地球化学科学地研究地壳中的化学元素,即地壳的原子,在可能范围内也研究整个地球的原子。地球化学研究原子的历史、它们在空间上和时间上的分配和运动,以及它们在地球上的成因关系”。A.E.费尔斯曼(1922)提出了类似的观点:“地球化学研究地壳中化学元素——原子的历史及其在自然界各种不同的热力学与物理化学条件下的行为”。V.M.戈尔德施密特(1933)认为地球化学的研究应扩大到整个地球,他提出:“地球化学的主要目的,一方面是定量地确定地球及其各部分的成分,另一方面要发现控制各种元素分配的规律”。经典地球化学家给出的定义代表了地球化学发展的一个历史阶段,在这个阶段,地球化学主要研究地球中元素的分布、分配、共生组合,以及元素集中、分散与迁移的化学机制,即研究“地壳中的原子及元素行为”的阶段。

近半个世纪以来,地球化学的研究领域和研究思路都有了开拓性的进展。一方面,随着宇宙探测技术的迅速发展,对地球以外星体化学的研究工作日益增多,地球化学家已将宇宙化学的研究内容包括到地球化学的研究领域中来;另一方面,由早期注重元素行为的研究向较大自然系统(如地球、地圈)等形成过程的化学作用及化学成分演化等基础问题的研究转变,因而对地球化学学科有必要给出新的定义。美国全国地球化学委员会地球化学发展方向小组委员会(1973)给地球化学做出如下定义:“地球化学是关于地球(Earth,the globe)和太阳系(solar system)的化学成分及化学演化的一门科学,它包括了与它有关的一切科学的化学方面”。该委员会还指出:“地球化学包括组成太阳系的宇宙尘埃化学;地球、月球和行星化学;地壳、地幔和地核化学;岩石循环化学;海洋与大气的化学演化;岩石中有机质的化学”。1982年梅森(Mason)也提出“地球化学是研究地球整体及其各组成部分的化学的科学”,“地球化学阐述在地球范围内元素在空间和时间上的分布和迁移问题”。1985年涂光炽提出的地球化学定义为:“地球化学是研究地球(包括部分天体)的化学组成(chemical composition,chemical constitution)、化学作用(cheimcla action,chemicla process)和化学演化(cheimcal evolution)的科学”。

地球化学历经80余年的历史,虽然对它的研究范围、任务的认识已经有了一定的演变和发展:早期研究元素的历史主要解决成岩和成矿作用问题,现今主要通过研究地球的化学组成、化学作用和化学演化,解决地球、地圈、太阳系、行星的形成演化历史。现代学者对地球化学认识的进展,一方面表现为学科研究范围的扩大,另一方面对地球化学研究的着眼点也从“地壳中的原子”和“元素的行为”发展为地球的“化学组成”、“化学演化”,以至“地球和行星演化中的所有化学方面”。因此,地球化学的中心课题是通过观察和揭示这些客体的化学特性、所处的热动力学环境,以及在客体中或与客体有关的系统中发生的作用过程。也就是说,研究元素的行为已不是地球化学研究的主要目标,它已成为研究自然作用过程和地球演化的手段和途径。

根据以上理解,“地球化学是研究地球及其子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学机制和化学演化的科学”可能是对地球化学定义的简洁表述,它强调了地球及其子系统是地球化学研究的主要对象,而地球化学的基本研究内容是在地球及其子系统中发生的各种自然作用的动态机制和物质系统的化学演化历史。

6. 地球化学温标

地下水和地下热水从井口采集的水样中，保留着地下深部地球化学环境的信息。地球化学温标可以用来推演计算地下温度，利用水中钾和镁含量的比率关系，可以求出钾镁温度，它也被称为“钻探可及温度”，代表相对地下不太深处的温度。利用水中的二氧化硅含量，可以求出二氧化硅温度，它代表的是地下深层的温度。

工作区茶山村的民井是浅层地下水，从其水质成分计算的钾镁温度是22.3℃，二氧化硅温度是67.1℃。这里说明的地热信息是：如果这里钻地热井，温度条件不太理想，因为钾镁温度显示较低，但还是有“地热增温”的，不过最高温度肯定不会超过67.1℃。用工作区其他3处地表水样的水质资料，也试算了地球化学温标。ZS1和ZS2样品的钾镁温度远高于二氧化硅温度，这是不正常的，说明温标计算不适用，或者说地表水体中没有深部水的信息。ZS4样品洞岙水库水的钾镁温度（42.3℃）略高于二氧化硅温度（40.7℃），这或许还有参考意义，也就是说水库水或许接受了深部水的泄漏，这样就有可能预示在该地区存在接近40℃的地下温度环境。

7. 什么是地球化学

地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学,它是地质学与化学、物理学相结合而产生和发展起来的边缘学科.自20世纪70年代中期以来,地球化学和地质学、地球物理学已成为固体地球科学的 三大支柱.它的研究范围也从地球扩展到月球和太阳系的其他天体.
地球化学的理论和方法,对矿产的寻找、评价和开发,农业发展和环境科学等有重要意义.地球科学基础理论的一些重大研究成果,如界限事件、洋底扩张、岩石圈演化等均与地球化学的研究有关.
地球化学发展简史
从19世纪开始,一些工业国家逐渐开展系统的地质调查和填图、矿产资源的寻找及开发利用促进了地球化学的萌芽.1838年,德国舍恩拜因首先提出“地球化学”这个名词.19世纪中叶以后,分析化学中的重量分析、容量分析逐渐完善；化学元素周期律的发现以及原子结构理论的重大突破,为地球化学的形成奠定了基础.
1908年,美国克拉克发表《地球化学资料》一书.在这部著作中,克拉克广泛地汇集和计算了地壳及其各部分的化学组成,明确提出地球化学应研究地球的化学作用和化学演化,为地球化学的发展指出了方向.挪威戈尔德施密特在《元素的地球化学分布规则》中指出化学元素在地球上的分布,不仅与其原子的物理化学性质有关,而且还与它在 晶格中的行为特性有关.这使地球化学从主要研究地壳的化学纽成转向探讨化学元素在地球中分布的控制规律.
1922年费尔斯曼发表《俄罗斯地球化学》一书,系统论述了各地区的地球化学,是第一部区域地球化学基础著作.1924年维尔纳茨基发表了《地球化学概论》一书,首次为地球化学提出了研究原子历史的任务,最先注意到生物对于地壳、生物圈中化学元素迁移、富集和分散的巨大作用.1927年他组织和领导了世界上第一个地球化学研究机构——生物地球化学实验室.
与此同时,放射性衰变规律的认识、同位素的发现、质谱仪的发明与改进,导致了同位素地球化学,特别是同位素地质年代学的开拓.1907年美国化学家博尔特伍德发表了第一批化学铀-铅法年龄数据.30～40年代铀-钍-铅法、钾-氩法、 钾-锶法、普通铅法、碳-14法等逐步发展完善,使同位素地质年代学初具规模.
20世纪50年代以后,地球化学除了继续把矿产资源作为重要研究对象以外,还开辟了环境保护、地震预报、海洋开发、农业开发、生命起源、地球深部和球外空间等领域的研究.地球化学分析手段飞速发展,广泛应用超微量、高灵敏度的分析测试技术和仪器,配合电子计算机的使用,不仅可获得大量高精度的分析数据,而且可以直接揭示样品中难于观测的元素及其同位素组成的细微变化和超微结构.
在这个时期,中国在元素地球化学、同位素地质年代学方面也取得了一批重要成果,如1961年李璞等发表了中国第一批同位素年龄数据；1962年黎彤等发表了中国各种岩浆岩平均化学成分资料；1963年中国科学院完成了中国锂铍铌钽稀土元素地球化学总结,提出了这些矿种的重要矿床类型和分布规律.
地球化学的基本内容
地球化学主要研究地球和地质体中元素及其同位素的组成,定量地测定元素及其同位素在地球各个部分(如水圈、气圈、生物圈、岩石圈)和地质体中的分布；研究地球表面和内部及某些天体中进行的化学作用,揭示元素及其同位素的迁移、富集和分散规律；研究地球乃至天体的化学演化,即研究地球各个部分,如大气圈、水圈、地壳、地幔、地核中和各种岩类以及各种地质体中化学元素的平衡、旋回,在时间和空间上的变化规律.
基于研究对象和手段不同,地球化学形成了一些分支学科.
元素地球化学是从岩石等天然样品中化学元素含量与组合出发,研究各个元素在地球各部分以及宇宙天体中的分布、迁移与演化.在矿产资源研究中,元素地球化学发挥了重要作用,微量元素地球化学研究提供了成岩、成矿作用的地球化学指示剂,并为成岩、成矿作用的定量模型奠定了基础.
同位素地球化学是根据自然界的核衰变、裂变及其他核反应过程所引起的同位素变异,以及物理、化学和生物过程引起的同位素分馏,研究天体、地球以及各种地质体的形成时间、物质来源与演化历史.同位素地质年代学已建立了一整套同位素年龄测定方法,为地球与天体的演化提供了重要的时间座标.
比如已经测得太阳系各行星形成的年龄为45～46亿年,太阳系元素的年龄为50～58亿年等等.另外在矿产资源研究中,同位素地球化学可以提供成岩、成矿作用的多方面信息,为探索某些地质体和矿床的形成机制和物质来源提供依据.
有机地球化学是研究自然界产出的有机质的组成、结构、性质、空间分布、在地球历史中的演化规律以及它们参与地质作用对元素分散富集的影响.生命起源的研究就是有机地球化学的重要内容之一.有机地球化学建立的一套生油指标,为油气的寻找和评价提供了重要手段.
天体化学是研究元素和核素的起源,元素的宇宙丰度,宇宙物质的元素组成和同位亲组成及其变异,天体形成的物理化学条件及在空间、时间的分布、变化规律.
环境地球化学是研究人类生存环境的化学组成化学作用、化学演化及其与人类的相互关系,以及人类活动对环境状态的影响及相应对策.环境地球化学揭示了某些疾病的地区性分布特征及其与环境要素间的关系.
矿床地球化学是研究矿床的化学组成、化学作用和化学演化.着重探讨成矿的时间、物理化学条件、矿质来源和机理等问题.它综合元素地球化学、同位素地球化学、勘查地球化学和实验地球化学等分支学科的研究方法和成果,为矿产的寻找、评价、开发利用服务.
区域地球化学是研究一定地区某些地质体和圈层的化学组成、化学作用和化学演化,以及元素、同位素的循环、再分配、富集和分散的规律.它为解决区域各类基础地质问题、区域成矿规律和找矿问题以及区域地球化学分区与环境评价等服务.区域地球化学揭示的元素在空间分布的不均匀性,为划分元素地球化学区和成矿远景区提供了依据.
勘查地球化学是通过对成矿元素和相关元素在不同地质体及区带的含量和分布研究,找出异常地段,以便缩小和确定找矿及勘探对象.除直接为矿产资源服务外,它也是环境评价及国土规划的重要参考.
地球化学的一些重大成果是各分支学科综合研究的结果.如陨石、月岩与地球形成的同位素年龄的一致,表明太阳系各成员形成独立宇宙体的时间是大致相同的.又如微量元素和同位素研究,导致发现地幔组成的不均一性(垂向的和区域的),提出了双层地幔模型,加深了对地球内部的认识.天体化学、微量元素和同位素地球化学研究,还为新灾变论提供了依据.
在研究方法上,地球化学综合地质学、化学和物理学等的基本研究方法和技术,形成的一套较为完整和系统的地球化学研究方法.这些方法主要包括：野外地质观察、采样；天然样品的元素、同位素组成分析和存在状态研究；元素迁移、富集地球化学过程的实验模拟等.
在思维方法上,对大量自然现象的观察资料和岩石、矿物中元素含量分析数据的综合整理,广泛采用归纳法,得出规律,建立各种模型,用文字或图表来表达,称为模式原则.
随着研究资料的积累和地球化学基础理论的成熟和完善,特别是地球化学过程实验模拟方法的建立,地球化学研究方法由定性转入定量化、参数化,大大加深了对自然作用机制的理解,现代地球化学广泛引入精密科学的理论和思维方法研究自然地质现象,如量子力学、化学热力学、化学动力学核子物理学等,以及电子计算技术的应用使地球化学提高了推断能力和预测水平.
当前地球化学的研究正在经历三个较大的转变：由大陆转向海洋；由地表、地壳转向地壳深部、地幔；由地球转向球外空间.地球化学的分析测试手段也将更为精确快速,微量、超微量分析测试技术的发展,将可获得超微区范围内和超微量样品中元素、同位素分布和组成资料.低温地球化学、地球化学动力学、超高压地球化学、稀有气体地球化学、比较行星学等很有发展前景.

8. 常规地球化学方法

利用土壤地球化学测量、岩石地球化学测量和水系沉积物地球化学测量等常规地球化学方法勘查热田，我国于20世纪80年代初期已进行试验，并取得了成效。如云南物探队在1983～1985年对全国近20个热田（热泉）作了化探效果的试验，充分肯定了化探在热田勘查中的有效性，证实化探是一种快速、经济、有效的勘查方法。下面以云南腾冲地区工作为例加以说明。

1.土壤地球化学测量

普查范围为200km²，在已知热田（热水塘、硫磺塘）及其邻近地区采用500m×250m的测网，在远离热田的地区采用2～3点/km²的采样密度。采集A 层土壤，采样深度为10～15cm，样品重200g左右。

表4-2-1 热田及其外围土壤中异常区与背景区Hg、As、Sb含量的对比

对土壤样品作了Hg、As、Bi、Cu、Pb、Zn、W、Sn等20多种元素分析。其中Hg用测汞仪分析，As、Sb、Bi用原子萤光分析，其余元素用光谱分析。分析结果表明，Hg、As、Sb三元素含量在异常区与背景区上有明显差异（表4-2-1）。利用Hg、As、Sb元素作指示元素，可绘出元素含量平面图，见图4-2-1。由图可看出，Hg、As、Sb三元素异常形态相似，反映的热田范围大致相同，图上除反映了已知的热水塘、硫磺塘热田外，同时也显示出新的未知热异常。

2.岩石地球化学测量

采样范围为50km²，采样密度为2～3个/km²,Hg、As、Sb三元素的统计结果列于表4-2-2。由表可见，异常平均值比背景平均值高得多。所圈定的热异常（图4-2-2），其位置与土壤地球化学测量所得的相吻合，但异常的连续性要比土壤异常的差。

表4-2-2 热田及其外围岩石中Hg、As、Sb平均含量的对比

图4-2-1 云南腾冲地区土壤测量异常图

（据朱炳球等，1987）

（a）Hg异常；（b）As异常；（c）Sb异常

图4-2-2 云南腾冲地区岩石测量异常图

（据朱炳球等，1987）

（a）Hg异常；（b）As异常；（c）Sb异常

3.水系沉积物地球化学测量

其普查范围与土壤地球化学测量的相同，采样密度按比例尺1:5万要求进行。对样品作近20种元素的光谱分析。经统计整理，发现异常区的Hg、Sb含量比背景区的高。在异常区，Hg的含量平均值为68/10^-9,Sb的含量平均值为14.7/10^-6；在背景区，Hg的含量平均值为12.9/10^-9,Sb的含量平均值为5.7/10^-6。Hg、Sb含量分析结果示于图4-2-3。由图可见，水系沉积物地球化学测量异常与土壤地球化学测量结果相似，同样也圈出了已知热田。因受光谱分析灵敏度的限制，在已知热田上，Sb异常反映范围较小，As含量分析结果不能使用。

综上所述，土壤地球化学测量与水系沉积物测量的结果基本相似，同样圈出了已知热田和地热远景区。这两种方法可用于大面积普查，以便快速发现和圈定地热远景区。两者相比，前者反映异常更为清晰。所以，在详细测量时，以用土壤地球化学测量为宜。岩石地球化学测量虽也可发现地热异常，但从经济、快速的角度看，不如前两种方法优越^[15]。

9. 地球化学的概念

地球是一个极其复杂的物质体系，地球科学中的各个分支学科都是从各自的观点和不同的角度去认识和探索这个复杂物质体系的过去和现在。地球化学是地球科学传统学科，它是着重研究地球及其各个组成部分的化学组成、化学作用和化学演化的科学。地球化学是地质学和化学学科交叉的产物，同时还汲取物理学、数学、天文学、空间科学、海洋学等学科的丰富营养。现在，地球化学与地质学、地球物理学和大地测量学一起成为地球科学的四大支柱学科。

瑞士化学家C.F.许拜恩于1838年首创“地球化学”这个词，他说“在使描述地质学过渡为地质学之前，必须创立一门新学科，这就是地球化学”。“先有地球化学，然后才能谈真正的地质科学”。自从地球化学创立以来，不同时期的著名地球化学家都对地球化学做过定义，这些定义不同程度地反映了地球化学各个时期的发展水平。现分别介绍如下：

美国地质调查所主任化学师F.W.克拉克（F.W.Clark，1847～1931）在1924年第五版《地球化学资料》（“The Data of Geochemistry”）的序言中指出：“每一种岩石都可以看成一个化学体系，在这个体系中，各种作用都可以引起化学变化，研究这些变化就是地球化学的范畴。确定可能发生什么变化，怎样发生和什么时候发生，观察伴随这些变化所发生的现象，记录它们的最后结果，就是地球化学的功能”。

前苏联科学院院士B.И.维尔纳茨基（B.И.Вернадский，1863～1945）在1924年出版的世界最早一部地球化学著作《地球化学概念》中明确指出：“地球化学是用科学的方法研究地壳中的化学元素，即研究地壳中的原子，并尽可能地研究整个地球上的原子。它研究原子的历史，研究原子在时间上、空间上的运动和分布，研究原子在地球上相互间的成因联系”。他的学生A.E.费尔斯曼院士（A.E.Ферсман，1883～1945）同样强调地球化学研究原子历史的任务，他在1933年出版的《地球化学》（四卷集）第一卷中指出：“地球化学研究地壳中化学元素——原子的历史及其在自然界的各种不同的热力学和物理化学条件下的行为”。

V.M.戈尔德施密特（V.M.Goldschmidt，1888～1947）在他所著《地球化学》中也阐明了地球化学的概念，他认为：“地球化学是根据原子和离子的性质，研究化学元素在矿物、矿石、岩石、土壤、水及大气圈中的分布和含量以及这些元素在自然界的迁移。地球化学的主要目的，一方面是定量地确定地球及其各部分的化学组成，另一方面是揭示每种元素分布的控制规律”。

我国在20世纪70年代以后出版的《地球化学》也给地球化学做过明确的定义，如南京大学刘英俊等编著的《地球化学》（1979年）中对地球化学定义如下：“地球化学主要是研究地壳（尽可能整个地球）中的化学成分和化学元素及其同位素在地壳（地球）中的分布、分配、共生组合、集中分散及迁移规律的运动形式和全部运动历史的科学，也就是研究地壳（地球）中物质的化学运动和变化过程的科学”。

20世纪40年代以后，修斯（H.E.Suess）和尤里（H.C.Urey）综合天体化学、天体物理学、同位素地球化学和陨石学研究成果，提出了核素宇宙丰度的概念，把地球化学的定义推广到天体化学研究领域。从50年代开始，由于空间探测技术和空间科学的发展，宇宙化学成为地球化学领域中一项重要研究内容。美国全国地球化学委员会地球化学发展方向小组（1973年）在《地球化学的发展方向》一书中对地球化学的理解大大扩展了其研究范围，该书给地球化学定义如下：“地球化学是关于地球和太阳系的化学成分及化学演化的一门科学，它包括了与它有关的一切科学的化学方向”。

涂光炽等编著的《地球化学》（1984年）对地球化学则作了如下定义：“地球化学就是地球的化学，它是研究地球（也包括部分天体）的化学组成、化学作用及化学演化的学科。它是地学和化学边缘杂交的产物。它更多的是地学的，但也可以是化学的分支学科”。这个定义，将地球化学精练地定位于研究地球和部分天体的化学组成、化学作用和化学演化的科学。

欧阳自远等在2001年出版的《地球的化学过程与物质演化》中定义：“地球化学就是研究各种地质体中的元素及其同位素的组成与时空变化的科学。它既探讨元素的共生组合、赋存形式和元素的物态、化合物种类、形式、键型、价态与其在晶体构造中的配值位置，也探索元素在时空上的宏观与微观的分散、集中、迁移的动态过程，以至太阳系的化学组成与演化，即太阳星云的化学成分、分馏和凝聚，太阳系各行星与小天体（卫星、小行星、彗星、陨石与宇宙尘等）的化学组成与演化。”

由上可见，地球化学的研究对象、研究范围逐步发生变化。经典地球化学的研究对象以地壳中的原子和元素行为为主，而现代地球化学的研究对象在空间上和时间上都发生了较大变化。在空间范围，现代地球化学的研究对象从地壳扩展到地球各部分（包括大气圈、海洋、地表、地壳、地幔等）、直至扩展到太阳系空间（主要包括行星、月球、宇宙尘和陨石等）；在时间尺度上，现代地球化学的研究对象从现代追索到地球形成之初的远古地质时代。

10. 地球化学属性

沉积地球化学的发展和应用主要体现在如下几个方面:①根据沉积岩的地球化学元素含量及变化特点，判断沉积岩形成时的介质条件及其地球化学环境;②沉积物源区构造背景分析;③示踪大陆壳成分;④“哑”地层中的地层对比。

沉积物的沉积过程中，沉积物与介质之间存在着复杂的地球化学平衡，在一定条件下，沉积物可以对元素进行吸附、络合或释放。沉积物中元素的丰度主要取决于元素本身的性质，同时也取决于物质的来源(如母岩成分和性质)、搬运介质的性质、载荷体的粒度、搬运距离、气候条件、生物影响等，特别是沉积场所和介质性质对元素丰度有重要的制约作用。

细粒沉积物中的微量元素和稀土元素已广泛应用于沉积源区、构造背景的确定及大陆生长的分析(Taylor et al.，1985;Gibbs et al.，1986)。这些元素在水体中停留的时间非常短而快速进入到细粒沉积物中，对层内溶蚀作用非常不敏感(Milliken et al.，1990)，稀土分配模式从源岩到沉积物没有明显的变化(Ronov et al.，1984;Taylor et al.，1985)，元素比(如La/Sc，Co/Th，Th/Sc等)在沉积和变质作用过程中也具有较强的抗迁移性(Condie et al.，1984;Vance et al.，1987;Cullers et al.，1987)，因而，对塔里木北部地区古近系-白垩系地层元素丰度、组合特征及变化规律的综合分析，结合一些其他环境指标，可以更为合理正确地解释沉积环境、重建古地理背景。

(一)常量元素分析

研究工作中，分别选取吐北1井、克拉3井、依南2井、吐孜2井、野云2井、迪那201井、东秋5井、提2井、台2井、牙哈4井、东河8井、英买1井、玉东2井、却勒101井、沙南1井共15口井白垩系、古近系砂岩、粉砂岩和泥岩进行了常量元素分析。可以看出，塔里木北部地区内北部山前带及西部井区主要为中等Si或低Si岩石，而坳陷前缘隆起带英买力地区、轮台、提尔根地区主体为高Si岩石，如英买1井SiO₂含量可达88.45%～92.75%。沙南构造的沙南1井SiO₂含量也较高，达77.76%～79.84%。研究区岩石化学风化基本处于中等偏弱的程度，主体以物理风化为主，沙南构造的沙南1井具有最高的风化程度，可能该区化学风化作用较强。坳陷前缘隆起带也具有较高的风化程度，北部山前带及西部地区总体风化指数低，风化程度弱。沙南1井为过铝质的成分，前缘隆起带普遍具有较高的铝质含量，山前带普遍具有低的铝质含量，相对来说，野云2井、克拉3井白垩系具有较高的铝质含量。北部山前带具有较低的K₂O/Na₂O比值，而前缘隆起带具有较高的K₂O/Na₂O比值，野云2井白垩系也具有较高的K₂O/Na₂O比值。

从塔里木北部地区白垩系碎屑岩样品的主要化学成分相关图看，TiO₂含量与Al₂O₃含量呈正相关，与MgO和MnO相关性不明显，Fe₂O₃与MgO含量有一定相关性，山前带岩石MgO和MnO含量相对高于前缘隆起带的岩石;SiO₂含量与K₂O/Na₂O没有明显的相关性，说明塔里木北部地区岩石整体贫钾，长石类矿物不发育。将塔里木北部地区白垩系砂岩主要化学成分以Bhatia(1983)图解为标准进行投点，发现研究区的样品主要落在被动陆源区内，与砂岩碎屑成分判别结果一致(图3-7)。

根据对塔里木北部地区古近系碎屑岩样品主要化学成分进行的相关分析，TiO₂含量与Al₂O₃含量相关性非常明显，而与MgO和MnO相关性不明显，Fe₂O₃与MgO含量有一定相关性，山前带岩石MgO和MnO含量相对高于前缘隆起带的岩石;SiO₂含量与K₂O/Na₂O没有明显的相关性，说明塔里木北部地区岩石整体贫钾，长石类矿物不发育。

将塔里木北部地区古近系砂岩主要化学成分以Bhatia(1983)图解为标准进行投点，发现样品明显可以分为为几种类型，山前带的样品主要落在活动陆源区内，前缘隆起带的样品主要落在被动陆源区内，而西部却勒、玉东及坳陷内东秋5井的样品则比较分散，有部分样品落在活动陆源区，与砂岩碎屑成分判别结果完全一致(图3-8)。

图3-7 塔里木北部地区白垩系碎屑岩主要化学成分的构造环境判别图解

(二)微量元素分析

现有研究结果表明，不同的岩石组合微量元素丰度具有不同的分配状态和类型，利用这些元素的分配类型可以区分建造类型，确定陆源区的构造性质。一些微量元素，如Sr，Ba，B，Ga，及Sr/Ba比值和B/Ga比值，亦常用来分析沉积环境的介质条件。如斯特拉霍夫(1960)将潮湿气候条件下微量元素概括为稳定和非稳定两类及六种亚型，Bhatia(1983)建立了澳大利亚东部古生代杂砂岩不同构造背景下微量元素的分布模式。

研究中分析了不同层位、不同地区砂岩、泥岩的微量元素特征。从分析结果看，V，Cr，Co，Ni等典型铁族元素含量明显低于地壳平均值。古近系泥岩中具有相对高的铁族微量元素含量，如迪那201井、牙哈4井、提2井泥岩;对于砂岩来说，北部山前带如吐孜、迪那及西部玉东、却勒地区样品具有较高的铁族微量元素含量，而前缘隆起带的样品如英买1井、台2井等铁族微量元素含量较低(图3-9)。以Ni含量与TiO₂含量进行图解判别，发现大部分样品处于酸性岩区(图3-10)。白垩系的样品，仍然是北部山前带的样品铁族微量元素含量相对稍高(图3-11)，以Ni含量与TiO₂含量进行图解判别，发现部分样品处于酸性岩区，大部分样品比较分散(图3-10)。研究区硼含量低，绝大部分均小于80×10^-6，反映一种陆相沉积特征，只在吐北1井、东秋5井、牙哈4井的一些泥岩样品出现有较高的硼含量，这可能与其中含石膏有关。据Sr/Ba和B/Ga比值判断，基本上反映其为陆相淡水环境产物。

(三)稀土元素地球化学特征

由于稀土元素在成岩过程中不易被改造，可据之恢复原始母岩，根据其配分模式恢复母岩也就成为目前物源区分析中应用最广、也是最有效的地球化学方法和手段之一，无论是砾岩还是砂岩、泥岩均可采用标准化后的REE分析数据进行对比，解释母岩性质。Bhatia(1983)总结出的不同构造背景下杂砂岩的REE特征模式及有关图解是目前主要的应用依据(表3-3)。

图3-8 塔里木北部地区古近系碎屑岩主要化学成分的构造环境判别图解

图3-9 塔里木北部地区古近系典型铁族微量元素分布相同井号表示不同井号样品，以下图同

图3-10 塔里木北部地区古近系、白垩系碎屑岩样品的Ni-TiO₂图解

塔里木盆地北部地区中、新生界层序地层、沉积体系与储层特征

图3-11 塔里木北部地区白垩系典型铁族微量元素分布图

表3-3 各种构造背景下杂砂岩的REE参数(w_B)

注:下标N表示经标准校正换算，Eu^*为球粒陨石标准值。(据Bhatia，1985)

塔里木北部地区碎屑岩样品的稀土总量变化较大，分布区间为(18.822～205.034)×10^-6，总体上，泥岩稀土总量高于砂岩与粉砂岩。

1.白垩系碎屑岩稀土组成特征

对于白垩系砂岩，北部山前带砂岩稀土总量大于前缘隆起带砂岩，如克拉3井、野云2井(图3-12)。从LREE/HREE比值看，明显富集轻稀土。

图3-12 塔里木北部地区白垩系碎屑岩稀土总量分布直方图

(La/Yb)_N是稀土元素球粒陨石标准化图解中曲线的斜率，反映稀土元素的富集程度，斜率大于1，曲线右倾斜，富集轻稀土;斜率约等于1，稀土配分为球粒陨石型;斜率小于1，则为轻稀土亏损型。塔里木北部地区内白垩系碎屑岩样品稀土配分曲线明显大于1，以轻稀土富集为主。

(La/Sm)_N反映了轻稀土之间的分馏程度，此值越大，轻稀土越富集。从分析结果看，(La/Sm)_N值在野云2井相对较高，表明其轻稀土富集;(La/Sm)_N在东河8井最低。

(Gd/Yb)_N反映了重稀土之间的分馏程度，其值越小，重稀土富集程度越高。(Gd/Yb)_N值在吐北1井和野云2井较低。

从δEu数值看，东河8井、玉东2井高于北部山前带的野云2井、克拉3井和吐北1井，说明北部山前带岩石具有更为显著的Eu异常。

2.古近系碎屑岩稀土组成特征

古近系碎屑岩稀土元素总量具有比白垩系碎屑岩更大的变化区间，为(18.822～205.034)×10^-6(图3-13)。泥岩均具有较高的稀土总量，相对于砂岩而言，西部的却勒101井、沙南1井具有较高的稀土总量，北部山前带东部地区依南2井区、吐孜井区、迪那井区也具有较高的稀土总量，北部山前带的西部吐北、克拉井区及南部前缘带的轮台、牙哈、提尔根地区稀土总量均较低，英买1井区具有最低的稀土总量，可能与其石英含量高有关。一般认为砂岩中石英对稀土起稀释作用，石英含量愈高，其稀土总量愈低。古近系碎屑岩全部富轻稀土，从δEu数值看，塔里木北部地区内古近系绝大部分样品为Eu负异常，但在英买1井出现了Eu正异常，可能与该地区砂岩中较高的石榴子石含量有关。

3.稀土配分模式

以球粒陨石标准值对塔里木北部地区样品进行标准化，其稀土分布模式基本类似，均为轻稀土富集、重稀土亏损型，重稀土端较平坦(图3-14至图3-17)。从各样品稀土配分模式图可以看出，在英买1井古近系样品出现明显的异常。

图3-13 塔里木北部地区古近系碎屑岩稀土总量分布直方图

图3-14 迪那201井不同井段碎屑岩稀土配分模式

图3-15 玉东2井不同井段碎屑岩稀土配分模式

图3-16 克拉3井不同井段碎屑岩稀土配分模式

图3-17 台2井不同井段碎屑岩稀土配分模式