2025年大学《地球化学》专业题库- 地壳物质的稳定同位素地球化学研究

2025年大学《地球化学》专业题库——地壳物质的稳定同位素地球化学研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不是稳定同位素？A.¹⁶OB.¹⁸OC.¹⁷OD.¹²C2.稳定同位素分馏的主要原因是：A.同位素质量差异B.原子核形状差异C.电子层结构差异D.原子半径差异3.下列哪一项不是影响氧同位素分馏的主要因素？A.温度B.压力C.气相组成D.同位素丰度4.在水-水汽体系中，温度升高，下列哪个同位素比值会增大？A.δ¹³CB.δ¹⁸OC.δDD.δ¹⁵N5.碳同位素在有机地球化学中主要应用于：A.气候变化研究B.矿床地球化学C.生物年代测定D.烃源岩评价6.硫同位素分馏主要发生在：A.水循环B.矿物结晶C.化学沉积D.生物作用7.下列哪一项不是稳定同位素质谱仪(IRMS)的主要组成部分？A.离子源B.质量分析器C.数据采集系统D.分子蒸馏器8.在岩浆演化过程中，随着岩浆冷却，锆石中的氧同位素组成通常会：A.向重同位素方向偏移B.向轻同位素方向偏移C.保持不变D.先向重同位素方向偏移，后向轻同位素方向偏移9.利用稳定同位素进行地球化学年代测定，主要依据的是：A.同位素衰变定律B.同位素分馏规律C.同位素丰度变化D.同位素地质温度计10.在环境地球化学中，稳定同位素主要应用于：A.污染物溯源B.水资源保护C.气候变化监测D.以上都是二、填空题（每空1分，共20分）1.稳定同位素是指具有相同质子数、不同中子数的同一元素的不同同位素。2.氧同位素比值通常用δ¹⁸O表示，其定义式为：δ¹⁸O=(R_sample-R_standard)/R_standard×1000‰，其中R表示同位素比值。3.氢同位素比值通常用δD表示，其定义式为：δD=(D_sample/D_standard-1)×10⁴‰，其中D表示氘。4.碳同位素比值通常用δ¹³C表示，其定义式为：δ¹³C=(¹³C_sample/¹²C_sample-¹³C_standard/¹²C_standard)×1000‰。5.稳定同位素分馏系数通常用α表示，其定义式为：α=R_eq/R_0，其中R_eq表示分馏平衡时的同位素比值，R_0表示未分馏时的同位素比值。6.氧同位素在水-水汽体系中的分馏系数与温度成反比关系。7.碳同位素在生物作用过程中会发生明显的分馏，光合作用过程中，¹³C被生物体优先吸收。8.稳定同位素质谱仪(IRMS)的主要类型包括连续流质谱仪和同位素质谱仪。9.稳定同位素在矿床地球化学中主要应用于成矿流体来源、成矿年代和成矿作用等方面的研究。10.稳定同位素在气候变化研究中主要应用于温度重建和水循环等方面的研究。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述稳定同位素分馏的物理机制和化学机制。2.简述氧同位素在气候研究中的应用。3.简述碳同位素在烃源岩评价中的应用。4.简述稳定同位素质谱仪(IRMS)的工作原理。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述稳定同位素在岩浆演化过程中的应用。2.论述稳定同位素在环境地球化学中的应用，并举例说明。试卷答案一、选择题1.C2.A3.D4.B5.D6.C7.D8.A9.B10.D二、填空题1.同位素2.δ¹⁸O3.δD4.δ¹³C5.α6.反比7.¹³C8.同位素质谱仪9.成矿流体来源10.温度重建三、简答题1.物理机制：主要指气体扩散过程中，较重的同位素分子运动速度较慢，更容易从高压区扩散到低压区，导致低压区富集重同位素，高压区富集轻同位素。例如，水蒸气在冷却过程中，¹⁸O分子比¹⁶O分子运动速度慢，更容易被捕获，导致冷却后的水蒸气中¹⁶O/¹⁸O比值增大。化学机制：主要指在化学反应过程中，由于同位素间的化学性质微小差异，导致反应速率不同，从而造成同位素分馏。例如，在光合作用中，酶对¹²C的亲和力比¹³C强，导致有机物中¹²C/¹³C比值增大。2.氧同位素在气候研究中的应用主要体现在利用降水、冰芯、湖泊沉积物等样品中的氧同位素组成重建古气候。由于不同温度下的降水具有不同的氧同位素组成，通过分析沉积物中不同层位的氧同位素组成，可以推断过去某个时期气温的变化。例如，冰芯中的δ¹⁸O值可以反映过去全球气温的变化。3.碳同位素在烃源岩评价中的应用主要体现在利用烃源岩和生成的烃类中的碳同位素组成，判断烃源岩的类型、成熟度以及生烃过程。一般来说，生物成因的烃源岩中富含¹³C，而热成因的烃源岩中¹³C含量较低。通过分析烃源岩和生成的烃类中的碳同位素组成，可以判断烃源岩的类型和生烃过程。例如，如果生成的石油中¹³C含量较高，则说明其烃源岩可能为生物成因的暗色泥岩。4.稳定同位素质谱仪(IRMS)的工作原理主要包括以下几个步骤：首先，将样品引入离子源，通过高温或化学反应将样品中的稳定同位素转化为气体离子；然后，将离子引入质量分析器，根据离子在电场或磁场中的偏转程度，将不同质量的离子分离；最后，将分离后的离子导入检测器，检测器根据离子流强度记录不同同位素的比例，从而获得样品的稳定同位素组成。四、论述题1.稳定同位素在岩浆演化过程中的应用主要体现在利用岩浆岩及其捕虏体、岩浆包裹体等样品中的稳定同位素组成，推断岩浆的来源、演化和混合过程。例如，氧同位素可以用于区分岩浆的来源是地幔还是地壳，因为地幔岩浆通常具有较低的δ¹⁸O值，而地壳岩浆具有较高的δ¹⁸O值。通过分析岩浆岩系列中不同岩石的δ¹⁸O值变化，可以推断岩浆的演化路径和混合过程。此外，碳同位素和硫同位素也可以用于岩浆来源和演化的研究。例如，碳同位素可以用于区分岩浆的来源是有机质还是无机碳酸盐，而硫同位素可以用于区分岩浆的来源是火山岩浆还是沉积岩浆。2.稳定同位素在环境地球化学中的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：*污染物溯源：通过分析污染物和环境介质（如水、土壤、沉积物）中的稳定同位素组成，可以追踪污染物的来源。例如，通过分析地下水中氯离子和氘的组成，可以判断地下水的补给来源是降水还是地表水。*水资源保护：通过分析不同水源（如地表水、地下水、海水）中的稳定同位素组成，可