《地球化学》课程教学大纲

1、地球化学课程教学大纲课程英文名称：Geochemistry课程编号：133990640课程类别：(专业课)课程性质：(选修课)学 分： 2学 时：（其中：讲课学时：32 实验学时：0 上机学时: 0）适用专业： 地质工程开课部门： 环资学院地质与矿物加工工程系一、课程教学目的和课程性质通过地球化学这门课程的讲解，旨在为地质专业学生认识化学元素和其同位素在地球演化历史过程中的分布、迁移的运动规律，并运用这些规律来解决有关的地质现象和实际问题。二、本课程与相关课程的关系地球化学课程是一门基础学科，与地球物理、地质学一起并列为地球科学三大基础学科。它本身是一门交叉学科，学习本课程涉及一定化学知识，另

2、外需要与矿物学、晶体学、地质学结合。另外，掌握先进的分析技术也是地球化学学习目的之一。今年来，地球化学的日益发展得益于分析技术手段的发展。其实地球化学很多章节涵盖不同领域，需要精密与其他课程结合，以此为背景认识我们周围复杂的地球科学现象。主要来讲：地球化学元素亲和性：与化学为基础；过渡元素晶体场理论：与晶体、矿物学为基础；水地球化学：矿物沉淀和溶解、化学反应为基础；同位素地球化学：与地质学科里面地层、定年有紧密联系、全球区域等问题三、课程的主要内容及基本要求（一）理论学时部分第1单元 名称 地球化学学科发展历史 （ 2 学时）知 识 点1、地球化学的基本思想和主要研究内容 2、重要的地球化学人

3、物（欧洲、北美和前苏联） 3、地球化学研究方法重 点 戈尔德斯密特、费尔斯曼等在地球化学做的贡献难 点 让学生了解地球化学历史，培养科学意思，并激发学习兴趣基本要求1、识 记：地球化学发展历史2、领 会：地球化学奠基人 3、简单应用：地球化学基本工作方法 4、综合应用：国内外那些研究机构开展地球化学工作？ 第2单元 名称 太阳系的元素丰度 （ 2 学时）知 识 点1、克拉克值 2、太阳系元素丰度规律 3、月岩典型KEEP岩石特征 4、H和He特征 5、球粒陨石重 点 太阳系元素丰度特点、CI型球粒陨石、难 点 怎么获得太阳系元素丰度？为什么CI型球粒陨石最能体现宇宙形成初期元素丰度？基本要求1

4、、识 记：陨石分类、太阳系丰度最高两种元素2、领 会：陨石分类标准 3、简单应用：月岩地球化学分析4、综合应用：通过有机物丰度侧面反映陨石“新鲜”程度第3单元 名称 地球的化学组成 （ 4 学时）知 识 点1、大陆地壳化学组成 2、大洋地壳组成 3、地幔化学组成重 点 克拉克值难 点 克拉克值怎么通过样品分析和全球地质图权重计算出来的？基本要求1、识 记：地壳元素丰度最高7种元素2、领 会：计算地壳元素丰度不同方法（美国人克拉克和挪威人戈尔德斯密特）3、简单应用：通过克拉克值比较，知道哪些地区某元素是富集，哪些元素是匮乏。4、综合应用：将元素克拉克值计算方法，运用到区域地球化学调查。第4单元

5、名称 元素的晶体化学性质和元素结合规律 （ 2 学时）知 识 点1、元素的地球化学分类通过门捷列夫化学元素周期表分类开始引入地球化学中重要的一种分类，戈尔德斯密特元素分类。2、元素结合的基本规律（地球化学亲和性）讲解元素的地球化学亲和性的概念和分类并重点介绍与矿床有关的亲氧和亲硫元素3、微量元素结合主要规律重点介绍类质同象问题4、过渡元素晶体场理论利用元素晶体场理论解释不同宝石呈现不同颜色重 点 戈尔德施密特地球化学分类、过渡元素晶体场理论难 点 过渡元素晶体场理论，配位能分裂问题基本要求1、识 记：地球化学元素分类，亲氧元素和亲硫元素2、领 会：元素的电子特征与亲和性关系、最低八面体配位能3

6、、简单应用：通过元素地球化学分类，认识不同矿产特定伴生矿元素的原因？4、综合应用：将过渡元素晶体场理论，用于解释不同宝石呈现不同颜色问题。第5单元 名称 地球化学热力学和动力学（难点） （ 4 学时）知 识 点1、地球化学热力学、动力学、相图、固溶体、反应级数2、热力学和动力学概论和区别3、基本定律（简单介绍）4、热力学计算（以硬玉-石英-钠长石为例）5、相图绘制（Fe系相图绘制过程介绍）6、反应速率问题和速率常数重 点 热力学问题、相图绘制、热力学计算难 点 三元相图、用相图解释岩浆岩冷却过程不同矿物相形成顺序基本要求1、识 记：地球化学热力学和动力学不同2、领 会：相图的指导意义3、简单应

7、用：反应可行和反应速率是有差异的，为什么热力学计算出石英能在纯水中溶解，是自发的，但没有观察到溶解？4、综合应用：利用相图问题解决同一元素在不同条件下形成不同矿物（以砷系矿物为例）第6单元 名称 水溶液地球化学 （重点和难点） （ 4 学时）知 识 点水-岩作用是地质过程重要界面过程，通过本章学习使得同学认识沉淀和溶解过程，了解污染物在地下水中迁移行为，介绍迁移模型。1、饱和指数2、活度系数3、吸附过程4、对流弥散过程（以砷在磷灰岩迁移扩散为例进行讲解，授课老师研究方向）重 点 水-岩作用、溶解、沉淀、络合、活度系数难 点 络合反应及反应常数实验获得方法和原理基本要求1、识 记：饱和指数、活度

8、系数、对流弥散方程的推导2、领 会：目前用于吸附的一些络合模型建立原则3、简单应用：根据地下水水质特点判断某一矿物是否发生溶解或沉淀的依据？4、综合应用：利用对流弥散方程描述污染物在含水层中的迁移行为第7单元 名称 稳定同位素地球化学（重点和难点） （ 4 学时）知 识 点稳定同位素与放射性同位素区别同位素丰度及表示方法同位素分馏机制O同位素分馏问题及在地球化学运用（仅以此为例，其它同位素不再讲）O同位素冰芯和全球气候变化中的运用重 点 稳定同位素标准、同位素丰度及表示方法，常见分馏机制难 点 同位素地质温度计原理基本要求1、识 记：相对千分率、常见的稳定同位素标准物质、同位素分馏系数2、领

9、会：引起同位素丰度差异的原因3、简单应用：地质样品同位素分析和解释现象的联系4、综合应用：利用18O对冰芯进行分析获得近2万年全球温度变化的数据。第8单元 名称 放射性同位素（ 2 学时）知 识 点放射性同位素基本性质放射性同位素定年原理Rb-Sr法定年问题，等时线问题K-Ar法定年问题14C定年问题，并以此阐述定年精度和定年前提假设其它定年方法简述重 点 等时线方程、放射性定年原理、放射性同位素的测定方法难 点 等时线方程基本要求1、识 记：定年的基本方法、各方法的适用范围和定年尺度、半衰期2、领 会：裂变行径方法定年，光释光方法定年3、简单应用：利用假定的实验数据根据衰变常数计算出样品年龄

10、（以Rb-Sr为例）4、综合应用：用光释光定年方法时，采集样品的注意事项，通过这些介绍培养同学细致工作、珍惜样品的基本素养。第9单元 名称 环境地球化学（ 2 学时）知 识 点1、环境地球化学基本原理和研究方法2、全球变化环境地球化学3、环境工程地球化学（可渗透活性障/墙）（以处理核污染为例进行介绍）重 点 地方病与微量元素地球化学、全球变化环境地球化学、工程地球化学难 点 环境地球化学研究方法和工程地球化学原理基本要求1、识 记：元素与人体健康、我国典型的原生地球化学环境问题、酸矿废水形成和危害、可渗透地球化学障2、领 会：微量元素富集和缺失都会引起原生地方病 微生物在酸矿废水中的催化作用3

11、、简单应用：利用可渗透活性障处理酸矿废水4、综合应用：黄铁矿是产生酸矿废水的罪魁祸首，怎么通过实验获得该矿物溶解速率方程，并找出导致它氧化的因素有哪些，根据这些因素获得滞留矿区（煤矿、金矿等）日益严重的酸化问题。 第10单元 名称 生物地球化学（ 2 学时）知 识 点1、生物标志物2、有机地球化学3、干酪根4、煤和石油形成过程的相同点和不同点重 点 干酪根的分类与成煤成油的联系、有机地球化学当前研究方向、生物标志物用于油源对比和评价、煤岩学中显微组分难 点 有机质在地质过程中演化过程，煤、油和天然气的转化关系基本要求1、识 记：干酪根、生物标志物、微生物成矿2、领 会：温度对干酪根演化的作用3

12、、简单应用：利用生物标志物进行油源对比4、综合应用： 利用微生物成矿过程固化硫元素的思路第10单元 名称 分析地球化学（ 2 学时）知 识 点1、地球化学样品采集和数据分析统计学在地质样品分析的意义2、X射线光谱方法（授课老师讲）3、原子吸收光谱（学生准备）4、电子探针（学生准备）重 点 电磁波在分析技术中的应用，包括X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱难 点 X射线产生原理和晶体结构关系（布拉格方程）、拉曼光谱和红外光谱相同点和不同点基本要求1、识 记：伦琴射线发现过程、点阵理论、电磁波不同波长用于物质分析2、领 会：粉末衍射和单晶衍射的区别、微区分析的地质意义、晶体中化学键振动与点阵理论关系3、

13、简单应用：利用X射线识别矿物（定性分析）4、综合应用：利用X射线衍射技术分析矿物，利用红外光谱分析矿物结构信息。学时分配各内容讲解时间分配课程作业章节内容教学理念时间安排一次课堂作业（10%成绩）第一部分地球化学学科发展历史培养学生学科历史2学时第二部分太阳系的元素丰度2学时第三部分元素的晶体化学性质和元素结合规律培养地球化学思考问题4学时第四部分微量元素地球化学2学时第五部分地球化学热力学和动力学用化学方法解决地质问题4学时 一次课堂作业（10%成绩）第六部分水溶液地球化学水-岩相互作用4学时第七部分稳定同位素地球化学同位素温度计4学时第八部分放射性同位素定年思想2学时第九部分环境地球化学地

14、球化学工程处理2学时第十部分有机地球化学2学时第十一部分分析地球化学地质样品收集、先进分析方法、培养细致采样，认真分析数据的习惯2学时学生参与互动留作机动2学时出勤率（10%）（二）实验学时部分实验教学环节作用及目的无实验教学环节培养学生能力标准 无实验项目、内容、学时分配及实验类型无1、必开实验2、选开实验3、主要仪器设备四、教学方法与手段 本课程教学方式是双语教学，这是由于国外在地球化学学科取得非常快的发展，地球化学从1853年提出，到现在已有一百多年历史，国外很多技术和理论值得学习，因此本课程增加大量英文资料和非常难得的图片。 本课程在双语课建设下，通过与国外地球化学科学家联系，已获得一些珍贵外文资料和图片，其中不乏很多是高清晰图片，有利于教学。五、考核要求、方式与成绩评定考核要求：覆盖各章节全部教学内容 考核形式：考查 尽管考试是考查，但采用统一制卷，题目包括名词解释（20分）、填空题（20分）、问答题（40分）和分析计算题（20分）成绩评定：采用结构化评分，考试成绩占70%，平时作业（2次）占20%，出勤率占10% 六、选用教材、讲义和主要参考书学生选用教材：张宏飞、高山编著，地球化学， 地质出版社，2