2025年大学《地球化学》专业题库- 矿物在地球化学中的应用

2025年大学《地球化学》专业题库——矿物在地球化学中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题2分，共10分）1.指示矿物2.矿物地球化学分馏3.矿物相4.同位素地质年龄5.矿物共生组合二、填空题（每空1分，共15分）1.矿物是__________和__________的基础。2.石英的化学成分是__________，属于__________矿物。3.在岩浆分馏过程中，早期结晶的矿物通常是__________组分矿物，晚期结晶的矿物通常是__________组分矿物。4.磁铁矿（Fe₃O₄）和钛铁矿（FeTiO₃）是常见的__________矿物，常用于指示岩浆的__________条件。5.锆石（ZrSiO₄）是提取__________元素的重要矿物，其__________同位素体系常用于测定igneous和metamorphic岩石的__________。6.矿物风化是地球化学循环中__________元素重要的__________和释放环节。7.矿物地球化学分馏是指元素在地质体系内不同__________之间发生__________的过程。三、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内）1.下列哪种矿物最常作为岩浆演化的初始矿物？（）A.石英(Quartz)B.橄榄石(Olivine)C.钾长石(PotassiumFeldspar)D.辉石(Pyroxene)2.能够指示地壳物质演化和提供成因信息的矿物主要是？（）A.造岩矿物B.指示矿物C.经济矿物D.矿物胶结物3.在高压变质岩中，常见的指示矿物是？（）A.磁铁矿、钛铁矿B.绿泥石、绿帘石C.矿物包体D.矿物蚀变产物4.下列哪种矿物是常用的铀系测年矿物？（）A.锆石(Zircon)B.矿物碎屑C.云母(Mica)D.磷灰石(Apatite)5.岩浆结晶分异作用导致岩浆成分演化的主要机制是？（）A.元素挥发B.矿物结晶分离C.外来物质加入D.同位素交换6.矿物中的微量元素可以用来？（）A.确定矿物结晶温度B.示踪岩浆来源C.计算矿物密度D.判断岩石风化程度7.影响矿物地球化学分馏的主要因素之一是？（）A.温度B.压力C.化学成分D.以上都是8.下列矿物中，哪一种是铁镁质矿物的典型代表？（）A.石英B.钾长石C.辉石D.岩盐9.矿物作为地球化学样品的主要优势之一是？（）A.保存时间长B.化学成分复杂C.易于快速分析D.分布广泛10.矿物共生组合的形成直接反映了？（）A.矿物的经济价值B.形成时的地球化学条件C.矿物的物理性质D.矿物的形成顺序四、简答题（每题5分，共20分）1.简述指示矿物在地球化学研究中的主要作用。2.解释矿物相变过程中的地球化学意义。3.简述矿物风化对元素地球化学循环的影响。4.如何利用矿物地球化学信息推断岩浆的来源？五、论述题（每题10分，共20分）1.详细阐述矿物在元素地球化学分馏过程中的作用机制，并举例说明其对岩浆演化的影响。2.结合实例，论述矿物地球化学数据（如矿物组成、微量元素、同位素组成）在判断沉积盆地沉积环境中的应用。试卷答案一、名词解释1.指示矿物：指含量通常不高（<1-5%），但其化学成分和物理性质对岩浆来源、岩浆演化、形成环境、成矿条件等地球化学信息具有指示意义的矿物。2.矿物地球化学分馏：指元素在地质体系（如岩浆、水溶液、沉积物等）中，由于物理化学条件的改变，在不同矿物、相或体系之间发生重新分配，导致各组分浓度发生变化的过程。3.矿物相：指在特定温度、压力条件下，具有均一化学成分和晶体结构的矿物集合体。4.同位素地质年龄：利用矿物中放射性同位素衰变产生的子体同位素与母体同位素的比例，通过测定其放射性衰变常数，计算矿物或地质样品形成时间的年龄值。5.矿物共生组合：指在特定的温度、压力和化学条件下，共同存在于一个岩石或地质体中的矿物组合。二、填空题1.岩石；地质作用2.SiO₂；硅酸盐3.高；低4.指示矿物；氧化态5.锆；U-Pb；年龄6.微量；输入7.相；转移三、选择题1.B*解析思路：橄榄石通常在岩浆早期（低温低压）结晶，其成分接近岩浆的初始成分，因此常作为指示岩浆初始状态的矿物。2.B*解析思路：指示矿物含量虽少，但因其对形成环境的敏感性，常被用来追溯和解释地质体的成因和演化历史。3.B*解析思路：绿泥石和绿帘石是高压低温变质作用的典型产物，常出现在绿片岩相和蓝片岩相变质岩中，是指示高压变质环境的指示矿物。4.A*解析思路：锆石具有极高的化学稳定性，能长期保存U和Th等放射性元素，是进行铀系测年（如U-Pb定年）的理想矿物。5.B*解析思路：岩浆分异的主要方式是矿物的结晶分离，随着矿物依次结晶，岩浆的化学成分发生显著变化。6.B*解析思路：岩浆来源、演化过程、形成环境等信息可以通过分析矿物中微量元素的丰度、比值和配分模式来示踪。7.D*解析思路：温度、压力和化学成分（如氧化还原条件）都会影响元素的分配系数，从而导致地球化学分馏。8.C*解析思路：辉石和角闪石是典型的铁镁质矿物，富含铁、镁、钙、钠等元素。9.A*解析思路：矿物在漫长的地质年代中相对稳定，能够记录形成时的地球化学信息，是研究地球化学过程的重要载体。10.B*解析思路：特定矿物组合只能在特定的温度、压力和化学条件下稳定共存，因此矿物共生组合是反映形成时地球化学环境的直接证据。四、简答题1.指示矿物在地球化学研究中的主要作用包括：*示踪岩浆来源：例如，高场强元素（如Ti,V,Cr,Co,Ni）富集的矿物（如磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿）通常指示岩浆来自地幔；而某些轻稀土元素富集的矿物（如独居石）可能指示岩浆经历了斜长石分离结晶。*判断岩浆演化阶段：不同矿物组合反映不同的岩浆演化阶段，如早期形成的橄榄石+辉石组合与晚期形成的钾长石+石英组合不同。*指示形成环境条件：如绿泥石、绿帘石指示低压低温环境，蓝晶石、红柱石、硅线石指示高压中低温环境。*示踪元素迁移和富集：指示矿物可以富集或亏损某些指示矿物，从而反映元素在岩浆、流体等介质中的迁移行为。*同位素测年：某些指示矿物（如锆石、独居石、铀矿）是常用的同位素测年矿物，用于确定岩浆活动或成矿事件的时间。2.矿物相变过程中的地球化学意义在于：*元素重新分配：当矿物发生相变（如分解、转变成新矿物）时，矿物内部的元素会重新组合或释放出来，导致元素在不同矿物相之间的分配比例发生改变。*形成新矿物组合：相变伴随着新矿物的生成，新矿物记录了新的化学成分和地球化学信息，反映了变化后的温度、压力条件。*改变岩石地球化学性质：矿物相变会改变岩石的整体化学成分、元素丰度、矿物组成和结构，进而影响岩石的物理性质（如密度、磁性）和地球化学行为。*保存地球化学记录：相变过程中，虽然元素分配改变，但部分元素可能被新矿物继承，或者元素总量可能守恒，从而在矿物中保存了部分形成时的地球化学记录。*揭示地质作用过程：通过研究矿物相变及其地球化学效应，可以了解岩浆演化、变质作用、交代作用等地质过程的性质和强度。3.矿物风化对元素地球化学循环的影响体现在：*元素释放：矿物风化（物理碎裂和化学分解）是地表元素从岩石圈释放到地表水圈、大气圈的主要途径。特别是长石、云母等造岩矿物，富含钾、钠、钙、镁、铝、硅等元素，其风化是这些元素进入循环的主要方式。*元素迁移：风化产生的可溶性元素（如钾、钠、钙、镁、硅酸盐离子）被地表水（雨水、河流）带走，发生长距离迁移。*元素富集或亏损：在风化过程中，某些元素可能被优先释放（如K,Na,Ca,Mg），而另一些元素可能被保留在原生矿物中或形成难溶的次生矿物（如氧化物、氢氧化物、碳酸盐），导致不同元素在不同环境中的富集或亏损。*形成次生矿物：风化产物（如粘土矿物、次生氧化物、碳酸盐等）是形成土壤和沉积物的重要组成部分，改变了地表物质的组成。*影响水化学特征：风化程度和风化矿物类型决定了地表水的化学成分（如pH、盐度、离子组成）。4.利用矿物地球化学信息推断岩浆来源主要依据：*矿物组成和含量：不同类型的岩浆（地幔岩浆、地壳岩浆、混合岩浆）具有独特的矿物组合和含量特征。例如，地幔岩浆常含有橄榄石、辉石、角闪石，而地壳岩浆常含有石英、长石、云母。高硅酸盐岩浆通常缺乏铁镁质矿物。*元素地球化学特征：*大量元素：硅、铝、铁、镁等元素的含量和比值（如MgO/SiO₂,FeO/MgO,CaO/K₂O）可以指示岩浆源区的性质（如地幔富集、地壳来源）和演化程度（如分异程度）。*微量元素：微量元素（如Rb,Sr,Ba,K,Th,U,Nb,Ta,Ti,Y,Zr等）的丰度、比值（如Rb/Sr,Ba/Sr）和配分模式（如Nb/Ta,Th/Y）对压力和氧化还原条件敏感，是示踪岩浆来源的重要指标。例如，高Rb/Sr比值通常指示地壳物质贡献。*同位素地球化学特征：岩浆源区的同位素组成（如¹⁸O/¹⁶O,¹³C/¹²C,²³⁸U/²³⁰Th,Sm/Nd,Lu/Hf等）与地幔、地壳等不同来源存在系统差异。通过测定岩浆矿物（如辉石、角闪石、锆石、独居石）中的同位素组成，可以定量计算岩浆源区成分、混合比例、形成温度和压力等。例如，高的¹⁸O/¹⁶O比值通常指示地壳混染。*矿物地球化学分馏：通过比较岩浆矿物与残余岩浆之间的元素分配系数，可以估算岩浆分馏的程度和矿物结晶顺序，进而反推岩浆的初始成分和演化路径。五、论述题1.矿物在元素地球化学分馏过程中的作用机制主要体现在矿物结晶时对元素的选择性吸收和排斥。当岩浆冷却结晶时，不同元素的离子半径、电荷、化学亲和力、挥发度以及与矿物晶格阳离子的结合能力不同，导致它们在进入矿物晶格或留在液相中的机会不同。*选择性吸收：某些元素更倾向于进入正在生长的矿物晶格中。例如，随着岩浆冷却，铁镁离子（Fe²⁺/³⁺,Mg²⁺）倾向于优先进入辉石、角闪石、橄榄石的晶格，而铝离子（Al³⁺）则倾向于进入长石和云母的晶格。轻稀土元素（LREEs）通常比重稀土元素（HREEs）更容易进入硅酸盐矿物晶格。*选择性排斥：某些元素则倾向于留在岩浆液相中，因为它们与晶格阳离子的结合能力较弱或难以进入晶格。例如，高场强元素（HFSEs，如Nb,Ta,Ti,Zr,Hf,W）和一些挥发性元素（如F,Cl,S）通常在硅酸盐矿物结晶的早期阶段就被排除，富集在残余岩浆中。*分馏效应：这种选择性吸收和排斥导致了元素在矿物和残余岩浆之间的分配系数（D_element=X_element(矿物)/X_element(岩浆)）存在显著差异。当某元素与矿物之间的分配系数远大于1时，该元素发生正分馏，即富集在矿物中，残余岩浆中浓度降低；当分配系数小于1时，发生负分馏，即亏损在矿物中，富集在残余岩浆中。*对岩浆演化的影响：矿物分馏是岩浆演化的主要驱动力之一。随着早期结晶矿物的分离，残余岩浆的成分将发生显著变化，形成不同类型的岩浆系列（如钙碱性系列、碱性系列）。矿物分馏的过程和程度决定了岩浆最终形成的岩石类型。例如，强烈的斜长石分离结晶会导致岩浆从钙碱性演变为碱性，并富集incompatibleelements（难熔元素）。2.矿物地球化学数据在判断沉积盆地沉积环境中的应用非常广泛，主要通过分析沉积岩（或碎屑岩）中矿物的类型、含量、组合、结构构造以及相关的地球化学指标（如元素、同位素）来实现。*矿物组合与成熟度：*碎屑矿物组合：反映物源区的岩石类型和风化剥蚀程度。例如，富含石英、长石和岩屑的沉积物通常指示物源区以花岗岩-英安岩为主，且成熟度较低；富含云母、绿泥石和自生粘土矿物的沉积物则指示物源区有变质岩或镁铁质岩参与，或经历了较强的风化剥蚀，成熟度较高。*自生矿物组合：沉积环境的水动力条件、盐度、pH值、氧化还原条件等会影响自生矿物的形成。例如，高含量的绿泥石和白云石通常指示弱氧化-弱还原、中低盐度的近岸或浅海环境；高含量的铁氧化物（赤铁矿、针铁矿）指示氧化环境，可能出现在干旱、半干旱地区的河流-三角洲或海滨环境；高含量的自生石英（次生石英）可能与热液活动有关。*元素地球化学：*元素比值：某些元素比值对沉积环境条件敏感。例如，Th/U比值通常反映沉积物的物源区差异和再沉积程度；V/(V+Ni)比值和Cu/(Cu+Zn)比值对氧化还原条件敏感，V/(V+Ni)高指示还原环境，低指示氧化环境；Rb/Sr比值可指示沉积物形成时的盐度（高盐度环境通常Rb/Sr高）。*微量元素：矿物中的微量元素含量和配分可以指示物源区岩石类型