中国地质大学地球化学回忆版Word文档格式.docx
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5、岩浆()或固相()过程中偏爱()的微量元素被称为()元素;
岩浆()或固相()过程中偏爱()或()相的微量元素被称为()元素。
6、原子核内()相同而()不同的一类核素称为()。
三、论述题(任选3题,每题30分):
1、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。
2、试论元素在地壳固相中的主要赋存形式。
3、研究稀土元素地球化学特征常用的图式和数据表示方法有哪些?
(5种以上)。
4、要获得准确的同位素地质年龄必须满足的条件是什么?
5、试论自然界氧同位素的主要分馏反应.。
命题组长(签名):
命题组成员(签名):
2007年12月23日
2008年硕士研究生入学考试试题(B)
1、元素的克拉克值
2、类质同象
3、元素的地球化学迁移
4、∑Ce/∑Y值
5、同位素分馏作用
6、δ18O值
二、论述题(任选4题,每题30分)
1.
试述大陆地壳化学组成的研究方法。
2.试述自然地球化学作用过程特征及其产物
的特征。
3.试述戈尔德斯密特类质同象置换法则。
4.试述介质pH值对元素迁移的控制规律。
5.试述Rb-Sr等时线测年的基本原理。
6.在稀土元素球粒陨石标准化图解中,与其它稀土元素相比,Eu和Ce经常出现特殊的异常,为什么?
举例说明在什么情况下,这种异常会变的非常突出?
2007年12月23日
答案(A卷):
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、指不作为体系中任何相的主要组分(化学计算)存在的元素。
大多数地质作用中含量小于0.1%的呈微量或痕量(<
0.1wt%)的元素。
严格定义:
只要元素在所研究的客体(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,可称为微迹元素。
3、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,F≥2。
据吉布斯相律,F=K-Φ+2,有Φ≤K,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。
4.在给定的溶质、溶剂及温度和压力情况下,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。
当两相均为凝聚相时,KD受压力影响较小,而与温度的关系则较为显著。
两相中的浓度比值就是能斯特分配系数,只适用于稀溶液或微迹元素的分配。
5、放射性衰变定律:
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:
=-λP,式中:
λ-衰变常数,表示单位时间内原子发生衰变的概率。
6、在自然界水的δ18O-δD氧、氢同位素组成判别图解上,δD=8δ18O+10的
一条直线称为Craig线,也叫大气降水线。
表示由SMOW(标准大洋平均海
水)到极地大气降水氢氧同位素组成呈现由低纬度向高纬度,δ18O和δD
逐渐减小的线性变化,这种规律产生的原因是平衡条件下D/H的分馏约为
18O/16O的8倍,所以大气降水线的斜率约为8。
二、
1、化学(组成)、化学(作用)和化学(演化)的科学。
2、由于(克拉克)、(戈尔德斯密特)、(维尔纳茨基)和(费尔斯曼)的巨大工作……。
3、根据(体系)和(环境)之间是否存在能量和物质交换将热力学体系分为三类:
(孤立)体系:
(封闭)体系:
(开放)体系:
研究地球和地质体中元素及其同位素的(组成);
研究元素(共生组合)和(赋存形式);
研究元素的(迁移);
研究元素(迁移历史)与(地球演化)。
5、岩浆(结晶)或固相(部分熔融)过程中偏爱(矿物相)的微量元素被称为(相容)元素;
岩浆(结晶)或固相(部分熔融)过程中偏爱(熔体)或(溶液)相的微量元素被称为(不相容)元素。
6、原子核内(质子数)相同而(中子数)不同的一类核素称为(同位素)。
三、
1、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:
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。
2、元素的赋存状态也称存在形式、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及与共生元素的结合性质。
赋存状态包括元素所处的物态、化合物种类和形式、键型、价态、在晶体构造中的配位位置等多方面的物理化学特征。
因此元素的赋存状态是化学反应的产物,是体系各种条件的函数。
研究存在形式对于追踪元素的迁移历史,探索地球化学作用条件有非常重要的意义。
(1)独立矿物:
指形成了能够进行肉眼或显微镜下进行矿物学研究的颗粒(粒径大于0.001mm),并且可以用机械的或物理的方法分离出单矿物样品的矿物颗粒。
(2)类质同象形式:
也称为结构混入物,由于参加主元素矿物的晶格,用机械的或化学的方法不能使二者分离,欲使其分离只有破坏原晶格。
因此独立矿物和类质同象都属于较牢固的结合形式。
(3)超显微非结构混入物(超显微包体)这种形式的成因和性质目前还不十分清楚。
但大量精细的观察和分析都发现确实存在一种颗粒极细的(<
0.001mm)混入物。
主要特征是不占据主矿物晶格位置,因此是独立化合物,但又不形成可以进行矿物学研究的颗粒。
成因和性质介于独立矿物和类质同象之间。
(4)胶体吸附状态元素以离子或化合物分子形式被胶体颗粒表面、矿物晶面、节理面所吸附。
为一种非独立化合物形式。
元素以离子态或单独分子存在,又不参加寄主矿物的晶格构造,因此是一种结合较弱的、易于交换和分离的赋存状态(活性赋存形式)。
(5)与有机质结合的形式地壳中广泛发育的生物及各种有机质除集中了亲生物元素如C、H、O、N、S、P、Ca等元素外,还吸收大量金属和非金属构成其次要组分。
其主要结合状态有:
金属有机化合物、金属有机络合物和螯合物如铜乙二胺络离子:
[Cu(CH)2]2+等,以及有机胶体吸附态离子等。
3、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。
②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.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;
③LREE/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.;
④δEu(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过剩),⑤δCe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.
4、要满足以下四个条件:
①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;
②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;
③放射性母体(如40K、238Pb等)除了放射性衰变外没有丢失和增加;
④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。
5、四个要点:
(1)蒸发-凝聚分馏:
水气相富集轻同位素,水液相富集重同位素;
(2)水-岩同位素平衡分馏:
水-岩反应中岩石中富集18O,水中富集16O;
(3)矿物晶格的化学键对于氧同位素的选择:
高氧化态矿物富集重同位素,
低氧化态矿物富集轻同位素;
富集D的顺序:
Al-OH键型>
Mg-OH键型>
Fe-OH键型矿物;
(4)生物分馏作用:
生物碳酸盐和有机质富集重氧同位素。
答案(B卷):
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、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、∑Ce/∑Y:
为轻稀土元素(La,Ce,Pr,Nb,Sm,Eu)和重稀土元素(Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)的比值。
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。
5、较轻的稳定同位素(Z<
20)的相对质量差较大(
)在地质作用中由于这种质量差引起的相对丰度的变异,称为同位素分馏作用。
6、δ值是指样品(sp)的同位素比值相对于标准样品的同位素比值(st)的千分
差,表示式为:
δ18O(‰)=×
1000。
δ值
能反映样品同位素组成相对于标准样品的变化方向和程度。
δ值为正(>
0),样品较标准富含重同位素;
δ值为负(<
0),样品较标准富含轻同位素;
δ=0表示样品与标准有相同同位素丰度比。
1.大陆地壳化学组成的研究方法:
(
1)岩石平均化学组成法;
2)细粒碎屑沉积岩法;
3)大陆地壳生长历史法;
4)大陆地壳剖面法;
5)区域大规模取样和分析;
6)火山岩中的深部地壳包体研究法;
7)地球物理法。
2.自然地球化学作用过程特征及其产物
的特征:
(1)温度、压力等条件的变化幅度与人为制备的条件相比有限;
(2)多组分的复杂体系;
(3)开放体系;
(4)自发进行的不可逆过程。
自然过程产物的特征:
(1)自然稳定相(矿物)及各种流体相的总数有限;
(2)元素成组分类形成自然组合;
(3)与各种阴离子结合的阳离子也组成特征各异的共生元素组合;
(4)自然温度相-矿物都不是纯的化合物,每一种矿物都构成一个成分复杂、含量变化的混入物系列;
(5)在地壳的物理化学条件下,相似的物质组成和类似的作用过程会使自然作用产物的类型重复出现,在一定程度上达到平衡。
3.
(1)若两种离子电价相同、半经相似,则半经较小的离子优先进入矿物晶格,即较小离子半经的元素集中于较早期结晶的矿物中,而较大离子半经的元素集中于较晚期结晶的矿物中;
(2)若两种离子半经相似而电价不同,则高价离子优先进入较早结晶的矿物晶格,集中于早期矿物中,称为“捕获”(capture),低价离子集中于晚期矿物晶格,称为被“容许”(admission);
(3)隐蔽(容留)法则:
若两种离子具有相似的半经和相同的电价,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中,称为“隐蔽”或“容留”(camouflage)。
4.试述介质pH值对元素迁移的控制规律:
(1)金属氢氧化物沉淀的pH值-按氢氧化物沉淀的pH值由低向高排列元素性质有由偏酸到偏碱的变化,即偏碱性元素有可能在较高pH值的体系中迁移
(2)元素受介质pH值影响的迁移-沉淀规律-溶液pH值增大时具有碱性及弱碱性的元素化合物溶解度降低,如Fe2O3、CaCO3等;
酸性元素化合物溶解度增高,如SiO2、GeO2等。
碱性元素在酸性介质中易于迁移,在碱性条件下沉淀;
酸性元素在碱性条件下活化迁移,在酸性环境中使之沉淀。
两性元素如Al(OH)3在强酸强碱条件下都能呈活化态迁移,但在自然水溶液正常pH变化范围内难溶。
(3)元素在表生条件下的共生与分离受介质pH和Eh值控制
(4)介质pH值的变化控制所有包含H+及OH-反应的平衡移动方向,
5.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,所得年龄称为等时年龄。
同时求得地质体的初始锶比值是一个重要的地球化学参数,可以用以推测成岩以前演化阶段的地质环境。
根据式:
=
(eλt-1)有四个变量,
和
由样品中实测;
是初始锶比值,t是欲测的地质体的年龄。
由于87Sr和86Sr同为一种元素可以认为初始锶比值在地质体空间上是均匀分布的。
如果在某一地质体空间不同部位采集多个样品,则各个样品所包含的t和
是相同的。
由于地质体空间上化学成分的不均匀性,作为两种元素的Rb和Sr空间上可能存在不同程度分异,因此每个样品测得的
值可能存在差别。
由此对采自同一地质体的一组样品,上式构成一组y=a+bX型的直线方程。
由样品所测得一组
作为一组点落于一条直线上,由直线求a、b:
a=
为直线截距;
b=(eλt-1)为直线斜率。
直线线性愈好,结果愈佳。
要求线性相关系数γ>
0.9。
由最小二乘法求一条拟合直线,与纵坐标交点为
,据直线斜率求时间t。
6、与其他REE元素都呈3价态不同,Eu和Ce分别可以呈2,3价和3价,4价。
由于离子半径相近,Eu2+可以置换Pb2+,Ca2+,Sr2+以及Na+。
Ce4+比Ce3+离子半径小15%,Ce4+的离子半径(8次配位)为0.97A,Mn2+的离子半径(8次配位)为0.96A,因此可以类质同象替代Mn。
二者在极端氧化还原条件下就会呈现与其它REE元素非常不同的分配情况。
如在还原的月球上,具有负Eu异常玄武岩与正Eu异常辉长质斜长岩REE模式,两种岩石都是具有特高Eu2+/Eu3+比值(还原条件下)的月球火成岩。
玄武岩来自月海地区(marebasalt),辉长质斜长岩来自月球高原,前者因斜长石分离结晶亏损Eu,后者则因斜长石堆积富集Eu。
其次,由于斜长石晶出导致残余熔体出现明显Eu负异常,这是碱性岩和酸性岩的特征。
海水条件下Ce主要以Ce4+形式存在,该价态的Ce在海洋中住留时间很短,因此海水呈特征的Ce负异常。
而在海底锰结核中则呈正异常。
溶解度很小,住留期只有50a,形成难溶的氢氧化物络合物,因此海水强烈亏损Ce,而锰结核中由于以MnO2为主,Ce(OH)4与Mn共沉淀,因此形成Ce的正异常(1分)。
满分8分。
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- 中国地质大学 地球化学 回忆
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