2025年大学《行星科学》专业题库- 行星地球化学元素分布与富集规律

2025年大学《行星科学》专业题库——行星地球化学元素分布与富集规律考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在题干后的括号内，每题2分，共20分）1.下列哪组元素通常被认为是亲铁元素？A.K,Na,MgB.Fe,Co,NiC.Ca,Sr,BaD.Al,Si,Ti2.太阳系元素丰度最高的元素是？A.氧(O)B.硅(Si)C.氢(H)D.铁Fe)3.地幔分异的主要驱动力被认为是？A.地壳的冷却收缩B.地核的热传导C.岩浆活动与结晶作用D.陨石撞击能量4.下列哪种地质作用最能导致地壳中轻元素（如K,U,Th）的富集？A.深度变质作用B.矿物风化剥蚀C.矿床形成作用D.大规模沉积作用5.稀土元素（REE）在岩浆演化过程中通常表现出？A.随岩浆结晶顺序逐渐富集在同一矿物中B.在分离结晶早期从岩浆中优先分离出来C.在富硅酸盐岩浆中行为相似，无显著分异D.易溶于水，主要在晚期流体中富集6.利用地幔标准化蛛网图（spiderdiagram）的主要目的是？A.判断岩石形成时的压力温度条件B.估算地幔源区的原始组成C.比较不同岩石样品之间微量元素的相对富集或亏损程度D.分析岩石中主量元素的质量分数7.与月球相比，地球地壳中钾（K）含量显著更高的主要原因被认为是？A.地球接受到的太阳风离子轰击更强B.地球经历过的板块构造活动更剧烈，导致钾富集C.地球早期有更高丰度的富钾熔体D.地球体积更大，相对地壳比例更高8.下列哪种同位素体系最适合用于测定岩石形成年龄？A.Sm-NdB.U-Pb（锆石）C.Rb-SrD.Ar-K9.形成M型小行星的主要成分是？A.硅酸盐和金属B.碳化物和硫化物C.水冰和氨D.硅酸盐和粘土矿物10.地球大气圈中含量最丰富的痕量气体是？A.氮气(N2)B.氧气(O2)C.氢气(H2)D.氯气(Cl2)二、填空题（请将正确答案填在横线上，每空2分，共20分）1.地球内部元素分布的主要不均一性体现在地核、地幔、地壳的化学组成差异上，其中地核主要由__________和__________组成。2.元素丰度的标准化通常采用__________标准化方法，以消除不同天体或不同物质类型之间__________差异的影响。3.元素从原始地幔中分离结晶形成地壳的主要方式是__________作用，这通常会导致残留岩浆成分向__________富集。4.矿物是地球化学元素的主要__________载体，其化学成分直接反映了形成时的__________条件。5.稀土元素可以分为轻稀土元素（LREE，如__________、__________）和重稀土元素（HREE，如__________、__________）。6.通过对地壳岩石中__________和__________等亲石元素的地球化学研究，可以追溯地壳物质的主要来源和演化历史。7.地球化学示踪是指利用__________或__________之间的微小差异，来推断岩石、矿物或流体的来源、形成环境和演化路径的方法。8.与地球相比，火星地壳普遍__________（填“富集”或“亏损”）铁、镁等亲铁元素。9.__________作用是导致地壳元素富集和矿物生长的重要地质过程，常与造山带活动密切相关。10.影响元素在岩浆中分配系数（Kd）的主要因素包括元素的__________、岩浆的__________、压力和温度。三、名词解释（请给出下列名词的精确定义，每题3分，共15分）1.亲氧元素2.地幔分异3.矿床成矿作用4.稀土元素配分模式(ChondriteNormalization)5.地球化学比较四、简答题（请简要回答下列问题，每题5分，共20分）1.简述影响元素在岩浆中溶解度的主要因素。2.解释什么是元素富集。3.简述板块构造对地球化学元素分布的主要影响。4.为什么说稀土元素（REE）是研究行星物质演化的良好示踪剂？五、论述题（请结合所学知识，深入阐述下列问题，每题10分，共20分）1.详细说明岩浆分离结晶作用如何导致地壳中元素的不均一分布。2.试述利用主量元素和微量元素地球化学数据综合分析行星样品（如陨石、月球岩石）来源的思路和方法。---试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.C5.B6.C7.B8.B9.A10.A二、填空题1.铁(Fe),硅(Si)2.太阳系标准化(SolarSystemStandardized),丰度(Abundance)3.分离结晶(FractionalCrystallization),矿物(Mineral)4.赋存(Occurrence),成因(Genesis)5.La,Sm,Eu,Yb6.钾(K),铀(U)7.同位素(Isotopes),元素(Elements)8.亏损(Depleted)9.沉积(Sedimentation)10.挥发性(Volatility),化学性质(ChemicalProperty)三、名词解释1.亲氧元素:指在地球高温条件下，化学性质倾向于与氧结合形成氧化物或硅酸盐矿物的元素，如Si,O,Al,Fe,Mg,Ca,Na,K,Ti等。2.地幔分异:指原始均匀的地幔在地球早期冷却过程中，通过元素的分离和富集，逐渐形成密度和化学成分均不一致的圈层（如地核、地幔、地壳）的地质过程。3.矿床成矿作用:指在特定的地质构造、大地构造和地球化学背景下，由成矿热液、岩浆、变质作用等地质营力，使某些元素从分散状态集中富集成矿床的过程。4.稀土元素配分模式(ChondriteNormalization):指将岩石或矿物样品中各种稀土元素的浓度，按照太阳系球粒陨石（Chondrite）的标准化值进行换算，得到一系列相对值（如（La/Yb）N），并绘制成蛛网图，用于比较不同样品间微量元素的相对富集或亏损程度。5.地球化学比较:指通过分析不同天体（如行星、卫星、小行星、彗星）或同一天体不同部位（如地核、地幔、地壳）的化学组成、元素分布、同位素比值等方面的差异，来揭示其形成来源、演化历史和相互关系的科学研究方法。四、简答题1.简述影响元素在岩浆中溶解度的主要因素。解析思路：本题考查岩浆地球化学基础知识。影响元素溶解度的因素主要从元素的自身性质和岩浆环境两方面考虑。*元素性质：主要包括元素的物理化学性质，特别是挥发性。挥发性强的元素（如卤素F,Cl,H₂O,S,C,B等）易于在岩浆中达到较高溶解度。元素的电荷密度、离子半径、与岩浆主要组分（SiO₄⁴⁻）形成稳定络合物的能力也会影响其溶解度。*岩浆环境：主要包括温度、压力和岩浆成分（氧化还原条件、主要矿物相）。通常，温度升高，元素的溶解度可能增加（对某些盐类）或降低（对某些结构敏感的矿物元素）。压力对溶解度有显著影响，特别是对气体和水。岩浆的氧化还原条件(fO₂)决定了元素是呈高价还是低价状态存在，从而影响其溶解度。岩浆中存在的其他矿物相也会通过矿物-熔体平衡影响元素的溶解度，某些矿物相会吸收元素降低其在熔体中的浓度。答案应包含以上几点，并说明其内在逻辑。2.解释什么是元素富集。解析思路：本题考查核心概念定义。元素富集是指元素从一个相对均匀的母体（如原始地幔、岩浆）中，通过某种地质过程（如结晶分异、交代作用、沉积作用、风化作用等），在某个局部范围内或某种岩石/矿物中浓度显著增高，远超其在原始母体中的平均浓度的现象。解析要点：需要明确“富集”是相对于“母体”而言的；“局部范围/岩石/矿物”是富集的场所；需要提及导致富集的“地质过程”是关键驱动力。富集是元素分布不均一性的体现。3.简述板块构造对地球化学元素分布的主要影响。解析思路：本题考查板块构造与地球化学的相互作用。板块构造通过洋中脊、俯冲带、造山带、转换断层等主要活动场所，驱动了全球范围内的岩浆活动、变质作用、沉积作用和地壳运动，从而深刻影响了元素的迁移、循环和分布。解析要点：应至少提及以下几点：①洋中脊：岩浆上涌形成大洋地壳，富集轻元素（K,Na,Mg,Al）的玄武岩；俯冲带：地壳、洋壳俯冲带热液活动，导致元素（如Cu,Mo,W,U,Hg）在俯冲板片和上覆地幔楔中富集，部分元素进入地幔楔引发岩浆活动，部分元素随流体返回地表。②俯冲作用：不仅导致局部元素富集，还通过板片脱硫作用等改变地幔成分。③造山带：俯冲带来的地幔楔物质部分熔融形成花岗岩，导致地壳中Si,Al,K,Na等元素富集；变质作用使元素在不同矿物间再分配。④板块碰撞：导致地壳缩短增厚，物质混合，元素成分复杂化。⑤地幔柱活动：带来异常成分的岩浆，可导致区域性元素异常富集。4.为什么说稀土元素（REE）是研究行星物质演化的良好示踪剂？解析思路：本题考查REE的应用。稀土元素尽管化学性质相似，但由于它们的离子半径和电荷从La到Lu逐渐变化，导致它们在形成矿物时的分配系数(Kd)对温度、压力、岩浆成分等条件的敏感性存在系统性的、细微的差异。这种微小的差异使得它们能够记录下形成时的环境信息。解析要点：①REE化学性质相似但存在系统性的物理化学性质差异（主要是离子半径和电荷的渐变）。②这种差异导致REE在岩浆结晶、流体作用等过程中表现出分馏现象，即不同REE的相对含量会发生变化。③通过分析岩石或矿物中REE的配分模式（如使用球粒陨石标准化），可以识别出导致这种分馏的地质过程（如结晶顺序、流体萃取、交代作用等）。④不同类型的行星物质（如不同类型的小行星、月球、火星）具有独特的REE配分特征，可用于区分来源和对比演化。⑤结合其他微量元素和同位素数据，REE是重建行星形成和早期演化的关键工具之一。五、论述题1.详细说明岩浆分离结晶作用如何导致地壳中元素的不均一分布。解析思路：本题要求深入阐述一个核心地质过程及其后果。岩浆分离结晶是指岩浆在冷却过程中，不同矿物按一定顺序结晶析出，导致残余岩浆成分发生改变的过程。要详细说明这个过程以及它如何导致元素分布不均。解析要点：*过程描述：从岩浆冷却开始，不同矿物（如橄榄石、辉石、角闪石、斜长石）根据其化学成分和物理性质（如化学亲和力、晶格能、熔点）的差异性，在不同的温度范围内结晶析出。早期结晶的矿物通常富含铁、镁、钙等亲铁元素和硅氧四面体结构单元，而晚期结晶的矿物则富含钾、钠、铝、硅等亲石元素。*元素行为：在分离结晶过程中，亲铁元素倾向于进入早期结晶的矿物中并被“分离”出去，留在残余岩浆中的比例逐渐降低。亲石元素则相对滞留在晚期结晶的矿物中，或者如果岩浆发生分馏结晶，也可能富集在残余岩浆中。挥发性元素（如H₂O,F,Cl,S）则主要溶于晚期岩浆或以流体相形式存在，并在岩浆演化晚期活动。*不均一性产生：由于不同矿物对元素的富集能力不同，且矿物结晶顺序不同，导致岩浆成分随时间发生显著变化。最终形成的不同类型的岩石（如基性岩主要由早期结晶矿物组成，富集Fe,Mg；酸性岩主要由晚期结晶矿物组成，富集K,Al,Si）具有截然不同的化学成分。因此，地壳是由不同成分的岩石组成的，呈现出明显的不均一性。地壳的形成本身就是通过分离结晶作用从地幔中“提取”出富集轻元素的产物。2.试述利用主量元素和微量元素地球化学数据综合分析行星样品（如陨石、月球岩石）来源的思路和方法。解析思路：本题要求阐述综合分析方法。分析行星样品来源需要综合运用多种地球化学信息，主量元素和微量元素是关键数据。思路应从数据获取、初步判别、深入分析和模型验证等方面展开。*主量元素：反映样品的基本化学组成框架，如岩石类型（基性、中性、酸性）、形成时的温度压力条件、硅酸盐/硫化物/金属的比例等。通过计算岩石系列图（如MgO-CoO图、TiO₂-MgO图）、构造环境判别图解（如TAS图、AFM图）等，可以初步判断样品的岩石类型和可能的形成环境（如地幔源区、地壳源区、岩浆房演化等）。*微量元素：对样品的源区成分、岩浆演化过程、流体交代作用、形成时的地球化学条件（如fO₂,fH₂O）等具有更高的灵敏度。常用的方法包括：