元素地球化学

[拼音]：yuansu diqiu huaxue

[外文]：geochemistry of the elements

研究各个元素在地球各部分以及宇宙天体中的分布、分配、迁移形式和赋存状态，在各种地质及物理、化学条件下的分散、富集和演化循环规律的学科。地球化学的一个分支。个别元素的地球化学研究，为进一步有计划地寻找和勘探各种元素的矿床，阐明它们与人类生活的关系，提供有力的理论依据。

发展简史

1929年，地球化学的创始人之一，挪威的V.M.戈尔德施密特应用灵敏精确的定量光谱法进行了硼、镓、锗、磷、钛等元素的地球化学研究,1932年,发表了《硼的地球化学》，1954年在他的名著《地球化学》一书中，几乎论述了所有化学元素的地球化学行为。苏联地球化学家В.И.维尔纳茨基在《地球化学概论》(1934)一书中，论述了碘和溴的地球化学、游离氧的历史、锰的地球化学史、硅和地壳中的硅酸盐、碳以及放射性元素的地球化学。1950年,芬兰的K.兰卡马和Th.G.萨哈马编写的《地球化学》详尽地论述了每一种元素的地球化学行为。1964年苏联科学院稀有元素矿物学、地球化学和结晶化学研究所编篡出版了《稀有元素的地球化学、矿物学和矿床类型》一书。美国R.W.费尔布里奇主编了一套名为《地质论文集丛》的丛书，其中有《硼的地球化学》、《铁的地球化学》和《锗的地球化学》等专册。在 60年代末至 70年代初，美国的K.H.韦德波尔主编的《地球化学手册》系统整理了各个元素的地球化学资料。这些乃是国际上元素地球化学的代表性经典文献。

中国元素地球化学研究从50年代开始。1963年出版了《中国铌、钽、稀土矿床、矿物及地球化学》和《中国锂、铍矿床、矿物及地球化学》两本专著，总结了中国稀有和稀土元素地球化学的研究成果。此后南京大学地质系和中国科学院地球化学研究所都发表了华南花岗岩中微量元素的地球化学研究成果。1984年，刘英俊等编著的《元素地球化学》是本分支学科的一本比较系统的专著。

研究内容

元素地球化学一方面根据矿产资源、能源以及改善人类生活环境等方面的需要，着重研究诸如金(见表)、钨、铁、锗、钼、稀有元素、放射性元素等地球化学；另一方面根据研究地球演化、成岩成矿作用等基础理论的需要，开展了稀土元素地球化学、微量元素地球化学及挥发性元素地球化学等方面的研究。前一方面研究着重探讨元素的活动规律，寻找它的富集条件或构成矿床的可能性；后一方面研究则看重于探讨元素的量变及组合规律，找出这种变化规律与地质及物理化学条件间的内在联系。元素地球化学的研究内容相当广泛，主要包括：

（1）元素的物理、化学和晶体化学性质。包括元素的原子结构、各种物理及化学参数、晶体化学参数，例如金（见上表）。根据元素的这些参数可以从本质上阐明它们在各种地质作用过程中的行为特征。

（2）元素在自然界的分布和分配（见元素的分布与分配）。研究元素在宇宙、星球、陨石及地球中的丰度和元素在地壳中及不同岩石类型中的平均含量，对比分析在各种地质体中元素分布的不均匀性及其地球化学意义。

（3）元素的迁移形式及元素的赋存状态。探讨地球化学作用中元素的迁移方式、化学反应过程，以及元素迁移活动的温度、压力、酸碱度、氧化还原电位和能量变化等物理化学条件，揭示元素在自然界中各种赋存形式及其所占的比例等。

（4）元素的演化、循环历史。研究元素在不同时代、不同地质作用过程中的地球化学行为。从空间和时间上把它们联系起来，便构成元素的演化历史和循环规律。对每一种元素都可作出定性和定量的循环图解，如硼在岩石圈上部的循环（见图）。

（5）元素的共生组合关系对于地质作用及物理化学条件的反映。元素的共生组合及其含量比例关系的变化，受物质来源以及温度、压力等条件的制约，因此可以作为一种地球化学指示剂。这方面的研究包括微量元素地球化学、稀土元素地球化学及挥发性元素地球化学等领域。

（6）确定元素的富集途径及主要矿床类型，进一步指明找矿方向。随着环境科学的兴起，还应阐明元素在生态系统中各个环节的行为及其影响。

研究方法

主要有以下方法：

（1）为了确定元素的分布、分配及存在形式，应用具有高灵敏度、高精度、经济、迅速等特点的现代物理、化学的测试方法，这是元素地球化学研究的基础。

（2）各种地球化学模拟实验，对于了解元素在地质作用中的迁移形式、沉淀富集条件、矿物形成条件及稳定范围，以及元素的地球化学行为等是很重要的手段。

（3）运用物理化学、热力学的基本理论来分析元素的地球化学规律。相律、自由能、生成热等热力学计算方法，可以从理论上分析地球化学作用进行的方向和限度，以及元素在共存相（矿物）之间分配规律。

（4）元素地球化学研究,要处理大量的分析数据,正确地应用数理统计和电子计算机方法，有助于深入地、科学地反映元素的地球化学活动规律。

参考书目

刘英俊等编著：《元素地球化学》，科学出版社，北京，1984。中国科学院贵阳地球化学研究所著：《华南花岩类的地球化学》，科学出版社，北京，1979。