地球化学-河北地大

一、概念题1、克拉克值是指元素地壳中重量百分含量。2、浓度克拉克值浓度克拉克值＝元素在某一地质体中平均含量/元素的克拉克值，它反映元素在地质体中集中和分散程度，大于1说明相对集中，小于1说明相对分散。3、元素的地球化学迁移元素从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并经常伴随元素组合和分布上的变化以及空间位移的作用称为地球化学迁移。4、元素的丰度值：每种化学元素在自然体中的质量,占自然体总质量(或自然体全部化学元素总质量)的相对份额(如百分数),称为该元素在该自然体中的丰度值.5、类质同象某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置被介质的其它质点(原子、离子、络离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，而使晶体构造类型、化学键类型等保持不变的现象。6、载体矿物和富集矿物载体矿物载体矿物和富集矿物载体矿物是指岩石中所研究元素的主要量分配于其中的那种矿物。但有时该元素在载体矿物中的含量并不很高，往往接近该元素在有时总体中的含量。富集矿物是指岩石中所研究元素在其中的含量大大超过它在岩石总体中的含量的那种矿物。7、元素的共生组合具有共同或相似迁移历史和分配规律的元素常在特定的地质体中形成有规律的组合，称为元素的共生组合。8、元素的赋存状态也称为元素的存在形式、结合方式、相态、迁移形式等，指元素在其迁移历史的某个阶段所处的物理化学状态与共生元素的结合性质。9、亲氧元素是指那些能与氧形成强烈离子键化合物的元素，如K、Na、Si、Al等，通常以硅酸盐形式聚集于岩石圈。10、八面体择位能：任意给定的过渡元素离子,在八面体场中的晶体场稳定能一般总是大于在四面体场中的晶体场稳定能.二者的差值称为该离子的八面体择位能(OSPE).这是离子对八面体配位位置亲和势的量度。八面体择位能愈大，则趋向于使离子进入八面体配位位置的趋势愈强，而且愈稳定。11、相容元素和不相容元素：在液相和结晶相（固相）的共存体系，如在岩浆结晶作用过程中，一些微量元素易以类质同像的形式进入造岩矿物晶格，称为相容元素，如Ni2+、Co2+、V3+、Cr3+、Yb3+、Eu2+等。另一些微量元素不易进入造岩矿物晶格，倾向于残留在熔浆或液相这中，称为不相容元素，如Rb、Cs、Sr、Ba等。12、元素的地球化学亲和性元素的地球化学亲和性，指阳离子在地球化学过程中趋向于同某种阴离子结合的性质。分亲铁性（趋向于单质形式产出）、亲硫性（趋向于与硫形成强烈共价键的性质）和亲氧性（趋向于与氧形成强烈离子键的性质）13、分配系数从能斯特分配定律的表达式中可知：在温度、压力恒定的条件下，微量元素i(溶质)在两相分配达平衡时其浓度比为一常数(KD)，此常数KD称为分配系数，或称能斯特分配系数。分配系数只受温度、压力的限定，而与溶质的浓度无关（在一定浓度范围内）。14、地球化学障：地球化学障指地壳中物理或化学梯度具有突变的地带，通常伴随着元素的聚集或堆积作用。即在元素迁移过程中经过物理化学环境发生急剧变化的地带时，介质中原来稳定的元素迁移能力下降，形成大量化合物而沉淀，这种地带就称为地球化学障。15、K不稳定常数即络合离子的溶解平衡常数16、Eu反映Eu与REE整体分离程度的参数，＝2EuN/（SmN+GdN）17、同位素分馏系数：同位素分馏系数,反映同位素在同种或不同种化合物中分馏程度的参数，＝同位素在A物质中的比值/同位素在B物质中的比值，18、δO18值δ值指样品同位素比值（Rsa）相对于标准样品的同位素比值（RSt）的千分差，表示式为：δO18‰=﹛(O18/O16)样品/（O18/O16）标准-1﹜×100019、衰变定律：单位时间内衰变的原子数与现存放射性母体的原子数成正比。其数学表达式如下：-dN/dt=λN式中：N为在t时刻存在的母体原子数；dN/dt为t时的衰变速率，负号表示N随时间减少；λ为衰变速率常数，表示单位时间内衰变的原子比例数，其单位为1/年或1/秒。将前式由t=0到t求积分，整理后得：ln(N/N0)=-λtN0为t=0时的衰变母体原子数。由此得：N=N0e-λt或N0=Neλt以上为放射性同位素衰变的基本公式，表明母核原子数为N0的放射性同位素，经时间t后残存的母体原子数N=N0e-λt，N与t为指数函数。20、科尔任斯基相律在一定的T、P及活性组分化学位μ的条件下，相互平衡的共存矿物数不超过惰性组分数。Φ≤Kи。就是柯尔仁斯基相律。二、问答题1、下列矿物键的类型是什么?(1)所有键都是离子键;(2)所有键都是共价键;(3)部分键为离子键,部分为共价键:(a)磷灰石;(b)黄铜矿;(c)萤石;(d)自然砷;(e)尖晶石。(a)磷灰石：离子键，共价键；(b)黄铜矿：共价键；(c)萤石：离子键；(d)自然砷：共价键；(e)尖晶石：离子键。2、为什么U、Th在花岗岩中比在超基性岩中更为丰富？(离子半径，U4+(6次配位)为0.97A,U6+(6次配位)为0.80A,Th3+(6次配位)为1.14A,Th4+(6次配位)为1.02A,Fe2+(6次配位)0.78A,Fe3+(6次配位)0.64A,Mg2+(6次配位)为0.64A。这与U、Th的离子半径和类质同象置换有关。U和Th的离子半径较大，U4+(6次配位)为0.97A,U6+(6次配位)为0.80A,Th3+(6次配位)为1.14A,Th4+(6次配位)为1.02A，而Fe2+(6次配位)0.78A,Fe3+(6次配位)0.64A,Mg2+(6次配位)0.64)，因此二者不能进入早期结晶的镁铁矿物中，而富集在淡色的残余岩浆内。U4+广泛地与Th4+,Zr4+,REE3+以及Ca2+呈类质同象置换。3、多数稀土元素在花岗岩中比在玄武岩中更为丰富，但是Eu却在玄武岩中更为丰富，为什么？大多数稀土元素都是呈3价出现，而Eu是变价元素，有2和3两个价态，Eu2＋与Ca2＋的离子半经比较接近，可以置换斜长石中的Ca，因此与大多数稀土元素在花岗岩中比在玄武岩中更为丰富，但是Eu不同，Eu在斜长石含量较高的玄武岩中更为丰富。4、下列岩浆岩：①形成过程中仅与岩浆水发生了相互作用；②形成过程中广泛地与大气降水发生了相互作用。试回答哪一种岩浆岩D/H比值和18O/16O比值更高形成过程中仅与岩浆水发生了相互作用的岩浆岩D/H比值和18O/16O比值更高。5、用Rb-Sr或Sm-Nd法对岩石定年时，为什么当岩石矿物中的87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别越大结果越好？因为87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别大，则衰变形成的87Sr/86Sr或143Nd/144Nd值的差别也大，只有这样，才能在87Rb/86Sr或143Sm/144Nd与初始值的图解上拟合相关系数较好的一条直线，由此得到较好的等时线年龄。否则可能使数据集中而拉不开等时线。6、当以下每种物质形成时，其氧化电位是高还是低？(1)陨石；(2)煤；(3)海底锰结核；(4)钒钾铀矿；(5)页岩中的黄铁矿；(6)鲕绿泥石。答：高，低，高，高，低，低。7、为什么硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大？(离子半径：K＋的为1.38A，Na＋的为1.02A，O2-的1.40A)。K和Na都属于碱性元素，其离子半径分别为：1.38A和1.02A(Krauskopfetal,1995)或1.59和1.24A(Gill,1996)。以与阴离子O2-结合为例，O2-离子半径1.40A(Krauskopfetal,1995)或1.32(Gill,1996),根据阳离子与氧离子半径比值与配位数关系，K+/O2-＝0.9857,Na+/O2-=0.7286，由于等大球周围有12个球，而在离子晶体中，随阳离子半径的减小，为达到紧密接触，因此配位数也要减少。因此，在硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大，前者与氧的配位数为8，12，而后者为6,8。8、研究表明，岩浆岩和变质岩中的不同矿物具有不同的18O/16O比值，例如岩浆岩中石英一般比钾长石具有更高的18O/16O比值，试阐明控制矿物18O/16O比值大小的原因是什么？9、A、B两个岩体在岩浆结晶过程中W元素的分配分配系数KD＝0.1，和Ni元素的分配系数KD＝4。请用图示分析一下，A、B两个岩体中W、Ni这两个微量元素的地球化学行为。K0.1DW（）＝K=4DNi)（ABA岩体中W元素的分配系数KD＝0.1，明显小于1，随着岩浆结晶程度的增长（F由1趋向0），W元素在残余熔体中浓集起来，W元素称之为不相容元素（如图上部曲线）。B岩体中Ni元素的分配系数KD＝4，大于1属相容元素，随着结晶程度的增加，Ni元素倾向在矿物晶体中富集，随矿物析出，而在残余岩浆中逐渐贫化（见图下部曲线）。10、下列为不同构造环境中玄武岩的稀土元素问题（REE）及稀土组成配分模式图（洋中脊玄武岩、海洋拉斑玄武岩、高铝玄武岩、大陆拉斑玄武岩）。按从大洋→大陆环境的顺序排列出各玄武岩（用英文字母排序）并简述理由。10100101001010010100adcbREE=150*10-6n10*10-6100*10-6360*10-6岩石球粒陨石/从洋→大陆环境的玄武岩排列顺序为：d→c→a→b由于大洋中脊玄武岩的源区为上地幔，越往大陆一侧成因的玄武岩地壳混染的程度越大。而上地幔中稀土含量低，ΣLREE/ΣHREE接近，到地壳其ΣREE增加了20多倍，ΣLREE/ΣHREE增加了3倍多，为此地幔源区的玄武岩ΣREE最小，ΣLREE/ΣHREE接近1（平坦型），越靠近大陆成因玄武岩ΣREE增加，ΣLREE/ΣHREE增大（右倾型）11、某地层剖面如下图（示意），请对该套地层（无化石）定年并简述方法原理。123456E012Km1-砾岩，2-含砾砂岩，3-砂岩，4-同生花岗闪岩岩床，5-含海绿石泥岩，6-灰岩对该套地层定年可用两种方法1）同生花岗闪长岩岩床的Rb-Sr等时线年龄方法2）同生海绿石的Rb-Sr模式年龄法3）应用条件有：花岗闪长岩岩床为同一时间、同一母体，其初始锶比值均一，岩床各处Rb/Sr比值不同，为此经过t时间后，各样品样品的(87Sr/86Sr)样、（87Rb/86Sr）样将呈线性方程Y=aX+b,Y=-(87Sr/86Sr)样X=（87Rb/86Sr）样经线性拟合后可得斜率a=(eλt-1)，从而可以求得年龄值。12、请设计两套氧同位素温度计，查明花岗岩的成岩温度及含铜石英脉的成矿温度，并简述原理。黄铜矿磁铁矿石英方解石脉方解石石英花岗岩体中的含铜石英方解石脉-氧同位素在同一体系达到平衡时，分馏系数α与温度T之间有一定的函数关系：1000lnα=a/T2b≈ΔA-Ba,b为待定常数α为A、B矿物分馏系数T为绝对温度ΔA-B为A、B矿物对δ18O的差值在花岗岩体中的含铜石英--方解石脉图示中1）测定成岩温度用石英—磁铁矿矿物对作为氧同位素温度计2）测定成矿温度用含铜石英方解石中的石英—方解石含氧矿物作为氧同位素温度计矿物测定。3）分别测定矿物的δ18O值，公共秩序公式，计算即得岩体成岩及矿脉成矿温度。13、分析在岩浆结晶分异过程中分配系数KD＝0.25和KD＝4这两个微量元素的地球化学行为。A岩体中W元素的分配系数KD＝0.1，明显小于1，随着岩浆结晶程度的增长（F由1趋向0），W元素在残余熔体中浓集起来，W元素称之为不相容元素（如图上部曲线）。B岩体中Ni元素的分配系数KD＝4，大于1属相容元素，随着结晶程度的增加，Ni元素倾向在矿物晶体中富集，随矿物析出，而在残余岩浆中逐渐贫化（见图下部曲线）。14、讨论在自然界中由于氧化还原条件的变化稀土元素的分异。稀土元素的分异主要体现于Eu和Ce二元素，前者易还原成二价阳离子，后者易氧化四价阳离子，从而与整体三价的REE发生分离。Eu2+易与Ca2+性质相似，因此易与类质同象替代Ca2+如在早期结晶的斜长岩中出现铕正异常，而后期结晶的岩石中出现铕负异常。Ce4+在弱酸性条件下易发生水解而滞留原地，使淋滤出的溶液贫Ce，形成Ce负异常，在海水中亦易形成Ce与REE的分