地球化学试题

1、一、概念题（每题4分，共 40分 ）1. 元素的浓集系数2. 载体矿物与富集矿物3. 元素的地球化学亲和性4. 类质同象5地球化学障6. 八面体择位能7能斯特分配系数8. 戈尔德斯密特矿物相律9. 同位素分馏系数 值10. 衰变定律二、问答题（20 分 ）：1、写出结晶分异（瑞利分馏）过程中控制微迹分配行为的定量模型的公式，并通过绘制图解讨论以下问题：绘制随 F 值减小，当分配系数分别为0.01， 1 和10 时微迹元素在原始岩浆和残余岩浆中浓度比值的演化曲线；讨论元素在残余熔体中富集的主要控制因素以及元素相容性问题。（10 分 ）2、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

2、玄武岩中更为丰富，为什么？（5 分 ）3、试述图中A、直线AD 、 BC、 BE 所代表的地球化学意义（5 分 ）。概念题 （每题 5分，共 40分 ）：1. 浓度克拉克值2. 元素的赋存状态3. 元素的地球化学迁移4. 固溶体5. 相容元素；6. 柯尔仁斯基相律；7. Eu值8. 同位素分馏反应9. 衰变定律10. Rb-Sr等时线（20 分 ）：1、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D/H 比值和18O/16O 比值更（5 分 ）2、使用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？

3、（5分 ）3、 试分析下图中稀土元素球粒陨石规范化模式中各个曲线可能代表的岩石类型3 条曲线 ）。 （10 分 ）A 卷答案：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、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。3、元素的地球化学亲和性指阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的倾向性。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

4、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。5、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。6、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

5、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。X( )K( )7、 当 i 为微迹元素，溶液 (包括固溶体)为稀溶液时，有 XiK KhKD(T,p)，Xi( )Kh( )在给定的溶质、溶剂及温度和压力情况下Kh( )和 Kh( )为亨利定律常数，微迹元素 i 在两相间的浓度比例为常数，且与 i 的浓度无关(在一定的浓度范围内)，只与温度和压力有关。当两种相均为凝聚相时，KD 受压力影响较小，而与温度的关系较为显著。该两相中的浓度比值Xi( ) / Xi( ) 就是能斯特分配系数。它只适用于稀溶液或微迹元素的分配。8、在自然条件下，矿物

6、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 2，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。9、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： dP = P，式中： 衰变常数，表示单位dt时间内原子发生衰变的概率。10.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+bB2 aA2+

7、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 )= (A2)/(B2)A1B11 上图为岩浆结晶分异过程中微量元素在熔体中浓度与结晶程度和熔融程度以及总分配系数的关系。残余熔体中微迹元素的浓度取决于原始熔体的浓度、残余熔体占原始熔体的百分数F 以及分配系数D。由图可见，凡是总分配系数D 小于 1的元素均随F 值的减小(即结晶程度的增大)而在残余岩浆中逐步富集，这些元素称之为不相容元素，而总分配系数D 大于 1 的元素则随F 值的减小倾向于在矿物晶体中富集，并随这些矿

8、物晶出而逐步在残余岩浆中贫化，这样的元素称之为相容元素。2、 由于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。3 、点A 代表了假定的在地球形成初期球粒陨石均一储库(CHUR)0.5068 的143Nd/144Nd 比值，直线AD 则表示了经历一定时间直到当前0.5126比值的储库的平均比值的变化。直线BE 表示了从2.9× 109 年的地幔中萃取的地壳物质样品同位素比值的变化，直线BC 表示了相

9、应富Nd 地壳源于的地幔部分同位素比值的变化。13 / 8B 卷答案： 一、概念题：1、某元素在某地质体中的平均含量与其克拉克值之比。浓度克拉克值2、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。3、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、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称为类质同象。是大于在四面体场中的

10、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。5、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。6、柯尔仁斯基矿物相律：对于含有活动组分的体系，必须将温度、压力和活动组分的化学位（ ）或浓度（a）包括在外界条件之内。以 K 和 K 分别表示惰性和活动组分的数目， K ，即在一定的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。Eu7、 Eu Eu/Eu ，式中EuN、 SmN、 和 GdN均为相

11、应元素实测值Sm Gd（2）N的球粒陨石规范化值A8、 同位素分馏反应：较轻的稳定同位素（ Z<20） 的相对质量差较大（10 ） ，A在地质作用中由于这种质量差引起的相对丰度的变异，称为同位素分馏反应。9、 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：dP = P，式中： 衰变常数，表示单dt位时间内原子发生衰变的概率。10、应用等时线法实测研究对象的初始锶比值，计算年龄可以大大提高测定精度，87878

12、7所得年龄称为等时年龄。由公式：(86Sr) = ( 86Sr)o 86Rb (e t 1)SrSr Sr87Sr87 Rb87Sr式中 ( Sr) 和 Rb由样品中实测，( Sr)o和 t 未知。 t 是欲测地质体的年龄。86Sr86Sr86Sr o87S( 86Sr)o是初始锶比值。由于87Sr和86Sr同为一种元素可以认为初始锶比值在地质86Sr体空间上均匀分布。如果在某一地质体不同部位采集多个样品，则各个样品所包87Sr含的 t 和 ( 86Sr)o是相同的，而由于地质体空间上化学成分的不均匀性，作为两种87Sr( 86SSrr) 和86Sr87 Rb Rb 值可能存在差别，对采自同一

13、地质体的一组样品，上式构成一组86Sr元素的 Rb 和 Sr 在空间上可能存在不同程度的分异，因此每个样品的y=a+bX 型87Sr 87Rb由各样品所测得一组(86SSrr) 和86RSbr 作为一组点落于一条直线上，由87S直线求a、 b： a = ( 86Sr)o为直线截距；b =(e t 1) 为直线斜率。结晶作用开始时，Sr87各样品有相同的( 86Sr)o比值和不同的Rb/Sr值， 以后87Rb的衰变速率和87Sr的增86Sr长速率相同，岩石沿斜率为1 的平行直线移动，所有样品在任一时间ti 时落在某一条等时线上，随时间增长，斜率增大，直至时间t 便构成现在的等时线。等时线87Sr始终围绕纵坐标上的( 86SSrr )o 点作反时针旋转。1、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2、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43N