花岗岩岩体风化剖面
§2 元素在水溶液中的迁移形式
地表条件以地壳与水圈直接接触为 特征。流体相对自然界元素的迁移具 有重要影响，其特点表现为：
H2O
➢ H2O在各地球化学体系，尤其是地表环境中普遍存 在，为过剩组份；
➢ H2O的存在对环境的性质起着明显的控制作用(如干 旱与潮湿环境)；
➢ 不同的元素与H2O反应表现出复杂的行为，影响着 元素的迁移和沉淀、富集与分散。
5.大洋沉积物；6. 岩浆；7. 大洋
地表条件下岩体被抬升、剥蚀和发生风化作用的过程
引言
地球自形成以来，其化学组成的演化就从未停止。因此组 成地球的各圈层和各圈层内部不同尺度物质体系的化学组 成是时间的函数。
不同尺度体系的化学不均一性是驱使化学作用发生的原因 之一，如高含量矿体成矿元素的含量呈中心式向周边围岩 扩散(地球化学找矿勘查的重要依据)。
元素地球化学迁移的概念包括以下含义： ① 空间上的位移表现为元素发生了重新分配，使得不同 元素发生相对分散或集中； ② 元素的迁移由多个环节组成，即元素存在形式的非稳 定化(活化)、以新的形式发生化学迁移、以与新环境平衡的 形式沉淀或结晶而进入新的体系；
③ 元素的化学迁移存在于各种地质过程(大至圈层尺度的物 质运动，如地幔对流、板块俯冲，小至单个矿物的蚀变)，以 化学形式组成和记录了地质事件；
物理迁移—以岩石和矿物碎屑形式发生 的物质迁移。如河流的机械搬运。
生物迁移—以有机物形式发生的物质迁 移。如植物从土壤吸取元素而生长。
上述作用类型通常相互伴随，如河流上游搬运的河砂到了大海 沉积物中可能仅剩下石英砂，化学沉淀的碳酸盐在浊积岩中变成了 角砾状灰岩，土壤中生物生长导致了化学风化的加速等。
2Mg3Si2O5 (OH )4 3CO2 Mg3Si4O10(OH )2 3MgCO3 3H2O
蛇纹石
滑石
菱镁矿
•定量测量
对研究的体系(对象)进行元素含量对比分析，可定量 地了解元素在体系中发生迁移的特征，即带入或带出的元 素及其程度。
由于元素迁移将引起样品密度、体积的变化，不能简 单地将迁移前后的样品直接进行元素含量的比较，需要建 立可比较的参照指标。目前采用的方法主要有三种：
第三章 地表地球化学作用与元素迁移
内容提要
化学作用与化学迁移 水-岩化学作用
物理化学条件特征 作用的基本类型 天然水的类型 迁移形式
水-岩化学作用影响因素
内因—体系组成 外因—物理化学环境
实例分析与讨论
风化作用 硫化物矿床风化 沉积过程
碳元素的地表迁移及壳-幔物质交换 1.软流圈地幔；2.岩石圈地幔；3.大陆地壳；4.大洋地壳；
环境物理化学条件的改变也是导致化学作用产生的重要因 素，如地表条件下岩浆岩的风化蚀变、不同地幔深度条件 下温度和压力的差异引发的地幔物质对流等。
地球化学组成和环境条件的持续演化意示了地球的化学作 用的普遍性，而不同圈层边界在化学组成和环境条件上的 显著差异，导致了强烈的化学作用产生。
地壳表层是地壳与水圈和生物圈接触的边界，是元素发生 重新分配的重要场所，也是人类生产和生活的环境。认识 地表条件下元素的地球化学行为，对了解地球的化学作用 过程、物质循环及其影响，具有重要的理论和应用意义。
水溶液中元素的存在形式
根据水中分散质点的大小，可将含水流体分为以下类型： 溶液：以单分子或离子状态存在（D＜10-6mm） 胶体：分子或微粒子（D：10-3～10-6mm） 悬浮液：D＞10-3mm
1. 离子或分子
不同化合物因其结合的键性不同，当其进入水溶液后 也以不同的状态存在于溶液中： 离子化合物：在水中电离为离子 分子晶体化合物：受极性分子的吸引，分解为极性分子 原子晶体化合物：具共价键，只能分解为分子
§1．地球系统的化学作用与化学迁移
1. 地球系统的化学作用类型
➢ 水-岩反应和水介质中的化学作用 ➢ 水-气化学作用 ➢ 熔体-岩石和岩浆化学作用 ➢ 岩-岩化学作用(如陨石轰击地壳) ➢ 有机化学作用
生
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。
4. 元素迁移的标志
新鲜橄榄岩
宏观观察
岩石发生了矿物组合的变化， 如橄榄岩因交代作用发生的蛇纹 石化。在蛇纹石化过程中橄榄石 多变为利蛇纹石，斜方辉石多变 为绢石(具斜方辉石假象的蛇纹 石 )。
蛇纹石化橄榄岩
3Mg2SiO4 4H2O SiO2 2Mg3Si2O5 (OH )4
橄榄石
蛇纹石
(1)等体积法：通过对比元素迁移前后体系密度的变化，计算 出体积校正因子，再对元素含量进行修正；
(2)等阴离子法：假设元素迁移前后体系中氧离子的数量没有 变化，以160个氧离子为基础，分别计算出元素迁移前后 与其结合的阳离子的数量，以判断发生迁移的元素及变化 量；
(3)稳定元素法：假设元素迁移过程中，某(些)元素没有发生 明显的变化，即该元素的绝对含量保持了相对稳定。通过 对比在体系变化前后该元素相对含量的变化，确定出校正 因子，进而对其它元素的含量进行校正。这类元素有Ti(或 其它HFSE)、V等。
离子电位与水溶液中的离子
离子电位(π) 定义为： π = 离子电价 / 离子半径
第(3)种方法在实际应用中可操作性较强。
•条件界面
体系发生元素迁移的外部 原因是环境条件的改变。因此， 当研究对象处于不同的条件界 面后，将发生元素的迁移。如 岩体或地层与流动水体系的接 触、矿体出露于含水层等。这 种观察将提醒研究者采集地质 样品时，注意样品的代表意义： 不同变化特征(蚀变程度)的样 品，其所代表的地质意义不同。
④ 元素的化学迁移是联系元素分布与分配的桥梁。如元素 在地球中的分布是通过元素的地球化学迁移而实现其在不同 圈层中的分配；成矿作用是在地壳元素分布的背景下，通过 元素的迁移，以较高浓度的分配形式集中富集的结果。
3. 物质迁移的类型
化学迁移—以熔体、溶液或气态形式发 生的物质迁移。如碳酸盐的溶解。