地球化学综合测试31(答案).doc

中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院 地球化学 课程综合测试3学习层次：专升本 时间：120分钟一名词解释1元素的地球化学迁移：当体系与环境处于不平衡条件时，元素将从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移，以达到与新环境条件的平衡，该过程称为元素的地球化学迁移。2能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，微量元素在两共存相中的活度比为常数。3盐效应：当溶液中存在易溶盐类时，溶液的盐度对元素的溶解度有影响。溶液中易溶电解质的浓度增大，导致其它化合物溶解度增大的现象，称为盐效应。4放射性同位素：能够自发地衰变形成其它核数，最终转变为稳定核数的同位素。5. 大陆地壳：地表向下到莫霍面，厚度变化在5-80km，分为上部由沉积岩和花岗岩组成的硅铝层，下部由相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩等组成的硅镁层两部分组成。6. 不相容元素：在一定的温度和压力条件下，在部分熔融或岩浆分异结晶过程中，在固相/熔体相中的总分配系数1的微量元素称为不相容元素。7. dCe：表征Ce与REE整体分离程度的参数。其计算公式为：Ce=2Cen/（Lan+Prn）（n表示相对于球粒陨石标准化）。8. 元素丰度的奇偶规律：偶序数元素的丰度大于相邻奇序数元素的丰度，这一规律又被称为Oddo-Harkins（奥多-哈金斯）法则。二简答题1. 大陆地壳组成研究的基本方法。答：由于大陆地壳的物质组成在横向和纵向上都具有极度的不均一性，因此，研究大陆的浅部地壳和深部地壳的手段不尽相同。其中，对大陆地壳浅部组成研究的方法包括区域大规模取样法、简化取巧方法以及细粒碎屑沉积物法等等。而对大陆深部地壳的研究手段则主要包括研究火山岩中的角闪岩和麻粒岩包体，暴露地表的深部地壳断面，或利用地球物理勘探获取的地震波速与岩石化学组成之间的对应关系进行反演。2. 简述能斯特分配定律及元素分配系数的涵义。地球化学上按总分配系数将元素在岩浆作用过程中的行为分为几类？它们各自的地球化学特点是什么？（要求各类别至少举两个元素为例）。答：能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，微量组分在两共存相中的活度比为常数。将微量元素在两相之间的活度笔直称之为分配系数（KD）。按元素在岩浆作用过程中的行为分为相容元素、不相容元素。其中不相容元素进一步分为高场强和低场强元素。相容元素指总分配系数大于1的元素，如Ni、Co、Cr，在岩浆作用中优先进入矿物相或残留固相；不相容元素指总分配系数小于1的元素，它们优先进入熔体相，其中将分配系数小于0.1的又称为强不相容元素。大离子亲石元素如K、Rb、Sr、Ba以及高场强元素如Nb、Ta、Zr、Hf为不相容元素的代表。3. 活度积原理及其在地球化学研究上的意义。答：定义在一定的温度下，难溶化合物中该化合物的离子浓度乘积得到的常数为活度积。所谓的活度积原理指的是在天然水中，金属元素首先选择形成活度积最小的化合物的阴离子化合，形成沉淀。这些阴离子称为对方的沉淀剂。因此，当溶液中出现能够形成更低活度积的离子时，会发生活度积更低化合物的沉淀和原矿物的溶解。活度积原理可用于：（1）、确定各盐类溶液中被研究元素的最大浓度；（2）、判断化合物迁移能力的大小，如：S2- PO43- CO32- SO42- Cl-；（3）、判断自然体系中元素溶解或沉淀的方向。4. 研究太阳系元素丰度组成的几种途径。答：获得太阳成分的手段包括：（1）直接测定各种各种地球岩石和陨石，（2）太阳光谱分析，（3）利用宇宙飞行器对地球外星体直接或取样测定，（4）分析测定气体星云和星际物质，（5）研究宇宙射线，（6）由物质的物理性质和成分的对应关系来进行推算。5. 总结元素分配系数的影响因素。答：影响元素分配系数的因素包括温度、压力、体系的物质组成、氧逸度及矿物结晶速度等。（1）温度：由能斯特分配定律可知，lnKD=-(H/RT)+B，可见分配系数与体系的温度导数呈线性关系，温度越高，元素在平衡共存两相中的分配系数趋于减小。（2）压力：多数情况下分配系数主要涉及的物相均为凝结相（固体、熔体和流体），对压力的敏感程度有限。但当体系中出现气相时，压力对分配系数的影响将有所体现。总的来讲，压力的增大会导致元素分配系数的相应增加。（3）体系的组成：岩浆（熔体相）的化学成分变化直接会影响到元素的分配。例如，Cs、Ba、Sr及部分稀土元素在不混熔的基性和酸性熔体中的分配存在较大差异，分配在酸性熔体中的Cs是基性熔体中的3倍，Ba、Sr为1.5倍，其他元素为2.3-4.3倍；火山岩中斜长石中钙长石含量的增加，会引起多数稀土元素尤其是Eu的分配系数起伏变化，以Eu为例，随An含量的增加，其分配系数趋于减少；在平衡的金红石和熔体之间，Nb元素的分配系数会因熔体中K2O/(K2O + Al2O3)（摩尔比值）的增加而逐渐降低；再比如，在典型的造岩矿物中如橄榄石、辉石类及石榴石中，稀土元素的分配系数表现出明显的差异，即使在同种矿物内部，稀土元素彼此之间的分配系数也有较大差别。（4）由于不同的氧逸度环境下，变价元素会表现出不同的价态，并进而具有不同的地球化学迁移和分配行为，因此，一般而言，体系的氧化还原环境对元素分配系数的影响主要表现为氧逸度越高，元素的分配系数趋于减小。（5）多数情况下，若矿物结晶速度慢，则有利于元素扩散进入矿物相，结晶速度慢，进入矿物相的元素含量相对较少，因此，矿物结晶速度直接影响元素在矿物体系的分配量和分布特征，并进而影响到元素在矿物与另一相态之间的分配系数。6. 大陆地壳元素丰度的基本特性。答：包括4点，分别是，（1）地壳中元素的相对平均含量极不均一，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。（2）地壳、整个地球和太阳系在元素丰度的排序上有很大的不同，与太阳系或宇宙相比，地壳和地球都明显地贫H，He，Ne，N等气体元素；而地壳与整个地球相比，则明显贫Fe和Mg，同时富集Al，K和Na。(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。（4）大陆地壳的元素丰度在时间和空间上都是不均一。7. 对稀土元素数据处理的方式及通常需要计算哪些相关参数。答：对稀土元素数据的处理，首先要做的是是将数据转换为稀土元素配分图。做法：（1）将样品的稀土元素含量（ppm）分别除以某个标准物质的相应元素值（一般是Sun and Mcdonald，1989发表的球粒陨石或者其他数据，如MORB），得到标准化后的数据。（2）将各稀土元素按照原子序数排列作为横坐标。（3）以标准化后的值作为纵坐标，作图，之后，纵坐标改为对数形式。其次，计算相关的稀土元素参数，通常需要计算的参数包括：（1）稀土元素总量，用REE表示，代表全部REE元素含量的累加结果，常以ppm或者10-6为单位。（2）轻-重稀土元素比值：根据REE的分组，分别对LREE和HREE两组稀土元素的含量进行累加后相除获得，可表达为：LREE/HREE。（3）反映轻-重稀土元素分异程度的比值，包括1）(La/Yb)N, (La/Lu)N, (Ce/Yb)N（N代表相对于球粒陨石标准化；2）(La/Sm)N, (Gd/Lu)N, (Gd/Yb)N，这些参数能对LREE或HREE各自内部的分异程度进行指示。（3）稀土元素含量标准化后计算得到的dCe和dEu。三问答题1、以Sm-Nd同位素体系为例，说明同位素衰变及定年的基本原理。某样品由辉石、石榴石、锆石、磷灰石等矿物组成，如何用Sm-Nd法获得其形成年龄。答：同位素衰变定律的数学表达式为：D*=N（et-1），其中为衰变常数、t为时间，N为现今残存的母体原子数，D*为现今因母体衰变积累的字体核数含量。据此可以得出时间T=1/ln（1+D/N）。对Sm-Nd体系而言，依据上述定律，可以得到：143Nd=147Sm（et-1）。考虑到样品形成之初，体系当中本身含有的143Nd 含量，可以改写为：143Nd =（143Nd）0+147Sm（et-1）（1）。显然要获得样品的形成年龄，需要了解（143Nd）0值，然而在时间t未知的情况下，该值难以准确获得。为此人们出设计等时线年龄方法，假定地质体中初始Nd分布均匀，而Sm分布不均匀，随时间变化，在地质不同部位由Sm衰变形成的Nd不一样，通过拟合出线性方程，获得Nd初始值和斜率，然后求年龄t。具体操作为：在公式1左右两边同时除以稳定同位素144Nd 以提高质谱分析本领和精度，得到Sm-Nd等时线定年的基本公式为：143Nd/144Nd=(143Nd/144Nd)0+147Sm/144Nd (et-1)。记y=143Nd/144Nd，x=147Sm/144Nd，b=(143Nd/144Nd)0，k=(et-1)，构筑出直线方程y=kx+b。通过三个以上数据点的测定，拟合出直线方程，该直线的斜率k=(et-1)，可换算出t=1/ln（1+k）。次即同位素等时线定年的一般操作流程。获得高精度等时线的要求包括：拟合的样品满足同时同源、体系封闭及有差异较大的Sm/Nd。对含辉石、石榴石、锆石及磷灰石的岩石样品，可以分别测定其全岩、石榴石、锆石、磷灰石单矿物的143Nd/144Nd和147Sm/144Nd值，将数据投点，拟合成直线方程，求出直线斜率，该斜率= et-1，即可求解时间t。2、结合所学，谈谈地球化学研究的基本问题。答：概括而言，地球化学主要研究和解决（1）地球系统中元素及同位素的组成，（2）地球系统中元素的共生组合和元素的赋存形式，（3）元素的迁移和循环，（4）元素在自然界所发生的各种地质作用中的行为，（5）元素的地球化学演化和（6）地球的历史及其演化等六个方面的主要问题。其中：（1）对地球系统中元素及同位素的组成的研究，可概括为对“量”的研究，这是地球化学的第一根本任务，是地球化学研究的第一出发点和基础资料，对探讨地质体中元素的地球化学作用和演化、地质找矿具有实际的指导意义。（2）地球系统中元素的共生组合和元素的赋存形式，是地质过程中物理化学条件和变动历史的指示剂，对分析和解释元素共生的机理、揭示有利成矿、环境评价等都有实际意义。也可以成为“质”的研究。（3）元素的迁移和循环，是对元素“动”的研究，也就是元素在自然作用体系中的含量和赋存形式在时间、空间上的变化。比如，恢复成矿元素迁移过程，建立地球各个圈层的物质交换和元素迁移等等。（4）研究元素在自然界所发生的各种地质作用中的行为，可以揭示地质体的成因。（5）由于元素和同位素的迁移活动寓于地质作用之中，因此，地质事件对微量元素及核数的影响有可能跨越后期作用