地球化学模型是从传统的定性解释到定量描述、从宏观现象描述到微观机理探索的地球化学定量研究方法。即可定量研究地球化学系统中水-岩-气相互作用的研究方法。它充实发展了研究领域的深度和广度，它的产生与发展，对地球化学及相关学科的理论研究，甚至实际应用带来深刻的影响。地球化学模型的本质是化学热力学在地球化学系统中的应用，它的基础是与地质环境无关的化学热力学原理，而这些原理可以等同地应用于水-岩反应系统中。

1962年，R.M.加雷尔斯和M.E.汤普森首次利用天然水中的地球化学模型定量计算了水溶液中的离子分布以及预测矿物的饱和状态。1968～1969年，H.C.赫尔格森等人首次引入电脑程序来模拟化学平衡和化学反应过程，如风化过程、沉积成岩过程、蒸发过程、热液蚀变过程及成矿过程等。随后的几十年，地球化学模型主要向着两个方向发展：①对矿物和水相热液的热力学数据的不断填补、测试评价和总结；②将以上热力学数据更好地应用在复杂的地质水-岩体系中的数字化描述中。发展的热力学理论和实验数据不断充实和改进了地球化学模型在实际应用中的模拟范围和准确性，也促进了地球化学模型版本的改进升级，而不断发展的地球化学模型又促进了对基础热力学实验及理论工作的进展。

地球化学模型可以分为3类：①地下水组分分布模型。主要用来计算地下水中各种组分存在形式的浓度和热力学活度，确定水相对于各种组分和矿物的饱和状态，为物质迁移、平衡及反应途径计算提供基础数据。此模型一般包括专门反应模型和离子缔合模型。②物质平衡模型。它与组分分布计算结合的方法称为“反向模拟”。此模型主要用来确定地下水系统中，沿着每个流线不同两点间矿物溶解或沉淀的数量。③物质迁移或反应路径模型，又称为“正向模拟”。即利用假设的地球化学反应来预测水和岩石的成分，也就是在假设的不可逆反应和热力学约束条件情况下，来预测水的化学成分和在固、液、气相间矿物的转移量。

地球化学模型能够模拟不同类型的反应，如酸碱反应、水溶液络合反应、矿物的溶解和沉淀过程、氧化还原反应、吸附作用、离子交换、表面络合、气体的溶解和出溶、稳定同位素分馏、放射性衰变等。常用的模拟软件为：ChemEQL、ChemPlugin、CHILLER、EQ3/EQ6、GEOCHEM-PC、The Geochemist’s Workbench、GEMS-PSI、PHREEQC、MINETQA2、NETPATH、WHAM等。

地球化学模型可以模拟地球深部的高温地球化学反应，也可以对浅地表物质的含水溶液进行低温反应模拟，包括：①地下水地球化学模型。在开发此模型时，需要对地下水的化学成分演化进行定量描述，包括矿物溶解或沉淀状态、确定物质进出引起的空间变化、预测其中的成分和质量转移等。②俯冲带元素地球化学模型。在俯冲带过程中，研究某个元素在此过程中的行为等（如Cu），需要涉及矿物的形变脱水具体过程，包括Cu元素在不同种矿物间或者熔体间的分配系数，在不同温压条件下的行为变化以及不同矿物、岩性之间的储库等。