矿大地球化学复习资料及试题4套.doc

地球化学复习资料地质2010级绪论1. 概念地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学机制(作用)和化学演化的科学。2.地球化学研究的基本问题1）地球系统中元素（同位素）的组成2） 元素的共生组合和存在形式3) 研究元素的迁移和循环4) 地球的历史与演化3.地球化学的研究方法1 野外地质考察与样品采集1） .宏观地质调研2）.运用地球化学思维观察、认识地质现象。 3）.在地质地球化学观察的基础上，根据目标任务采集各种地球化学样品。2 室内测试分析 资料处理与分析 过程机制模型建立 制约分析与正演、反演 模型修正，建立模式第一章1.地球化学体系按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，每个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理化学状态（C、T、P等），并且有一定的时间连续。 2. 丰度一般指一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量的相对份额（如百分数）。因此元素就是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。分布，一般指元素在这个体系中的相对含量（平均含量），即元素的“丰度”，体系中元素的相对含量是以元素的平均含量来表示的，其实“分布”应当比“丰度”具有更广泛的涵义3.克拉克值地壳中元素重量百分数的丰度值4.陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。 陨石的化学成分陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成， 陨石类型按成份分为三类： 1）铁陨石（siderite）主要由金属Ni, Fe（占98%）和少量其他元素组成（Co, S, P, Cu, Cr, C等）。 2）石陨石（aerolite）主要由硅酸盐矿物组成（橄榄石、辉石）。这类陨石可以分为两类，即决定它们是否含有球粒硅酸盐结构，分为球粒陨石和无球粒陨石。 3）铁石陨石（sidrolite）由数量上大体相等的FeNi和硅酸盐矿物组成，是上述两类陨石的过渡类型。5.太阳系元素丰度具有以下规律1. H和He是丰度最高的两种元素。2. 原子序数较低的范围内，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的范围内（Z45）各元素丰度值很相近。 3. 原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。具有偶数质子数（A）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素。这一规律称为奥多-哈根斯法则，亦即奇偶规律。 4. 质量数为4的倍数（即粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度。 5. Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素，而O和Fe呈现明显的峰，它们是过剩元素。6.地球内部结构地球的内部圈层分别以莫霍面和古登堡面为界划分为地壳、地幔和地核。其中地幔包括上地幔、过渡层和下地幔，地核分外地核和内地核两部分。各圈层的化学成分地核：大部分以金属状态存在的铁和镍(S、C、Si)地幔：大部分是镁铁硅酸盐组成（p31）。地壳：大部分是氧和硅、铝也较多水圈：以氧和氢为主。生物圈：主要为碳、氢、氧和氮。大气圈：主要为氮、氧地球的物质（按重量计算）各元素的丰度铁近34.6%，氧为29.5%，硅为15.2%，镁为12.7%镍为2.4%，硫为1.9%，钙和铝为2.2%，其它元素共占1.5% 7.地球的元素组成特征元素组成特征: 常量元素为Fe、O、Si、Mg、Ni、Ca、Al、S。占总质量的99%，其中Fe、O、Si、Mg占90%。主要有15种元素组成。地球元素丰度与太阳大气层元素丰度有明显的相似性惰性元素丰度大幅度的下降8. 地球元素丰度计算方法(1)陨石类比法（4个假设条件） 直接用陨石的化学成分，经算术平均求出地球的元素丰度(2)地球模型和陨石类比法（SMT）（silicate metal-torilite）(3)地球物理模型类比法（黎彤）9.地壳元素丰度确定的方法 地壳元素的丰度特征 地壳元素丰度研究的意义 地壳元素分布的不均一性地壳元素丰度的研究方法 1.岩石平均化学组成法 2.细粒碎屑沉积岩法3.大陆地壳生长历史法4.大陆地壳剖面法10.地壳元素的丰度特征1. 地壳中元素的相对平均含量是极不均一的，丰度最大的元素是O：47%，与丰度最小的元素Rn的6x10-16相差达1017倍。相差十分悬殊。2. 对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发现，它们在元素丰度的排序上有很大的不同。3. 地壳中元素丰度不是固定不变的，它是不断变化的开放体系。由此可见地壳元素的丰度取决于两个方面的原因: 元素原子核的结构和稳定性；宇宙物质形成地球的整个演化过程中物质的分异。 11.元素地壳丰度研究的地球化学意义 1） 元素的克拉克值在某种程度上影响元素参加许多化学过程的浓度，从而支配元素的地球化学行为。2）限定自然界的矿物种类及种属2） 限制了自然体系的状态 3） 对元素亲氧性和亲硫性的限定 第二章1.地球化学体系的特征1 温度、压力等条件的变化幅度与实验条件相比相对有限2 是多组分的复杂体系3 体系是开放的4 自发进行的不可逆过程2.元素的地球化学亲和性在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性。3.判断元素的地球化学亲和性化学键性是第一位的，在化学键型相同的情况下，可考虑原子（离子）结合时的几何稳定性，如半径：一般离子半径小的亲氧，大的元素亲硫，当元素间以共价键相结合时，因为共价键有方向性和饱和性，元素的结合还会受配位多面体形式的制约。4.元素的地球化学亲和性分类亲氧性元素、亲硫性元素、亲铁性元素亲铁性元素1 亲铁性元素在自然界中以金属状态产出的一种倾向性；2 亲铁性元素在自然体系中，特别是在O、S丰度低的情况下，一些金属元素不能形成阳离子，只能以自然金属的形式存在，它们常常与金属铁共生，以金属键性相互结合，这些元素具有亲铁性，称亲铁性元素基本特征：不易与其他元素结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离能）也不易得到电子（电负性中等）。因而晶体中所有原子共享自由电子，保持电中性。代表性亲铁元素有：铂族、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中地其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称类质同象5.类质同象置换条件1)离子（或原子）自身性质，如半径相近、电价平衡、配位多面体的对称性相同和化学键类型一致等；2）体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和氧化还原条件等有利置换的进行；3）固溶体的热力学性质控制类质同象置换的晶体化学因素6.类质同象置换法则1、戈尔德施密特类质同象法则1）优先法则：两种离子电价相同，半径有别，半径小的离子集中于较早的矿物中，而半径较大的离子（化学键弱）将在晚阶段矿物中富集。 2)捕获允许法则：如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价离子优先进入较早结晶的矿物晶体中，称“捕获”（capture），低价离子“允许”(admit)进入晚期矿物。3）隐蔽法则：两个离子具有相近的半径和相同的电荷，则它们因丰度的比例来决定自身的行为，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素进入矿物晶格，为主量元素所“隐蔽”。 2、 林伍德Ringwood法则林伍德提出对戈氏法则的补充： 对于二个价数和离子半径相似的阳离子（离子键成分不同时）具有较低电负性者将优先被结合，因为它们形成一种较强的离子键成分较多的化学键。 Ringwood类质同象法则更适用非离子键化合物7.类质同象规律的意义1）确定了元素的共生组合2）决定了元素在共生矿物间的分配3）支配微量元素在交代过程中的行为4）类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志5）标型元素组合8.元素的地球化学分类戈尔德施密特元素的地球化学分类亲铁元素、亲铜元素、亲石元素、亲气元素、亲生物元素元素的地球化学分类（P85）相容元素与不相容元素高场强元素与大离子亲石元素9.元素的赋存形式元素的赋存形式是指元素在一定的自然过程或其演化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系。元素的赋存形式的含义应包括元素的赋存状态和元素的存在形式。自然界元素有三态，即气态、液态和固态。本节主要介绍元素为固态（固相中）和液态（流体相中）时的存在形式。1）元素在固相中的存在形式2）元素在水流体相（真溶液）中的存在形式第三章1.元素的地球化学迁移当环境发生物理化学条件变化，使元素原来的存在形式变得不稳定时，为了与环境达到新的平衡，元素原来的存在形式自动解体，而结合成一种新的相对稳定的方式存在。当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了地球化学迁移。2.元素迁移的标志(1)通过矿物组合的变化来判断(2)通过岩石中元素含量的系统测定和定量计算来判定(3)物理化学界面3.迁移的识别方法等体积计算法、等阴离子计算法、稳定元素法4.元素的地球化学迁移三个要素环境物理化学条件的变化； 元素结合方式的改变；导致元素在空间上的位移及元素集中、分散的转化。 5.水-岩化学作用的基本类型1. 氧化还原反应2脱水和水解反应 水解作用的实质是水电离的H+或OH进入矿物晶格，分别取代其中的阳离子或阴离子，从而使矿物解体形成新的矿物3水合作用 合作用的实质是水分子整体进入矿物晶格中，从而使矿物的体积增大。4碳酸盐化或脱碳酸盐化天然水中最常见的碳酸根（CO32）和重碳酸根（HCO32）离子与矿物或岩石发生的作用叫碳酸盐化反应。5阳离子的交换反应 主要发生在粘土矿物和胶体吸附过程,6.水-岩作用的影响因素1.体系组成对水岩作用的影响 1）溶度积 当温度一定时，难溶强电解质溶液中离子浓度的乘积为一常数，这一常数称为溶度积常数，简称溶度积。 2）活度积原理 离子积大于活度积时，发生沉淀；离子积小于活度积时，发生溶解，称活度积原理 3）共同离子效应在难溶化合物的饱和溶液中，加入与该化合物有相同离子的易溶化合物,此时，原难溶化合物的溶解度将会降低，称为共同离子效应。其实质是溶度积原则在特定条件下的体现。 4）盐效应当溶液中存在易溶盐类(强电解质)时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称为盐效应。当溶液中存在易溶盐类(强电解质)时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称为盐效应。 5）同离子效应和盐效应的关系 6）胶体的作用2.体系物理化学环境对水岩作用的影响1）pH值对元素迁移的影响 pH值影响氢氧化物是否自溶液中沉淀，导致不同元素的氢氧化物在水介质中的迁移能力不同。pH值影响元素的共生或分离：影响两性元素的迁移形式盐类的水解2）E及Eh值的影响环境的氧化还原电位 非标准状态下氧化还原电位（E）计算 E及Eh值对化学作用的影响Eh值主要对于像Fe、Mn等变价元素化合物的溶解度有很大影响，而对非变价元素，如Al、Si等的沉淀和溶解的影响则较小。3）温度和压力的影响温度的影响并不仅限于蒸发和增大物质浓度，温度的升高或降低可以改变反应进行的方向压力也是影响作用方向的一个重要的因素。压力增大时，平衡向体积减小(气体摩尔总数减小)的方向移动；压力减小时，平衡向体积增大(气体摩尔总数多)的方向移动。7.影响风化作用的主要因素1）母岩的化学成分与矿物的耐风化能力（抗风化能力），2）环境条件。第五章1.微量元素的定义自然体系中，含量低于0.1%的元素称为微量元素；体系中不作为任何相得主要化学组分存在的元素；服从稀溶液定律（亨利定律）的元素；2.稀溶液定律（亨利定律）元素在两相间分配达到平衡时，元素在各相间的化学势相等，微量元素的活度（ ai）正比于其摩尔浓度（ bi）3.能斯特定律描述了微量元素在平衡共存两相间的分配关系。当一种矿物（A相）与一种溶液（B相）处于化学平衡时，微量元素i（溶质）将在两相间进行分配，当分配达到平衡时有： m岩石的分配系数(总分配系数)用于研究微量元素在矿物集合体（岩石）及与之平衡的熔体之间的分配关系，常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达：4.分配系数的测定直接测定法： 直接测定地质体中两平衡共存相得微量元素浓度，再按能斯特分配定律计算出分配系数。实验测定法： 用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质；或者直接采用天然物质（如拉斑玄武岩）作为初始物质，实验使一种矿物和熔体，或者两种矿物间达到平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定元素在两项中的浓度，得出分配系数。5.影响分配系数的因素A 体系化学成分的影响岩浆化学成分的变化在很大程度上取决于硅酸盐熔体的结构。B 温度对分配系数的影响由能斯特定律可导出： lnKD = - (H/RT) + BH表示微量元素在两相中的热焓变化；B是积分常数；R是气体常数分配系数的自然对数与体系温度的倒数呈线性关系！C 压力对分配系数的影响，分配系数随压力的增大而迅速增加。6.稀土元素在自然界中的分布 1)稀土元素在地球中的丰度从下地幔到上地幔再到地壳，REE总量不断增高。(2)地壳中REE元素分配具以下一些特点：从La到Lu，元素的分布量明显表现出偶数元素高于相邻的奇数元素丰度，并呈折线式逐渐降低的趋势。(Ce)含量远比(Y)含量高，(Ce)/(Y)=2.652.93,大大超过地幔、地球及陨石中的(Ce)/(Y)比值。稀土元素间差异分为五个方面：1） 晶体化学性质差异2） 2）碱性差异：3） 3）元素的价态差异4） 形成络合物的稳定性不同5） 离子被吸附的能力不同。7.表征REE组成的参数1） 稀土元素总量REE。2） 轻重稀土元素比值 LREE/HREE（Ce/Y)3）轻重稀土元素标准化比值 (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N8.岩浆成岩构成鉴别固液相分配系数高的相容元素固液相分配系数低的微量元素：固液相分配系数中等的微量元素：第六章1. 核素原子由原子核和核外电子构成。由不同数量的质子和中子按一定结构组成各种元素的原子核称为，2.核素的性质1)核素具有电荷(2)核素具有质量(3)核素具有丰度4)核素具有能量(5)核素具有放射性3.自然界存在两大类同位素1）核能自发地衰变为其它核的同位素，称为放射性同位素； 2）核是稳定的，到目前为止，还没有发现它们能够衰变成其它核的同位素，称为稳定同位素。 核素的稳定性是相对的，它取决于现阶段的实验技术对放射性元素半衰期的检出范围，目前一般认为，凡是原子存在的时间大于1017年的就称稳定同位素，反之则称为放射性同位素 。 稳定同位素又分重稳定同位素和轻稳定同位素轻稳定同位素： 1）原子序数Z20（原子量小），同一种元素的各同位素间的相对质量差异较大A/A5% (A 为两同位素质量差)； 2）发生同位素成分变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应是可逆的。 重稳定同位素： 1）原子序数Z20，A/A10% （0.7-1.2） ； 2）发生同位素成分变化的主要原因是放射性核素不断衰变的结果所造成的，这种变化是不可逆的。稳定同位素分馏轻稳定同位素（Z20）的相对质量差较大（A/A5%），在地质作用中由于这种质量差所引起的同位素相对丰度的变异，称为同位素分馏作用。 分馏方法：物理分馏、同位素交换反应、生物化学反应、动力分馏。4.Pb同位素分类两类： （1）放射性成因铅： 放射成因铅具有广义和狭义两种： 广义指的是凡由 238U、235U、232Th放射衰变所产生的 206Pb 、 207Pb 、 208Pb，均称为放射成因铅，而仅仅204Pb为非放射成因的。 狭义指的是矿物结晶时，形成异常的 U、Th 放射性同位素（沥青铀矿、锆石），经放射性衰变所产生的206Pb 、 207Pb 208Pb 的异常积累，它的同位素组成的变化主要发生在矿物结晶之后。 (2)普通铅（或正常铅）： 普通铅按B.R.多伊的定义指的是U/Pb 、Th/Pb比值低的矿物和岩石中任何形式的铅（如方铅矿、黄铁矿、钾长石等）。在矿物形成之前，铅以正常比例与U、Th共生，接受U、Th衰变产物的铅, 不断叠加并均匀化，在某一地质作用中固结形成的含铅矿物，由于含铅矿物中U、Th的丰度相对于Pb来说是微不足道的。因此，矿物中再也没有放射性成因铅的生成，也就是说其铅同位素组成被“冻结”了。这是普通铅的一个显著特点，它记录了矿物形成时的铅同位素组成.5.自然界氢氧同位素分馏方法蒸发-凝聚分馏、矿物晶格化学键对氧同位素的选择分馏、生物分馏6.氧同位素温度计分馏系数与温度的关系1000 ln a d18O相1- d18O相2 = A(106T-2) + B式中a是分馏系数；T为绝对温度（K）;A和B对于给定的同位素交换反应为常数第八章1. 腐殖质呈暗色至黑棕色的一组无定形胶体状高分子物质，由动植物遗体经过腐解生成。分布很广，腐殖质是天然水体中最重要的有机配体（螯合剂）。河水中腐殖质的平均含量为1050mg/L，底泥中腐殖质含量更为丰富，约占底泥1%3%。对金属元素和人为污染物质在地表的迁移和富集有重要的意义。2.腐殖酸是腐殖质的主要部分，是腐殖质中能溶于碱溶液的部分。是动植物遗骸，经过微生物的分解和转化，以及一系列的化学过程和积累起来的一类有机物质。它是由芳香族及其多种官能团构成的高分子有机酸，具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。它广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭（又称草炭）、褐煤、风化煤中。按自然界分类，它可以分为三类，即土壤腐殖酸、水体腐殖酸和煤炭腐殖酸。3.腐殖酸的物理化学性质 （1）胶体性质。腐殖酸粒径在6100nm，恰好处于胶体粒径的范围之内。腐殖酸的表面积大、粘度较高、吸附能力强，在溶于碱溶液之前先发生胶体作用。（2） 有明显的酸性。含有羧基、酚羟基等酸性基团，其溶液pH=3-4。酸性基团上的H可被K、Na、NH4置换，形成弱酸盐。一般富里酸中羧基含量比胡敏酸大24倍，尽管两者酚羟含量相等，所以，富里酸对金属离子的溶解能力比胡敏酸强。（3） 亲水性。腐殖酸分子中的羧基、酚羟基、醇羟基等都是亲水基团，同时 由于分子中存在有桥键，碳网具有疏松的海绵状结构，大量水分子就可以分布于这些梅绵状空隙中。即使是风干了的腐殖酸也还可能含有25的水分。腐殖酸的亲水程度取决于芳核与侧链间的比例，即取决于缩合程度。缩合程度低者有胶溶倾向，对电解质有较高的稳定性，有较大的移动能力。例如富啡酸的缩合程度比胡敏酸低得多，芳核数量很少，因此，即使在富啡酸溶液中加入大量CaCl2 ，也很难看到絮凝现象，这样的腐殖酸活动性最大，几乎整个水圈都能见到它的踪迹。而一些缩合程度较高的胡敏酸如黑钙土中的胡敏酸，只要加入少量电解质(5毫克当量的CaCl2)就会产生沉淀。4.环境中腐殖物质 1、水体中有机质的存在形式 分溶解有机质（真溶液与胶体）和颗粒有机质（粒径大于0.45微米）。2、有机质的组成与分布 天然水中有机化合物的成分和结构都十分复杂，通常用一些综合参数来表示，如总有机碳、总有机氮、溶解有机碳、溶解有机氮、溶解有机磷、颗粒有机碳等，来估算水体中有机质的量。5. 生物标志物（指纹化合物、地球化学化石、分子化石），指地质体中分布的一类含氢的、有时还含氧、氮和其他原子的碳的化合物，通过对比碳的化合物及其生物前身物质，可以推断化合物的成因、并提供重要的地质、地球化学信息指地质体中仍保留有生物先源物或前身物基本碳骨架的有机化合物。6. 生物标志物提供地球化学信息1）不同类型碳的化合物的相对丰度，如正烷烃奇偶优势、植烷与姥鲛烷比值等2）有机质的分子结构，特别是立体结构3）烃类、脂肪酸、腐殖酸等同位素组成。7.用生物标志物解决的地质地球化学问题实例1）指示沉积岩中有机质的来源。2）指示沉积物有机质成熟度3）指示环境的氧化还原条件。8.生物标志物 饱和烃、卟啉氨基酸、脂肪酸九、地球化学计算题1.岩石的分配系数(总分配系数) P183用于研究微量元素在矿物集合体（岩石）及与之平衡的熔体之间的分配关系，常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达：2.岩浆形成过程中部分熔融模型 P1873.稀土元素参数：稀土元素总量REE轻重稀土元素比值LREE/HREE（Ce/Y)轻重稀土元素标准化比值 (La/Yb)N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N异常系数：Euw(Eu)/w(Eu*) =w(Eu)N/(1/2)(w(Sm)N+w(Gd)N)Eu1，通常称正异常，Eu1，称负异常 Cew(Ce)/w(Ce*)类似（略） P2014. 分馏系数计算：设有分馏反应：则分馏系数：由得： P2175. 铷-锶法测年： P2226.氧同位素测温：，为分馏系数，T为绝对温度，A、B是常数。 P251地球化学期末考试试卷(A卷)考试形式：闭卷考试 考试时间：120分钟班号 学号 姓名 得分 题号一二三四五总分得分一、概念题(每题5分，共50分)1、元素的丰度值2、类质同象混入物3、载体矿物和富集矿物4、地球化学障5、八面体择位能6、戈尔德斯密特相律7、相容元素和不相容元素8、Ce值(列出计算公式并说明)9、同位素分馏系数10、衰变定律二、问答题(每题8分，共40分)：1、当以下每种物质形成时，其氧化电位是高还是低？(1) 陨石；(2)煤；(3)海底锰结核；(4)钒钾铀矿；(5)页岩中的黄铁矿；(6)鲕绿泥石。2、为什么硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大？(离子半径：K的为1.38A，Na的为1.02A，O2-的1.40A)。3、研究表明，岩浆岩和变质岩中的不同矿物具有不同的18O/16O比值，例如岩浆岩中石英一般比钾长石具有更高的18O/16O比值，试阐明控制矿物18O/16O比值大小的原因是什么？4、用Rb-Sr或Sm-Nd法对岩石定年时，为什么当岩石矿物中的87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别越大结果越好？5、试分析下图中稀土元素球粒陨石标准化模式中各个曲线可能代表的岩石类型及造成分配型式特征的原因。三、论述题(任选1题，10分)1、 试述稀土元素数据的处理步骤和表示方法。2、 要获得准确的同位素地质年龄必须满足的条件是什么？答案：一、1.每种化学元素在自然体中的质量,占自然体总质量(或自然体全部化学元素总质量)的相对份额(如百分数),称为该元素在该自然体中的丰度值.2. 某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质的其它质点(原子、离子、络离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变的现象。由类质同像形式混入晶体中的物质称为类质同像混入物。含有类质同像混入物的混合晶体称为固溶体。3. 载体矿物是指岩石中所研究元素的主要量分配于其中的那种矿物。但有时该元素在载体矿物中的含量并不很高，往往接近该元素在有时总体中的含量。富集矿物是指岩石中所研究元素在其中的含量大大超过它在岩石总体中的含量的那种矿物。4、地球化学障指地壳中物理或化学梯度具有突变的地带，通常伴随着元素的聚集或堆积作用。即在元素迁移过程中经过物理化学环境发生急剧变化的地带时，介质中原来稳定的元素迁移能力下降，形成大量化合物而沉淀，这种地带就称为地球化学障。5 任意给定的过渡元素离子,在八面体场中的晶体场稳定能一般总是大于在四面体场中的晶体场稳定能.二者的差值称为该离子的八面体择位能(OSPE). 这是离子对八面体配位位置亲和势的量度。八面体择位能愈大，则趋向于使离子进入八面体配位位置的趋势愈强，而且愈稳定。6 在自然条件下，矿物常形成于一定的温度、压力变化范围，并在此范围内保持稳定。因此，F2，据吉布斯相律，FK2，有K ，即平衡共存的矿物数不超过组分数，即为戈尔德斯密特矿物学相律。7 相容元素(Compatible elements):岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱矿物相的微量元素；不相容元素(Incompatible elements):岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱熔体或溶液相的微量元素.也称为湿亲岩浆元素(hygromagmatophile). 8 Ce或(Ce/Ce*)。是表征样品中Ce相对于其它REE分离程度的参数.Ce除了三价态外,氧化条件下可以呈四价态而与其它REE发生分离.Ce Ce/Ce*式中CeN,LaN,和PrN均为相应元素实测值的球粒陨石标准化值.9.同位素分馏系数值：指含有相同元素的两种分子同位素重/轻同位素比值的比值。设有同位素平衡分馏反应：aA1+bB2aA2+bB1 式中：A、B为含相同元素的两种分子，a、b为系数，1为轻同位素，2为重同位素。分馏系数=RA/RB(A分子重/轻同位素比值/ B分子重/轻同位素比值)=/10.放射性衰变速率定律：单位时间内放射性同位素衰变的原子数与现存的放射性母体原子数成正比，或衰变速率正比于现存母体原子数。设某自然体系现在的母体同位素原子数为P，在自然体系形成时的母体同位素原子数为P0，体系形成到现在的时间间隔为t：=P ，式中：衰变常数，表示单位时间内原子发生衰变的概率。二、1、(1)陨石；(2)煤；(3)海底锰结核；(4)钒钾铀矿；(5)页岩中的黄铁矿；(6)鲕绿泥石。答：高，低，高，高，低，低。(问题来源：Brownlow,1996)2、 答： K和Na都属于碱性元素，其离子半径分别为：1.38A和1.02A(Krauskopf et al,1995)或1.59和1.24A(Gill,1996)。以与阴离子O2-结合为例，O2-离子半径1.40A(Krauskopf et al,1995)或1.32(Gill,1996),根据阳离子与氧离子半径比值与配位数关系，K+/O2-0.9857, Na+/O2-=0.7286，由于等大球周围有12个球，而在离子晶体中，随阳离子半径的减小，为达到紧密接触，因此配位数也要减少。因此，在硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大，前者与氧的配位数为8，12，而后者为6,8。3答：根据同位素理论，氧与阳离子的键强控制了矿物的18O/16O比值，一般18O富集于与氧形成更强键的矿物中。硅酸盐中硅氧键的键强比铝氧键强大，因此石英中的18O要比钾长石更大。4 为了获得精确的等时线年龄，需要等时线的斜率尽可能地准确，只有数据点沿着等时线较宽地分布才能获得斜率的准确。很明显，也需要很精确地测定87Sr/86Sr或143Nd/144Nd值。只有当岩石矿物中的87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别较大，且两对比值(87Rb/86Sr和 87Sr/86Sr)和(143Sm/144Nd和143Nd/144Nd)都能够精确测试时。才能获得精确的87Sr/86Sr和43Nd/144Nd初始比值和精确的年龄值。5答：A.熔岩流中源自地幔的橄榄岩捕掳体.呈比值为1的近水平线.代表未经大的分异的原始地幔；B.大洋中脊玄武岩,所有REE增大,LREE与HREE之间没有更大分异(T-过渡型玄武岩)；C和D.流纹岩和花岗岩。LREE偏向增加表明分异作用明显。有明显的Eu异常，与富Ca斜长石的分离有关；E.斜长岩。强烈富集Eu,表明斜长石强烈富集Eu；F.漫长地质时间形成的由火成岩和沉积岩反复分异的北美页岩。三、1.REE组成模式图示：对样品中REE浓度以一种选定的参照物质中相应REE浓度进行标准化，将样品中每种REE浓度除以参照物质中各REE浓度,得到标准化丰度，然后以标准化丰度对数为纵坐标,以原子序数为横坐标作图.两种图：(1)曾田彰正-科里尔(Masuda-Coryell)图解：浓度标准化参照物质为球粒陨石.由曾田彰正和科里尔创制；图示的优点:可以消除由于原子序数为偶数和奇数造成的各REE间丰度的锯齿状变化,使样品中各REE间任何程度的分离都能清楚地显示出来,因为一般公认球粒陨石中轻和重稀土元素之间不存在分异。（2）用所研究体系的一部分作参考物质进行标准化。 稀土元素总量-REE为各稀土元素含量的总和,以ppm为单位.多数情况下指从La到Lu和Y的含量之和.有些学者用火花源质谱法分析稀土元素含量,其REE数据不包括Y.REE对于判断某种岩石的母岩特征和区分岩石类型均为有意义的参数. LREE/HREE(或Ce/Y)：为轻和重稀土元素比值.这一参数能较好地反映REE元素的分异程度以及指示部分熔融残留体和岩浆结晶矿物的特征.Eu(或Eu/Eu*):表示Eu异常的程度.一般稀土元素大多呈三价态,但Eu特殊,既可以呈三价,也可呈二价.三价态时,Eu和其它稀土元素性质相似,二价态下则性质不同,固地质体中Eu2经常发生与其它三价REE离子的分离,造成在REE球粒陨石标准化丰度图解的Eu位置上有时出现“峰”(Eu过剩),Ce或(Ce/Ce*):是表征样品中Ce相对于其它REE分离程度的参数.Ce除了三价态外,氧化条件下可以呈四价态而与其它REE发生分离. 2.答： 放射性母体及其子体有一定丰度，并有可靠精确的测定方法； 已知衰变常数和半衰期，并且半衰期应和矿物或岩石的地质年龄的数量级近似。 放射性母体(如40K、238Pb等)除了放射性衰变外没有丢失和增加； 放射性成因子体（如40Ar、206Pb等）除了放射性衰变来源外，没有别的来源，同时也没有丢失。即要求放射性衰变在一个封闭系统中完成。地球化学期末考试试卷(B)考试形式：闭卷考试 考试时间：120分钟班号 学号 姓名 得分 题号一二三四五总分得分一、 概念题(每题5分，共50分)：1、浓度克拉克值2、元素的地球化学亲和性；3、元素的共生组合4、类质同象5、元素的赋存状态6、元素的地球化学迁移7、科尔任斯基相律8、总分配系数9、18O值10、衰变定律二、问答题(每题8分，共40分)：1、下列矿物键的类型是什么?(1)所有键都是离子键;(2)所有键都是共价键;(3)部分键为离子键,部分为共价键:(a)磷灰石;(b)黄铜矿;(c)萤石;(d)自然砷;(e)尖晶石。2、 为什么U、Th在花岗岩中比在超基性岩中更为丰富？(离子半径，U4+(6次配位)为0.97A,U6+(6次配位)为0.80A,Th3+(6次配位)为1.14A,Th4+(6次配位)为1.02A,Fe2+(6次配位)0.78A,Fe3+(6次配位)0.64A,Mg2+(6次配位)0.64)。3、多数稀土元素在花岗岩中比在玄武岩中更为丰富，但是Eu却在玄武岩中更为丰富，为什么？4、 下列岩浆岩： 形成过程中仅与岩浆水发生了相互作用； 形成过程中广泛地与大气降水发生了相互作用。试回答哪一种岩浆岩D/H比值和18O/16O比值更高？5、 用Rb-Sr或Sm-Nd法对岩石定年时，为什么当岩石矿物中的87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别越大结果越好？三、论述题(任选1题，10分)1、 试论地球化学研究的基本问题2、 试述亲石元素、亲铜元素、亲铁元素和亲气元素的地球化学性质与其在地球各层圈间的分配特征。答案：一、1、 指某元素在矿床中的最低可采品位作为它在该地质对象中的平均含量，计算它与克拉克值的比值，即为该元素的浓集系数。2、 在自然界元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择性地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲合性。它是控制元素在自然界相互结合的最基本的规律。3、 共生组合：具有共同或相似迁移历史和分配规律的元素常在特定的地质体中形成有规律的组合，称为元素的共生组合。4、 某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质的其它质点(原子、离子、络离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变的现象。5、 也称为元素的存在形式、结合方式、相态、迁移形式等，指元素在其迁移历史的某个阶段所处的物理化学状态与共生元素的结合性质。6、 元素从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并经常伴随元素组合和分布上的变化以及空间位移的作用称为地球化学迁移。7、在一定的T、P及活性组分化学位的条件下，相互平衡的共存矿物数不超过惰性组分数。K。就是柯尔仁斯基相律。8、在岩浆体系中，无论是分异结晶作用还是部分熔融过程，元素一般是在多种矿物和熔体之间进行分配。所以就需要能描述元素在矿物集合体与熔体间的总体分配系数。总分配系数（D）可按下式计算得出：D 式中：n为含元素i的矿物数，WI为每种矿物在集合体中所占的重量百分数，KDi为元素在每种矿物与熔体间的简单分配系数。上式表明某一体系i元素的总分配系数D为元素i在所有矿物中的简单分配系数加权和。9、值指样品同位素比值（Rsa）相对于标准样品的同位素比值（RSt）的千分差，表示式为：18O()=100010、：单位时间内放射性同位素衰变的原子数与现存的放射性母体原子数成正比，或衰变速率正比于现存母体原子数。设某自然体系现在的母体同位素原子数为P，在自然体系形成时的母体同位素原子数为P0，体系形成到现在的时间间隔为t： 式中:衰变常数，表示单位时间内原子发生衰变的概率.二、1、 答：(a)磷灰石：离子键，共价键；(b)黄铜矿：共价键；(c)萤石：离子键；(d)自然砷：共价键；(e)尖晶石：离子键。2、 答：这与U、Th的离子半径和类质同象置换有关。U和Th的离子半径较大，U4+(6次配位)为0.97A,U6+(6次配位)为0.80A,Th3+(6次配位)为1.14A,Th4+(6次配位)为1.02A，而Fe2+(6次配位)0.78A,Fe3+(6次配位)0.64A,Mg2+(6次配位)0.64)，因此二者不能进入早期结晶的镁铁矿物中，而富集在淡色的残余岩浆内。U4+广泛地与Th4+,Zr4+,REE3+以及Ca2+呈类质同象置换。3、 答：大多数稀土元素都是呈3价出现，而Eu是变价元素，有2和3两个价态，Eu2与Ca2的离子半经比较接近，可以置换斜长石中的Ca，因此与大多数稀土元素在花岗岩中比在玄武岩中更为丰富不同，Eu在斜长石含量较高的玄武岩中更为丰富。4、 答：形成过程中仅与岩浆水发生了相互作用的岩浆岩D/H比值和18O/16O比值更高。5、 答：因为87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别大，则衰变形成的87Sr/86Sr或143Nd/144Nd值的差别也大，只有这样，才能在87Rb/86Sr或143Sm/144Nd与初始值的图解上拟合相关系数较好的一条直线，由此得到较好的等时线年龄。否则可能使数据集中而拉不开等时线。三、1、围绕原子在地质环境中多方面的变化结果及其地质意义的分析，形成了地球化学研究中的几个基本问题： 研究地球和地质体中元素及其同位素的组成。包括元素及其同位素的含量在空间、时间及不同产状地质体中的变化，即为元素的平均含量(丰度)和分布分配问题。研究元素在地球及各层圈（地壳、地幔、地核）中的平均含量丰度问题；研究元素及其同位素的含量在不同地质构造单元、岩石、矿物和矿床中的变化，亦即元素的分布和分配问题； 研究元素的共生组合和赋存形式。 共生组合：具有共同或相似迁移历史和分配规律的元素常在特定