中国矿业大学王文峰地球化学试卷A

2005年6月1《地球化学》期末考试试卷(A卷)考试形式：闭卷考试考试时间：120分钟班号学号姓名得分题号一二三四五总分得分一、概念题(每题5分，共50分)1、元素的丰度值2、类质同象混入物3、载体矿物和富集矿物4、地球化学障5、八面体择位能6、戈尔德斯密特相律7、相容元素和不相容元素8、δCe值(列出计算公式并说明)9、同位素分馏系数10、衰变定律二、问答题(每题8分，共40分)：1、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。2、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)。3、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？4、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？5、试分析下图中稀土元素球粒陨石标准化模式中各个曲线可能代表的岩石类型及造成分配型式特征的原因。三、论述题(任选1题，10分)1、试述稀土元素数据的处理步骤和表示方法。2、要获得准确的同位素地质年龄必须满足的条件是什么？答案：2005年6月2一、1.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.2.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。由类质同像形式混入晶体中的物质称为类质同像混入物。含有类质同像混入物的混合晶体称为固溶体。3.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。4、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。5．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。6．在自然条件下，矿物常形成于一定的温度、压力变化范围，并在此范围内保持稳定。因此，F≥2，据吉布斯相律，F＝K－Φ＋2，有Φ≤K，即平衡共存的矿物数不超过组分数，即为戈尔德斯密特矿物学相律。7．相容元素(Compatibleelements):岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱矿物相的微量元素；不相容元素(Incompatibleelements):岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱熔体或溶液相的微量元素.也称为湿亲岩浆元素(hygromagmatophile).8．δCe或(Ce/Ce*)。是表征样品中Ce相对于其它REE分离程度的参数.Ce除了三价态外,氧化条件下可以呈四价态而与其它REE发生分离.δCe＝Ce/Ce*＝NNLaCe)2Pr(式中CeN,LaN,和PrN均为相应元素实测值的球粒陨石标准化值..9.同位素分馏系数α值：指含有相同元素的两种分子同位素重/轻同位素比值的比值。设有同位素平衡分馏反应：aA1+bB2aA2+bB1式中：A、B为含相同元素的两种分子，a、b为系数，1为轻同位素，2为重同位素。分馏系数=RA/RB(A分子重/轻同位素比值/B分子重/轻同位素比值)=()AA21/()BB2110.放射性衰变速率定律：单位时间内放射性同位素衰变的原子数与现存的放射性母体原子数成正比，或衰变速率正比于现存母体原子数。设某自然体系现在的母体同位素原子数为P，在自然体系形成时的母体同位素原子数为P0，体系形成到现在的时间间隔为t：dPdt=－λP，式中：λ－衰变常数，表示单位时间内原子发生衰变的概率。二、1、(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。(问题来源：Brownlow,1996)2、答：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(Krauskopfet2005年6月3al,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。3．答：根据同位素理论，氧与阳离子的键强控制了矿物的18O/16O比值，一般18O富集于与氧形成更强键的矿物中。硅酸盐中硅氧键的键强比铝氧键强大，因此石英中的18O要比钾长石更大。4．为了获得精确的等时线年龄，需要等时线的斜率尽可能地准确，只有数据点沿着等时线较宽地分布才能获得斜率的准确。很明显，也需要很精确地测定87Sr/86Sr或143Nd/144Nd值。只有当岩石矿物中的87Rb/86Sr或143Sm/144Nd比值差别较大，且两对比值(87Rb/86Sr和87Sr/86Sr)和(143Sm/144Nd和143Nd/144Nd)都能够精确测试时。才能获得精确的87Sr/86Sr和43Nd/144Nd初始比值和精确的年龄值。5．答：A.熔岩流中源自地幔的橄榄岩捕掳体.呈比值为1的近水平线.代表未经大的分异的原始地幔；B.大洋中脊玄武岩,所有REE增大,LREE与HREE之间没有更大分异(T-过渡型玄武岩)；C和D.流纹岩和花岗岩。LREE偏向增加表明分异作用明显。有明显的Eu异常，与富Ca斜长石的分离有关；E.斜长岩。强烈富集Eu,表明斜长石强烈富集Eu；F.漫长地质时间形成的由火成岩和沉积岩反复分异的北美页岩。三、1.答：①REE组成模式图示：对样品中REE浓度以一种选定的参照物质中相应REE浓度进行标准化，将样品中每种REE浓度除以参照物质中各REE浓度,得到标准化丰度，然后以标准化丰度对数为纵坐标,以原子序数为横坐标作图.两种图：(1)曾田彰正-科里尔(Masuda-Coryell)图解：浓度标准化参照物质为球粒陨石.由曾田彰正和科里尔创制；图示的优点:可以消除由于原子序数为偶数和奇数造成的各REE间丰度的锯齿状变化,使样品中各REE间任何程度的分离都能清楚地显示出来,因为一般公认球粒陨石中轻和重稀土元素之间不存在分异。（2）用所研究体系的一部分作参考物质进行标准化。②稀土元素总量-∑REE为各稀土元素含量的总和,以ppm为单位.多数情况下指从La到Lu和Y的含量之和.有些学者用火花源质谱法分析稀土元素含量,其∑REE数据不包括Y.∑REE对于判断某种岩石的母岩特征和区分岩石类型均为有意义的参数.③LREE/HREE(或∑Ce/∑Y)：为轻和重稀土元素比值.这一参数能较好地反映REE元素的分异程度以及指示部分熔融残留体和岩浆结晶矿物的特征.④δEu(或Eu/Eu*):表示Eu异常的程度.一般稀土元素大多呈三价态,但Eu特殊,既可以呈三价,也可呈二价.三价态时,Eu和其它稀土元素性质相似,二价态下则性质不同,固地质体中Eu2＋经常发生与其它三价REE离子的分离,造成在REE球粒陨石标准化丰度图解的Eu位置上有时出现“峰”(Eu过剩),⑤δCe或(Ce/Ce*):是表征样品中Ce相对于其它REE分离程度的参数.Ce除了三价态外,氧化条件下可以呈四价态而与其它REE发生分离.2.答：①放射性母体及其子体有一定丰度，并有可靠精确的测定方法；②已知衰变常数和半衰期，并且半衰期应和矿物或岩石的地质年龄的数量级近似。③放射性母体(如40K、238Pb等)除了放射性衰变外没有丢失和增加；④放射性成因子体（如40Ar、206Pb等）除了放射性衰变来源外，没有别的来源，同时也没有丢失。即要求放射性衰变在一个封闭系统中完成。