地球化学练习题2009.doc

许多地球化学课程 地球化学练习题地球化学练习题（微量元素和同位素地球化学部分，2009年）1、简要解释几个重要概念(定义，数学表达和导出过程)：分配系数，能斯特定律，亨利定律，相容元素，不相容元素，大离子亲石元素，高场强元素，eNd值，m值，Os，原始Pb。2、微量元素有哪些主要赋存形式? 不同赋存形式的微量元素，其地球化学行为有什么差别？3、什么叫分配系数？哪些因素可以影响分配系数？并进一步说明，这些因素对分配系数的影响程度。既然分配系数是变化的，为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中，可以认为分配系数基本不变？4、简述，玄武岩浆分离结晶过程中，主要的几类微量元素（相容元素D1，岩浆元素D=0.50.1，超岩浆元素D1的相容元素）含量变化情况。6、如何用微量元素资料来区别特定的火成岩系列源自分离结晶过程还是部分熔融过程？7、简述球粒陨石标准化的REE配分图中Eu正异常和负异常的一般含义。8、在结晶岩石中，不同造岩矿物的REE配分型式是否存在差别？试论造成这一差别的矿物的晶体化学因素（提示：LREE和HREE倾向于替代造岩矿物中不同的阳离子，以及进入不同的配位位置）。对于泥质沉积物，REE主要呈吸附状态均匀分布在沉积物中。若经历高级变质作用形成斑状变晶结构（斑晶基质），变斑晶为石榴石，基质为云母、长石、石英等矿物，则稀土元素在岩石中的分布会发生何种改变？9、对下面两个样品（表1）作稀土元素配分图解。对花岗岩样品，采用球粒陨石值进行标准化：对锰结核样品，分别采用球粒陨石和平均页岩值进行标准化。标准化数据参见表2。然后，描述两个样品的REE分配特征，并阐明Ce异常含义。（提示：Y轴采用对数坐标）表1 样品REE含量分析值样品LaCeNdSmEuGdDyErYbLu花岗岩4175253.60.62.71.30.4锰结核110858116244.92424.114.4131.92表2 Normalizing Values used for Rare Earth PlotsOrdinaryChondritesOrgueil (CIChondrite)LeedyBSEAve. ShaleLa0.3290.2360.3780.64841Ce0.8650.6190.9761.67583Pr0.1300.090.25410.1Nd0.6300.4630.7161.2538Sm0.2030.1440.230.4067.5Eu0.0770.05470.08660.1541.61Gd0.2760.1990.3110.5446.35Tb0.0550.03530.0991.23Dy0.3430.2460.390.6745.5Ho0.0770.05520.1491.34Er0.2250.1620.2550.4383.75Tm0.0350.0220.0680.63Yb0.2200.1660.2490.4413.53Lu0.0340.02450.03870.06750.6110、对平衡部分熔融过程，当生成的熔体分别达到1，5，10，20和30时（相当于F0.01，0.05，0.1，0.2，0.3），计算微量元素A和B的相对含量（ClC0）。设固相是均匀的，元素A和B的总体分配系数分别为DA=0.01和DB=10。然后将结果投图（ClC0 F图），并联结各点构成平滑曲线。11、计算上地幔平衡部分熔融过程，当生成的熔体分别达到2和10时(F0.02，0.1)，熔体中REE的富集程度。设上地幔的矿物组成为10单斜辉石 + 5石榴石 + 25斜方辉石 + 60橄榄石，上地幔的稀土元素组成与球粒陨石相同（参照表2）。分配系数见表3。如果没有分配系数值，可由相邻元素的值采用外推法估算。只计算下列8个稀土元素：La，Ce，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Lu。用计算结果作球粒陨石标准化图解，并划出REE配分的平滑曲线。注意：X轴一般标出所有稀土元素，没有数据的点采用外推连线。提示：可以只采用球粒陨石标准化之后的值进行计算，不需要考虑绝对值，这样，所有的C0值均为1。表3 Mineral Melt Partition Coefficients for Basalts橄榄石斜方辉石单斜辉石斜长石尖晶石石榴石角闪石Li0.0410.110.590.45Be0.0350.0470.36B0.0340.0270.1170.08K0.000170.00280.180.0020.35Sc0.370.60.80.0650.0480.688V0.32.61.810.04381.48Ga0.0240.740.864.6Ge0.0970.251.40.510.1Rb0.0000440.00330.0250.0070.437Sr0.0000630.00680.1572.70.00990.184Y0.00980.0140.620.0135.420.634Zr0.000680.0040.1950.0010.062.120.3Nb0.000050.0150.00810.0330.080.05380.197Cs0.00150.00390.026Ba0.00000340，00670.00220.330.00070.282La0.00000880.00560.0520.0820.010.01640.058Ce0.0000190.00580.1080.0720.0650.116Pr0.0000490.0060.0560.178Nd0.0070.2770.0450.3630.273Sm0.0004450.00850.4620.0330.00641.10.425Eu0.00780.4580.550.00612.020.387Gd0.0110.0340.725Tb0.003240.0110.00780.779Dy0.0150.7110.034.130.816Ho0.009270.0190.783Er0.0210.660.023.950.699Tm0.025Yb0.03660.0320.6330.0140.00763.880.509Lu0.0420.6233.780.645Hf0.0010.0210.2230.051.220.638Ta0.000050.0150.0130.110.060.11Pb0.00760.011.070.0001Th0.0000520.00560.0140.190.00140.016U0.000020.0150.0130.340.0059Data sources：Beattie (1994), Chaussidon and Libourel (1993)，Chazot et al. (in press)，Dunn and Sen (1994), Hart and Brooks (1974), Hart and Dunn (1993), Hauri et al(1994), Kennedy et al. (1993), Nagasawa et al. (1980), and compila tions by Green (1994), Irving (1978), and Jones (1995)12、计算熔体在原地结晶过程中（提示：这意味着，残余熔体一直和结晶相保持平衡），La/Sm比值的变化。假设La和Sm的总分配系数分别为0.05和0.2；熔体中La/Sm的初始比值为1；请计算f分别为0.05和0.25时的情况，并且：（a）将计算结果对Ml/M作图。（b）将计算结果作一个过程识别图，例如：进行La/Sm vs.La投图, 假设La和Sm的初始浓度为1。13、如果152Gd半衰期为1.11014年，计算其衰变常数l。14、相对于微量元素，放射成因同位素在地球化学示踪研究中主要特点是什么？15、对于放射性母体，如U、Rb、Sm，通常认为，其同位素组成在各类地质体中都是完全相同的，如238U/235U=137.88，85Rb/87Rb=2.593；与之相反，上述放射性子体同位素，在各类地质体中都是不同的，存在显著差别。请根据衰变方程表达方式的差别，阐明造成这一现象的原因。16、试用图示说明稀土元素配分型式（LREE富集和亏损）与eNd值（0，0等）变化的关系。17、试用图示和数学方程推导说明锆石和方铅矿U-Pb体系演化的差别。18、一个花岗闪长岩岩样品，143Nd144Nd=0.51215，147Sm144Nd=0.1342。假设其玄武质源岩从球粒陨石质地幔分异出来，之后很短的时间内就发生部分熔融形成了该花岗闪长岩。计算该岩石从地幔分离出来的时代。取143Nd144NdCHUR=0.512638，147Sm144NdCHUR=0.1967，l147Sm=6.5410-12yr-1。19、下列数据是怀俄明州Bighorn山脉片麻岩全岩的实验结果，请利用线性回归方法计算该片麻岩的年龄和87Sr/86Sr的初始值。Sample 87Rb/86Sr87Sr/86Sr 4173 0.14750.7073 3400 0.22310.7106 7112 0.80960.7344 3432 1.10840.7456 3422 1.49950.7607 83 1.88250.779320、下列表格为加拿大科马提岩的实验数据，请用线性回归方法计算斜率，并进行等时线年龄投图。Sample147Sm/144Nd143Nd/144NdM654 0.24270.513586M656 0.24020.513548M663 0.25670.513853M657 0.23810.513511AX14 0.22500.513280AX25 0.21890.513174M666 0.25630.513842M668 0.23800.513522计算Sm-Nd的年龄和误差；计算初始Nd值和误差。21、假设初始的硅酸盐地球在过去的某一个时间发生熔融分异，形成大陆地壳（熔体）和地幔（残留体）。请分别计算在1%、2%和5%的部分熔融情况下，现在的大陆地壳和地幔的Sr和Nd同位素组成。假设目前硅酸盐地球的87Rb/86Sr，87Sr/86Sr，147Sm/144Nd，143Nd/144Nd比值分别为0.085，0.705，0.1967和0.512638，当部分熔融发生于4.0Ga，3.0Ga和2.0Ga的时候，分别计算这些同位素比值，并进行Sr-Nd同位素投图。（即143Nd/144Nd和87Sr/86Sr的相关图）。分配系数采用：Rb, 0.0014, Sr, 0.023, Sm, 0.194, Nd, 0.0813。22、（a）已知一储库的238U/204Pb为8，以0.5Ga为时间间隔，计算Pb同位素从4.5Ga到目前的演化（只计算207Pb/204Pb和206Pb/204Pb），假设这一储库具有Canyon Diablo相同的Pb同位素初始值。并进行207Pb/204Pb-206Pb/204Pb投图。提示：单阶段演化方程：两阶段演化方程： （b）已知一储库从4.5Ga到2.5Ga的238U/204Pb为7，从2.5Ga到目前的238U/204Pb为9，以0.5Ga为时间间隔，计算Pb同位素从4.5Ga到目前的演化（只计算20