《地球化学》教学大纲.doc

地球化学课程教学大纲一、课程基本信息中文名称：地球化学英文名称：Geochemistry开课学院：资源与环境学院课程编码：9712012030属性：理论学分：3总学时：48实验学时：8上机学时：0适用专业：地质学专业先修课程：填入课程号填入课名称9712004040岩浆岩岩石学9712006030变质岩岩石学9712007035沉积岩岩石学、9712008050构造地质学大纲执笔：矿物与岩石教研室夏青松大纲审批：资源与环境学院学术委员会教学院长：廖明光 制定(修订)时间：2013年3月二、目的与任务及能力培养地球科学以自然物质的组成及其各类运动形式为研究内容。地球化学是地球科学中研究物质成分的主干科学，以元素及其化学运动为研究对象，是地球化学的基础学科之一。通过地球化学课程教学，使学生认识地球化学的学科性质、主要研究领域及其研究的根本问题、基本理论及研究方法；并在此基础上了解地球化学在地球科学中的地位及初步建立地球化学思维。地球化学是地学专业的基础课之一，也是地球化学专业的专业基础课，是地球化学、资源勘查、环境等专业及地质学专业理科基地班学生进一步选修地球化学专题课程的基础。三、基本要求通过课程学习领会地球化学的研究思路和方法，掌握地球化学基本概念、基本原理和研究方法，学会用地球化学原理分析和解决地球科学问题。通过地球化学作业、专题读书报告编写和答辩等环节使学生的分析问题能力得到提高。四、教学内容、要求及学时分配本课程介绍地球化学的学科地位、定义、学科性质、研究内容和研究方法；自然体系中元素和同位素的分布规律及其研究意义；自然体系中元素的结合规律和赋存形式及其研究意义；自然体系中水-岩化学作用和水介质中元素的迁移规律及其控制因素；地球化学热力学与动力学方法原理在研究地球化学作用过程中应用；微量元素地球化学和同位素地球化学方法原理及其在岩石圈体系中应用。具体教学要求、重点、难点及学时分配如下：（一）理论教学（共40学时）绪论（2学时） 目的与要求：地球化学学科的性质定义及在地球科学中的地位。要求学生掌握：1. 地球化学的定义及研究的基本问题。2. 地球化学的研究思路、研究的工作方法。3. 地球化学的发展简史及发展趋势。重点掌握：地球化学的研究思路、研究的工作方法第一章 太阳系和地球系统的元素丰度（6学时） 地球系统的化学组成和元素丰度是地球化学的基本研究任务之一，是开展地球化学研究的基础资料，它是地球化学过程的历史记录，也限定和反映了体系的热力学性质和元素的地球化学行为。目的与要求：要求学生掌握以下几点：1 太阳系、地球的化学组成；2 太阳系、地壳元素丰度的特征及其研究方法；3 区域及地质体元素丰度的研究方法及研究意义。基本教学内容：第一节 太阳系元素丰度（1学时）一、陨石的化学组成；二、太阳大气圈的化学组成；三、太阳系元素丰度特征第二节 地球的结构和化学组成（2学时）一、地球的层圈结构及各圈层的化学组成；二、地球元素丰度第三节地壳的化学组成（3学时）一、大陆地壳化学组成的研究方法；二、大陆地壳的结构与组成；三、地壳化学成分和元素克拉克值的地球化学意义重点：地球的层圈结构及各圈层的化学组成；难点：三大体系成份特点。第二章元素的结合规律与赋存形式（6学时） 自然体系中元素的结合并不是任意的，而是有一定规律的，由于各自的地球化学性质及一定的环境和物理化学化学条件的制约，它们相互结合、共生。要求学生掌握：1 自然体系中元素结合的基本规律；2 晶体化学性质对微量元素和过渡族元素行为的控制；3 元素的地球化学分类及元素的赋存形式第一节 自然体系及自然作用产物第二节 元素的地球化学亲合性 （1学时）一、元素地球化学亲合性的概念二、元素的地球化学亲合性(亲铁、亲氧、亲硫性)第三节 类质同像（1学时）一、决定元素类质同像置换的基本条件二、类质同像置换法则及研究的地球化学意义第四节 晶体场理论及其对过渡金属元素行为的控制（1学时）一、晶体场理论概要二、晶体场理论对过渡金属元素行为的控制第五节 元素结合规律的微观控制因素（1学时）一、决定元素结合 基本参数二、硫化物类矿物中的化学键及元素的行为第六节 元素的地球化学分类和元素赋存形式的研究（2学时）一、元素的地球化学分类二、元素赋存形式的研究重点：元素的地球化学亲合性、类质同象规律等元素间结合和分配的基本规律。难点：晶体场理论对过渡元素行为的控制。第三章水岩化学作用和水介质中元素的迁移（6学时） 自然界的物质是不断运动的，元素也包含其中，本章的主要内容是地球系统水岩化学作用和作用类型及元素在水介质中的迁移及迁移的控制因素。要求学生掌握：1元素的地球化学迁移2水介质中元素迁移沉淀的化学规律及其影响因素第一节地球系统的化学作用和化学迁移（0.5学时）一、地球系统的化学作用类型二、元素的的地球化学迁移第二节 水岩化学作用（1.5学时）一、水岩化学作用的基本类型二、天然水的类型三、水溶液中元素的搬运形式第三节 水岩化学作用的影响因素（2学时）一、体系组成对水岩化学作用的影响二、体系物理化学环境对水岩作用的影响第四节 水岩化学作用的实例（2学时）一、 风化过程中的水岩化学作用二、 沉积地球化学作用三、 高温水岩化学作用重点：水岩化学作用及影响因素。难点：水岩化学作用的影响因素。第四章地球化学热力学与地球化学动力学（4学时）地球系统中的化学作用、化学演化不仅受体系内的组成和物理化学参数的限制，也受环境的热力学和动力学条件的控制。要求学生掌握：1热力学在元素结合规律中的应用2自然过程的方向和相图的编制3地球化学动力学概念第一节 热力学在元素结合规律中的应用（1学时）一、热力学基础概要二、元素地球化学亲合性的热力学控制三、矿物固溶体热力学四、矿物溶解度及元素在流体中的存在形式第二节 自然过程的方向及相图的编制（1学时）一、确定自然过程的方向和限度二、矿物相平衡计算和相图的编制及研究意义第三节 地球化学动力学（2学时）一、基本概念二、均相化学反应的速率定律三、水岩作用的化学动力学四、孔隙介质中流体渗流组分扩散化学反应耦合过程的动力学重点：如何应用热力学研究地球化学问题、水-岩化学动力学的研究方法。难点：熵、自由能、热焓的定义、相平衡原理、水岩作用的化学动力学。 第五章微量元素地球化学（8学时） 微量元素在地球系统中的分布、分配，在自然体系中的性状，在自然界的迁移和演化历史，是本章的主要内容。要求学生掌握：1微量元素的基本概念2微量元素分配系数及其应用3稀土元素地球化学第一节 微量元素地球化学基本理论（1学时）一、基本概念二、能斯特定律及分配系数第二节 岩浆作用过程中微量元素分配演化的定量模型（1学时）一、岩浆形成过程中部分熔融模型二、岩浆结晶过程中结晶作用模型第三节 稀土元素地球化学（3学时）一、稀土元素的主要性质及在自然界的分布二、稀土元素在自然界的分馏三、稀土元素组成数据的表示方法第四节 微量元素地球化学示踪作用（3学时）一、岩浆成岩过程判别二、成岩、成矿构造环境判别三、成岩、成矿物理化学条件判别四、地球历史中灾害事件的微量元素地球化学证据重点：稀土元素地球化学、微量元素地球化学示踪作用。难点：稀土元素的分布特征及数据分析方法、微量元素的地球化学研究的应用。第六章同位素地球化学（8学时）同位素地球化学是研究自然体系中同位素的形成、丰度及在自然作用中分馏和衰变规律的科学。在地球系统作用过程中形成宏观地质作用同时，还发生了同位素成分的变异，这种变异记录着地球物质作用发生的时间和条件。要求学生掌握：1自然界引起同位素成分变化的原因2同位素年龄测定基本原理及某同位素体系年龄测定方法3稳定同位素的示踪意义第一节自然界同位素成分变化的机理（1学时）一、同位素的基本性质二、自然界同位素成分变化的原因第二节 同位素地质年代学（3学时）一、衰变规律及同位素年龄公测定公式二、Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学（视专业补充其它方法）第三节稳定同位素地球化学（4学时）一、氢、氧同位素地球化学二、碳同位素地球化学三、硫同位素地球化学重点：同位素地质年代学、稳定同位素地球化学。难点：Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学分析方法；氢、氧、碳、硫同位素地球化学的应用。（二）实验教学（8学时）目的和要求：地球化学课程针对地质类专业，实习内容包括各类岩石中元素的分布规律、地球化学热力学计算、Rb-Sr 和Sm-Nd 同位素等时线年龄计算。实习目的是掌握地球化学的一些基本计算方法和针对计算结果的分析方法。1、 必修实验项目序号项目编码项目名称1实验一 地球、地壳中化学元素的分布和分配2实验二 地球化学热力学计算3实验三 Rb-Sr 和Sm-Nd 同位素等时线年龄计算4五、考试考核办法：（一）成绩核算办法1、总成绩课堂成绩（%）实践成绩（%）实验成绩（%）总成绩（100%）80202、分项成绩平时成绩（%）期中成绩（%）期末成绩（%）课堂成绩（100%）2080实践成绩（100%）实验成绩（100%）100（二）成绩评定方式1、平时：按照课程规定，包括作业、考勤、实验报告完成情况评定。2、期中：无。3、期末：闭卷考试。六、教材和参考资料 推荐教材：地球化学，韩吟文、马振东主编，地质出版社，2003参考资料：1、高等地球化学，中国科学院地球化学研究所，科学出版社，19982、地球化学，国家自然科学基金委员会，科学出版社，19963、地球化学，刘英俊等编，科学出版社，19904、Geochemistry, W.M. White, 20015、Geochemistry, Francis Albarde, Cambridge University Press, 2003 6、中国地质大学(北京)地质资源勘查实验教学中心，地球化学专业，实验实习讲义，2005七、其它：网络教学资源：1、国家精品课程网站：/2、中国地质大学：/details/introduction?uuid=8a833996-18ac928d-0118-ac928f48-021a&courseID=A050081&column=brief 地球化学实验项目教学大纲一、 课程基本信息项目编码： 项目学时：8项目类型：验证性 项目属性：必修大纲执笔：矿物与岩石教研室夏青松大纲审批：资源与环境学院学术委员会 主管院长：廖明光二、 目的与任务及能力培养地球化学是地质学与化学、物理学等基础学科交叉的产物，而分析测试和实验技术是地球化学与其他科学联系的桥梁，是地球化学研究获得第一手资料的主要手段。本课程针对我校地质类专业的实际情况，要求学生掌握地球化学相关计算的基本方法，注重培养学生的分析整理数据的能力以及如何使用这些数据解释相关的地质现象。三、基本要求在理论课程学习的基础之上，通过地球化学数据的整理、分析等环节使学生的分析问题能力得到提高。要求学生课前预习相关理论知识，搞清实验的目的、内容和方法；学生应遵守实验室规则接受导师指导，细心观察现象，深入分析，如有疑问，可以相互讨论或询问教师；实验完毕应当堂或在指定时间内写好实验报告，总结实验收获。四、教学内容、要求及学时分配实习内容包括各类岩石中元素的分布规律、地球化学热力学计算、Rb-Sr 和Sm-Nd 同位素等时线年龄计算。具体教学要求、重点、难点及学时分配如下：实验一 地球、地壳中化学元素的分布和分配（4学时）一、 实验目的1. 了解元素丰度资料的获得和使用（1学时）；2. 实验地球化学资料的整理和综合分析（1学时）；3. 总结地球化学元素丰度资料的变化规律（2学时）。二、 实验要求：1. 每班同学分成56个小组，每个小组一道题，分头查资料，然后作图、分析讨论，个人写出实习作业上交；2. 安排4个实习学时，2 个学时收集资料和作出初步结果，2 个学时进行课堂讨论并做出实习报告。3. 每个小组至少选择4组元素组合或4 种典型元素（不同地球化学分类的元素组合），分析它们的元素丰度分布的变化规律。重点：元素丰度的计算和比较。难点：元素丰度分布的变化规律总结和作图。实验二 地球化学热力学计算（2学时）一、实验目的1、 掌握标准状态下化学反应平衡常数的计算方法。2、 掌握任意温度、压力条件下化学反应平衡常数的计算方法。3、 了解地球化学热力学计算在地球化学研究中的意义。二、实验要求：1、建立化学反应方程式，查阅相关热力学参数。2、计算标准状态条件下的相关热力学参数。3、根据计算精度，引入合理的假设条件。4、依据任意温压条件下的计算公式进行热力学参数计算。重点：计算碳酸盐岩地区硅灰石形成过程中二氧化碳的逸度与温度的关系。难点：绘制相关热力学参数间的关系图解。实验三 Rb-Sr 和Sm-Nd 同位素等时线年龄计算（2学时）一、实验目的学习放射性同位素等时线定年的方法，掌握等时线绘制的方法，理解等时线测年的基本原理。二、实验要求：使用3组数据计算岩石或矿物的Rb-Sr 和Sm-Nd 测试数据，计算岩石或矿物的年龄。重点：绘制Rb-Sr等时线图。难点：等时线绘制的方法。五、考试