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绪论 1

0.1 地球化学及其主要研究内容和任务 1

0.1.1 地球化学学科的性质 1

0.1.2 地球化学的基本思想及主要研究内容和任务 2

0.2 地球化学发展简史 3

0.2.1 地球化学开创时期 3

0.2.2 现阶段的地球化学 6

0.2.3 我国地球化学发展的概况 9

0.3 地球化学的基本观点、方法论和方法学 10

0.3.1 地球化学基本观点和方法论 10

0.3.2 地球化学的研究方法 11

复习思考题 14

主要参考文献 14

第1章 太阳系的元素丰度和元素起源 15

1.1 太阳系的组成和元素丰度 15

1.1.1 太阳系的组成 15

1.1.2 太阳系的元素丰度 17

1.1.3 陨石类型及其化学组成 19

1.2 太阳系元素丰度的起源 25

1.3 行星和月球的化学成分 26

1.3.1 行星的化学成分 26

1.3.2 火星的成分 28

1.3.3 月球的化学成分 30

复习思考题 33

主要参考文献 33

第2章 地球的化学组成 35

2.1 大陆地壳的化学组成 35

2.1.1 大陆上地壳 36

2.1.2 大陆深部地壳 44

2.1.3 大陆地壳组成 52

2.1.4 大陆地壳组成对壳幔交换作用的指示 56

2.2 大洋地壳的化学组成 60

2.3 地幔的化学组成 62

2.3.1 原始地幔的化学组成 63

2.3.2 亏损地幔的化学组成 68

2.4 地核的化学组成 70

2.5 地球的化学组成 72

复习思考题 74

主要参考文献 74

第3章 元素的晶体化学性质与元素结合规律 80

3.1 自然体系特征 80

3.1.1 基本特征 80

3.1.2 自然体系中元素的赋存形式 82

3.1.3 元素的地球化学分类 86

3.2 自然界元素结合的主要规律 88

3.2.1 元素结合规律的微观控制因素——晶体化学 88

3.2.2 硫化物类矿物中的化学键及元素行为 96

3.3 元素结合的基本规律——地球化学亲和性 97

3.3.1 元素的地球化学亲和性的概念及其分类 97

3.3.2 亲氧性元素和亲硫性元素 97

3.3.3 亲铁性元素 98

3.4 微量元素结合的主要规律——类质同像 100

3.4.1 类质同像的基本概念 100

3.4.2 类质同像置换的条件 101

3.4.3 类质同像置换法则 102

3.4.4 类质同像的研究意义 103

3.5 过渡族元素的行为特征——晶体场理论解释 107

3.5.1 晶体场理论概要 107

3.5.2 晶体场理论对过渡族元素行为的解释 111

复习思考题 113

主要参考文献 113

第4章 微量元素地球化学 115

4.1 微量元素的概念 115

4.2 分配系数 116

4.2.1 稀溶液与亨利定律 116

4.2.2 能斯特分配定律和分配系数 117

4.2.3 影响分配系数的因素 118

4.2.4 分配系数的确定 121

4.3 岩浆形成和演化过程中的微量元素地球化学模型 122

4.3.1 部分熔融作用 122

4.3.2 岩浆结晶过程 124

4.3.3 同化混染-分离结晶作用 124

4.4 流体作用中的微量元素地球化学行为 126

4.4.1 高温流体作用中的微量元素行为 126

4.4.2 低温流体作用中的微量元素行为 128

4.5 变质作用中的微量元素地球化学行为 128

4.5.1 封闭体系变质作用的微量元素行为 128

4.5.2 开放体系变质作用的微量元素行为 129

4.6 稀土元素地球化学 130

4.6.1 稀土元素的化学性质 131

4.6.2 稀土元素的分配系数 132

4.6.3 影响稀土元素在自然界分馏的主要因素 134

4.6.4 稀土元素数据表示 134

4.7 微量元素数据的表示及其地球化学示踪作用 136

4.7.1 微量元素数据表示 136

4.7.2 微量元素的地球化学示踪作用 138

复习思考题 147

主要参考文献 148

第5章 放射成因同位素地球化学 152

5.1 自然界同位素成分变化的机理 152

5.1.1 同位素的基本性质 152

5.1.2 放射性同位素 153

5.2 放射性同位素衰变定律及同位素地质年代学基础 154

5.3 Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学 157

5.3.1 Rb-Sr法年龄测定的基本原理 157

5.3.2 Sr同位素地球化学 159

5.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学 161

5.4.1 Sm-Nd法年龄测定的基本原理 161

5.4.2 Sm-Nd同位素模式年龄 162

5.4.3 Nd同位素地球化学 163

5.5 U-Th-Pb法年龄测定及Pb同位素地球化学 166

5.5.1 U-Th-Pb法年龄测定 166

5.5.2 Pb同位素地球化学 169

5.6 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定 174

5.6.1 K-Ar法 174

5.6.2 40Ar-39Ar法 175

5.7 Lu-Hf法年龄测定及Hf同位素地球化学 178

5.7.1 Lu-Hf法定年 178

5.7.2 Hf同位素地球化学 179

5.8 Re-Os同位素体系 180

5.8.1 Re-Os地球化学 180

5.8.2 Re-Os体系同位素组成 181

5.8.3 Re-Os同位素体系参数 182

5.8.4 Re-Os同位素体系的地质应用 183

5.9 年轻地质体同位素年代学 184

5.9.1 不平衡U系 185

5.9.2 宇宙成因核素 189

5.9.3 原位宇宙成因同位素和暴露年龄 192

5.9.4 裂变径迹 193

5.10 同位素封闭温度及冷却年龄 196

复习思考题 198

主要参考文献 198

第6章 稳定同位素地球化学 202

6.1 稳定同位素地球化学基础 202

6.1.1 稳定同位素分类 202

6.1.2 同位素丰度 202

6.1.3 同位素组成的表达方法 203

6.1.4 稳定同位素标准物质 203

6.1.5 同位素分馏 204

6.2 稳定同位素地质温度计 209

6.2.1 基本原理 209

6.2.2 同位素平衡的判别 209

6.2.3 稳定同位素温度计 210

6.3 氢、氧同位素 212

6.3.1 氢、氧元素的地球化学特征 212

6.3.2 氢、氧同位素分馏机理 213

6.3.3 主要地质体中氢、氧同位素组成及应用 219

6.4 碳同位素 225

6.4.1 碳元素的地球化学性质 225

6.4.2 碳同位素分馏机理 225

6.4.3 碳同位素在地质体中的分布与应用 228

6.5 硫稳定同位素 232

6.5.1 硫元素的地球化学性质 232

6.5.2 硫同位素分馏机理 233

6.5.3 硫同位素在地质体中的分布与应用 235

6.6 氮同位素地球化学 239

6.7 非传统稳定同位素 241

6.7.1 非传统稳定同位素特征 241

6.7.2 非传统稳定同位素表示方法和标准物质 245

6.7.3 锂同位素 246

6.7.4 铜同位素 247

6.7.5 锌同位素 248

6.7.6 铁同位素 249

6.7.7 钼同位素 251

6.7.8 钙同位素 253

复习思考题 254

主要参考文献 254

第7章 环境地球化学 266

7.1 环境地球化学的基本原理和研究方法 266

7.1.1 环境地球化学基本原理 266

7.1.2 环境地球化学的研究方法 269

7.2 原生地球化学环境与人体健康 269

7.2.1 元素与人体健康 269

7.2.2 原生地球化学环境元素丰缺与地方病 272

7.2.3 几类典型原生地球化学环境问题 275

7.3 现代污染物环境地球化学 283

7.3.1 现代污染物的主要类型和来源 283

7.3.2 持久性有机污染物和重金属污染物 285

7.3.3 典型污染物在环境中的迁移转化过程 288

7.3.4 典型污染物的源解析 298

7.4 全球变化环境地球化学 301

7.4.1 地球系统和全球变化 301

7.4.2 全球变化的主要过程和驱动力 302

7.4.3 过去全球变化的地球化学重建 308

7.5 环境工程地球化学 317

7.5.1 环境工程地球化学的概念和特点 317

7.5.2 环境工程地球化学基本原理和方法 318

7.5.3 环境工程地球化学的应用 322

复习思考题 326

主要参考文献 326

第8章 生物与有机地球化学 331

8.1 元素生物地球化学循环 331

8.1.1 碳循环 332

8.1.2 氮循环 336

8.1.3 硫循环 338

8.1.4 磷循环 340

8.2 油气地球化学 341

8.2.1 生物标志物 341

8.2.2 油气生成 344

8.2.3 原油的微生物降解 347

8.2.4 油气地球化学分析技术 348

8.3 微生物与矿物相互作用 350

8.3.1 微生物风化作用 350

8.3.2 微生物矿化 352

8.3.3 微生物成岩作用 353

8.4 极端环境生物地球化学 354

8.4.1 海底热液喷口 354

8.4.2 海底冷泉喷口 356

8.4.3 陆地热泉 357

8.4.4 酸性环境 357

复习思考题 358

主要参考文献 358

第9章 分析地球化学 360

9.1 基本概念和术语 360

9.2 地球化学样品采集及前处理 363

9.2.1 地球化学样品的采集 363

9.2.2 地质样品前处理技术 367

9.2.3 分离和预富集 373

9.3 整体分析 375

9.3.1 X射线光谱法 375

9.3.2 原子吸收光谱法 377

9.3.3 原子荧光光谱法 378

9.3.4 原子发射光谱法 379

9.3.5 电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） 381

9.3.6 不同分析技术的性能比较 382

9.4 微区分析 383

9.4.1 电子探针（Electron Probe Microanalyzer，EPMA） 384

9.4.2 离子探针（Ion Microprobe Mass Analyzer） 385

9.4.3 激光诱导击穿光谱仪（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS） 386

9.4.4 激光剥蚀联用技术（Laser Ablation ICP-MS/ICP-AES/MC-ICP-MS） 387

9.4.5 辉光放电质谱（Glow Discharge Mass Spectrometry，GD-MS） 389

9.4.6 微钻取样溶液分析 390

9.5 地球化学分析数据处理 391

9.5.1 基本概念 391

9.5.2 误差的来源、分类及测试结果的评价 393

9.5.3 分析数据的处理 394

9.5.4 分析质量的监控 405

复习思考题 405

主要参考文献 406

附表 410