中国矿业大学北京地球化学复习题.pdf

名词解释名词解释 1.1.浓度克拉克值浓度克拉克值：概念系指某元素在某一地质体（矿床、岩体或矿物 等）中的平均含量与克拉克值的比值，表示某种元素在一定的矿床、 岩体或矿物内浓集的程度。当浓度克拉克值大于 1 时，说明该元素在 地质体中比在地壳中相对集中；小于 1 时，则意味着分散 2.亲氧性元素亲氧性元素：倾向于与氧形成高度离子键的元素称亲氧元素。特征 是：离子半径较小，有惰性气体的电子层结构，电负性较小。 如 K、 Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE 等；易形成惰性气体型离子； 3.元素的地球化学迁移元素的地球化学迁移： 即元素从一种赋存状态转变为另一种赋存状 态，并经常伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移 4.4.普通铅（或正常铅普通铅（或正常铅） ：普通铅（或正常铅） ：指产于 U/Pb、Th/Pb 比值低的矿物和岩石中任何形式的铅 （如方铅矿、 黄铁矿、 钾长石等） ， 在矿物形成以前，Pb 以正常的比例与 U、Th 共生，接受 U、Th 衰变 产物 Pb 的不断叠加并均匀化。 5.5.不相容元素不相容元素：趋向于在液相中富集的微量元素。由于其浓度低，不 能形成独立矿物相，并且因离子半径、电荷、晶场等性质与构成结晶 矿物的主元素相差很大，而使其不能进入矿物相。它们的固相/液相 分配系数近于零。 6.6.同位素分馏系数同位素分馏系数： 达到同位素交换平衡时共存相同位素相对丰度比达到同位素交换平衡时共存相同位素相对丰度比 值为常数值为常数，称分馏系数称分馏系数，或者或者指两种物质(或物相)之间同位素比值 之()，即A-B=RA / RB，式中 A，B 表示两种物质(或物相)，R 表 示重同位素与轻同位素比值，如 34S/32S，18O/16O。表示同位素 的分馏程度，值偏离 1 愈大，说明两相物质之间同位素分馏程度愈 大；=1 时物质间没有同位素分馏 7.K(7.K(不稳定常数不稳定常数) )：金属离子与配位体生成络合物的逆反应是络合物 的解离反应，达成平衡时的常数，称为不稳定常数。它与稳定常数互 为倒数。不稳定常数越大，络合物越不稳定。 8.Eu:Eu:反映 Eu 异常的强。. 9.稀土元素稀土元素（REEREE） ：原子序数 57-71 的镧系元素以及与镧系相关密切 的钪和钇共 17 种元素，包括：La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd， Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Sc，Y 10.高场强元素高场强元素 (HFSE)(HFSE) ：指离子半径小、电荷高，难溶于水，地球 化学性质稳定的元素，如 Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE 等，它们可 作为“原始”物质组成特征的指示。 11.陨石陨石： 陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。 12.元素丰度系数：元素丰度系数：自然体的元素丰度与另一个可作为背景的自然体 的元素丰度的比值叫做元素丰度系数 。 13.相律相律： 是研究相平衡的基本规律,反映平衡体系内的自由度与组分 数和相数间关系的数学表达式。 14.相容元素相容元素：趋于在固相中富集的微量元素。尽管其浓度低,不能形 成独立矿物相，但因离子半径、电荷、晶体场等结晶化学性质与构成 结晶矿物的主要元素相近,而易于呈类质同像置换形式进入有关矿物 相。相容元素的固相/液相分配系数显著大于 1。 15.同位素：同位素：具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元 素的不同核素互为同位素，它们在元素周期表中占据同一个位置。 16.元素地球化学亲和性的概念元素地球化学亲和性的概念：在自然体系中，阳离子有选择性地 与某阴离子化合（结合）的倾向性 。 17.等时线；通过对地质体一组样品实测的现今 87Sr/86Sr 和 87Rb/86Sr 比值作图，拟合得一条直线，即等时线。 一、举例说明稀土元素在地质一、举例说明稀土元素在地质地球化学研究中的意义。地球化学研究中的意义。 稀土元素可在地球化学研究中得道多方面应用： 1） 、岩石成因：不同成因的岩石具有不同的稀土特征。如花岗岩类 的成因主要归结为三类： a.基性岩浆分异:Eu 负异常型 b.地壳硅铝层重熔：Eu 轻缓平稳性 c.花岗岩化：Eu 右倾斜型 2)、 变质岩的原岩恢复： 许多变质过程中， 稀土元素保持原岩特征。 3） 、研究地壳演化：如不同时代的页岩有明显不同的特征，稀土元 素特征能反映地壳的演化规律。 二、地球系统的化学作用类型。二、地球系统的化学作用类型。 1、水-岩化学作用（如沉积作用过程中物质的溶解-沉淀、热液交 代作用等）; 2、熔浆和熔-岩化学作用（如部分熔融、结晶分异、岩浆岩围岩蚀 变等） ； 3、有机化学作用（如风化过程生物的有机化学作用，石油、天然 气的形成等） ； 4、水-气化学作用（主要发生在地表，如地表水、O2、CO2 循环， 火山喷气等） ； 5、 岩-岩化学作用 （如球外物质撞击， 断裂挤压变质如俯冲带、 逆断层等） 。 三三、 说明太阳系元素丰度的基本特征和决定自然体系中元素丰度的最说明太阳系元素丰度的基本特征和决定自然体系中元素丰度的最 基本因素。基本因素。 1) 在所有元素中 H, He 占绝对优势, H 占 90%, He 占 8% 。 2）太阳系元素的丰度随着原子序数（Z）的增大而减少，曲线开始 下降很陡，以后逐渐变缓。在原子序数大于 45 的重元素范围内，丰 度曲线近于水平，丰度值几乎不变。 3）偶序数元素的丰度大于相邻奇序数元素的丰度，这一规律称之 为 Oddo-Harkins（奥多-哈金斯）法则。 4）与以上的规律相比，Li, Be, B, Sc 具有与它们原子序数不相 称的低丰度，在较轻元素中亏损；而 O 和 Fe 呈明显的峰值，其丰度 显著偏高，为过剩元素。 5）原子序数或中子数为“幻数” （2、8、20、50、82 和 128 等） 的核素分布最广，丰度最大。如：4He（Z=2,N=2), 16O (Z=8, N=8), 40Ca ( Z=20, N=20)等。 决定自然体系中元素丰度的最基本因素： 与原子结构有关具有最稳 定原子核的元素分布最广，当中子数和质子数比例适当时核最稳定。 如在原子序数20 的轻核中，中子质子等于一是，核最稳定，由此 可以说明 O、Mg、Si、Ca 的丰度较大的原因；随原子序数增大，核内 质子间的斥力大于核力，核子的结合能降低，原子核就趋于不稳定， 所以元素同位素的丰度就要降低；偶数元素或同位素的原子核内，核 子倾向成对，他们自旋力矩相等，而方向相反，量力力学证明：这种 核的稳定性最大，因而这种元素或同位素在自然界分布最广；中子数 等于幻数的同位素，其原子核中的壳层为核子所充满，形成最为稳定 的原子核，因而具有高的丰度。与元素起源、形成过程及元素形成后 的化学分异有关。在恒星的高温条件下。可以发生有质子参加的热核 反应，这使 Li、Be、B 迅速的转变为 4He 的同位素，因此，Li、Be、 B 丰度明显偏低就同他们在恒星热核反应过程中被消耗的历史有关； 在内行星和陨石物质中气态元素（H、He 等）的丰度极大的低于太阳 系中各该元素的丰度， 造成这种差别的原因为这些元素在行星和陨石 母体形成或存在过程中逃逸到宇宙空间所致。 四、元素的赋存形式有哪些？四、元素的赋存形式有哪些？ (1)独立矿物能用肉眼或能在显微镜下进行研究的矿物，粒径大 于 0.001mm。 (2)类质同象或称为结构混入物，指不同的元素或质点占据相同 的晶格结点位置、而晶格类型和晶格常数不发生明显变化的现象。微 量元素进入主元素的晶格后，如不通过破坏矿物晶格的手段，采用机 械和化学的方法都不能使两者分离 。 (3)超显微非结构混入物（或称为超显微包裹体）被包裹在其他 矿物中， 粒径小于 0.001mm 的物质。 由于它不占据主矿物的晶格位置， 因此是独立矿物，但又不形成可以进行矿物学研究的颗粒。如在岩浆 岩中的 Au、Ag、Pb、Bi、Hg 等，常可以呈超细硫化物存在于其他矿 物中。 (4)吸附胶体、晶体表面或解理面上由于电荷不平衡而吸附异性 离子的现象。是一种结合力较弱、易被交换和分离的存在形式（活性 赋存形式） 。 (5)与有机质结合元素加入到有机物中，如血液中的 Fe、骨骼中 的 Ca 和脑细胞中的 P 都完全进入到有机质中。此外，微量元素常与 有机物结合形成金属有机化合物或金属有机络合物， 如铜乙二胺配离 子Cu(CH)22+。 （6）元素在水流体相中也有多种存在形式，首先它们可以按基本单 位和聚合体的大小分成颗粒物、胶体、絮状物和分子，在真溶液中则 仅包括分子和离子。 五、简述岩浆成岩过程的鉴别五、简述岩浆成岩过程的鉴别 根据平衡部分熔融和分离结晶作用中微量元素分配的定量模型， 可 以对成岩过程进行鉴别。 （1）固-液相分配系数高的相容元素：如 Ni、Cr 等，在分离结晶 过程中他们的浓度变化很大，但在部分熔融过程中则变化缓慢。 （2）固-液相分配系数低的微量元素：如 Ta、Th、La、Ce 等，他 们的总分配系数很低，近于 0，与 0.2-0.5 比较可忽略不计。在部分 熔融过程中这些元素浓度变化大， 但在分离结晶作用过程中则变化缓 慢。 （3）固-液相分配系数中等的微量元素：如 HREE、Zr、Hf 等，他 们的分配系数与 1 比较可忽略不计。 六、各类玄武岩对构造环境的鉴别。六、各类玄武岩对构造环境的鉴别。 1、在板块边缘深海环境下喷发的洋中脊玄武岩(MORB)：拉斑质 玄 武岩曲线呈平坦型，碱性玄武岩在 Rb、Ba、Th、Ta、Nb 处局部隆 起， 其后的元素与拉斑质玄武岩一致；快速扩张的洋中脊玄武岩与 MORB 的比值大于 1，缓慢扩张的洋中脊玄武岩则小于 1； 2、 远离板块边缘喷发的板内玄武岩(WPB)：拉斑质玄武岩除 Y、 Yb、 Sc、Cr 等元素外，其他元素均呈隆起；碱性玄武岩中 Ba、Th、 Ta、 Nb 和 Hf、Zr、Sm 两组元素呈双隆起 呈双隆起的曲线形式； 呈双隆 起 3、 在汇聚板块边缘喷发的火山弧玄武岩(VAB)： 拉斑质玄武岩除 Sr、 K、Rb、Ba 为选择性富集外，从 Ta 到 Yb 所有元素以低丰度为特 征； 碱性玄武岩中 Sr、K、Rb、Ba、Th 等元素有较强富集和 Ce、P、 Sm 等元素富集，呈现峰谷迭起 峰谷迭起的曲线形式； 峰谷迭起 4、过渡型玄武岩兼有相应端元组分特征。 七、七、分配体系的主要应用。分配体系的主要应用。 1、定量研究元素分配 2、为成矿分析提供了理论依据 3、判断成岩 和成矿过程的平衡 4. 微量元素地质温度计 5. 微量元素地质压力计 6. 指示沉积环境 7.岩浆作用过程微量元素分配和演化定量模型的 研究 8.岩浆形成机制的研究 9. 判断岩石的成因 八、八、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？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？ 稀土元素等分以主要体现在 Eu 和 Ce 二元素。 前者还原成二价阳离 子， 后者易氧化成四价阳离子， 从而与整体三价的 REE 发生分离。 Eu2+ 和 Ca2+形式相似因而易于同质类像替代 Ca2+，而在早期结晶的斜长 石中出现铕正异常而后期结晶的岩石中铕负异常。 Ce4+在弱酸条件下 已发生水解而滞留原地使得淋滤出的溶液贫 Ce，形成 Ce 负异常，在 海水中易形成 Ce 与 REE 的分离 九、九、讨论地球化学体系中元素的讨论地球化学体系中元素的“质、量、动质、量、动” 。 地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中的分布 （丰度） 、分配问题，也就是地球化学体系中“量”的研究。元素的 共生组合和存在形式 （质）地球内部的各种原子的结合和存在形式 不是任意的、静态的，而是有条件的、变化的。简而言之为“质”的 研究。地球内部的各研究元素的迁移 （动）简而言之是“动”的研 究，也就是元素在自然作用体系中的含量和存在形式在时间、空间上 的变化。种原子的结合和存在形式不是任意的、静态的，而是有条件 的、变化的 答案（2） ；元素(同位素)在地球及各子系统的分布、分配问题：也就 是元素和同位素的含量及含量在空间、 时间及不同地质产状地质体中 的变化。这个问题是地球化学研究的出发点和基础资料,简而言之为 “量”的问题。元素的共生组合和存在形式：在化学课本中了解到原 子是构成物质的具有独立性质的最小单位， 各种原子也构成了宏观的 地质体。地质体内各种原子的结合和存