元素地球化学

化学术语

元素地球化学是研究地壳中或地表各类岩石、矿物、矿石及各种地质体中化学元素的组成、含量、分布及时空变化的学科，也是研究各种化学元素地球化学行为的主要学科。

状态

研究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，以其元素在各种地质及物理、化学条件下的分散、富集和演化循环规律的地球化学分支学科。

中国元素地球化学数据库，以中国科学院广州地球化学研究所元素地球化学实验室、岩石学实验室、有机岩石学实验室，岩石学化学分析实验室及矿物实验室长期积累的各类岩石矿物样品的元素分析数据为主要数据源，并收集国内外研究文献而建成。数据库可以实验室这些数据的模糊查询。可以广泛应用于地质、岩石、沉积学、化探、地球化学及矿产勘探及研究等各个领域。个别元素的地球化学研究，有助于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纂出版了《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。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。

元素在自然界的分布和分配

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。

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。

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。

元素的共生组合关系

是对地质作用及其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。

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。

中国图

中国元素地球化学图分等值线图和色块图两种，分别按铝〔Al〕、砷（As）、硼〔B〕、钙（Ca）、镉〔Cd〕、钴（Co）、铬〔Cr〕、铜（Cu）、氟（F）、铁（Fe）、汞〔Hg〕、钾（K）、锂（Li）、镁（Mg）、锰〔Mn〕、钼（Mo）、钠〔Na〕、镍〔Ni〕、磷〔P〕、铅（Pb）、锶〔Sr〕、钛（Ti）、钒〔V〕、锌（Zn）共24种元素编制成单一元素图。

地质矿产部出自寻找矿产资源的目的，开展了1:200000和1:500000比例尺的水系沉积物测量工作，现已分别获457万km2和18km2的分析数据，但主要集中于东部地区，西部荒漠和人迹罕至的地区数据不多。为了能较全面地反映我国元素地球化学分布特征，还利用了中国科学院南京土壤研究所和全国环境监总站的土壤资料，以填补部分空白。尽管介质不同，但都反映了我们现实生活中的环境状况。

通过区域化探扫面所获的水系沉积物数据，以1:200000的国际分幅为基本单元，在1km2内取一个样，4km2合成一组合分析样，再按每个图幅1500－1700个测试数据计算出单元素的平均值，用以代表该1:200000图幅这一元素的丰度。各个图幅分析的元素种类略有差异，所获数据量也稍有不同。总的说来，每一1:200000图幅单元数据有780个左右。另有数幅为1:500000国际分幅水系沉积物测试数据。因共同遵循了“区域化探全国扫面工作方法若干规定”，在采样流程、样品加工流程、测试流程和质量监控流程各个环节中，最大限度地抑制了不应有的误差，保证了数据的质量。鉴于我们主要探索的是元素背景值的分布规律，因此在每个1:200000图幅内对数据进行统计时，剔除了那些高于或低于3倍离差的数据，消除了局部异常值。中国科学院南京土壤研究所和全国环境监测总站采集的土壤样，按土壤类型随机取样，编图中仍以1:200000国际分幅作为基准，将采样点投影到它所在的1:200000图幅中，每个图幅单元素的土壤（A层）背景值一般为4～20个，同样取其平均值代表这一图幅的分析数据。因有标样监控，测试数据也是可信的。

处理后求得全国24种元素以下数据：

X－算术平均值；

S－标准离差；

Cv－变异系数；

n－样品数；

在运用计算机编制等值线图时，所有数据均标在1:200000图幅中心点上，以其所在地理坐标绘制出原始数据的点位图，通过双标准纬线等积圆锥投影完成坐标转换，再运用SURFER软件包中的无偏最佳估值的Kriging插值技术进行处理。Kriging的变量确定为：网格70km×50km，以每一网格中心为搜索中心，搜索半径50km，形成网格化数据。

图中元素的含量等级，按正态分布的累计频率曲线划分为11个等级，大致又以x+1.5s为高含量，介于其间者为中等含量。各元素分布特征概况如下。

1. Ca、K、Mg、Na、Sr

除K外，其它4种元素高值区大面积汇集在我国华北西部和西北的干旱、半干旱地区。这些元素的含量自西北向东南逐渐降低。总体上，我国南半部为Ca、Na和Sr的低值区，北半部为高值区，Sr和Na的高值区还延伸到我国东北地区。Mg除符合上述总规律外，在中部的局部小范围内，如湘鄂西部、太行山、燕山、辽东半岛等地为中等偏高含量区。我国总体上处于低K水平，K分布与上述元素不同，高值区和低值区呈星点庄分布，相对而言，浙、闽、赣和吉、辽南、内蒙古东北部含量较高，西北、西南、中南含量一般偏低，但海南岛南部和广西南部等地有小片偏高值至高值区。

2. Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Ti、V

这些元素的高值区和中值区主要分布在云贵高原至吉林长白山区北西－南东向带上。其西北侧的青藏高原、新疆南部至内蒙古东部，与其东南侧的华南及东南沿海，构成两条大致平行代规模差别较大的低值带。新疆北部，Co、Fe、Mn、V的含量也偏高。在东南沿海及华南地区无明显Ti低值区。

3. Co、Hg、Pb、Zn

这类元素的高值区和中值区主要集中在秦岭－大别山以南、西藏以东的我国西南、东南和中部地区。此外，Cu在新疆北部和太行山区、Zn在长白山和大、小兴安岭地区出现不同规模的中等值。Cu、Zn低值区分别出现在内蒙古至藏北、浙江至广西沿海地带和内蒙古至藏北、山东半岛、广东至广西沿海一带。我国东南、中南和西南地区多属Hg、Pb高值至中值区，且呈大片集中分布；北方地区Hg和Pb含量总体上在平均背景值以下。

4. As、Cd

As高值区和中值区主要出现在西藏及滇、桂、湘等省区。尤其是西藏境内As含量几乎都高于平均背景值，在内蒙古高原南部和新疆天山山脉北麓局部小范围内。As含量亦偏高，成为我国主要的饮水型砷中毒区。其他地区As含量则普遍低于平均背景值。Cd高值区主要分布在滇、黔、桂地区，但在陕西、鄂北和浙西等地出现规模不一的零星中值至偏高值区。青藏高原、新疆、内蒙古、东北、华北、及东南沿海一带大多属于Cd区。

5. B、F、Li

除华北北部、东北、西北部分地区、山东半岛、东南沿海及海南岛等地区为这些元素的低值区外，其他绝大部分地区，B、F、Li的含量几乎都在平均背景值以上。但这些元素的富集状况及高、中值的地域分布不完全相同。B与Li高背景值分布范围更为接近，B在西藏的富集程度较高，Li除西藏明显偏高外，从云贵高原东部到鄂西及江汉平原也均为其高值带。F高值区在我国南部地区亦呈零星分散状，与Li分布状况类似，但在西藏地区未见F明显富集。

6. P

元素

P的中值区从云贵高原直抵东北三省，呈明显的北东－西南向带状展布。高值区出现在阿尔泰山和大、小兴安岭等地。两条低值带：一条自山东向东南延伸至海南岛地区；另一条从辽西经内蒙古西部、甘肃至青藏高原。

7. Al

我国大多数地区属Al的平均含量接近背景值或稍高于背景值的中值区，仅滇、粤、闽和辽、吉、黑、内蒙古东北部地区、新疆北部和东部、晋南、川东、藏南地区、豫鄂皖交界地区，Al含量较高[ω(Al)＞8%]。Al中值区主要集中在大、小兴安岭，长白山和我国东南部地区。内蒙古高原、黄土高原、青藏高原和四川盆地等地均属低Al区。总体上说，Al平均含量由西到东有逐减增高的趋势。

8. Mo

我国东部存在两条北东－南西向延伸的Mo高背景值带。一条位于东南沿海；一条由云贵高原东部经湘西、鄂西、川东、陕南断续绵延到东北北部。在新疆、西藏、青海也有不连续分布的高背景值区。内蒙古、陕、甘、宁、川西和辽、鲁、豫、苏、皖、赣构成两个低值区。

意义

元素地球化学是地质矿产勘察及矿床地球化学研究的主要手段。在地质、矿物化学、岩石化学、矿床学、土壤学及环境地球化学等各方面都有广泛应用。

全国各地天气预报查询

上海市

市辖区

云南省

临沧市

云南省

丽江市

云南省