中国矿业大学王文峰地球化学试卷B

1《地球化学》期末考试试卷(B)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、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、δ18O值10、衰变定律二、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Eu却在玄武岩中更为丰富，为什么？4、下列岩浆岩：①形成过程中仅与岩浆水发生了相互作用；②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：2一、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μ的条件下，相互平衡的共存矿物数不超过惰性组分数。Φ≤Kи。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：D＝WKiinDi1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、δ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：δ18O(‰)=()()()tantan181618161816OOOOOOspecimensdardsdard×100010、：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：PdtdP式中:－衰变常数，表示单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+,REE3+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。34、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：①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；②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，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。③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。④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，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8－18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。