地球化学试题

1、 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、Ce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

2、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)

3、 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： 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

4、. 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(

5、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，F2，据吉布斯相律，FK2，有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(Compatible elements):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(Incompatible elements):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

6、元素(hygromagmatophile).  Ce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.Ce  Ce/Ce*式中CeN,LaN,和PrN均为相应元素实测值的球粒陨石标准化值. 同位素分馏系数值：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+bB2aA2+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(A分子重/轻同位素

7、比值/ B分子重/轻同位素比值 10.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，式中：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。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(

8、Krauskopf et al,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(Krauskopf et al,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

9、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43

10、Nd/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.   REE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

11、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。  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

12、.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.  LREE/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. Eu(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

13、过剩), Ce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：  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；       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。  放射性母体(如40K、238Pb等)除了放射性衰变外没有丢失和增加；  &#

14、160;        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。 2009-2010地球化学考试试卷1、  概念题(每题5分，共50分)： 1、浓度克拉克值 2、元素的地球化学亲和性；3、元素的共生组合 4、 类质同象 5、元素的赋存状态 6、元素的地球化学迁移 7、科尔任斯基相律8、总分配系数 9、 18O值 10、 衰变定

15、律二、问答题(每题8分，共40分)： 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。 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)0.64)。 3、多数稀土元素在花岗岩中比在玄武岩中更为丰富，但是E

16、u却在玄武岩中更为丰富，为什么？ 4、下列岩浆岩： 形成过程中仅与岩浆水发生了相互作用； 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？ 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？ 三、论述题(任选1题，10分) 1、试论地球化学研究的基本问题 2、试述亲石元素、亲铜元素、亲铁元素和亲气元素的地球化学性质与其在地球各层圈间的分配特征。  答案： 一、

17、 1、 指某元素在矿床中的最低可采品位作为它在该地质对象中的平均含量，计算它与克拉克值的比值，即为该元素的浓集系数。 2、 在自然界元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择性地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲合性。它是控制元素在自然界相互结合的最基本的规律。 3、 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。 4、 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

18、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。 5、 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。 6、 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。 7、在一定的T、P及活性组分化学位的条件下，相互平衡的共存矿物数不超过惰性组分数。K。就是柯尔仁斯基相律。 8、在岩浆体系中，无论是分异结晶作用还是部分熔融过程，元素一般是在多种矿物和熔体之间进行分配。所以就需要能描述元素在

19、矿物集合体与熔体间的总体分配系数。总分配系数（D）可按下式计算得出：。式中：n为含元素i的矿物数，WI为每种矿物在集合体中所占的重量百分数，KDi为元素在每种矿物与熔体间的简单分配系数。上式表明某一体系i元素的总分配系数D为元素i在所有矿物中的简单分配系数加权和。 9、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：10、：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式中:衰变常数，表示单

20、位时间内原子发生衰变的概率. 二、1、 答：(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、 答：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+,RE

21、E3+以及Ca2+呈类质同象置换。 3、答：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不同，Eu在斜长石含量较高的玄武岩中更为丰富。4、答：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、 答：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

22、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。三、1、 围绕原子在地质环境中多方面的变化结果及其地质意义的分析，形成了地球化学研究中的几个基本问题：研究地球和地质体中元素及其同位素的组成。包括元素及其同位素的含量在空间、时间及不同产状地质体中的变化，即为元素的平均含量(丰度)和分布分配问题。研究元素在地球及各层圈（地壳、地幔、地核）中的平均含量丰度问题；研究元素及其同位素的含量在不同地质构造单元、岩石、矿物和矿床中的变化，亦即元素的分布和分配问题；研究元素的共生组合和赋存形式。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，

23、称为元素的共生组合。赋存形式（存在形式、赋存状态）：指元素在地质体中以什么形式存在。常见的形式有：化合物（氧化物、硫化物、硅酸盐、碳酸盐等等）、类质同像混入物、机械混入物、包裹体及吸附物等等。元素的结合状态是地质作用物理化学条件的指示剂，元素的存在形式具有成因意义。研究元素的迁移:元素的地球化学迁移或搬运：系指元素因其性质不同，在自然界的各种外界条件影响下不断结合、分离、集和、分散的运动。元素的地球化学迁移是地球化学研究的核心问题。     元素的迁移历史与地球的演化：地球的历史是一个有大量地质事件构成的漫长的时间序列，具灾变和渐变相间，分阶段

24、循环叠加、总体单向发展的特征。对此，化学元素具有“示踪作用”，即元素和同位素的迁移寓于地质作用之中，作用于微迹元素和核素的地质作用的影响有可能越过后期叠加作用而被保留，通过微量元素或同位素的变异来揭示地质作用过程的特征，称为微量元素或同位素“示踪”，这些元素或同位素称为示踪剂。 2、 戈尔德斯密特的分类   是以其地球的起源和内部构造的假说为基础的。他根据化学元素的性质与其在各地圈内的分配之间的关系将元素分为四类：见图2.6。 亲石元素：离子的最外电子层具有8电子(s2p6)惰性气体型的稳定结构，氧化物的形成热大于FeO的形成热，与氧的亲和力强

25、，易熔于硅酸盐熔体，主要集中于岩石圈。 亲铜元素：离子的最外层电子层具有18电子(s2p6d10)的铜型结构，氧化物的形成热小于FeO的形成热，与硫的亲和力强，易熔于硫化铁熔体。主要集中于硫化物氧化物过渡圈。 亲铁元素：元素的最外层电子层具有818过渡型结构，氧化物的形成热最小，与氧和硫的亲和力均弱，易熔于熔铁，主要集中于铁镍核。 亲气元素：原子最外层具有8个电子，原子容积最大，具有挥发性或易形成易挥发化合物，主要集中于大气圈。 此外，戈氏还划分出“亲生物元素”，这些元素多富集在生物圈内，如C、N、H、O、P、B、Ca、Na、Si等。2010-2011&

26、#160;地球化学考试试卷 1.概述地球化学学科的特点。答题要点：1) 地球化学是地球科学中的一个二级学科； 2)地球化学是地质学和化学、物理化学和现代科学技术相结合的产物； 3) 地球化学既是地球学科中研究物质成分的主干学科，又是地球学科中研究物质运动形式的学科；地球化学既需要地质构造学、矿物学、岩石学作基础，又能更深刻地揭示地质作用过程的形成和发展历史，使地球科学由定性向定量化发展； 4) 地球化学已形成一个较完整的学科体系，仍不断与相关学科结合产生新的分支学科； 5) 地球化学作为地球科学的支柱学科

27、，既肩负着解决当代地球科学面临的基本理论问题天体、地球、生命、人类和元素的起源和演化的重大使命，又有责任为人类社会提供充足的矿产资源和良好的生存环境。  2. 简要说明地球化学研究的基本问题。答题要点： 1）地球系统中元素及同位素的组成问题； 2）地球系统中元素的组合和元素的赋存形式； 3）地球系统各类自然过程中元素的行为（地球的化学作用）、迁移规律和机理； 4）地球的化学演化，即地球历史中元素及同位素的演化历史。    3.  简述地球化学学科的研究思路和研究方法。4. 答

28、题要点： 研究思路 1）由于地球化学本质上是属于地球科学，所以其工作方法应遵循地球科学的思维途径；2）要求每个地球化学工作者有一个敏锐的地球化学思维，也就是要善于识别隐藏在各种现象中的地球化学信息，从而揭示地质现象的奥秘；3）具备有定性和定量测定元素含量及鉴别物相的技术和装置。 研究方法： 一）野外阶段：1） 宏观地质调研。明确研究目标和任务，制定计划；  2） 运用地球化学思维观察认识地质现象；3） 采集各种类型的地球化学样品。二）室内阶段：1） “量”的研究，应用精密灵敏的分析测试方法，以取

29、得元素在各种地质体中的分配量。元素量的研究是地球化学的基础和起点，为此，对分析方法的研究的要求：首先是准确；其次是高灵敏度；第三是快速、成本低。2） “质”的研究，即元素的结合形式和赋存状态的鉴定和研究。3） 地球化学作用的物理化学条件的测定和计算。4） 归纳、讨论：针对目标和任务进行归纳、结合已有研究成果进行讨论。   第一章 太阳系和地球系统的元素丰度   1.概说太阳成份的研究思路和研究方法.答题要点： 1）太阳表层的物质成分可代表太阳成分：太阳是炽热气态物质球体，表面温度达60

30、00K，推断太阳物质通过热运动而强烈均匀化；2）太阳表层的温度极高，原子处于激发状态，并不断辐射各自的特征光谱，即太阳是一个发光的宇宙体，可以用光谱分析技术。   2.简述太阳系元素丰度的基本特征.答题要点：1）随元素的原子序数增大，元素丰度呈指数下降;原子序数>45的元素，元素丰度变化不明显；2）原子序数为偶数的元素，其元素丰度大于相邻的奇数元素；3）元素氢和氦有极高的元素丰度；4）锂、铍、硼元素丰度严重偏低；5）氧和铁元素丰度显著偏高；3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 答题要点：按陨石中金属的含量分类：铁陨石；石-铁陨石；石陨石，石陨石包

31、括球粒陨石和无球粒陨石。无论何种陨石，都是由金属相、硫化物相和硅酸盐相矿物组成。陨石的研究意义：研究陨石主要从陨石的成分、年龄、成因出发，其研究成果对研究地球有重要意义。   4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？答题要点：1）月球的主要岩石类型为玄武岩和辉长岩类，没有花岗岩和沉积岩，但有一种特殊的岩石（克里普岩），是一种含钾、稀土元素和磷的岩石；2）月球没有铁镍核，也没有大气圈和水圈；3）与地球化学成分比较，月岩中碱金属和挥发性元素，富耐熔元素和稀土元素。   6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？答题要点：地

32、球是由地壳、地幔和地核等不同圈层组成。 地球化学组成具不均一性，不能用地球表层（如地壳）或某一研究区成分代表全球化学组成。  7.阐述地球化学组成的研究方法论. 答题要点： 一）分层研究法：分别获取地球各层的成分，按各层的相对质量百分比计算地球平均成分； 二）总体研究法：1) 陨石相成分分类; 2) 地球相成分分类及不同相成分质量百分比; 3) 据各相质量百分比计算地球平均成分.   8.地球的化学组成的基本特征有哪些？答题要点：1) 地球中含量

33、大于10%的元素有Fe、O、Si、Mg；大于1%的元素有Ni、S、Ga、Al；其次为Na、Cr、P和Mn；(参考教材P38)  2) 与太阳系化学成分相比：地球富Fe、Mg、S和贫气态物质组分；与地壳化学成分相比：地球富Mg、Fe和贫Al、K、Na。   9.讨论地壳元素丰度的研究方法. 答题要点：1) 克拉克法: 收集尽可能多的研究样品，进行系统的样品分析；将样品按种类和地区分组，求平均成分；确定各类样品的权值；加权平均求地壳元素丰度。2) 哥尔德斯密特法: 3) 维诺格拉

34、多夫法；4）泰勒法；5）黎彤法。   10.简介地壳元素丰度特征. 答题要点：1）地壳元素丰度差异大：丰度值最大的元素是最小元素的10e17倍；丰度值最大的三种元素之和达82.58%；丰度值最大的九种元素之和达98.13%；2）地壳元素丰度的分布规律与太阳系基本相同（参考教材P46-47）)   11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？答题要点：1）元素丰度对元素原子序数作图，可看出地壳元素丰度的分布规律与太阳系的基本相同；2）地壳元素丰度值最大的10个元素与太阳系、地球的相比，其组成及排列顺序有差别：

35、0;  12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？答题要点：1）为研究地球的形成、化学分异及地球、地壳元素的成因等重大问题提供信息；2）确定了地壳体系的总特征；3）元素克拉克值可作为衡量元素相对富集或贫化的标尺；4）据元素克拉克值可获得地壳中不同元素平均含量间的比值，提供重要的地球化学信息。  13.概述区域地壳元素丰度的研究意义. 答题要点：1）作为区域内各种化学过程的总背景：可将区域地壳元素丰度作为衡量地质体内元素相对富集或贫化的标尺；2）可提供某些重要的地球化学作用信息；3）是研究区域地质演化的重要手14.简要说明区域地壳元素丰度的研

36、究方法. 答题要点：1）建立区域地壳结构-组成模型；2）区域地壳元素丰度的计算方法：（1）分别计算不同类型岩石中元素的平均含量；（2）按不同类型岩石在地壳结构层中的质量比，加权平均计算各结构层的元素丰度；（3）按区域地壳结构-组成模型计算区域地壳元素丰度。   15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？答题要点：从超基性岩-基性岩-中性岩-酸性岩：1）Fe、Mg、Ni、Co、Cr和Pt族元素等含量逐步降低；2）Ca、Al、Ti、V、Mn、P和Se等元素在基性岩中含量最高；3）K、Na、Si、Li、Be、Rb、REE等元素含量逐渐增高； 4）Ge

37、、Sb、As等元素含量分配变化不明显。   16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律. 答题要点：1）主量元素变化规律：随物源不同而异；2）绝大多数微量元素在页岩和粘土类岩石中富集；3）Sr、Mn主要富集在碳酸岩石中。  第二章 元素结合规律与赋存形式   1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？答题要点：电子结构、化合物稳定性.   2.简述类质同像的基本规律. 答题要点： 1）若两种离子电价相同，半径相似，则半径较小的离子优先

38、进入矿物晶格，即较小离子集中于较早期的矿物中，而较大离子集中于较晚期矿物中。2）若两种离子半径相似而电价不同，则较高价离子优先进入矿物晶格。   3.     阐述类质同像的地球化学意义. 答题要点： 解释元素的分布规律、为地质找矿及环境研究服务。  4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法. 答题要点：1）赋存形式：独立矿物、类质同像形式、超显微非结构混入物、胶体吸附状态和与有机物结合的形式；2）研究方法：（1）运用矿物学观察及X光衍射法；（2）运用电子探针：&#

39、160;（3）偏提取法（一种部分分解实验）。   6.     英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。为什么？答题要点：Cd 的存在形式（形态）。   第三章 水-岩化学作用和水介质中元素的迁移   1.举例说明元素地球化学迁移的定义.  答题要点：由于环境物理化学条件的变化，元素原来的存在形式变得不稳定，为了与环境达到新的

40、平衡，元素原来的存在形式自动解体，转变成一种新的相对稳定的结合方式，当元素赋存状态发生变化的同时，伴随有元素的空间位移和元素组合变化的，称为元素的地球化学迁。  影响元素地球化学迁移过程的因素。答题要点：活化（解体）迁移（空间位移，一般无存在形式变化）重新结合（沉淀、结晶）。 自然界元素迁移的标志. 答题要点：1) 矿物组合的变化; 2) 岩石中元素含量的变化（通过元素含量的系统测定或定量计算确定）; 3) 物理化学界面-氧化还原界面，压力释放带，温度界面，pH界面等。4.元素地球化学迁移的研究方法.&#

41、160;答题要点： 1) 元素在岩石、矿物中的含量（分配）; 2) 元素存在形式的研究; 3) 元素含量的空间分布；4）实验研究； 5）建立成矿模型。   5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？答题要点：水溶液中元素的迁移形式主要有： 离子（络离子）、分子；胶体；悬浮液。三者间可用滤纸和半透膜分开。  6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义. 答题要点：1) 有利于成矿元素的稳定迁移（络离子不稳定常数K一

42、般较小，溶解度大）;  2) 可用于研究矿床元素分带; 3) 可用于解释相似元素分异.   7.简述元素迁移形式的研究方法. 答题要点：1) 过滤法; 2) 蚀变矿物组合法; 3)气液包裹体成分研究; 4) 实验模拟.   8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？答题要点： 共同离子效应：在难溶化合物的饱和溶液中加入与该化合物有相同离子的易溶化合物时，使原难溶化合物的溶解度降低。盐效应：当溶液中存在易溶盐类时

43、，溶液的含盐度对元素的溶解度有影响。溶液中易溶电解质的浓度增大，导致其他溶解度增大的现象。  9.天然水的pH值范围是多少？ 对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？答题要点：一般是4-10，火山口喷气可达 3左右，干旱地区碱性水可大于 9。   10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响. 答题要点：1) 不同元素迁移要求的pH不同; 2) 影响氢氧化物自盐类溶液中沉淀，碱性条件下沉淀，酸性溶液下溶解; 3) 影响元素共生或分离; 4)&#

44、160;影响两性元素的迁移形式; 5) 影响酸碱反应的方向; 6) 影响盐类的水解。   11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？答题要点： 影响因素：组分影响第一，温度影响第二，当反应有氢离子，氢氧根离子参加时，受pH值影响。 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。答题要点：1）元素存在形式； 2）元素和化合物的性质； 3) 晶体场效应。   简述水溶液中元素的迁移方式。参考答案： 水溶

45、液中元素的迁移主要有两种方式：扩散和渗滤。1）扩散迁移：如果某元素在体系各部分的浓度不同，该元素的质点将自发由高浓度处向低浓度处迁移，直至体系各处浓度相等，元素（物质）的这种迁移方式称扩散迁移。2）渗滤迁移：当体系内存在压力差时，元素（物质）随溶液自高压处向低压处迁移的运移，称为渗滤迁移。  第五章 微量元素地球化学   1.什么是微量元素地球化学？其研究意义是什么？参考答案：微量元素地球化学是地球化学的重要分支学科，它研究在各种地球化学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就是能够近似定量地解决问题，使实际资料

46、和模型计算结合起来。 微量元素可作为地质、地球化学过程示踪剂，在解决当代地球科学面临的基本理论问题天体、地球、生命、人类和元素的起源及演化，为人类提供充足的资源和良好的生存环境等方面发挥重要的作用。   2.了解微量元素地球化学的研究思路及研究方法。参考答案：研究思路： “见微而知著”: 通过观察自然界中之“微”微量元素，来认识天体（部分）、地球中各种地质、地球化学作用之“著” 。 研究方法：采用精确、灵敏、快速的分析测试方法，获得高精度数据；应用各学科的先进理论（分配定律，耗散结构理论、协同论等等）来观察、研究宏

47、观世界，以期获得更接近客观实际的认识。  3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？微量元素的主要存在形式有哪些？参考答案：微量元素：元素在所研究客体(地质体、岩石、矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为，该元素可称为微量元素。特点：在体系中含量低（< 0.1%），通常不形成自己的独立矿物，其行为服从稀溶液定律和分配定律。在不同条件下演化规律基本一致，可以指示物质的来源和地质体的成因。 常量元素：体系中元素含量高（ >0.1%），通常以独立矿物形式存在，其行为服从相律和化学计量比。在不同条件下演化规律不一致，可以指示

48、地质、地球化学作用进行的条件和演化过程。  微量元素在矿物中主要存在形式有：快速结晶过程中陷入囚禁带内；赋存在晶格的缺陷; 在固溶体中替代主相的原子。   4.阐述能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。参考答案：定律内容：在一定的温度压力下，微量组分在两共存相中的分配达平衡时，其在两相中的化学位相等。 能斯特分配系数：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。 能斯特分配定律及分配系数的研究有着极其重要

49、的地球化学意义。可应用于如下多方面的研究：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。   5. 稀土元素的主要特点是什么？其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？。参考答案：主要特点可归纳为：1）它们是性质极相似的地球化学元素组，在地质、地球化学作用过程中作为一个整体而活动；2）它

50、们的分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过程的性质（良好的示踪剂）；3）稀土元素除受岩浆熔融作用外，其它地质作用基本上不破坏它的整体组成的稳定性；4）它们在地壳岩石中分布较广。 行为差异主要表现为：1）溶液的酸碱性：从La、CeLu，半径不断减小，离子电位（=W/R）增大，碱性减弱，氢氧化物溶解度减小，开始沉淀时溶液的pH值由86，为此，介质的酸碱度能控制稀土元素的分异；2）氧化还原条件：由于Ce3+ ( Ce4+)和 Eu3+ (Eu2+)的变价性，对外界氧化还原条件变化反应敏感，由于价态变化，导致半径和酸碱性相应变化，致使与TR3+整体分离；

51、3）络离子稳定性的差异：Y络离子稳定性Ce络离子稳定性，Ce矿物沉淀后，Y元素尚可呈络合物形式在溶液中迁移，在较晚的阶段沉淀，导致Ce与Y的分异。4）被吸附能力：  Ce被胶体、有机质和粘土矿物吸附能力大于Y。   6.讨论稀土元素的研究意义。参考答案：稀土元素可在地球化学研究中得到多方面应用：1）岩石成因：不同成因的岩石具有不同的稀土特征。例：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：轻缓平滑型；(c)花岗岩化：右倾型。2）变质岩原岩恢复：许多变质过程中，稀土元素保持原岩特征

52、。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。7.你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？答题要点：分配系数D、分异演化程度、部分溶融程度、重力分异   8，根据微量元素的特点,说明那些元素适合于研究沉积岩物源区特征,为什么? 答题要点： 化学性质稳定、在海水中居留时间短的，用其比值.   第六章 同位素地球化学   1.同位素地球化学在解决地学领域问题中有何独到之处？参考答案：其独到之处可归纳为：1)

53、0;计时作用 体系的时钟，从体系形成以来时时刻刻不受干扰地走动着，可以测定体系的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武纪地层及复杂地质体。2) 示踪作用 同位素组成的变化受到作用环境和作用本身的影响，  指示地质体形成的环境条件、机制，并能示踪物源。3） 测温作用 由于某些矿物同位素组成的变化与其形成的温度有关 可用来设计各种矿物对的同位素温度计，测定成岩成矿温度。   此外，还可用来进行资源勘查、环境监测、地质灾害防治等。 2.何谓稳定同位素、轻稳定同位素和重稳定同位素。答题要点：根

54、据核素的稳定性，自然界中的同位素分两大类：1）放射性同位素: 其核能自发地衰变为其它核的同位素；2）稳定同位素: 其核是稳定的，到目前为止，还没有发现它们能够衰变成其它核的同位素。  稳定同位素又分为： a 轻稳定同位素：  原子序数Z20，A/A10%  (A 为两同位素质量差)，其发生同位素组成变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应是可逆的。  b 重稳定同位素：原子序数Z20，A/A10%；其发生同位素同位素组成变化的主要原因是放射性核素不断衰变的结

55、果所造成的，这种变化是不可逆的。   3.选择同位素标准样品的条件。答题要点：同位素分析资料要能够进行世界范围内的比较就必须建立世界性的标准样品。世界标准样品的条件：1）在世界范围内居于该同位素成分变化的中间位置，可以做为零点；2）标准样品的同位素组成要均一；3）标准样品要有足够的数量；4）标准样品易于进行化学处理和同位素测定。   4.造成放射性同位素组成变化的原因是什么？答题要点：主要原因是放射性衰变作用或称衰变反应。放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，改变同位素组成并转变成稳定的核素，这种过程称核衰变反应或蜕变。衰变反应。结

56、果母元素同位素（母核）不断减少，而子元素同位素（子核）不断增加。常见的衰变反应有衰变、衰变、电子捕获、重核裂变四类。   5.造成稳定同位素组成变化的原因是什么？答题要点：主要原因是稳定同位素的分馏作用。 根据分馏作用的性质和条件的不同可分为：1）物理分馏：也称质量分馏，同位素之间因质量引起一系列与质量有关的性质的不同，如密度、比重、熔点、沸点等微小的差别，使用使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。2）动力分馏：质量不同导致同位素分子参加化学反应活性的差异（不同的分子振动频率和化学键强度）。导致轻同位素分子的反应速率高于重分子

57、，在共存平衡相之间产生微小的分馏，反应产物、特别是活动相中更富集轻同位素。3）平衡分馏：化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化，轻重同位素分别富集在不同分子中，也称同位素交换反应。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，称分馏系数。4）生物化学分馏：生物活动和有机反应也能导致的同位素分馏效应。如植物的光合作用使12C更多地富集于生物合成有机化合物中。生物成因的地质体如煤、油、气等具有最高的12C/13C值。生物化学分馏是同位素分异作用中重要的控制反应。   6.放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。答题要点：假设：以D表

58、示由经过t（T0T）母核衰变成的子核数，则：D=N0-N  把N0=Net代入 经整理得： t=（1/）ln（1+（D/N）  D/N是现存子核和母核的原子数比值。上述两式是同位素年龄测定的基本公式，不同的同位素年龄测定方法都是以此为计算公式的。   7.利用衰变定律来测定岩石、矿物的年龄，应满足的哪些前提条件？参考答案：1)  应有适当的半衰期，这样才能积累起显著数量的子核，同时母核也未衰变完。如果半衰期太长，就是经过漫长的地质历史也积累不起显著数量的子核；如果半衰期太短，没有多久母

59、核几乎衰变完了。2)  所测定同位素的衰变常数的精度能满足要求。3)  放射性同位素应具有较高的地壳丰度，在当前的技术条件下，能以足够的精度测定它和它所衰变的子体含量。4)  矿物、岩石结晶时，只含某种放射性同位素，而不含与之有蜕变关系的子体或虽含部分子体，其数量亦是可以估计的。5)  保存放射性同位素的矿物或岩石自形成以后一直保持封闭系统，即没有增加或丢失放射性同位素及其衰变产物。   8.概述同位素研究工作方法程序。参考答案： 一个完整的同位素样品的研究包括样品的采集、加

60、工、化学制样、测定及结果的计算和解释等环节。以Rb-Sr法为例，工作程序如下：1）观察； 2）作出采样计划： a 空间分布; b 新鲜程度; c  肉眼目估含钾矿物含量；3）采集10-15 个样品（0.5-1kg)配上标本（磨制薄片), 单矿物样量（0.5-1g) ；4）无污染加工(玛瑙研钵）；5）作Rb,Sr 定量分析算出每个样Rb/Sr比值；6）结合Rb/Sr 比值和镜下观察结果，选择无后期作用叠加的五个样品，送Rb-Sr同位素实验室；7） Rb-Sr

61、等时线法样品用全岩样, 为了拉开比值亦可挑选合适的单矿物与全岩样共同成线。   9.以Rb-Sr等时线法为例说明同位素测年的样品采集过程中应注意的事项。答题要点：RbSr等时线法样品的采集过程中的注意事项：一组样品采集在同一母体上(保证是同源,才能有一致的87Sr/86Sr初始值); 样品布点的空间分布合理(以免样品Rb/Sr比值接近,形成不了等时线); 尽力保证样品新鲜,不受后期作用影响(保持封闭体系)。 K含量低的样品(超基性岩)不应用此法,沉积岩样品应是同生沉积矿物(海绿石).   

62、60;同位素地质年代学的依据是同位素衰变定律：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。其数学表达式为：-dN/dt=N N：t时刻存在的母体原子数；dN/dt：t时的衰变速率；负号表示随时间减少；：衰变速率常数。 经过推导得出地质年代学的基本公式样品初始同位素原子数比值母体同位素与参照同位素原子数比值，一般同位素稀释法计算获得样品现今的同位素原子数比值，质谱测定在不同的自然体系中元素的共生组合规律是不一样的。如，Fe、Ni、Co、Pt等富集于陨石的金属铁相之中；Si、O、Al、Mg、Fe等富集于陨石的硅酸盐相之中；S、Fe、Cu、Ni、Co、Zn等则富集于陨石的硫化物相之中；在地壳体系的超基性岩、基性岩、中性岩和酸性中也有不同的元素组合特征。Fe、Ni集中于地核，而U、Th集中于地壳。在K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、O和S体系中，当体系中氧不足时，亲氧性大于铁的元素（K, Ca, Mn）优先与氧结合，然后才是铁与氧结合，它耗尽了体系中所有的氧。剩下的铁只能与硫结合或呈铁的单质 ；亲氧性小于铁的元素（Cu, Zn）则不可能有机会与氧结合。故铁起到了制动剂的作用，在与硫结合时，铁一样可以起这样的作用。别列尔曼（A., 1965）把这种现象称之为化学反应制动原理。 (1)亲石元素：离