ch1第2節(jié)-樣本空間、隨機(jī)事件

1、1,,,,地 球 化 學(xué),主授：周永章 沈文杰 zhouyz@mail.sysu.edu.cn 13922782589 QQ：909648523 http://earth.zsu.edu.cn,Essentials of Geochemistry,周永章,中山大學(xué)學(xué)士中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所碩士Quebec大學(xué)博士中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員專長：礦床地球化學(xué)環(huán)境地球化學(xué)

2、數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)QQ：909648523 zhouyz@mail.sysu.edu.cn13922782589,沈文杰,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士后專長： 重大地質(zhì)事件環(huán)境地球化學(xué)記錄 微區(qū)痕量高精度地球化學(xué)分析,4,教學(xué)的目的和要求,重點(diǎn)介紹地球化學(xué)的基本概念、基本理論、研究方法通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握地球化學(xué)基本研究思路和方法，了解當(dāng)今地球化學(xué)的研究現(xiàn)狀，以及主要的地球化學(xué)

3、問題，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和從事地球化學(xué)方面的研究打下良好的基礎(chǔ)。70分√,5,6,7,什么是地球化學(xué)？,8,地球化學(xué)＝地球的化學(xué),地球的化學(xué)組成地球的化學(xué)作用地球的化學(xué)演化,9,地球科學(xué)的 三大支柱,地質(zhì)學(xué)＋地球物理學(xué)＋地球化學(xué)地球化學(xué)的研究范圍也從地球擴(kuò)展到月球和太陽系的其他天體,10,地球化學(xué)＝地質(zhì)學(xué) ＋ 化學(xué),11,合格的地球化學(xué)家,提出好的地球化學(xué)問題解決地球化學(xué)問題發(fā)展新的地球化學(xué)技術(shù)應(yīng)用地球化學(xué)理論和方法解決

4、現(xiàn)實(shí)問題,12,地球化學(xué)家的傳統(tǒng),歐美傳統(tǒng) ：化學(xué)俄羅斯傳統(tǒng) ：地質(zhì),13,地球化學(xué)與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系,地質(zhì)學(xué)是一級學(xué)科地球化學(xué)是一級半的學(xué)科：兼具地質(zhì)分支學(xué)科和基礎(chǔ)理論學(xué)科的雙重特點(diǎn)它與礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)都是研究地球物質(zhì)的科學(xué)，它們在一些研究方法和理論基礎(chǔ)方面是相同的，但地球化學(xué)的基本原理更具普遍、深刻的意義，在推動地質(zhì)科學(xué)定量化、預(yù)測化的進(jìn)程中起帶頭學(xué)科的作用,地球化學(xué)與研究地球物

5、質(zhì)成分的礦物、巖石、礦床學(xué)和化學(xué)的關(guān)系,地球化學(xué)vs化學(xué)地球化學(xué)是在自然界，又具有空間上條件的不均勻性，時間上單向演化和階段性，體系的多組分，多變度及總體的開放性；化學(xué)主要是在實(shí)驗室中，它是人為控制的體系，可任意調(diào)節(jié)T、P、pH、Eh、C和純化雜質(zhì)。,16,地球化學(xué)思維特征,“見微而知著”：在地質(zhì)作用過程中形成宏觀地質(zhì)體的同時，還形成大量肉眼難以辨別的常量元素、微量元素及同位素成分的組合的微觀蹤跡，它們包含著重要的定性和定量的地

6、質(zhì)作用信息，只要應(yīng)用現(xiàn)代分析測試手段觀察這些微觀蹤跡以及宏觀的地球化學(xué)現(xiàn)象,便可深入地揭示地質(zhì)作用的奧秘。 通過觀察原子之微，可以認(rèn)識地球和地質(zhì)作用之著。,17,地質(zhì)作用特點(diǎn),規(guī)模宏大時間持久多次疊加作用因素復(fù)雜保留不完整難直接觀察,18,地球化學(xué)的中心課題,通過觀察原子的行為，認(rèn)識地球,19,解決的基本問題,元素、同位素組成，元素共生關(guān)系、賦存形式，元素遷移，地球元素形成與演化,研究的基本問題舉例： 元素的分布、分配：

7、元素和同位素的含量及含量在空間、時間及不同地質(zhì)產(chǎn)狀地質(zhì)體中的變化。是地球化學(xué)研究的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)資料。,元素的賦存形式：自然界元素賦存形式受地質(zhì)作用物理化學(xué)狀態(tài)的控制，隨著地質(zhì)變動的歷史而變化。為此它們是物理化學(xué)狀態(tài)及變動歷史的指示劑。 CuFeS2 CuSO4 黃銅礦(獨(dú)立礦物) (溶于水離子狀

8、態(tài)) (原生還原) (次生氧化),,元素（同位素）的行為：元素（同位素)在自然界所發(fā)生的各種地質(zhì)作用中的行為。通過行為的研究可能揭示地質(zhì)體成因機(jī)制,野外地質(zhì)現(xiàn)象： ①銅、硫礦體產(chǎn)在花崗閃長斑巖的裂隙帶中； ②礦體上方有一個硅化（礦化）碎裂頂蓋； ③在地表3線剖面進(jìn)行巖石地球化學(xué)測量（原生暈）：在花崗閃長斑巖中卻出現(xiàn)了高值區(qū) ④在礦體上方出現(xiàn)了 Cu元素的低含量區(qū)。 為什么？原因何在？,地球化

9、學(xué)實(shí)例：,元素的遷移：元素的含量和賦存形式在時間、空間上的變化。,①某些金屬元素呈分散狀態(tài)賦存于礦物顆粒表面（礦源層）；②沿裂隙發(fā)生了熱液活動，礦源層裂隙兩側(cè)物理化學(xué)狀態(tài)發(fā)生了改變，礦源層中的元素被萃取至流體中遷移；③熱液遷移過程中受阻，流體中元素又以新的結(jié)合方式沉淀下來。,上述例子說明元素的地球化學(xué)遷移包含了以下三個要素：① 環(huán)境物理化學(xué)條件的變化；② 元素結(jié)合方式的改變；導(dǎo)致元素在空間上的位移及元素集中、分散的轉(zhuǎn)化。

10、 因此，元素的遷移過程能指示元素發(fā)生變化的動態(tài)過程，以及各種物理化學(xué)條件對其的制約關(guān)系，從而揭示地質(zhì)、地球化學(xué)作用機(jī)制。,案例： 白堊紀(jì)末期（6500萬年前）巨大的陸生恐龍和大量的海洋浮游生物在短期內(nèi)突然滅絕！是什么原因呢？ 觀察：E/K界面上1cm厚粘土中測出Ir元素突然增加了20 倍。 當(dāng)時保存下來化石的氧同位素成分測定其海水溫度突然上升，最高可達(dá)10oC。 事件的宏觀地質(zhì)體很難尋找到了，

11、但事件的微觀蹤跡（微量元素、同位素）卻記錄下來了。,27,,地球化學(xué)家做了什么？,28,From atom to plate tectonics,恒星演化和化學(xué)元素的起源,元素的起源和合成與恒星演化有關(guān)：元素的核合成宇宙爆炸理論,原始水圈的形成,氣成水學(xué)說：甲烷的光化學(xué)作用巖漿成水學(xué)說：最初地球上的水，主要以巖石中的結(jié)晶水存在于地內(nèi)部，在地殼變化過程中，排入大氣，隨地球的冷卻而凝結(jié)，形成降水，原始大氣層較薄，容納的水汽有限，隨

12、地球演化，水圈的水量逐漸增加隨地表環(huán)境的改變（蓄積太陽能、大氣和水相互作用、風(fēng)化作用），水圈成分逐漸改變。 原始海水是酸性的 原始大洋的沉積物為含鋁粘土礦物所組成的沉淀物 原始大洋發(fā)展的化學(xué)過程—— 原生火成巖礦物+酸性揮發(fā)物+水→沉積巖+大洋+大氣,31,大氣組分的匯各種氧化作用消耗的氧碳酸鹽沉積消耗的二氧化碳空氣中氮化物形成以及硝化作用消耗的氮地球重力場逸失的H2和He,大氣中重

13、要?dú)怏w的源和匯,32,,33,石油的形成：腐殖酸形成的降解過程,陸地生態(tài)系統(tǒng)與碳循環(huán)（IPCC，1980～1989年）碳源：人類使用化石燃料的人為排放及砍伐森林的自然排放的CO2約7Gt/a；其中： 人為排放：5.5±0.5Gt 熱帶土地利用變化(主要是森林采伐)釋放1.6±1.0 Gt/a 碳匯：CO2在大氣中的累積約為3Gt/a 海洋生態(tài)系統(tǒng)將碳“泵入”海洋深部的“泵吸”作用的碳凈吸

14、收為2Gt/a碳［18］碳匯損失：2Gt/a；主要集中在北半球中緯度陸地生態(tài)系統(tǒng),環(huán)境地球化學(xué)過程與全球變化,,全球變化的概念國際地圈生物圈計劃（ＩＧＢＰ）：調(diào)節(jié)地球系統(tǒng)的物理_化學(xué)_生物相互作用過程，其中包括國際全球大氣化學(xué)(IGAC) 全球環(huán)境變化的人類因素計劃（IＨＤＰ）：環(huán)境變化的人類因素 生物多樣性計劃（ＤＩＶＥＲＳＩＴＡＳ）：養(yǎng)育人類社會的生物多樣性,36,人與環(huán)境的化學(xué)聯(lián)系,38,瀝青化氣孔狀熔巖,含自然銅、氧化銅

15、的凝灰角礫巖（強(qiáng)瀝青化、濁沸石化。,瀝青化、沸石化、綠泥石化碎裂蝕變巖,碳泥質(zhì)巖石透閃石-陽起石化,39,峨眉山地幔柱巖漿溢流通道（黃色區(qū)）與相關(guān)資源分布,40,Plate subduction, Fluid release and Arc magmatism,Fluid,俯沖帶成礦分帶,42,全球溢流玄武巖分布：地幔柱,43,Zircon growth and U-Pb Dating,Fluid availability during

16、 HP-UHP metamorphismMajor periods of fluid activity: 245 to 240 Ma ? 230 to 220 MaSubduction of LT/HP to MT/UHP eclogitesFluid release from paragonite decompositionExhumation of MT/UHP to MT/HP eclogitesFluid rel

17、ease from lawsonite decompositionand hydroxyl exsolution,44,,苦橄質(zhì)火山角礫巖,氣孔狀玄武質(zhì)熔巖,炭質(zhì)巖,含礦圍巖REE配分特征,,凝灰?guī)r,,,,46,地球化學(xué)基本思路,把地質(zhì)作用看成一化學(xué)（熱力學(xué)）體系。地質(zhì)環(huán)境用物理化學(xué)條件來描述。研究體系的化學(xué)機(jī)制和演化。實(shí)現(xiàn)在原子層次上，認(rèn)識地質(zhì)作用的機(jī)制，追蹤地質(zhì)歷史。所有化學(xué)的分支學(xué)科（無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)

18、、膠體化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)等）都是它的理論基礎(chǔ)。依據(jù)：化學(xué)元素及其化合物（礦物）的基本物理化學(xué)性質(zhì)和行為在自然和實(shí)驗條件下沒有本質(zhì)的差別。,47,,地球化學(xué)一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科：礦床環(huán)境農(nóng)業(yè)地震預(yù)報,48,發(fā)展歷史,美國：F. W. Clarke, 1884-1925; Carnegie Institution, 地球物理實(shí)驗室下劈地球化學(xué)方向，1905,1838年瑞士化學(xué)家Schonbein（申拜因）首次提出了“地球化學(xué)”這個名

19、詞。 1982年他預(yù)言“一定要有了地球化學(xué)”，才能有真正的地質(zhì)科學(xué)。,發(fā)展歷史,50,發(fā)展歷史,Norway: Goldschmit, 1910s-1930s, 接觸變質(zhì)作用，晶體化學(xué)第一定律/元素地球化學(xué)分類,51,發(fā)展歷史,蘇聯(lián)：В.И.Вернадсий(Vernadskii); A. E.Фepcmaн(Fersman), 1920s-1930s, 元素遷移，放射性同位素地球化學(xué)，地球化學(xué)過程能量分析原理，區(qū)域地球化學(xué)、地球化學(xué)

20、找礦方法,52,發(fā)展歷史,中國：1950s, 1970s成熟的三個標(biāo)志：獨(dú)立研究機(jī)構(gòu):中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所刊物：《地球化學(xué)》大學(xué)開設(shè)有關(guān)課程大學(xué)辦系：中國科技大學(xué)，南京大學(xué)，北京大學(xué),53,中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究室設(shè)置,同位素地球化學(xué)是根據(jù)自然界的核衰變、裂變及其他核反應(yīng)過程所引起的同位素變異，以及物理、化學(xué)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(zhì)體的形成時間、物質(zhì)來源與演化歷史。同位素地質(zhì)年代學(xué)已建立

21、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(biāo)。,54,天體化學(xué)是研究元素和核素的起源，元素的宇宙豐度，宇宙物質(zhì)的元素組成和同位親組成及其變異，天體形成的物理化學(xué)條件及在空間、時間的分布、變化規(guī)律,55,有機(jī)地球化學(xué)是研究自然界產(chǎn)出的有機(jī)質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、空間分布、在地球歷史中的演化規(guī)律以及它們參與地質(zhì)作用對元素分散富集的影響。生命起源的研究就是有機(jī)地球化學(xué)的重要內(nèi)容之一。有機(jī)地球化學(xué)建立的一套生油指標(biāo)，為油氣的

22、尋找和評價提供了重要手段。,56,元素地球化學(xué)是從巖石等天然樣品中化學(xué)元素含量與組合出發(fā)，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(chǎn)資源研究中，元素地球化學(xué)發(fā)揮了重要作用，微量元素地球化學(xué)研究提供了成巖、成礦作用的地球化學(xué)指示劑，并為成巖、成礦作用的定量模型奠定了基礎(chǔ),57,礦床地球化學(xué)是研究礦床的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化。著重探討成礦的時間、物理化學(xué)條件、礦質(zhì)來源和機(jī)理等問題。它綜合元素地球化學(xué)、同位素地球化

23、學(xué)、勘查地球化學(xué)和實(shí)驗地球化學(xué)等分支學(xué)科的研究方法和成果，為礦產(chǎn)的尋找、評價、開發(fā)利用服務(wù)。,58,環(huán)境地球化學(xué)是研究人類生存環(huán)境的化學(xué)組成化學(xué)作用、化學(xué)演化及其與人類的相互關(guān)系，以及人類活動對環(huán)境狀態(tài)的影響及相應(yīng)對策。環(huán)境地球化學(xué)揭示了某些疾病的地區(qū)性分布特征及其與環(huán)境要素間的關(guān)系。,59,第四紀(jì)地球化學(xué)稀土元素地球化學(xué)極地地球化學(xué)礦物化學(xué)、礦物物理深部地球化學(xué)構(gòu)造地球化學(xué),60,中國科學(xué)院礦床地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室,博士生

24、(35),碩士生(34),博士后(11),高訪(1),,,,,,,,,,61,,化學(xué)分析實(shí)驗室,62,結(jié)合國家對礦產(chǎn)資源的重大需求，主要研究自然界的化學(xué)元素在各種地質(zhì)作用下活化、遷移和富集形成礦床的地球化學(xué)過程，揭示在不同的時代、地區(qū)和動力條件下化學(xué)元素富集形成礦床的規(guī)律，創(chuàng)建礦床地球化學(xué)的新理論和新方法，為探尋礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景基地提供新的思路和科學(xué)依據(jù)。,學(xué)科方向,近期主要研究方向,64,電子探針實(shí)驗室 （EP

25、MA-1600型）,5道波譜、1道能譜、焦點(diǎn)反饋?zhàn)詣泳劢箻悠放_,微區(qū)化學(xué)組成定性和定量分析 微區(qū)化學(xué)組成線分析 微區(qū)化學(xué)組成面分析 微區(qū)形貌圖像、成分分布圖像,65,稀有氣體同位素質(zhì)譜實(shí)驗室 （Micromass 5400 型）,He、Ne、Ar、Kr、Xe同位素組成測定 鹵素元素和CO2成分分析 Ar-Ar定年,全熔、階段加熱、真空壓碎,66,激光Raman光譜實(shí)驗室 (Renishaw

26、inVia Reflex 型),單各包裹體氣相成分 礦物鑒定與結(jié)構(gòu)分析,高溫高壓下硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)與礦物物理,67,流體包裹體實(shí)驗室,流體（熔體）包裹體物性測定 流體包裹體成分分析,68,地球化學(xué)研究成就,地球年齡前寒武系地層同位素、微量元素示蹤（地幔虧損）地幔性質(zhì)隕石碰幢-恐龍滅絕假說（Ir異常）古氣候記錄儀器ICP-MSSHRIMP,69,,70,,71,,72,,73,,74,地球化學(xué)泰斗：涂光熾院士,八十誕辰慶

27、祝會做學(xué)生的體會地球化學(xué)家：歐陽自遠(yuǎn)、傅家謨、安芷生,75,中國地球化學(xué)泰斗，導(dǎo)爺，涂光熾院士,76,地球化學(xué)家，登月計劃首席科學(xué)家歐陽自院院士,77,周永章：承擔(dān)項目,廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗室建設(shè)欽州灣-杭州灣結(jié)合帶礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景調(diào)查（中國地質(zhì)調(diào)查局重大專項）珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)地球化學(xué)環(huán)境預(yù)警預(yù)測（國土資源部生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查專項）熱水沉積硅質(zhì)巖地球化學(xué)與成礦（國家自然科學(xué)基金）金的地球化學(xué)地球化學(xué)環(huán)

28、境與人類健康勘查地球化學(xué),,,揚(yáng) 子 地 塊,華 夏 地 塊,80,作業(yè)：,什么是地球化學(xué)？地球化學(xué)的思維特點(diǎn)百度搜索“中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所”，然后進(jìn)入http://www.gig.ac.cn 百度搜索“中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所” ，然后進(jìn)入http://www.gyig.ac.cn,81,作業(yè)：,百度搜索“國家自然科學(xué)基金委員會”，然后進(jìn)入http://www.nsfc.gov.cn/ 并查找“地球化學(xué)”領(lǐng)域“資助指

29、南”和“優(yōu)先資助領(lǐng)域”百度搜索“中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所” ，然后進(jìn)入該所網(wǎng)站,82,作業(yè)：,分別進(jìn)入北京大學(xué)、南京大學(xué)、中國科技大學(xué)、中國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站，搜索它們的“地球化學(xué)”學(xué)科發(fā)展情況Google “環(huán)境地球化學(xué)”，然后總結(jié)環(huán)境地球化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀,83,作業(yè)：,Goole“涂光熾”、“歐陽自遠(yuǎn)”、 “謝先德”、“傅家謨”、 “安芷生”，然后總結(jié)對他們的印象Google “geochemistry”Google ”Ho