地球化学期末复习2013.12.07整理

? 名词解释：

1、 硅酸盐地球：地球总体元素丰度与球粒陨石相近，除了挥发元素外，主要是由硅酸盐组

成的，故名硅酸盐地球。

2、 元素丰度：就是化学元素在一定自然体中的相对平均含量

3、 元素地球化学迁移：当体系与环境处于不平衡条件时，元素将从一种赋存状态转变为另

一种赋存状态，并伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移，以达到与新环境条件的平衡，该过程称为元素的地球化学迁移。

4、 元素地球化学亲和性：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某

种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲和性。

5、 微量元素：是指构成物质的常量（或主要）元素之外的、用现代分析技术可以检测出来

的所有元素。

6、 不相容元素：总分配系数小于1，在硅酸盐熔体中相对富集的元素。

7、相容元素：总分配系数大于1，在早期结晶的固相矿物组合中相对富集的元素。

8、能斯特分配定律：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。

9、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。

10、放射性衰变定律：单位时间内发生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：—dN/dt=λN

11、同位素等时线：对于同期同源地质样品，它们应有相同的初始子体同位素比值和形成时间，即各样品均符合具相同参数（如对于Sm-Nd的143Nd/144Nd(0)和t）的放射成因子体同位素衰变方程，表现为各样品沿以初始子体同位素比值为截距，以(eλt-1)为斜率的直线分布，这条直线称为等时线。

12、Sr 模式年龄：用假定初始87Sr/86Sr比值的方法计算出来的同位素年龄称为Sr模式年龄。

13、同位素封闭温度：对各种同位素定年体系来说，它们不是在矿物、岩石形成时的那一瞬间就开始计时，而是必须当温度降低到能使该计时体系达到封闭状态时，即子体由于热扩散丢失可以忽略不计时，子体才开始积累，这个开始计时的温度就是封闭温度，得到的年龄即为表面年龄或称冷却年龄。

14、U-Pb谐和年龄：若自然界样品自形成发来其U-Pb同位素体系保持了封闭，样品的206Pb*/238U和207Pb*/235U比值将落在谐和曲线上，其对应的年龄称谐和年龄。 二、简答：

1、太阳系元素丰度的基本规律： 1)H和He丰度最高

2)原子序数较低(Z<50)的轻元素丰度随序数增大呈指数递减,而较重元素(Z>50)的元素丰度低,且丰度值随原子序数增大几乎不变。

3）序数为偶数的元素丰度大大高于相邻的奇数元素。 4）与He相近的Li、Be和B具很低的丰度，强亏损元素 5）在丰度曲线上O和Fe呈明显的峰，属过剩元素 6) 质量数为4的倍数的核素或同位素具有较高丰度。 7) 原子序数或中子数为幻数的核素或同位素丰度最大。

2、 大陆地壳元素丰度的特征

1. 地壳中元素的相对平均含量极不均一；

2. 对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发现，它们在元素丰度的排序上有很大的不同：与太阳系或宇宙相比，地壳和地球都明显地贫H, He, Ne, N等气体元素；而地壳与整个地球相比，则明显贫Fe和Mg，同时富集Al, K和Na。

3、地壳中元素丰度不是固定不变的，它是不断变化的开放体系 4．在时间和空间上都是不均一的。

3、 大陆地壳整体的化学成分特征：

? 大陆上地壳SiO2在66%左右，类似偏酸性的花岗岩，并具有明显的Eu负异常。 ? 大陆中地壳SiO2在61%左右，类似英云闪长岩的成分。

? 大陆下地壳在全球大多数地区以SiO2在~52%的基性属性为主，一些特殊地区大陆

下地壳具有更为演化的化学组成。

? 大陆地壳具有十分典型的Pb正异常和Nb亏损，这一特征类似许多岛弧岩石。 ? 大陆地壳整体具有安山质/花岗闪长质的特点，SiO2在 59%-62%。大陆地壳储存了

全硅酸盐地球的大部分不相容元素（33%-35%的Rb, Ba, K, Pb, Th, U）。 4、 元素地球化学亲和性的分类及相应的各类元素特征：

在自然体系中元素的地球化学亲合性分类主要有：亲氧性、亲硫性和亲铁性。

亲石元素：离子的最外电子层具有8电子(sp)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。电负性较小，与氧形成高度离子键

亲铜元素：离子的最外层电子层具有18电子(spd)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。电负性较高，与硫形成高度共价键

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。

5、 戈尔德施密特和林伍德总结的类质同象规律 ：

? 戈氏法则---适用于岩浆结晶过程的离子键化合物①两种元素电价相同，半径较小者优先

进入矿物晶格

? 两种离子半径相似而电价不同时，较高价的离子优先进入矿物晶格

? 隐蔽法则：若两种离子具相近的半径和相同的电荷，丰度高的主量元素形成独立矿物，

丰度低的微量元素按丰度比例进入主量元素的矿物晶格，即微量元素被主量元素所“隐蔽”

（2） 林伍德补充总结的电负性法则:更适用于非离子键性化合物 对于二个价数和离子半径相似的阳离子，具有较低电负性者将优先被结合，因为它们形成一种较强的离子键成分较多的化学键。 7、 决定元素类质同像替换的基本条件：

? 内因-晶体化学条件：原子(离子)半径、化学键性、电荷平衡、晶体构造、能量变化 ? 外因-物理化学条件：体系元素浓度、氧化-还原电位、温度和压力条件 8、 影响元素迁移的内部和外部因素：

（内部因素：元素聚集状态；元素和化合物的性质；晶体场效应。）

1)元素迁移前的存在形式。如元素处于吸附状态，则容易发生迁移；若元素已进入到矿物晶格内部，形成了独立矿物或呈类质同象，则难迁移； 2)元素的地球化学性质—如离子的电价、半径等，它们既决定了元素结合成化合物时的化学键类型，也控制了元素在水溶液中的迁移形式。离子键和分子键化合物由于易溶于水，较易迁移，而共价键和金属键化合物则较难迁移；

3)此外，体系中相伴组分的类型和浓度、体系中的物理化学强度参数的空间变化（浓度差、压力差、温度差等），以及环境的pH值和Eh值变化，都会影响元素的迁移形式和迁移能力。

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9、硫化物矿床风化过程主要反应类型、典型剖面结构及可能发生次生富集的元素和矿石矿物

? 主要反映类型：氧化(潜水面以上)-还原(潜水面以下)反应(举例说明)； ? 典型剖面(由下至上)：原生硫化物矿石带?次生硫化物富集带?氧化矿石富集带?淋滤矿石带?化矿石带(铁帽)

? 可能发生的次生富集元素和矿石矿物：在较还原环境下，还可形成自然铜和赤铜矿。含硫酸铜溶液与原生硫化物发生交代作用产生辉铜矿、铜蓝；在铁帽中发生次生富集，形成金矿石。

10、叙述微量元素K 、 Rb 、 Cs 、 Ba、 Co、

Cr、Ni在部分熔融过程中的行为： 相容元素：Co、Cr、Ni

当Di>>1.0时，元素表现出相容性。相容元素在部分熔融的熔体中发生贫化，特别是低度部分熔融。贫化的速度随F的增大呈现出变缓的特征。 不相容元素：K 、 Rb 、 Cs 、 Ba、 ☆极大量富集在初始产生的极少量熔体中 ☆随着F增加，富集程度减弱

☆其最大的富集浓度不能超出D=0的曲线，当D=0，CiL/Cio =1/F

11、Rb/Sr 和Sm/Nd 各自在不同性质的样品中变化范围如何，为什么？ 自然界中，各岩石的Sm/Nd比值变化范围较小（一般变化于0.1-0.5），而酸性岩类其Sm/Nd比值变化范围更小。（不全）

12、Rb-Sr 和Sm-Nd同位素定年各自的测试对象

? Rb-Sr同位素定年的测试对象：含钾的矿物是Rb-Sr法定年的主要对象，如果矿物中

样品(87Sr/86Sr)0为0或(87Sr/86Sr)0相对于87Sr/86Sr来说可忽略不计，则可直接计算矿物的年龄，如钾长石、白云母、锂云母、天河石、铯榴石、海绿石、钾盐、光卤石等。

Sm-Nd同位素定年的测试对象：Sm-Nd全岩等时线法不宜对酸性岩进行年龄测定，主要应用于对基性岩、超基性岩等岩类的年龄测定，而对于基性和超基性的结晶岩，往往应用全岩+矿物等时线法进行年龄测定效果更好 13、自然界铅同位素的分类：

（1）原生铅：地球物质形成以前在宇宙原子核合成过程与其它元素同时形成的铅，原生铅都是非放射成因铅，而且以富含204Pb为特征。

（2）原始铅：地球形成最初时刻存在的铅，其铅同位素组成等于原生铅同位素组成加上原子核合成作用完成至地球刚形成之间由于U、Th放射性衰变所积累的铅。由于地球上无法获得原始铅的确切信息，目前一般采用以U、Th 含量最低的美国亚利桑那州 Canyon Diablo铁陨石中的铅同位素比值代表地球的原始铅同位素组成，其值为: (206Pb/204Pb)0=9.307; (207Pb/204Pb)0=10.294; 208Pb/204Pb)0=29.476 （3）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，在某一地质作用中固结形成的含铅矿物，由于含铅矿物中U、Th的丰度相对于Pb来说是微不足道的，因此矿物中再也没有明显的放射成因铅的

生成，也就是说矿物中铅同位素组成基本不变，它记录了矿物形成时的铅同位素组成。 （4）异常铅：指放射成因铅含量较高的铅，在这种异常铅中，206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值高于同时代普通铅中的这些同位素比值，异常铅通异发生在富含U、Th的岩石或矿物中，它经历了两个或两个以上的铅演化学阶段。

（5）混合铅：指由不同U/Pb、Th/Pb比值的两个以上体系混合而成的铅，这种铅的同位素组成复杂。

另外，根据铅同位素测定对象可将铅同位素分为岩石铅、矿石铅和单矿物铅。 14、对测量等时年龄地质样品的基本要求：

1. 具相同的物质来源—同源 2. 具相同的形成时代—同期

3. 同位素体系未受后期地质作用明显改造和明显的围岩混染—封闭 4. 组成等时线样品具合适的N/D比值变化 15、地球化学研究的主要任务

答; 1)元素及同位素在地球及各子系统中的组成（丰度和分配）； 2)元素的共生组合及赋存形式； 3)元素的迁移和循环；

4)研究元素（同位素）的行为； 5)元素的地球化学演化。

16、用Rb-Sr或Sm-Nd法对岩石定年时，为什么当岩石矿物中的

143

87

Rb/86Sr或

Sm/144Nd比值差别越大结果越好？

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。

解答题：

1、湖南某热液充填型矿床产于花岗岩中，早阶段矿石由萤石、方铅矿、闪锌矿和黄铜矿组成，伴随有黄铁绢云岩化；晚阶段形成重晶石、方解石、方铅矿、闪锌矿组合，伴随有碳酸盐化蚀变。试分析两个矿化阶段氧化还原条件的酸碱度的特征。

? 早期：

(1)、黄铁绢云岩化为典型的中-低温蚀变，而中低温条件下绢云母形成于弱碱性环境； （2） 、大量金属硫化物共生指示强还原环境；

(3)、萤石指示了热流中存在大量的F离子， 指示亲硫金属离子的搬运形成应为F的络合物离子； ? 晚期：

（1） 方解石和碳酸盐蚀变指示较强的碱性环境； （2） 硫酸盐与金属硫化物共生指示了弱氧化环境

2、 河北某矽卡岩型铅-锌矿床中，存在两个世代的闪锌矿。早世代闪锌矿同镜铁矿

（Fe2O3）共生，闪锌矿呈浅黄绿色，含铁低；晚世代闪锌矿同磁铁矿和穆磁铁矿（Fe3O4），由镜铁矿转变为磁铁矿而呈赤铁矿假象）共生，闪锌矿呈深褐色，且含铁高。说明两种闪锌矿形成时介质条件的差异，以及两种闪锌矿颜色深浅和含铁量不同的原因。（离子半径：RZn2+=0.83 ?; RFe2+=0.82 ?; RFe3+=0.67 ?） 答：

? 早世代：能与闪锌矿中Zn发生类质同像的Fe元素为二价离子(离子半径相近)，早

世代闪锌矿与镜铁矿共生说明环境较氧化，铁主要以+3价离子存在，故闪锌矿中铁含量低；

? 晚世代闪锌矿磁铁矿和穆磁铁矿共生，说明相对于早世代环境氧化性降低，+2价铁

离子含量增高，故闪锌矿中铁含量也增高而使得颜色变深。

3、已知Ni在橄榄石和斜方辉石之间的分配系数为KNiol/opx=3.82 (1025℃，1atm)，夏威夷洋岛火山熔岩中橄榄石Ni含量为CNiol=2000ppm，计算与其平衡的斜方辉石中Ni的含量：

根据CNiol/CNiopx= KNiol/opx CNiopx=2000/3.82=523.6ppm

3、说明在矿物中不存在下列类质同像置换关系的原因： C4+Si4+, Cu1+ Na1+, Sc3+ Li1+

(1) 、C4+Si4+, 只有在极端地质条件下形成的金刚石中可发生C与Si的类质同像，地壳条件下与氧形成不同半径的C-O和Si-O键，不能形成类质同像；即使是四价离子，其半径差异也达大。 （2）、Cu-Na: 分属亲硫和亲氧元素，键性不同。 （3）、Sc3+ Li1+：虽然半径相似，根据Goldschmidt法则，高价的Sc3+ 被早期辉石、角闪石等铁镁矿物所“捕获”(Li+ 仍在熔浆中)，使得 Sc在基性、超基性岩中富集。低价的Li+被晚期黑云母、电气石等铁镁矿物所“允许”。导致酸性岩、伟晶岩中Li富集.

4、为什么在碱性长石中常见钾长石与钠长石的条纹结构，而在斜长石中则不见这种结构？ （1）、三个端元长石形成的生成热不同，K-长石与Na-长石的生成热差异中等，故在高温下可形成类质同像，在低温时则发生固溶体分解而形成条纹结构； （2）、Na-长石与Ca长石的生成热相近，可在不同温度下形成完全的类质同像，故斜长石不会在低温下发生固溶体分解。

5、硫化物矿床风化过程主要反应类型、典型剖面结构及可能发生次生富集的元素和矿石矿物。 答：

? 主要反映类型：氧化(潜水面以上)-还原(潜水面以下)反应(举例说明)； ? 典型剖面(由下至上)：原生硫化物矿石带?次生硫化物富集带?氧化矿石富集带?淋滤矿石带?化矿石带(铁帽) ? 可能发生的次生富集元素和矿石矿物：在较还原环境下，还可形成自然铜和赤铜矿。含硫酸铜溶液与原生硫化物发生交代作用产生辉铜矿、铜蓝；在铁帽中发生次生富集，形成金矿石。

6、例如，超基性岩中 Cr的成矿:KCropx/m=10，KCrcpx/m=8.4，KCrol/m=0.032 即：Cr在辉石中是相容元素，而在橄榄石中是不相容元素

假定某超基性岩浆的原始Cr含量为0.048%，当其发生35%的结晶作用时，其残余岩浆中Cr的含量将增高，即：

CCrm=0.048×(1-0.35)0.032-1=0.072% (0.032-1)是右上角的次方 只有当大量的橄榄石发生结晶分异，而辉石类矿物的结晶相对有限时，残余岩浆的演化才有利于Cr元素的成矿，即发生铬尖晶石的析出。

7、例如，未经混染的大洋拉斑玄武岩经分离结晶后能形成相当于大洋碱性玄武岩的派生岩浆吗？

已知大洋拉斑玄武岩Rb为1ppm, 碱性玄武岩Rb为18ppm，Rb在玄武质熔体中各矿物和熔体中的分配系数为：

Kol/m≈0, Kopx/m≈0, Kcpx/m=0.003, Kpl/m=0.05 Opx:Cpx:Pl=0.05:0.60:0.35

16、分离结晶公式

17、部分熔融公式

——资源1141班丁大庆

2013 年12 月7 日

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