地球化學考試題.doc

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名詞解釋 1.濃度克拉克值：概念系指某元素在某一地質(zhì)體（礦床、巖體或礦物等）中的平均含量與克拉克值的比值，表示某種元素在一定的礦床、巖體或礦物內(nèi)濃集的程度。當濃度克拉克值大于1時，說明該元素在地質(zhì)體中比在地殼中相對集中；小于1時，則意味著分散 2.親氧性元素：傾向于與氧形成高度離子鍵的元素稱親氧元素。特征是：離子半徑較小，有惰性氣體的電子層結(jié)構(gòu)，電負性較小。 如K、Na、Ca、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、REE等；易形成惰性氣體型離子； 3.元素的地球化學遷移：即元素從一種賦存狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N賦存狀態(tài)，并經(jīng)常伴隨著元素組合和分布上的變化及空間上的位移 4.普通鉛（或正常鉛）：普通鉛（或正常鉛）：指產(chǎn)于U/Pb、Th/Pb比值低的礦物和巖石中任何形式的鉛（如方鉛礦、黃鐵礦、鉀長石等），在礦物形成以前，Pb以正常的比例與U、Th共生，接受U、Th衰變產(chǎn)物Pb的不斷疊加并均勻化。 5.不相容元素：趨向于在液相中富集的微量元素。由于其濃度低，不能形成獨立礦物相，并且因離子半徑、電荷、晶場等性質(zhì)與構(gòu)成結(jié)晶礦物的主元素相差很大，而使其不能進入礦物相。它們的固相/液相分配系數(shù)近于零。 6.同位素分餾系數(shù)：達到同位素交換平衡時共存相同位素相對豐度比值為常數(shù)，稱分餾系數(shù)α，或者指兩種物質(zhì)(或物相)之間同位素比值之(α)，即αA-B=RA / RB，式中A，B表示兩種物質(zhì)(或物相)，R表示重同位素與輕同位素比值，如34S/32S，18O/16O。α表示同位素的分餾程度，α值偏離1愈大，說明兩相物質(zhì)之間同位素分餾程度愈大；α=1時物質(zhì)間沒有同位素分餾 7.K(不穩(wěn)定常數(shù))： 金屬離子與配位體生成絡合物的逆反應是絡合物的解離反應，達成平衡時的常數(shù)，稱為不穩(wěn)定常數(shù)。它與穩(wěn)定常數(shù)互為倒數(shù)。不穩(wěn)定常數(shù)越大，絡合物越不穩(wěn)定。 8.δEu:反映Eu異常的強。. 9.稀土元素（REE）：原子序數(shù)57-71的鑭系元素以及與鑭系相關(guān)密切的鈧和釔共17種元素，包括：La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Sc，Y 10.高場強元素 (HFSE) ：指離子半徑小、電荷高，難溶于水，地球化學性質(zhì)穩(wěn)定的元素，如Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE等，它們可作為“原始”物質(zhì)組成特征的指示。 11.隕石：隕石是從星際空間降落到地球表面上來的行星物體的碎片。 12.元素豐度系數(shù)：自然體的元素豐度與另一個可作為背景的自然體的元素豐度的比值叫做元素豐度系數(shù) 。 13.相律：是研究相平衡的基本規(guī)律,反映平衡體系內(nèi)的自由度與組分數(shù)和相數(shù)間關(guān)系的數(shù)學表達式。 14.相容元素：趨于在固相中富集的微量元素。盡管其濃度低,不能形成獨立礦物相，但因離子半徑、電荷、晶體場等結(jié)晶化學性質(zhì)與構(gòu)成結(jié)晶礦物的主要元素相近,而易于呈類質(zhì)同像置換形式進入有關(guān)礦物相。相容元素的固相/液相分配系數(shù)顯著大于1。 15.同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)（或不同質(zhì)量數(shù)）同一元素的不同核素互為同位素，它們在元素周期表中占據(jù)同一個位置。 16.元素地球化學親和性的概念：在自然體系中，陽離子有選擇性地與某陰離子化合（結(jié)合）的傾向性 。 17.等時線；通過對地質(zhì)體一組樣品實測的現(xiàn)今87Sr/86Sr和87Rb/86Sr比值作圖，擬合得一條直線，即等時線。 一、舉例說明稀土元素在地質(zhì)—地球化學研究中的意義。 稀土元素可在地球化學研究中得道多方面應用： 1）、巖石成因：不同成因的巖石具有不同的稀土特征。如花崗巖類的成因主要歸結(jié)為三類： a.基性巖漿分異:Eu負異常型 b.地殼硅鋁層重熔：Eu輕緩平穩(wěn)性 c.花崗巖化：Eu右傾斜型 2)、變質(zhì)巖的原巖恢復：許多變質(zhì)過程中，稀土元素保持原巖特征。 3）、研究地殼演化：如不同時代的頁巖有明顯不同的特征，稀土元素特征能反映地殼的演化規(guī)律。 二、地球系統(tǒng)的化學作用類型。 1、水-巖化學作用（如沉積作用過程中物質(zhì)的溶解-沉淀、熱液交代作用等）; 2、熔漿和熔-巖化學作用（如部分熔融、結(jié)晶分異、巖漿巖圍巖蝕變等）； 3、有機化學作用（如風化過程生物的有機化學作用，石油、天然氣的形成等）； 4、水-氣化學作用（主要發(fā)生在地表，如地表水、O2、CO2循環(huán)，火山噴氣等）； 5、巖-巖化學作用（如球外物質(zhì)撞擊，斷裂擠壓變質(zhì)──如俯沖帶、逆斷層等）。 三、說明太陽系元素豐度的基本特征和決定自然體系中元素豐度的最基本因素。 1) 在所有元素中H, He占絕對優(yōu)勢, H占90%, He占8% 。 2）太陽系元素的豐度隨著原子序數(shù)（Z）的增大而減少，曲線開始下降很陡，以后逐漸變緩。在原子序數(shù)大于45的重元素范圍內(nèi)，豐度曲線近于水平，豐度值幾乎不變。 3）偶序數(shù)元素的豐度大于相鄰奇序數(shù)元素的豐度，這一規(guī)律稱之為Oddo-Harkins（奧多-哈金斯）法則。 4）與以上的規(guī)律相比，Li, Be, B, Sc具有與它們原子序數(shù)不相稱的低豐度，在較輕元素中虧損；而O和Fe呈明顯的峰值，其豐度顯著偏高，為過剩元素。 5）原子序數(shù)或中子數(shù)為“幻數(shù)”（2、8、20、50、82和128等）的核素分布最廣，豐度最大。如：4He（Z=2,N=2), 16O (Z=8, N=8), 40Ca ( Z=20, N=20)等。 決定自然體系中元素豐度的最基本因素：與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)具有最穩(wěn)定原子核的元素分布最廣，當中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)比例適當時核最穩(wěn)定。如在原子序數(shù)<20的輕核中，中子∕質(zhì)子等于一是，核最穩(wěn)定，由此可以說明O、Mg、Si、Ca的豐度較大的原因；隨原子序數(shù)增大，核內(nèi)質(zhì)子間的斥力大于核力，核子的結(jié)合能降低，原子核就趨于不穩(wěn)定，所以元素同位素的豐度就要降低；偶數(shù)元素或同位素的原子核內(nèi)，核子傾向成對，他們自旋力矩相等，而方向相反，量力力學證明：這種核的穩(wěn)定性最大，因而這種元素或同位素在自然界分布最廣；中子數(shù)等于幻數(shù)的同位素，其原子核中的殼層為核子所充滿，形成最為穩(wěn)定的原子核，因而具有高的豐度。與元素起源、形成過程及元素形成后的化學分異有關(guān)。在恒星的高溫條件下?？梢园l(fā)生有質(zhì)子參加的熱核反應，這使Li、Be、B迅速的轉(zhuǎn)變?yōu)?He的同位素，因此，Li、Be、B豐度明顯偏低就同他們在恒星熱核反應過程中被消耗的歷史有關(guān)；在內(nèi)行星和隕石物質(zhì)中氣態(tài)元素（H、He等）的豐度極大的低于太陽系中各該元素的豐度，造成這種差別的原因為這些元素在行星和隕石母體形成或存在過程中逃逸到宇宙空間所致。 四、元素的賦存形式有哪些？ (1)獨立礦物—能用肉眼或能在顯微鏡下進行研究的礦物，粒徑大于0.001mm。 (2)類質(zhì)同象—或稱為結(jié)構(gòu)混入物，指不同的元素或質(zhì)點占據(jù)相同的晶格結(jié)點位置、而晶格類型和晶格常數(shù)不發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象。微量元素進入主元素的晶格后，如不通過破壞礦物晶格的手段，采用機械和化學的方法都不能使兩者分離 。 (3)超顯微非結(jié)構(gòu)混入物（或稱為超顯微包裹體）—被包裹在其他礦物中，粒徑小于0.001mm的物質(zhì)。由于它不占據(jù)主礦物的晶格位置，因此是獨立礦物，但又不形成可以進行礦物學研究的顆粒。如在巖漿巖中的Au、Ag、Pb、Bi、Hg等，常可以呈超細硫化物存在于其他礦物中。 (4)吸附—膠體、晶體表面或解理面上由于電荷不平衡而吸附異性離子的現(xiàn)象。是一種結(jié)合力較弱、易被交換和分離的存在形式（活性賦存形式）。 (5)與有機質(zhì)結(jié)合—元素加入到有機物中，如血液中的Fe、骨骼中的Ca和腦細胞中的P都完全進入到有機質(zhì)中。此外，微量元素常與有機物結(jié)合形成金屬有機化合物或金屬有機絡合物，如銅乙二胺配離子［Cu(CH)2］2+。 （6）元素在水流體相中也有多種存在形式，首先它們可以按基本單位和聚合體的大小分成顆粒物、膠體、絮狀物和分子，在真溶液中則僅包括分子和離子。 五、簡述巖漿成巖過程的鑒別 根據(jù)平衡部分熔融和分離結(jié)晶作用中微量元素分配的定量模型，可以對成巖過程進行鑒別。 （1）固-液相分配系數(shù)高的相容元素：如Ni、Cr等，在分離結(jié)晶過程中他們的濃度變化很大，但在部分熔融過程中則變化緩慢。 （2）固-液相分配系數(shù)低的微量元素：如Ta、Th、La、Ce等，他們的總分配系數(shù)很低，近于0，與0.2-0.5比較可忽略不計。在部分熔融過程中這些元素濃度變化大，但在分離結(jié)晶作用過程中則變化緩慢。 （3）固-液相分配系數(shù)中等的微量元素：如HREE、Zr、Hf等，他們的分配系數(shù)與1比較可忽略不計。 六、各類玄武巖對構(gòu)造環(huán)境的鑒別。 1、在板塊邊緣深海環(huán)境下噴發(fā)的洋中脊玄武巖(MORB)：拉斑質(zhì) 玄武巖曲線呈平坦型，堿性玄武巖在Rb、Ba、Th、Ta、Nb處局部隆 起，其后的元素與拉斑質(zhì)玄武巖一致；快速擴張的洋中脊玄武巖與 MORB的比值大于1，緩慢擴張的洋中脊玄武巖則小于1； 2、遠離板塊邊緣噴發(fā)的板內(nèi)玄武巖(WPB)：拉斑質(zhì)玄武巖除Y、 Yb、Sc、Cr等元素外，其他元素均呈隆起；堿性玄武巖中Ba、Th、 Ta、Nb和Hf、Zr、Sm兩組元素呈雙隆起 呈雙隆起的曲線形式； 呈雙隆起 3、在匯聚板塊邊緣噴發(fā)的火山弧玄武巖(VAB)：拉斑質(zhì)玄武巖除 Sr、K、Rb、Ba為選擇性富集外，從Ta到Y(jié)b所有元素以低豐度為特 征；堿性玄武巖中Sr、K、Rb、Ba、Th等元素有較強富集和Ce、P、 Sm等元素富集，呈現(xiàn)峰谷迭起 峰谷迭起的曲線形式； 峰谷迭起 4、過渡型玄武巖兼有相應端元組分特征。 7、 分配體系的主要應用。 1、定量研究元素分配2、為成礦分析提供了理論依據(jù)3、判斷成巖和成礦過程的平衡4. 微量元素地質(zhì)溫度計5. 微量元素地質(zhì)壓力計 6. 指示沉積環(huán)境 7.巖漿作用過程微量元素分配和演化定量模型的研究8.巖漿形成機制的研究9. 判斷巖石的成因 8、 討論在自然界中由于氧化還原條件的變化稀土元素的分異？ 稀土元素等分以主要體現(xiàn)在Eu和Ce二元素。前者還原成二價陽離子，后者易氧化成四價陽離子，從而與整體三價的REE發(fā)生分離。Eu2+和Ca2+形式相似因而易于同質(zhì)類像替代Ca2+，而在早期結(jié)晶的斜長石中出現(xiàn)銪正異常而后期結(jié)晶的巖石中銪負異常。Ce4+在弱酸條件下已發(fā)生水解而滯留原地使得淋濾出的溶液貧Ce，形成Ce負異常，在海水中易形成Ce與REE的分離 9、 討論地球化學體系中元素的“質(zhì)、量、動”。 地球化學的基本問題之一就是研究元素在地球化學體系中的分布（豐度）、分配問題，也就是地球化學體系中“量”的研究。元素的共生組合和存在形式 （質(zhì)）地球內(nèi)部的各種原子的結(jié)合和存在形式不是任意的、靜態(tài)的，而是有條件的、變化的。簡而言之為“質(zhì)”的研究。地球內(nèi)部的各研究元素的遷移 （動）簡而言之是“動”的研究，也就是元素在自然作用體系中的含量和存在形式在時間、空間上的變化。種原子的結(jié)合和存在形式不是任意的、靜態(tài)的，而是有條件的、變化的 答案（2）；元素(同位素)在地球及各子系統(tǒng)的分布、分配問題：也就是元素和同位素的含量及含量在空間、時間及不同地質(zhì)產(chǎn)狀地質(zhì)體中的變化。這個問題是地球化學研究的出發(fā)點和基礎(chǔ)資料,簡而言之為“量”的問題。元素的共生組合和存在形式：在化學課本中了解到原子是構(gòu)成物質(zhì)的具有獨立性質(zhì)的最小單位，各種原子也構(gòu)成了宏觀的地質(zhì)體。地質(zhì)體內(nèi)各種原子的結(jié)合和存在形式不是任意的,不是靜態(tài)的,而是有條件的、變化的。它們是受著地質(zhì)作用的物理化學條件控制的，它們是隨著地質(zhì)歷史的變動而變化的。因此，元素的共生組合和存在形式是地質(zhì)作用物理化學條件及變動歷史的指示劑。總之就是關(guān)于"質(zhì)"的問題.就是元素的遷移,簡而言之是“動‘的研究,也就是元素在自然作用中含量和存在形式在時間和空間上的變化。元素的遷移過程能指示元素發(fā)生變化的動態(tài)過程，以及各種物理化學條件的制約關(guān)系，從而揭示地質(zhì)、地球化學作用機制。 十．說明研究巖漿形成和演化的地質(zhì)-地球化學方法。