《元素地球化学》课程思考题/练习题
第一部分
（提示：思考和回答下列问题时，手边应该至少有一张好用的元素周期表）
1.如何理解地球化学与化学的关系？
化学的定义是在分子、原子层次上研究物质的性质、组成、结构与变化规律的科学。地球化学的定义为：研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学。
化学的研究对象是各种化合物的分子或原子，其目的是为了了解其结构和性质用以合成新的化合物。地球化学的研究对象是元素在地球及各子系统(地壳、地幔、地核)中的性质。其目的是为了了解地球的组成、历史和地球化学作用过程。
地球化学是通过研究地质体中元素的化学性质，运用化学的方法来解决地质问题。
2.按照宇宙大爆炸假说，试述宇宙的元素和物质的形成历史。
在大爆炸发生的几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿开尔文的量级，密度降低到大约空气密度的水平。少数质子和所有中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做太初核合成。而大多数质子没有与中子结合，形成了氢的原子核。
在大约37.9万年之后，电子和原子核结合成为原子（主要是氢原子），而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播，这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射。
虽然宇宙在大尺度上物质几乎均一分布，但仍存在某些密度稍大的区域，因而在此后相当长的一段时间内这些区域内的物质通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成了气体云、恒星、星系等其他在今天的天文学上可观测的结构。
大爆炸后4亿-5亿年，温度100开。物质粒子开始凝聚，引力逐渐增大，度过“黑暗时代”后，第一批恒星星系形成。
随着第一批恒星的形成，原子在恒星的内部发生了核聚变反应，进而出现了氦，碳、氧、镁，铁等元素原子核。（值得注意的是，不同质量的恒星能引发的核聚变程度不同，太阳主要为氢—氦聚变，重一点的会引发碳—氧—镁聚变，再重的会引发下一轮聚变。总的顺序简略依次为：氢—氦—碳—氧—镁—硅—铁。但无论恒星多重，最终的聚变结果只能是铁，恒星内部不能产生比铁更重的原子核！）
元素周期表上所有元素(除人造元素)，都是在恒星大炼炉里形成的。铁以后的原子核，只能在超新星爆中产生。
3.试述：从位于中心的太阳向外，经过类地行星，到类木行星，主要元素组成
的变化规律。可以将H/He、亲铁元素、亲石元素、其他特殊元素分别论述。
太阳辐射控制了整个星云盘的温度分布，太阳星云中元素的分馏与凝聚，导致了各行星整体化学组成的差异。太阳星云中元素的分馏呈现出以下特征：
随着与太阳距离的增加，
（1）Fe、Co、Ni等亲铁的组成行星核的元素逐渐减少；
（2）早期凝聚的难熔元素，如REE、Ti、V、Th、U、Zr、Hf、Nb、Ta、W、Mo、Re、Pt等逐渐增多；
（3）亲石元素逐渐减少；
（4）亲铜和碱金属元素，在1~1.5AU范围内有增多的趋势，随后随距离增大丰度减小；
（5）H、He等挥发元素与亲气元素逐渐增多。
4.除了H、He等几个轻元素之外，光谱显示的太阳组成与实测(+计算)获得的
地球组成极为一致，试析其含义。
根据太阳大气光谱资料确定太阳系中挥发性元素含量的原理为：由于太阳表面温度极高，这些元素的原子都处于激发态，并不断地辐射出各自的特征光谱。太阳光谱的谱线数目和波长主要取决于太阳表层所存在的元素种类，而这些谱线的亮度则主要取决于元素的丰度。所以通过测定太阳光谱得到的数据能够得到太阳的元素组成。
原始太阳星云是由气体和尘粒组成，星际尘粒在围绕“原太阳”旋转过程中相互碰撞、拼合形成星子，最后形成地球。太阳光谱显示的除H、He等几个轻元素外，其他元素组成与地球极为一致，反映地球（这里的地球可以理解为未分异的原始地球，即相当于C1型球粒陨石）是由组成太阳的同样物质所形成。H、He等轻元素不一致是因为太阳辐射控制了整个星云盘的温度分布，靠近太阳的部分，H、He等挥发性物质蒸发，被太阳光压和太阳抛射出的物质驱逐出太阳系。
5.太阳系的元素丰度，为什么存在奇偶效应。
太阳系元素丰度具有显著的特点之一为：原子序数为偶数的元素其丰度值大大高于原子序数为奇数的相邻元素。
通过宇宙中元素总体分布规律分析，人们逐渐认识到宇宙中元素的丰度的分布与元素的化学性质无关，主要受到原子核的结构控制。原子核由质子和中子组成，其间既有核力（结合力）又有库伦斥力，当中子数和质子数比例适当时，例如O、Mg、Si、Ca的原子核中具有中子/质子=1，核最稳定，因此这些元素具有较大的元素丰度。随着原子序数的增加，核内中子数的增加速度往往大于质子数，原子核趋于不稳定，故而元素和同位素的丰度降低。偶数元素的原子核内，核子倾向成对，根据量子力学计算，此时原子核能降低，核稳定性增大，因而这种元素在自然界中的分布较广。奇数元素则核稳定性不如偶数元素，所以出现奇偶效应。此外元素的恒星合成过程也决定了元素的丰度大小。例如Li、Be、B作为氢燃烧的
一部分而转换成He，造成了宇宙中这部分的元素的亏损。又如O和Fe的丰度异常高是因为这两种元素是氦燃烧的稳定产物。（陈骏，地球化学）
注：12Mg破坏了偶数规则，与其自身元素化学性质有关，是地球化学演化的结果。
6.为什么选择陨石（通常选择球粒陨石）作为地球物质演化（元素和同位素）
的起点？
现代陨石根据成因分类分为：未分异型和分异型。绝大部分陨石形成于太阳星云的冷凝吸积过程，没有经历后期的熔融分异作用，因此称为未分异型陨石。这些陨石普遍含有一种球粒硅酸盐集合体，故通常称为球粒陨石。与之对应经历分异的陨石为分异型，其根据硅酸盐和金属相的含量划分为无球粒陨石，石-铁陨石与铁陨石三大类。
用球粒陨石成分作为地球的初始成分（地球物质演化的起点）是一种假设，因为球粒陨石没有经过分异，是最原始的物质，而且在太阳系刚形成的时候就形成了，有实验显示I型碳质球粒陨石的非挥发性元素的丰度与太阳光谱给出的元素丰度相一致，因此I型碳质球粒陨石被认为是太阳系的最原始物质，没有参与较大星体的凝聚分异过程，可以代表地球初始成分。并且目前也找不到比球粒陨石更好的物质去代表太阳系最初的成分，分异型的陨石都不能反映地球的初始成分。
按照行星形成理论，所有后来的物质都是由最原始的物质不断碰撞拼贴增生形成的，只是后来经过了核幔壳的分异，其平均成分和球粒陨石的一样。所以选择球粒陨石作为地球物质演化的起点。
7.试述大洋中脊玄武岩（MORB）在地球圈层分异中的意义。
MORB普遍认为是亏损地幔端员的部分熔融产物，该地幔端员主要位于上地幔软流圈。同时MORB也是洋壳的主要组成。所以大洋中脊玄武岩MORB的形成代表着大洋地壳与大洋岩石圈地幔分异，同时MORB源区亏损地幔端员代表着地球早期壳幔分异之后的亏损的残留体，即亏损地幔的组成可以通过MORB来反演，所以MORB能反演地球早期圈层分异（壳幔分异）的成分变化以及随后地壳演化分异。
8.比较原始地幔和平均大洋地壳的主要组分，找出其中最突出的差别，至少举
出三项。
原始地幔是指地球增生以及核幔分离后，但还没有分离出地壳时的地幔。洋壳相对于原始地幔，主元素变化：（1）SiO2没有变化，（2）K2O，Na2O升高，（3）CaO升高，（4）Al2O3升高，（5）FeO升高，（6）MgO降低。
9.大陆地壳划分为上、下地壳的依据是什么？指出大陆上、下地壳主元素组成
的主要差别。
根据大陆地壳中存在地震波速的不连续面，以康拉德面（~15km深度）为界，大陆地壳可以明确的划分为上陆壳和下陆壳两大层。
上陆壳为花岗闪长岩质，富集大离子亲石元素、生热元素、亲稀土元素及其它不相容元素，具有高的Rb/Sr和87Sr/86Sr比值，下陆壳的典型成分为基性麻粒岩，亏损上述元素，特别是生热元素，Rb/Sr和87Sr/86Sr比值较低。
从上地壳到下地壳，（1）SiO2降低，（2）K2O，Na2O降低，（3）TiO2升高，（4）Al2O3升高，（5）FeO升高，（6）CaO升高，（7）MgO升高。
10.如何理解元素地球化学分类的必要性？如何理解元素地球化学分类的相对
性？针对戈尔德施密特分类和Railsback分类，比较二者分类依据和分类方案结果的异同。
①元素地球化学分类的必要性：
元素周期表是化学元素最基本的一种自然分类,但是对于地球化学来说这还很不够,地球化学还要求说明原子结构与元素在天然作用过程中的行为和自然组合之间的联系。这就要求在周期表的基础上,结合元素的自然组合及各种地球化学行为特征做出进一步的分类。
②元素地球化学分类的相对性：
对于元素地球化学的分类，并不存在着适合所有研究的最佳分类方式，即元素地球化学分类并不绝对。根据不同的研究领域提出的分类方案对于侧重点不同的研究帮助更大，如为了总结元素在岩浆产生和岩浆结晶过程元素的性质和行为习性,将元素分为易熔组分和耐熔组分，并划分出相容元素和不相容元素。
③Gold与Rail分类异同：
异：
戈尔德施密特的元素地球化学分类以其提出的地球起源和内部构造的假说为基础，根据化学元素的性质与其在地球各圈层间的分配将元素分为四类：亲石元素、亲铜元素、亲铁元素、亲气元素。
Railsback分类，按照离子电荷/价态排列；（依据离子常见价态）、按照离子的类型分区、分组；（区分硬离子软离子）、展示了元素在地球的不同圈层、环境、和过程中的特性和变化规律。（采取离子电势等值线）。分为五类：1）稀有气体，2）硬离子hardcation/A型离子（外层电子没有残留），3）过渡离子到软离子softcation/B型离子（外层电子仍然有残留，4）单质/元素（不带电），5）阴离子。
同：
戈尔德施密特分类和Railsback分类的依据不同，对元素划分出不同的分组。但都根据元素在地球个别圈层的特性和行为，目的都是为了更好的描述化学性质、行为相近的一组元素在地质作用过程中的变化。二者之间有共同的分组如稀有气体，Railsback的分类提出了新的内容，如软硬离子的划分，添加了离子电势等值线等，这些能更直观的表现出元素的性质差异，也能解释一些以前难以解释的问题。
11.如何理解区分离子类型的必要性？通常依据原子和离子的哪些特征区分离
子类型？
①区分离子类型必要性
地球表层的物质状态大多数并非以元素形式，而是带电离子的形式，并且不同类型的离子具有不同的赋存形式，有的呈简单阳离子，有的呈络阴离子。同时
不同类型的离子的地球化学亲合性也不一样，有的亲氧，有的亲硫等。所以区分离子类型对理解元素的地球化学行为是很有必要性的。
②依据特征
通常依据离子的电势，离子的地球化学亲合性、离子外层电子构型（硬离子/软离子）等特征来区分离子类型。
12.如何定义离子半径？实际（有效）离子半径受到哪些因素的影响？
根据量子力学观点，可以将一个离子的半径看作为离子的最外层的电子密度最大处的半径。实际（有效）离子半径会受到配位数、电荷、电子的自旋态、共价键性等因素的影响。
13.为什么Fe3+的离子半径比Fe2+的离子半径小？能否得出下列普遍规律：对于
多价态元素来说，电荷高的离了半径小于电荷低的离子半径？如果是，那么为什么？
I.因为Fe3+离子相比Fe2+离子而言，具有更少的核外层电子数目，且有效核
电荷也增加了，所以Fe3+的离子半径比Fe2+的离子半径小。
II.对于多价态元素来说，电荷高的离子半径小于电荷低的离子半径并不是普遍成立的，因为有效的离子半径还与离子所在晶格中的配位数、成键类型等因素有关。相同元素不同价态的阳离子，其配位数越高，有效离子半径越大，比如6配位的Fe3+离子半径就比4配位的Fe2+离子半径要大。另外离子的极化也会导致离子半径减小。
14.Zn2+与Mg2+的离子半径相近，但在天然矿物中，前者经常呈四面体配位，
而后者则主要为八面体配位。为什么?
金属离子倾向于占据八面体配位位置，还是四面体配位位置，取决于进入哪个位置造成的能量下降幅度大。
金属离子的八面体晶体场稳定能（CSFE）高于四面体CSFE的情况下，倾向于选择八面体的位置。八面体择位能：为了衡量金属离子倾向于选择八面体位置的程度，取金属离子八面体晶体场稳定能和四面体晶体场稳定能的差，称为八面体择位能。
比较八面体择位能的大小：Zn2+的四面体晶体场稳定能和八面体晶体场稳定能均为0，八面体择位能也为0，所以一般进入四面体配位。
对于Mg2+而Mg2+具有更大的八面体择位能，根据最稳定法则，Mg2+将进入八面体配位。同时Zn2+的电负性较高，相对于Mg2+来说是很难进入早期结晶的硅酸盐中。
15.仔细观察下列矿物的组成，锆石ZrSiO4、斜锆石ZrO2、独居石CePO4、石
盐NaCl、萤石CaF2、黄铜矿CuFeS2、磷灰石Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)、雄黄As2S3、莫桑石SiC、铱锇矿IrOs、钯铂矿Pd2-4Pt1-9、碲铅矿PbTe、碲金矿AuTe2，指出其中化学键的类型（金属键/离子键/共价键），并阐明各自的依据。
电负性差别大离子键，小共价键，都小-金属键，都高-共价键。
锆石【ZrSiO4】:岛链状硅酸盐矿物，骨架由[SiO4]组成主要是共价键，骨架之外是[Zr]形成离子键；
斜锆石【ZrO2】:氧元素与锆元素电负性差别较大形成离子键；
独居石【CePO4】:岛链状磷酸盐矿物，有[PO4]配位四面体形成的共价键和[Ce]等配位阳离子形成的离子键；
石盐【NaCl】:离子键构成；
萤石【CaF2】:离子键构成；
黄铜矿【CuFeS2】:硫与铁、铜分别形成离子键；
磷灰石【Ca[PO4]3(F,Cl,OH)】:链状磷酸盐矿物，[PO4]形成共价键，其他离子与其
形成离子键；
雄黄【As2S3】：环状硫化物矿物，As电负性与S差别较大形成离子键；
莫桑石【SiC】:同为非金属元素形成共价键；
铱锇矿【IrOs】:同为金属元素形成金属键；
钯铂矿【Pb2-4Pt1-9】:同为金属元素形成金属键；
碲铅矿【PbTe】：离子键；
碲金矿【AuTe2】：共价键；
问题补充
1.什么时候成金属键/离子键/共价键？
电负性>2.1,以阴离子为主，元素倾向于以阴离子形式存在，主要形成共价键；电负性在
1.8-
2.2时，弱电负性，形成金属键或金属键-共价键化合物，当改组元素互化（电负性差值小于1）时，形成金属键，当与电负性相近的（电负性在1.4-1.8）化合时形成金属键-共价键过度类型，如AuTe2。当电负性<1.4时相互之间形成金属键，但他们之间化合在自然界不能独立存在。
当电负性之间的差值在1.7以上（离子键成分52.3%）时，一般以离子键的形式存在。Fe2O3相差1.7但是是共价键，因为阳离子的电负性较大（Fe3+，1.8），同样的还有SiO2、TiO2等。
2.硫化物、硫酸盐、金属互化物、含氧盐、氧化物成键的总体特点和趋势
硫化物的化学键主要属共价键和金属键或两者的混合键,其原因是:硫离子的半径(S2-为0.184nm)比氧离子半径(O2-为0.140nm)大,硫离子的极化力是氧离子的三倍,这是造成硫化物结构和键型比较复杂的重要因素。
硫酸盐主要是离子键和共价键，[SO4]2-为工价键，金属离子与[SO4]2-一般呈离子键
金属互化物X=1.8～2.2,弱电负性,形成金属键或金属键—共价键化合物,难溶。这组元素在周期表中有两个分区:周期表右部的(p区)和左部的(d、s区)。
该组元素在互相化合时(ΔX<1)形成金属键化合物;它们与电负性稍低(X=1.4～1.8)的元素化合时形成金属键—共价键过渡型的化合物或金属互化物。
含氧/硫盐含氧盐比较复杂，需要按上述规则具体对待，不成一般规律。氧化物离子键，O的电负性很高（3.5），但当阳离子的电负性很高时也会形成共价键，如TiO2，SiO2等。
16.通过查阅和比较各种地球化学参数，说明为什么K+/Tl+、Na+/Cu+、Na+/Li+、
C4+/S4+不易发生类质同象替代？
K+/Tl+：（K+，1.33；Tl+，1.49）离子半径相差不大，化学键类型不同，K+倾向以离子键形式存在，Tl+倾向以共价键形式存在
Na+/Cu+：（Na+，0.98；Cu+，0.96）离子半径相似，但是两者的化学键性不同，地球化学的亲和性也不同，Na+倾向于以离子键的形式存在，而Cu+则倾向于以共价键的形式存在。
Na+/Li+：（Na+，0.98；Li+0.78）离子半径相差大于20-25%，不能发生类质同像，即使发生，也不易保存。
C4+/S4+：C和S为主量元素，可以形成自己的独立矿物，很少发生类质同像。
补充：类质同象发生的条件
类质同像的内部条件-晶体化学条件：
1.化学键性相似或相同，决定元素之间能否发生类质同像置换的内外因素
2.原子或离子半径相同或相近：相互替代原子的半径差异；a.10%-15%时，可形成完全类质同像，端元组成之间无限混溶；b.介于10%到20%-40%时高温下可形成类质同像，但是在温度降低时分解；c.大于25%-40%时，及时在高温下也只能形成不完全类质同像。
3.正负离子电荷保持平衡：类质同像前后保证正负离子的电荷平衡
4.复杂松散的矿物晶体构造：晶体构造偏离最紧密堆积越远，则发生类质同像的容量越大，可发生的离子交换种类越多
外部条件：
1.组分浓度
2.温度压力
3.氧化还原电位
17.锆石ZrSiO4形成于内生过程，通常都含有一定量的U，但是却几乎不含Pb，
因此成为U-Pb定年的理想矿物。根据这一现象，判断内生过程U和Pb的正常价态。
Zr的外层电子组态为4d25S2，失去4个价电子后，离子最外层为8个电子的稳定结构，属于亲氧元素，其离子半径为79pm，内生作用花岗岩结晶过程中只形成一种锆矿物ZrSiO4，可类质同象替换Y、Ce、Th、U。
U的外层价电子组态为5f36d17S2，自然界以正四价以及正六价为主，U4+半径为97pm，U6+为80pm，内生作用中以四价存在，与Th4+、Zr4+、REE3+、Ca2+发生类质同象替换；外生作用多以六价铀酰存在（UO22+）；
Pb的价电子组态为6S26P2，主要呈现Pb2+（118pm~132pm），在极度氧化条件下才可出现Pb4+，Pb2+内生作用多以K+、Sn2+、Ba2+发生类质同象替换。在内生作用中，锆石中主要发生U与Zr的类质同象，而U与Pb之间的类质同象现象则较少，说明Zr4+与U在内生作用中所呈现的离子价态相近，与Pb在内生作用中所呈现的离子价态则相差较远。结合内生作用及表生作用中的离子价态与氧化还原条件的关系，以及U、Pb不同价态离子半径大小，内生作用中U及Pb多以低价态存在，U以正四价为主，Pb以正二价为主，对比U4+（97pm）及Pb2+（118pm~132pm）的离子半径可知，U4+更易于与Zr4+（79pm）发生类质同象替换进入锆石晶格，因此锆石可以作为U-Pb测年的理想矿物。
18.举例说明对周期表中的斜对角线规律的认识。可用Li作为实例。
在元素周期表中某元素的性质与其左上方或者右下方另一元素性质相似，称对角线规则，这种相似性明显的存在于下列三对元素之中：
Li Be B C
Na Mg Al Si（Li与Mg，Be与Al，B与Si）
存在对角线规律的原因在于：同一周期最外层电子构型相同的金属离子，从左至右随离子电荷的增加，引起极化作用增强（一种离子被异号离子极化而变形的作用称为该离子的极化作用）；同一族电荷相同的金属离子，自上而下，随离子半径增大，使极化作用减弱，在周期表左上右下对角线位置，由于电荷与半径的影响恰好相反，使得他们的离子极化作用及离子半径等比较相近，化学性质比较相似，以Mg与Li为例。
在内生作用中，Li+的离子半径为68pm与Mg2+离子半径相似，可以替代铁镁硅酸盐中
的Mg 2+，由岛状到链状到层状硅酸盐中的类质同象现象增强，在镁橄榄石中，Li +与Mg 2+则较少发生类质同象替换，在链状硅酸盐矿物普通辉石及角闪石中，层状硅酸盐矿物云母中，Li +与Mg 2+易于发生类质同象替换；另外，Mg 与Li 的某些氟化物、碳酸盐、磷酸盐等均难溶于水，其它碱金属化合物为易溶盐；Li 和Mg 的氢氧化物为中等强度的碱，在水中的溶解度不大，其它碱金属氢氧化物均为强碱。
19. 举例说明溶解度和溶度积的异同。
溶解度（S ）：在通常的意义上，在一定的温度和压力下，物质在一定量的溶剂中溶解的最高量，叫作溶解度。溶解度一般以100克溶剂中能溶解物质的克数来衡量（g/100g 水）。也可解释为单位体积中可溶解的固体的摩尔数（mol/L ），称为该固体的溶解度。
溶度积（Ksp ）：溶质和溶剂在溶解-沉淀平衡中的平衡常数，通常表达为生成的阳离子和阴离子的溶解度的乘积（Ksp ），难溶电解质的溶度积为沉淀溶解平衡的标准平衡常数，其为温度的函数。
(1) 以无水CaSO 4(s)为例（AB(s)=A m+(aq)+B m-(aq)）：
CaSO 4(s)=Ca 2++SO 42-当体系达到平衡时，自由的Ca 2+、SO 42-浓度不会再增加，平衡常数为：K=[Ca 2+][SO 42-]/[CaSO 4(s)]，其中[CaSO 42-]浓度为1；
故：K=[Ca 2+][SO 42-]，其中[Ca 2+]、[SO 42-]浓度为K1/2，被溶解的CaSO 4(s)浓度为K 1/2； 对于CaSO4(s)，其溶解度S 为K 1/2mol/L ，溶度积为Ksp ，即Ksp=S 2。
(2) 对于CaF 2(s)体系（AB 2(s)=A 2m+(aq)+2B m+(aq)）：
CaF2(s)=Ca 2++2F - [F -]=2[Ca]2+
溶度积Ksp=[Ca 2+] [F -]2=4[Ca 2+]3
CaF 2(s)溶解度S=(Ksp/4)1/3mol/L.
综上，溶解度是固体在溶液中的饱和度，而溶度积则刻画离子在溶液中的饱和度，两者并不相同，但两者之间存在数量关系，都表示难溶电解质的溶解性，对于相同类型的难溶电解质，其溶度积大，溶解度大，对于不同类型的难溶电解质则不能用溶度积比较溶解度大小。但溶度积为一个标准平衡常数，只与温度相关，溶解度不仅与温度相关，还与系统的组成、PH 值的改变以及配合物的生成等因素有关。
20. 简要解释几个重要概念(定义、数学表达和导出过程)：分配系数，能斯特定
律，亨利定律，相容元素，不相容元素，大离子亲石元素，高场强元素。 分配系数（参考陈俊书P344）：
在一定温度、压力条件下，当两个共存地质相A ，B 平衡时，以相同形式均匀赋存于其中的微量组分i 在这两相中的浓度比值为一常数。即
K i A/B = C i A / i C i B （简单分配系数）
C i A 、C i B 分别为i 在A 、B 相中的浓度。K i A/B 为分配系数。
总体分配系数D （岩石分配系数）：如果与溶液相平衡的结晶相（矿物相）超过一个，
组分i在结晶相和液相间的分配系数Di为所有种类的结晶相与液相间分配系数Ki的加权和：
这里K iα/l是组分i在结晶相α和液相l间的分配系数，xα是结晶相α在整个固相中所占的比例。总分配系数D可用来讨论微量元素在作为矿物集合体的岩石和与之平衡的熔体之间的元素分配问题。
除此之外，还有复合分配系数，对数分配系数。
能斯特方程：
任意态（T和浓度变化）氧化-还原反应：将化学反应等温方程式代入ΔG0
=n·F·Eh,
反应
经整理得到能斯特方程:Eh=Eho+(RT/nF)ln([氧化态]/[还原态])。Eh是化学反应接近平衡时的度量,因此也是反应强度标准。式中:R为气体常数，T是绝对温度，n为参加反应的电子数，F为法拉第常数,F=23062.3卡/伏特·克当量=96500J/V。Eho是标准氧化电极电位，中括号分别代表氧化态和还原态的浓度。在一个大气压和25℃条件下（只是浓度变化）,将R、F、T 数值代入上式并变换成常用对数得:Eh=Ehθ+(0.059/n)lg([氧化态]/[还原态]) 能斯特分配定律是在能斯特方程的基础上推导出来的。能斯特分配定律描写溶质在互不相容的两液相之间的分配，即微量元素在两种矿物相和液体（熔体相）之间的分配。某溶质i在互不相容两液相间或液相和固相之间的分配一般是不均衡的。由相平衡条件可知，当它们达到热力学平衡时，溶质i在两相中的化学位应该相等，即有：
uiα=uiβ
对于服从亨利定律的非理想稀溶液，可以得到：
uiα=ui0,α(T,P)+RTlna iα
uiβ=ui0,β(T,P)+RTlna iβ
整理得:
aiα/aiβ=(aα/aβ)i=exp{[u i0,β(T,P)-u i0,α(T,P)]/RT}=K(T,P)
(Xα/Xβ)i=Khβ/Khα*exp{[u i0,β(T,P)-ui0,α(T,P)]/RT}=K D(T,P)
这就是能斯特分配定律：在给定的温度压力条件下，微量元素i在两相间的浓度比为一常数。它适用于稀溶液中微量元素的分配。
亨利定律：
亨利定律是稀溶液所遵循的最重要、最有意义的规律，可以表述为“在一定条件下，稀溶液中溶质的活度与溶质在溶液中的摩尔分数成正比。”表达式为ai=Kh?Xi其中，ai为溶质i的活度，Xi为溶质i在稀溶液中的摩尔分数，Kh称为亨利系数，取决于溶质和溶质的双方性质。亨利系数为一恒定常数，一般小于1，而且溶液浓度越稀，就越符合亨利定律。这也就是说，在一定条件下，非理想溶液的稀溶液可用亨利定律来描述，当某微量元素（溶质）超过一定浓度时他就不服从亨利定律。意义在于服从亨利定律的稀溶液溶质的活度可以用溶质的浓度来表示。
相容元素与不相容元素：
分配系数可以理解成在晶体/溶体的体系中元素进入晶体的能力。
通常，不相容元素：K或D<<1，如Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等，倾向于在熔体相中富集；相容元素：K或D>>1，Fe、Co、Ni、Cr、Mg等，倾向于在结晶中相富集。
微量元素的相容或不相容，取决于所涉及的体系，取决于矿物与熔体的类型。
不相容元素又可以分为2组
高场强元素(HFSE)，离子半径小，电荷高，荷质比>3，有：REE,Th,U,Ce,Pb4+,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta等。
大离子亲石元素(LILE)，离子半径大，电荷低，荷质比<3，有：K,Rb,Cs,Ba,Pb,Sr,Eu等。LILE活动性更强，特别是有流体参与的系统。
21.微量元素有哪些主要赋存形式? 不同赋存形式的微量元素，其地球化学行为
有什么差别？
赋存形式：
1）独立矿物形式：指粒度>0.001mm,有特定化学性质,用肉眼或显微镜可见,可用物理方法分离出单矿物的赋存形式，如锆石。
2）类质同象形式：特点是进入晶格，构成结构混入物.如要分离须破坏矿物的晶格。
3）超显微非结构混入物形式：直径<0.001mm的包裹体,特点是不占主晶格位置,是独立化合物,但又不能分离出来或进行矿物学研究。
4）吸附形式：离子或化合物分子被吸附在粘土矿物的表面,或由于电荷不平衡而吸附异性离子的现象,存在于晶体缺陷或解理面中,是独立化合物,但不占主晶格位置。
5）与有机质结合形式：被有机物吸收,形成金属有机化合物。例如红血球中的铁；骨骼中的钙，生物体中的金属元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn…
元素在自然界的赋存状态和赋存形式是可变的,随环境而变。例如：Pb:岩浆熔体中--阳离子Pb2+；岩浆岩--类质同象置换K存在长石中；硫化物矿床--方铅矿；沉积还原环境中生成方铅矿。
地球化学行为差异：
元素结合或存在形式不同，将具有不同的化学活动性和表现出不同的地球化学活动性和行为；另外对矿产资源的可利用性也很重要：
(1)具有不同的化学活动性：由于轻稀土与重稀土活动性差异，导致在地球化学演化过程中出现稀土元素的分异，导致不同的稀土元素配分模式。
(2)具有不同的地球化学行为：如钼元素，酸性和富含铝铁氧化物土壤不利于形成
(MoO4)2-；(3)对矿产资源的可利用性具有重要意义，如镍，在超基性岩中，存在于硅酸盐中则不能利用，如以硫化物形式存在，则可利用。
22.什么叫分配系数？哪些因素可以影响分配系数？并进一步说明，这些因素对
分配系数的影响程度。既然分配系数是变化的，为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中，可以认为分配系数基本不变？
分配系数
当s为固相（矿物和岩石），l为熔体相时，分配系数可表达为：Ki=ci s/ci l，其中c代表组分i在固相s和熔体相l中的浓度。即分配系数是指某微量元素在固相-熔体相两相达到平衡时该微量元素浓度的比值。在一定条件下，某微量元素的分配系数为一常数。
影响分配系数的因素：
（1）体系化学组成的影响：
研究表明，硅酸盐熔体中SiO2含量，即岩浆的酸（基）型程度对分配起重要作用。例如，酸性岩浆中SiO2含量高，熔体结构紧密、聚合程度高，使某些重稀土甚至轻稀土元素的矿物/熔体分配系数都显著提到，因此在酸性岩中更富稀土元素。
（2）温度的影响：
可由能斯特方程导出。当热焓△H变化为一常数，分配系数与温度的倒数呈线性相关，即lnKD=-△H/RT+B。该公式也是微量元素在平衡共存的矿物相间的分配关系可用来作为地质温度计的理论依据。
（3）压力的影响
当温度和组成不变时，压力对于分配系数的影响，可以表示为（?lnKD/?p）T,X=-△V/RT，其中△V是微量元素分配的反应方程式中产物和反应物之间的摩尔体积差。一般来说，△V 是很小，因而压力对分配系数的影响没有温度那样显著。微量元素地质压力计就是基于微量元素分配和体积变化这一关系而建立的。
（4）其他因素影响：
第一过渡族元素在熔体中处于四面体和八面体位置，而在结晶的镁铁矿物中均处于八面体位置，因此元素在分配过程中，八面体择位能影响着元素的分配系数，例如Mn，Co，Ni 在橄榄石/玄武岩熔体间的择位能依次升高，他们的KD值也依次升高；氧逸度能改变变价元素的价态，导致分配系数变化，例如，在斜长石-熔体相中，Eu2+的分配系数远远高于Eu3+；晶体在熔体相中的晶出速度、熔体相中挥发份的组成都在不同程度上影响分配系数。
既然分配系数是变化的，为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中，可以认为分配系数基本不变？
一般认为在岩浆作用过程中，主量元素进入岩浆或从岩浆中晶出的顺序主要受结晶相-熔浆相的相平衡条件控制（热力学控制）；微量元素在结晶相-熔浆相间的分配主要受类质同象规律控制（化学规律控制），间接受结晶相-熔浆相的相平衡控制。不同成分的原岩体系发生部分熔融（岩浆结晶）时，熔出（结晶）的矿物相可以不同，因而在不同的岩浆演化过程中微量元素在两相的分配系数（相容/不相容性的强弱）可能会有一定变化，但主量元素与微量元素总体来说都受热力学控制，即微量元素在地球化学过程中热力学因素还是主控因素，其他是次要因素（影响很小），而在同一个自然体系中热力学条件应该是一致的，因此
基本认为分配系数是不变的。
23.从分配系数的差别入手，依据REE配分形式，阐明为什么MORB来自亏损
地幔？
原始地幔更亏损，富集了一次还亏损，熔融到一半以上才是不亏损但已经不是MORB 了MORB具有典型的亏LILE元素特点，LILE是强不相容元素，如果地幔是富集的那么LILE的值会很高，所以只有已经经过分异的亏损的地幔才会产生亏损的特点。另，稀土配分成左倾，La/Sm<1大离子亲石元素是强不相容元素，La系元素从右到左不相容性增加，所以如果是富集地幔那么轻稀土会高于重稀土，会产生右倾的趋势，所以只有已经经过分异的地幔也就是亏损地幔才是MORB源区。
24.简述球粒陨石标准化的REE配分图中Eu正异常和负异常的一般含义。
Eu的异常是由于有Eu2+，Eu2+与Ca2+性质相似，可以替代Ca2+进入矿物，主要是进入斜长石之中而造成岩浆中Eu异常。花岗质岩浆在形成向上运移过程中总有部分斜长石留在源区或由于斜长石的结晶而造成花岗质岩浆中的Eu负异常。在基性岩浆演化早期由于斜长石的结晶可以造成早期岩石的正的Eu异常，而后期岩石中负的Eu异常。总之Eu负异常:斜长石分离结晶或源区存在大量斜长石残留。正异常：早期有斜长石结晶的岩石中
25.Be的地球化学性质表现出两面性，一方面，Be可以是正常的二价金属阳离
子，表现出弱碱性；另一方面，Be与O、F、OH结合形成酸根络阴离子，如[BeO4]6-、[BeF4]2-、[BeO3(OH)]5-等。试析其原因，并列出其他具有类似两面性地球化学特征的元素。
Be原子的价电子层结构为2s2，Be2+离子半径为31pm，Be的电负性为1.57。是具有中等离子电势的硬离子，铍由于原子半径和离子半径特别小（不仅小于同族的其它元素，还小于碱金属元素），电负性又相对较高（不仅高于碱金属元素，也高于同族其它各元素），所以铍形成共价键的倾向比较显著，不像同族其它元素主要形成离子型化合物。因此铍常表现出不同于同族其它元素的反常性质。Be2+既是变网离子，又是成网离子，形成[BeO4]6-四面体，通常形成络阴离子[BeO4]6-、[BeF4]2-、[BeO3(OH)]5-，他们都可以置换[SiO4]4-，同时结合高价态阳离子。Al和Be类似的性质。
26.自然界中Ni、Co、Cu的丰度相近，但Ni和Co的独立矿物很少见，而Cu
的独立矿物常见，并可以形成各种类型的矿床，试说明其原因。
Co和Ni离子半径形似，并且只容易形成+2价的离子。与Fe2+ 地球化学参数相似，有亲硫和亲铁双重性。亲硫性很强。Co2+和Ni2+可以替代Mg2+和Fe2+进入镁铁硅酸盐晶格（橄榄石、副矿物尖晶石）中，八面体择位能较高，同样有利在岩浆早期进入Mg-Fe构成的造岩矿物晶格中。硫化物岩浆熔离过程中，Co和Ni和Cu易于进入熔离体中。但是多以类
质同象形式进入磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿中以及一些铂族矿物中。在热液中也是容易进入黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿中，从而造成了Co和Ni的分散。而Cu为不相容元素，强亲硫元素，容易引起配位多面畸变在岩浆中选择易畸变的位置，进入晚期岩浆中在岩浆结晶过程中，Ni和Co在结晶相/熔体相的分配系数大于Cu，所以在早期结晶矿物，橄榄石、辉石中含有较多Ni和Co，使得Co和Ni分散，Cu进入岩浆晚期阶段，温度下降发生熔离作用使得Cu进入硫化物熔体中可以形成独立矿物。后期热液活动，Cu不和其他离子类质同象替换所以可以形成黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿等。
27.试论Cr与Ni的分散与富集同尖晶石类矿物的关系。
天然铬铁矿(铬尖晶石)的化学通式为:(Mg，Fe2+)(Cr，Al，Fe3+)2O4，Cr、Al及Fe3+之间(图4e)广泛的类质同像替代(Irvine，1965)，有尖晶石出现，Cr形成了独立矿物晶格，这时形成了Cr的富集。Ni与Mg、Fe性质相似（离子半径和价态相似），所以会类质同象替换Fe、Mg等，造成了Ni的分散。
28.基性岩中V的丰度较高，但很少出现钒的独立矿物，试说明其原因。
自然界中矾有+3（主要价态）和+5两个价态，+3价矾的离子半径与+3价铁的离子半径（Fe3+=0.67A）相似，由于这个原因，3价矾几乎不形成本身的矿物，而是作为类质同象的杂质存在于铁及部分铝（Al3+=0.57A）的矿物中。这种矾与丰度大的元素-铁及铝在晶体化学上的相似性，可以解释矾在自然界高度分散的主要原因。V在岩浆结晶早期有进入硅酸盐矿物的倾向，因为其八面体择位能较高。所以类质同象进入晶体中，造成了v元素的分散。
岩浆作用过程中，钒主要是三价。V3+(74pm)易于类质同象替代Fe3+(67pm)和Al3+(57pm)（Fe、Al丰度较大，V替代它们进入磁铁矿、钛铁矿及暗色造岩矿物中），因而在内生过程V几乎不形成独立矿物，富含V的矿物也很少，倾向于分散。
29.试述K/Rb、Sr/Ba、Cr/Ni比值在刻画岩浆演化过程中的应用及其机理。
K/Rb
K/Rb比值，与角闪石有关。从超基性岩到中性岩升高，而从中性岩到酸性岩降低。在岩浆结晶演化过程中，如果有角闪石结晶，则残余岩浆中K/Rb比值减小。K/Rb经常用来指示岩浆体系中角闪石的作用，K和Rb行为相似，所以K/Rb一般变化很小，但是，如果角闪石存在，情况就改变了在角闪石和溶体的平衡体系中，K的分配系数约为1，Rb的分配系数约为0.3
此外，Rb的分配系数在钾长石中比K小很多，因此，钾长石的分离将使熔体的K/Rb 值明显降低。
Sr/Ba
Sr倾向于进入斜长石，此外难以进入其他主要造岩矿物倾向于进入钾长石，此外难以进入其他主要造岩矿物。如果斜长石结晶：堆晶相中Sr/Ba高，残浆中Sr/Ba低如果Kf
结晶：堆晶相中Sr/Ba低，残浆中Sr/Ba高，其比值从超基性岩到中性岩升高，而从中性岩到酸性岩降低。
Cr/Ni
Ni在橄榄石中分配系数较大，在岩浆结晶早期就进入橄榄石堆晶中，因此橄榄石的结晶析出将导致熔体中的Ni含量急剧减少，而Cr在辉石中的分配系数大，在岩浆结晶早期，主要赋存于辉石中，两者作用的结果是随着岩浆中SiO2含量的增加，Cr/Ni比值将呈现增大的趋势。
30.在风化壳，哪些组分易于溶解流失，哪些组分倾向于残留下来？
I.在风化壳中，易于流失的组分主要是那些具有极高离子电势和极低离子电势的元素，具有极高离子电势(>8)的元素在水中主要以络阴离子形式迁移，如SO24-，MoO24-，UO22+等；具有极低离子电势(<2)的元素在水中主要以简单阳离子形式迁移，如K+, Na+等。
II.那些倾向于残留下来的组分主要是一些具有中等离子电势的元素(3~8)，他们主要以氧化物或者氢氧化物的形式沉淀下来，如Al(OH)3,Fe(OH)3,TiO2等。
31.试析在超基性岩的风化壳中最可能富集哪些组分。
风化壳中最可能富集那些具有中等离子电势的难迁移的元素，同时由于超基性岩含有较多的Fe 以及一些强相容元素，比如Ni, Co, Cr, Mn, PGE 等，同时这些元素很难迁移，甚至经历风化之后可以进一步富集成矿，比如红土型Ni-Co 矿床，红土型Fe 矿床等。
32.黑色页岩往往富含多种微量元素，甚至富集成为矿体。分析：在黑色页岩中
可能有哪些地球化学障对元素的富集起重要作用。
吸附障:以有机结合态形式存在的微量元素主要为V、Ni、Co、Ba，这些元素在黑色页岩中的含量随其呈有机态含量的增高而明显增加，它们主要与生物活动和有机质吸附有关，轻稀土较易被风化形成的黏土物质吸附而富集在悬浮物中，而页岩则比较容易富集这种黏土物质，于是就出现了这种轻稀土明显富集的特点。
还原硫化氢障: 与有机质密切相关的元素在成岩期多会被活化,释放后形成硫化物或被硫化物所吸附,如Co、Ni、Cu、Pb、Zn、Mn、Mo 等,这些元素呈硫化物形式存在的增多,是黑色页岩中总体含量增高的主要原因。
还原潜育障: 缺氧环境中，Ni 则能以卟啉形式沉积、沉淀使其固定在沉积物中。铀在低能环境下铀较易富集，含量较高。而钍较易存在于高能条件下，黑色页岩中U/Th 值比值特别高，是典型的还原环境。
生物障：黑色页岩中含有较多的有机质，可以吸附离子，或者生物直接将改变离子电价。
33.在结晶岩石中，不同造岩矿物的REE配分型式是否存在差别？试论造成这
一差别的矿物的晶体化学因素（提示：LREE和HREE倾向于替代造岩矿物中不同的阳离子，以及进入不同的配位位置）。对于泥质沉积物，REE几乎均匀地分布在沉积物中。若经历高级变质作用形成斑状变晶结构（斑晶＋基质），变斑晶为石榴石，基质为云母、长石、石英等矿物，则稀土元素在岩石中的分布会发生何种改变？
问题一：不同矿物REE配分形式有差别，造成的晶体化学因素：
REE元素从La到Lu离子半径次第减小，是REE类质同象替代从La到Lu表现出差别的最主要因素：
（1）LREE一般富集在配位数高的矿物中，如斜长石、单斜辉石、钾长石，HREE一般富集在配位数低的矿物中，如石榴石、锆石、橄榄石、斜方辉石；
（2）LREE一般富集在含Ca、K、Th、Sr的矿物中，HREE一般富集在含Fe、Mn、Sc、Zr、U的矿物中
问题二：HREE 一般富集在配位数较低的矿物中，所以变斑晶中石榴石的HREE 分配系数D 达到10左右原大于HREE 在斜长石、石英、云母中的分配系数，所以HREE 优先富集在石榴石中，导致变斑晶中HREE 含量高。LREE 一般富集在配位数较高的矿物中同时斜长石富集Eu，所以基质中LREE 含量较高，尤其是Eu。
34.简述影响阳离子配位数的影响因素，简述阳离子半径/阴离子半径（R阳离子/R
）的大小和变化对阳离子配位数的制约关系。
阴离子
影响阳离子配位数的因素：几何因素、电荷因素和键性因素
若0.225＜- ＜0.414,则配位数为4,为ZnS型
若0.414＜- ＜0.732,则配位数为6,为NaCl型
若0.732＜- ＜1.0,则配位数为8,为CsCl型
若- ＞1.0,则配位数为12,为CsF型
35.简述Sr/Ba、Sr/Ca、Th/U、Mn/Fe比值对于鉴别海相和陆相沉积物的作用。
●Sr/Ba
淡水相向海相过渡，Sr/Ba增高。淡水沉积物中Sr/Ba通常小于1；海相沉积物中Sr/Ba 大于1；从淡水相向海相过渡，沉积物中Sr/Ba值急剧增大的趋势明显。
●Sr/Ca
湖水和河水以Sr/Ca值低为特征，而海水中Sr/Ca值较前者为大，锶Sr在海水与大洋水中都表明有绝对的和相对的富集。
●Th/U
Th/U比值陆相高、海相低。在风化过程中铀易氧化和淋失，则钍残留在沉积物种或吸附于粘土矿物上，于是在风化物中，如陆相页岩和三水铝土矿中Th/U比值高达7以上，而从水介质中固定出来的黑色页岩、暗色层状硅岩、石灰岩等岩层中Th/U比值不到2。因此可以用Th/U比值来判断海、陆相地层。
●Mn/Fe
海相页岩中Mn/Fe比值比淡水页岩要高很多。
第二部分
一、 推导公式：
1. 批次部分熔融
（1）概念：又称平衡熔融，岩浆中最常见的部分熔融。与此相对的为分离部分熔融，即熔
体一产生就分离出去。
（2）推导公式：
在平衡部分熔融过程中，随着熔融作用的进行，熔体与固相残留相之间，微量元素保持平衡，直至熔出的熔体多到离开熔融区为止。
假如研究对象为一个含有不同组分的总质量为m 0的有限岩石，其中含x 0摩尔的某微量元素i, 当有m L 摩尔的岩石发生熔融，且其中含有x L 摩尔的i 元素:
S S L
初始岩石 残留岩石 熔体
质量 m 0 m S m L
微量元素的摩尔数 x 0 x S x L
微量元素浓度 C 0 C S C L
则x 0=x s +x L
C 0m 0=C s m s +C L m L
C 0=C s
0s m m +C L 0
L m m 令F=0L m m ，则1-F=0s m m C 0=C s （1-F ）+C L F
又C s =DC L
C 0=DC L （1-F ）+C L F
C 0=C L （
D （1-F ）+F ）
0L C C =1(1)D F F
-+ 补充：
（1）当F→0时，矿物中C L /C 0→1/D ，即微量元素在所形成的熔体中的富集或贫化程度最大。随着F 的增大，熔体中微量元素的富集和贫化程度逐渐减少。当岩石全熔时，即F →1时，熔体中元素的浓度与母岩中该元素浓度趋于一致。
（2）总分配系数D i <1的元素称不相容元素，在熔体中富集，但其最大的富集浓度不能超出D=0的曲线，当D=0，C L /C 0=1/F ，这与岩浆分离结晶的情况相同。
（3）总分配系数D i >1的成为相容元素。
2. 分离结晶
矿物在岩浆中晶出存在两种可能的过程：平衡结晶作用和分离结晶作用
平衡结晶作用：在岩浆结晶过程中，结晶析出的矿物不断与熔体反应而达到再平衡，从而
使岩浆在总体成分上保持不变。
分离结晶作用：在分离结晶过程中，一旦有无限小的晶体形成，就从熔体中分离出来，即不与残余熔体再平衡。
分离结晶公式推导：假如研究对象为一个有限的岩浆体系，其质量为m0，某微量元素在m0中的量为x0，则岩浆中该微量元素的初始浓度C0=x0/m0，当有dm的岩浆结晶时，有d的微量元素进入结晶相中，则该固相中微量元素的浓度为C s=dx/dm
根据亨利定律
аi=Kb i(bi→0)
L L S
初始岩浆残留岩浆固相（矿物）
质量m0m L m s→dm s
微量元素的摩尔数x0x L x s→dx s
微量元素浓度C0C L C s
分离结晶公式：C L/C0=F D-1
3.两端元混合的格式：元素-元素图、元素-比值图、比值-比值图。如何检验Rb-
地球化学复习题 绪论 1、地球化学的定义。 答：地球化学是研究地球(包括部分天体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学。 2、地球化学的任务。 答：1）地球及其子系统中元素及其同位素的组成，即元素的分布和分配问题；2）元素的共生组合和赋存形式；3）元素的迁移和循环；4）地球的历史和演化。5）基础理论和应用的发展。 3、地球化学的研究思路和工作方法。 答：研究思路：以化学、物理化学等基本原理为基础，以研究原子（包括元素和同位素）的行为为手段，来认识地球的组成、历史和地球化学作用。工作方法：野外：地质考察+样品采集（代表性、系统性、统计性、严格性）。 室内： --岩矿鉴定 --分析测试：早期容量法、离子色谱法和比色法，现今X射线荧光光谱XRF、ICPAES、--ICPMS、固体质谱、AAS等。 --元素结合形式和赋存状态的研究：化学分析、晶体光学、X射线衍射、拉曼谱、微区分析（电子探针、离子探针）等。 --作用过程的物理化学条件的测定：温度（包裹体、矿物、同位素）、压力、pH、Eh、盐度等。 --自然作用的时间参数：同位素测年。 --模拟实验。 --多元统计计算和数学模型。 4、地球化学学科的特点。 答：1、基础科学成果的应用.2、地质科学的发展.3、更广泛的数字模拟。 第一章太阳系和地球系统的元素丰度 1、对比元素在地壳、地球和太阳系中分布规律的异同点，并解释其原因。 答：相同点：元素的丰度均随原子系数增大而减小。均符合奇偶定律。 不同点：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N a。 原因： 2、研究克拉克值有何地球化学意义。 答：可作为元素集中、分散的标尺。控制元素的地球化学行为。A)影响元素参加地壳中地球化学过程的浓度。B)限定自然界的矿物种类及种属。C) 限制了自然体系的状态。 3、地球各圈层化学组成的基本特征。 答：地壳：①地壳中元素的相对平均含量是极不均一的。②元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。地幔：元素分布不均，铁镁含量增高。地核：铁镍含量占绝大部分，其它元素仅占极少部分。水圈、大气圈和生物圈在地球总质量中所占的比例很小，对地球总体成分的影响不大。 4、陨石研究的意义 答：①它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质；
应用地球化学复习题总结 1、化探：地球化学找矿法简称化探，是以地球化学和矿床学为理论基础，以地球化学分散晕（流）为主要研究对象，利用矿床在形成及以后的变化过程中，成矿元素或伴生元素所形成的各种地球化学分散晕进行找矿的方法。 2、元素的地球化学亲合性：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倾向性。 3、Goldschmit 的元素地球化学分类：亲石元素（即亲岩元素或亲氧元素) 、亲硫元素（即亲铜元素）、亲铁元素、亲气元素、亲生物元素 4、地球化学异常：是相对于地球化学背景区而言的，是指与地球化学背景区相比有显著差异的元素含量富集区或贫化区 5、地球化学指标：指一切能提供找矿信息或者其他地质信息的、能够直接或间接测量的地球化学变量。 6、地球化学场：如果把地球化学背景和发育在其中的地球化学异常当作一个整体看待，元素在该体系中的分布构成了地球化学场。 7、勘查地球化学：是地球化学的实践应用，是一门运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量等实际问题的科学。是研究地球表层系统物质组成与人类生存关系，并能产生经济效益和社会效益的学科。 8、原生环境：指天然降水循环面以下直到岩浆分异和变质作用发生的深部空间的物理化学条件的总和。 9、次生环境（或表生环境）：是地表天然水、大气影响所及的空间所具有物理化学条件的总和。 10、地壳元素丰度：是指地壳中化学元素的平均含量，也称克拉克值，是为了表彰在这方面作出卓越贡献的美国化学家克拉克而命名的。 11、浓度克拉克值（相对丰度）：化学元素在某一局部地段或某一地质体中的平均含量与地壳丰度的比值。 12、矿石浓集系数：矿石的平均品位与该元素地壳丰度之比。 13、最低浓集系数：矿床的最低可采品位与其地壳丰度之比。 14、表生地球化学环境的特点：是一个温度压力低，以含二氧化碳和多组分水为介质的物理化学综合环境。 15、地球化学景观：是指所有影响表生作用的外部元素的总和。 16、景观地球化学：就是研究化学元素在各种景观条件下迁移沉淀的规律。 17、检出限：定义为某一分析方法或分析仪器能可靠地测试出样品中某一元素的最小重量或质量（μg或n g）。
包裹体 包裹体，有的简称为包体。包体是指矿物形成过程中被捕获的成矿介质。它相当完整地记录了矿物形成的条件和历史，是矿物最重要的标型特征之一，可作为译解成矿作用，特别是内生成矿作用的密码 主矿物 主矿物是圈闭流体包裹体的矿物，几乎与所包含的包裹体同时形成 子矿物 正矿物生长过程(或之后)捕获(或沿裂隙浸入)的成矿流体(或熔体)被圈闭在晶体缺陷、窝穴(或愈合裂隙)中与主矿物有相界的物质称为矿物中包裹体,其中的内含物随物理化学条件变化出现的盐析物(固相)谓之子矿物。 负晶形包裹体 负晶形包裹体是矿物中常见的一种包裹体。即：在晶体生长过程中因晶格位错等缺陷产生的空穴被高温气液充填后又继续按原晶格方向生长，形成与宿主矿物晶体形状（宿主矿物：含有包裹体的宝石矿物）相似的孔洞，这种由气液充填的形态与宿主矿物晶体形状相似的孔洞称为负晶或空晶，所形成的包裹体称为负晶形包裹体。 充填度 指包裹体或者富气包裹体中，液相所占的整个包裹体的体积比即为充填度。 均一温度 室温下呈两相或多相的包裹体，经人工加热，当温度升高到一定程度时，包裹体由两相或多相转变成原来的均匀的单相流体，此时的瞬间温度称为均一温度，一般认为代表矿物形成温度的下限，经压力校正后可获得近似的矿物形成温度（包裹体的捕获温度） 盐度 指包裹体中溶解于溶液中的卤化物的质量与液体质量百分比。 1、试述均一法测温的原理 均一温度：均一法（高温-低温）是流体包裹体测温的基本方法。其均一过程有两相水溶液包裹体中液-气相的均一作用和不混溶的H2O-CO2 包裹体的均一状态。液相和气相的均一过程有三种模式： ①均一到液体状态（L+V→L）室温下加热时气相逐渐缩小至最后消失，均一到液相，此时的温度称为均一温度；当温度下降则气相又重新出现，说明包裹体内原先捕获的是较高密度的流体相。 ②均一到气体状态（L+V→V）加热时液相缩小，气相逐渐扩大至充满整个包裹体并均一为气相；当温度下降时则液相又重新出现，说明包裹体内原先捕获的是较低密度的流体相。 ③均一到临界状态（L+V→超临界流体）加热时气相既不收缩也不扩大，而是随着温度的升高液-气相之间的弯月面界线逐渐模糊至消失，均一到一个相，即均一到临界状态，说明这类包裹体是在临界状态下捕获的。 均一法测温的主要仪器是显微加热台，如德国莱兹厂生产的1350 显微加热台、Linkam1500 显微加热台及我国浑江光学仪器厂生产的T1350 显微加热台。近十年来又开发了冷热两用台，如法国南锡的Chaimeca 冷热两用台、英国的Linkam 冷热两用台和美国的Reynolds 冷热两用台。近年来，已发展到可将电视录象等设备与显微冷-热台连接进行包裹体研究，对小于1μm 的包裹体进行测定。
恩《地球化学》练习题 第一章太阳系和地球系统的元素丰度（答案） 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法。 2.简述太阳系元素丰度的基本特征。 3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？ 5.讨论陨石的研究意义。 6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？ 7.阐述地球化学组成的研究方法论。 8.地球的化学组成的基本特征有哪些？ 9.讨论地壳元素丰度的研究方法。 10.简介地壳元素丰度特征。 11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？ 13.概述区域地壳元素丰度的研究意义。 14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法。 15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？ 16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律。 第二章元素结合规律与赋存形式（答案） 1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律。 3.阐述类质同像的地球化学意义。 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法。 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义。 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异，为什么？ 第三章自然界体系中元素的地球化学迁移（答案） 1.举例说明元素地球化学迁移的定义。 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志。 4.元素地球化学迁移的研究方法。 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。 7.简述元素迁移形式的研究方法。 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？ 9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？ 10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响。 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？ 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 13.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 14.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 15.讨论相律及其应用。
应用地球化学考试重点 绪论 1、应用地球化学：运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量的实际问题的学科。地球化学是其理论基础。 2、应用地球化学研究内容： 元素分布与矿产资源 元素在各介质中的含量 元素的分布与分配 地球化学异常与指标 矿床的成因（矿床学为主） 矿床的储量（找矿勘探课程为主） 3、地球化学找矿与其它探矿方法的比较： （1）与地球物理相比，地化方法已成为其有效的辅助手段之一，在评价和解释地球物理异常时，可排除其多解性。 在某种意义上说是一种直接的找矿方法，因而成果的推断解释较物探法简单、直接。 （2）同时，它较地质钻探等投资少。 （3）地质物化探综合运用，则更能提高找矿的效果。 （4）传统的地质找矿方法，以矿物学和岩石学的观察为基础，要求要有可见标志。所以必须要求矿物的粒度在光学显微镜的分辨能力以上。而地球化学方法是依靠分析测试手段探测其微观标志 （5）任何一种找矿方法，都有一个应用条件问题，都要根据研究区地形地貌自然景观条件的不同，以及目标矿种的地球化学特征的不同，选择相宜的方法技术。 4、应用地球化学研究领域 第一章 1、地球化学旋回：地幔物质分异出的岩浆及地壳重熔物质形成的岩浆上升结晶形成岩浆岩，经构造运动进入表生环境，经风化剥蚀，搬运沉积，形成沉积岩，沉积岩经沉降或俯冲作用到达地壳深部，发生变质或重熔作用，形成岩浆，完成一个大循环。 2、常组组分分布特征： 地壳的物质成分与上地幔最有成因联系。起源于地幔。 地壳：便于采样→数据较多。 地幔：不能采样→数据少。 遵循化学计量原则形成自然矿物
地壳：易熔的硅铝长英质成分（Si、Al、Ca）和Ｋ、Na、水增加，以长英质浅色矿物为主。 地幔：难熔组分Mg、Fe、Ni、Co、Cr；以铁镁暗色矿物为主。 岩石圈中十余种常量元素占总量的绝大部分。 常量元素在地壳中总量占99. 9%以上 3、微量元素的分布规律：（判断/填空） 不受化学计量原则控制 ?微量元素分布服从概率分布规律，既有随机性，又有统计性。 ?从地核到地壳的垂直方向上，分散在结晶矿物中的微量元素在地球化学旋回中产生了分异作用，有些元素(亲石元素)具有明显的从地核，下地幔向上地幔，最终在地壳中富集。 ?微观上受元素类质同象置换条件制约，少部分以超显微非结构混入物（在矿物结晶生长时混入晶格缺陷或机械包裹）。 ?宏观上受元素分配系数制约，以某种统计规律反映富集贫化趋势。 元素的地球化学分类 4、谢尔巴科夫分类方法： 谢尔巴科夫用元素的向心力和离心力描述这种向地球外圈贫化或富集的趋势 谢尔巴科夫分类方法：向心元素、最弱离心元素、弱离心元素、离心元素 ?每次重熔，不相容元素和相容元素都产生一次分离，从而使晚期的岩浆较早期的岩浆更富集不相容元素。5、巴尔科特把岩浆岩演化的这种规律总结为极性演化，即酸性岩越来越酸性，基性岩越来越基性。这为矿产评价 与找矿提供了思路，即在时代最新的花岗岩类岩体中寻找不相容元素的矿床。 6、戈尔德施密特提出划分为亲铁、亲硫(亲铜)、亲氧(亲石)、亲气、亲生物元素的分类方案 7、从超基性岩到酸性岩，还具有由相容元素组合变为不相容元素组合的特征。 8、正常分布与异常分布： 一般将遵从常规、不悖常理、无特别异举即为正常，其核心是从众，相反即为异常。 地球化学的正常分布，也就是某一空间中多数位置上元素含量所具有的相对波动不大的特征。 地球化学中的异常，是指某一区段的地球化学特征明显不同于周围无矿背景区的现象。 9、背景区元素含量：背景上限、背景值、背景下限 10、把异常区内高于正常上限Ca的样品数n’与总样品数n的比值n’/n称为异常率。 异常率的大小，不仅与成矿作用的强度、规模有关，成矿作用越强，越接近矿化中心，异常率越高。 11、背景值分为四级：全球的背景值、地球化学省的背景值、区域的背景值、局部的背景值。 12、地球化学省：在地壳的某一大范围内，某些成分富集特征特别明显，不止是一两类岩石中元素丰度特别高，而 且该种元素的矿床常成群出现，矿产出现率也特别高。通常将地壳的这一区段称为地球化学省。地球化学省实质上是一种地球化学异常，它是以全球地壳为背景的规模巨大的一级地球化学异常。 13、地球化学指标：是指一切能提供地球化学信息或地质信息的，能直接或间接测定的地球化学变量。地球化学指 标在三度空间和时间上的分布与演化称为地球化学场。 14、地球化学场有以下特征： （1）与地球物理场相比，它没有严格的数学公式或化学定律进行准确的描述、推断、或延拓，它是具体点上地球化学环境（化学、热力学、动力学）综合制约的结果，可以定性推测而不能准确推算。 （2）地球化学场是一个连续的非均匀场。 （3）地球化学场是一个不可逆动态演化的非稳定场。 （4）地球化学场的指标不具有传递性。 15、地球化学障：凡是浓度梯度极大值所在的点，叫做地球化学障，其实质就是地球化学环境发生骤然变化，元素 活动性发生急剧改变的地段（A·И·彼列尔曼）。它是一种地球化学环境的边界。 16、50年代阿伦斯（1954，1957）提出常量元素服从正态分布，微量元素服从对数正态分布规律，概括了当时最 有影响的认识。地质体中元素含量的概率分布型式与该地质体经历的地质作用过程有关。 维斯捷里斯(V.B.Visteeius.1960)的“地球化学过程的基本定律”最有代表性：单一地球化学过程所形成的地质体，元素含量服从正态分布；由数个地球化学作用过程叠加所形成的复合地质体中元素含量偏离正态分布，并且多为正偏分布（其中有些服从对数正态分布）。
矿床地球化学国家重点实验室分析测试项目价格表（试行）文章来源：矿床地球化学国家重点实验室发布时间：2011.08.16
一）理化检测 序号 检验方法 计量单位 收费标准 （元/个数据） 备 注 1 感观指标 每个数据 3 1、按《水和废水监测分析方法》、《空气和废气 监测分析方法》的规定进 行水、气、土壤、底质等 理化检验。 2、分析需使用原子吸收、等离子色谱、原子荧光、测汞仪、离子发射光谱仪、气相色谱、色-质联机、液相色谱、高分辨气相色谱/质谱法等大型仪器的，样品总数少于（不含）10个时加收30%，样品总数50个样（不含50个）以上时，按收费标准的70%收取，样品总数100个样（不含100个）以上时，按收费标准的50%收取。 2 温度计 每个数据 5 3 稀释、对比法 每个数据 15 4 pH 计 每个数据 15 5 电导仪 每个数据 15 6 溶氧仪 每个数据 15 7 酸碱滴定法 每个数据 35 8 络合滴定法 每个数据 50 9 碘量法 每个数据 50 10 电极法 每个数据 60 11 分光光度比色法 每个数据 60 12 重量法 每个数据 60（有机溶剂蒸发100元） 13 离子色谱法 每个数据 80 14 紫外光度法 每个数据 80 15 红外光度法 每个数据 80 16 荧光光度法 每个数据 80 17 火焰光度法 每个数据 80 18 测硫仪 每个数据 80 19 五日培养法 每个数据 100 20 原子吸收法 每个数据 100 15 气相色谱法 每个数据 100 21 高压液相色谱法 每个数据 250 22 色-质联机 每个数据 260 23 三点比较法（恶臭） 每个数据 500 24 气体专用分析仪 每个数据 80（不另收采 样费） 25 等离子发射光谱法 （ICP ） 每个数据 180 26 高分辨气相色 一般有 每个数据 1000
第7章生物地球化学循环第1节土壤的组成 第2节土壤的性质 第3节物质循环与土壤形成 第4节土壤分类与土壤类型 第4节生态系统的组成与结构 第6节生态系统的能量流动 第7节生态系统的物质循环 第8节地球上的生态系统
引子：生物地球化学循环概述 一、何谓生物地球化学循环？ 1.概念：生命有机体及其产物与周围环境之间反复 不断进行的物质和能量的交换过程。 2.过程：物能的吸收-同化-排放-分解-归还-流失 3.性质：非封闭的循环（进入土壤、岩层、海底） 4.主体：生物和土壤 5.循环的介质：水和大气 二、人类对生物地球化学循环的影响 1.大气、水体、土壤的污染 2.污染物质的迁移、转化和集散 3.对人类健康的威胁
第1节土壤的组成 引言：土壤与土壤肥力 1. 土壤：在陆地表层和浅水域底部、由有机和无机物质组成、具有肥力、能生长植物的疏松层。 2.土壤的本质是肥力，指土壤中水、热、气、肥（养分）周期性动态达到稳、匀、足、适地满足植物需求的能力。 3. 土壤是一种类生物体 代谢和调节功能比生物弱（如温度） 不具有生长、发育和繁殖的功能 不具有功能各异的器官
一、土壤的无机组成 1. 原生矿物：在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶构造的造岩矿物。 土壤中各种化学元素的最初来源； 土壤矿物质的粗质部分； 经化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需养分。 2. 次生矿物：岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，如粘土矿物。 土壤矿物质中最细小的部分； 具有吸附保存呈离子态养分的能力，使土壤具有一定的保肥性。
二、土壤的有机组成 1.原始组织：包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。 土壤有机部分的最初来源 2.腐殖质：有机组织经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的、比较稳定的分解产物，呈黑色或棕色，性质上为胶体状（颗粒直径<1μm）。 具有极强的吸持水分和养分离子的能力，少量的腐殖质就能显著提高土壤的生产力。
地球化学找矿习题集 一、填空题 1．地球化学找矿具有对象的微观化，分析测试技术是基础，擅于寻找隐伏矿体和准确率高、速度快、成本低。的特点。 2．地球化学找矿的研究物质主要是岩石、土壤、水系沉积物、水、气体和生物。 3．地球化学找矿的研究对象是地球化学指标（或物质组成）。 4.应用地球化学解决地球表层系统物质与人类生存关系。 5.应用地球化学研究方法可以分为现场采样调查评价研究与实验研究。 6.元素在地壳的分布是不均匀的，不均匀性主要表现在空间和时间两方面。 7.克拉克值在0.1％以下的元素称为微量元素，其单位通常是ppm（或10-6）。 8.微量元素的含量不影响地壳各部分基本物理、化学性质，但是在特定的条件下，可以富集而形成矿床。 9.戈尔德施密特根据元素的地球化学亲和性，将元素分为亲铁元素、亲硫（亲铜）元素、亲氧（亲石）元素、亲气元素和亲生物元素。 10.元素迁移的方式主要有化学-物理化学迁移、机械迁移和生物-生物化学迁移。 11.热液矿床成矿过程中，成晕元素主要呈液相迁移，迁移方式主要有渗透迁移和扩散迁移两种。 12．影响元素沉淀的原因主要有PH变化、Eh变化、胶体吸附、温度变化和压力变化。 13.地壳中天然矿物按阴离子分类，常见有含氧化合物、硫化物、卤化物和自然元素。 14.地球化学异常包括异常现象、异常范围、异常值三层含义。 15.地球化学省实质是以全球地壳为背景的规模巨大的一级地球化学异常。 16.地壳元素的丰度是指地壳中化学元素的平均含量，又称为克拉克值。 17.地壳中元素的非矿物赋存形式包括超显微非结构混入物、类质同象结构混入物、胶体或离子吸附和与有机质结合。
高等地球化学读书报告 关键词：地球化学研究方法同位素 摘要：主要介绍了地球化学的研究方法，研究领域以及解决的一些问题，着重介绍了同位素地球化学。 地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学，它是地质学与化学、物理学相结合而产生和发展起来的边缘学科。作为一门独立的学科，地球化学的研究对象是地球中的原子，研究地球系统中元素及同位素的组成，元素的共生组合和赋存形式问题，元素的迁移和循环，地球的历史和演化。其学科特点是研究的主要物质系统是地球、地壳及地质作用体系。着重研究地球系统物质运动中物质的化学运动规律。研究原子的自然历史，必然联系到元素自身的性质及其所处的热动力学条件。与有关学科密切结合和相互渗透，使得地球化学的研究范畴不断扩大，并繁衍出众多分支学科。运用学科自身的知识、理论、研究思路和工作方法研究矿产资源、资源利用以及农田、畜牧、环境保护等多方面的问题。我国地球化学工作主要开始于20世纪50年代，最初是进行大规模的土壤分散流和基岩地球化学测量。20世纪80年代至今，随着我国地球化学专业队伍的迅速扩大，一批新的地球化学研究所和研究中心相继建立，并建立了一批具有先进测试设备和技术的实验室和计算中心。成矿作用地球化学、勘查地球化学、同位素地球化学、微疾元素地球化学、实验地球化学、环境地球化学、有机地球化学以及陨石化学、宇宙化学、岩石圈地球化学等多领域的研究已全面展开，目前我国地球化学研究已逐渐进入到与国际合作研究并同步发展的阶段。 一．基本内容 地球化学主要研究地球和地质体中元素及其同位素的组成，定量地测定元素及其同位素在地球各个部分(如水圈、气圈、生物圈、岩石圈)和地质体中的分布；研究地球表面和内部及某些天体中进行的化学作用，揭示元素及其同位素的迁移、富集和分散规律；研究地球乃至天体的化学演化，即研究地球各个部分，如
地球化学赵伦山张本仁 韩吟文马振东等 P 1：地球化学基本问题) P 5：克拉克值，地球化学发展简史（几个发展阶段） P31：元素丰度，表示单位元素在地壳平均化学丰度―――确定方法，克拉克值， P37：元素克拉克值的地球化学意义 P68：类质同象和固溶作用 P81：元素的赋存状态――1，5种 P88: 元素迁移 P 123: 相律 P169: 衰变定律 P181：痕量元素地球化学，稀土元素的研究方法和意义（痕量元素=微量元素） 复习内容及答案汇总 一、地球化学研究的基本问题、学科特点及其在地球科学中的地位（P1－） 地球化学是研究地球及相关宇宙体的化学组成、化学作用和化学演化的科学，在地球化学发展历史中曾经历了较长时间的资料积累过程，随后基于克拉克、戈尔施密特、维尔纳茨基、费尔斯曼等科学家的出色工作，地球化学由分散的资料描述逐渐发展为有系统理论和独立研究方法的学科。目前地球化学已发展成为地球科学领域的重要分支学科之一，与岩石学、构造地质学等相邻学科相互渗透与补充，极大地丰富了地球科学研究内容，在地质作用过程定量化研究中已不可或缺。 地球化学的研究思路和学科特点是：（1）通过分析常量、微量元素和同位素组成的变化，元素相互组合和赋存状态变化等追索地球演化历史；（2）利用热力学等现代科学理论解释自然体系化学变化的原因和条件，探讨自然作用的机制；（3）将地球化学问题置于地球和其子系统（岩石圈、地壳、地幔、地核等）中进行分析，以个系统的组成和状态约束作用过程的特征和元素的行为。 围绕原子在自然环境中的变化及其意义，地球化学研究主要涉及四个基本问题：（1）研究地球和动质体中元素和同位素的组成；（2）研究元素的共生组合和赋存形式；（3）研究元素的迁移和循环；（4）研究元素和同位素迁移历史和地球的组成、演化历史、地球化学作用过程。 二、简述痕量元素地球化学研究解决的主要问题 痕量元素地球化学理论使许多地质难题迎刃而解，其可解决的主要问题有：
成矿物质来源及其研究方法开发矿产资源方面的成就, 现在比以往任何时候都更加依赖于对地球化学异常实质的 认识, 地化异常表现为金属的局部富集, 即所谓的金属矿床。从这个公认的原则中可以看出, 必须解决三个基本的问题:金属及其伴生元素是从哪里来的, 它们是怎样、通过什么样的途径迁移到地壳中来的多在什么地方、什么条件下它们停止了迁移, 从而留下了有价值的东西。换言之, 需要重视一般成矿作用的三个部分: 成矿物质的来源, 这些物质的迁移以及这些物质的堆积。研究成矿物质来源可以通过多种途径来解决，其中包括地质学方法、稳定同位素地球化学、矿物包裹体地球化学、稀土元素地球化学和成岩成矿模拟实验等方法。 大多数学者都承认, 含矿接液原则上可能来自冷却了的岩浆, 或者来自沉积岩和火山 一沉积岩(这些岩石中分散的金属在变质作用过程中得以富集), 或者来自地球的深部—上 地慢。在分析现有资料(包括作者在不同矿区工作过程中所取得的资料) 的基础上,我们试图对上述各种成矿物质来源作出评价。 一．成矿物质来源与含矿建造 现代矿床学研究表明，多数矿床，尤其是非成岩矿产矿床都具有成矿物质多来源的特征，重视成矿物质多来源是矿床学地球化学的研究趋势。成矿物质来源对探讨矿床成因、成矿规律以及指导地质找矿具有较大的理论和实际意义。同时研究发现，许多矿床成矿作用具有复合成矿的特点，常不是一次成矿作用完成的，而是经过了预富集到再富集成矿的多次地质作用完成的。我们把预富集阶段形成的成矿物质丰度较高的岩石组合称为含矿建造，含矿建造是包含一系列含矿岩石与非含矿岩石的岩石系列，包括沉积岩、变质岩和岩浆岩。含矿建造中有一部分是成矿元素的富集岩，一部分是具有与矿化有关的矿化剂元素[2]，如S、Cl、F、C等[1]。 而根据矿床学研究成矿物质来源分为直接来源与间接来源。直接由地幔岩浆、花岗岩浆或沉积介质提供成矿物质到矿床中的物质来源称为直接来源，由幔源、壳源固结岩石，即矿源层或矿源岩提供成矿物质所反映出的幔源或壳源来源特征，称为间接物质来源。 对于成岩矿产成矿物质来源可能更多地反映直接物质来源，而对于非成岩矿产，由于其经过多次富集成矿，其物质来源特征可能更多反映间接物质来源[4]。 1.成矿元素（“矿质”）的来源
水文地球化学习题 第一章 第二章水溶液的物理化学基础 1．常规水质分析给出的某个水样的分析结果如下（浓度单位：mg/L）： Ca2+=93.9；Mg2+=22.9；Na+=19.1；HCO3-=334；SO42-=85.0；Cl-=9.0；pH=7.2。求： （1）各离子的体积摩尔浓度（M）、质量摩尔浓度（m）和毫克当量浓度（meq/L）。 （2）该水样的离子强度是多少？ （3）利用扩展的Debye-Huckel方程计算Ca2+和HCO3-的活度系数。 2．假定CO32-的活度为a CO32- =0.34?10-5，碳酸钙离解的平衡常数为4.27?10-9，第1题中的水样25℃时CaCO3饱和指数是多少？CaCO3在该水样中的饱和状态如何？ 3．假定某个水样的离子活度等于浓度，其NO3-，HS-，SO42-和NH4＋都等于10-4M。反应式如下： H+ + NO3- + HS- = SO42- + NH4＋ 问：25℃和pH为8时，该水样中硝酸盐能否氧化硫化物？ 4．A、B两个水样实测值如下（mg/L）： 组分Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-NO3- A水样706 51 881 310 204 4 5．请判断下列分析结果（mg/L）的可靠性，并说明原因。 组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-pH A水样50 6 60 18 71 96 183 6 6.5 B水样10 20 70 13 36 48 214 4 8.8 6．某水样分析结果如下： 离子Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-CO32-HCO3-含量(mg/l) 8748 156 228 928 6720 336 1.320 试计算Ca2+的活度(25℃)。 4344 含量（mg/l）117 7 109 24 171 238 183 48 试问： （1）离子强度是多少？ （2）根据扩展的Debye-Huckel方程计算，Ca2+和SO42－的活度系数？ （3）石膏的饱和指数与饱和率是多少？ （4）使该水样淡化或浓集多少倍才能使之与石膏处于平衡状态？ 8．已知温度为298.15K（25℃），压力为105Pa（1atm）时，∑S=10-1mol/l。试作硫体系的Eh-pH图（或pE-pH图）。 9．简述水分子的结构。 10．试用水分子结构理论解释水的物理化学性质。 11．温、压条件对水的物理、化学性质的影响及其地球化学意义。 12．分别简述气、固、液体的溶解特点。
1、应用地球化学的概念:它是一门运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量等实际问题的学科。简而言之，是研究地球表层系统物质组成与人类生存关系，并能产生经济效益和社会效益的学科。 2．用地球化学的研究内应容及方法 （1）矿产勘查地球化学方面，研究成矿元素及其伴生元素的空间分布规律与矿产的联系。研究元素在集中分散过程中与矿体周围各类介质中形成的地球化学异常与矿床的联系，异常形成机制、影响因素、发现异常和解释评价异常的方法技术。 （2）环境地球化学方面，研究对人类生存与发展、对人类健康有影响的化学元素的分布分配及其存在形态。 （3）农业土壤地球化学方面，研究对作物生长有益或必需元素在土壤中的丰缺程度以及有毒、有害元素在土壤中的富集程度。 （4）研究一切化学元素及其化合物在地球表层系统中的分布分配、活动演化可能给人类生存带来直接或间接影响，例如地震、地热、环境改造与治理，利用地球化学作用于土壤改良、土壤施肥等等。 应用地球化学的研究方法基本可分为两方面，其一是现场采样调查评价研究，其二是实验研究。 ①地质观察与样品采集； ②样品加工及分析测试； ③数据的统计分析； ④地球化学指标及异常研究； ⑤地球化学图表的编制； ⑥异常评价及验证、探矿工程布置；资料研究，指导农业种植结构调整，地 方病发病机理研究及环境问题研究等。 3、第四套应用地球化学方法命名系统：地球化学岩石测量、地球化学土壤测量、水系沉积物测量、水化学测量、地球化学气体测量和地球化学生物测量。 4、丰度值一般均在10-2％以上元素称之为“常量元素”。 丰度均在10-2％以下。故称之为“微量元素”。常用重量百万分率（10-4％）表示，书写用ppm（part per million）代表。 lppm=10-6=10-4％=0.0001％=1
中国地质大学（北京） 课程期末考试 作业
矿床地球化学作业（一） 根据下列给定的火山岩岩石化学数据计算火山岩的特征参数，并作出图解，分析火山岩岩石系列和形成环境（参考岩石矿床地球化学教材第三章计算方法）。 原数据中火山岩岩性有流纹斑岩、杏仁状流纹斑岩、角砾岩和硅化角砾岩。共有样品18个，数据包括样品全分析与部分微量元素。全析中大多样品SiO2含量大于63%，样品岩性以流纹岩为主。 根据样品全分析数据计算出的火山岩的各类特征参数如表1表示，先将样品数据进行CIPW 标准矿物计算，其中氧化铁调整方法为TFeO=FeO+0.8998Fe2O3，所计算出的标准矿物均为重量百分含量，则可得出各矿物分异指数(DI) = Qz + Or + Ab + Ne + Lc + Kp。其中固结指数为(SI) =MgO×100/(MgO+FeO+F2O3+Na2O +K2O) (Wt%)。里特曼指数算式为σ43=(Na2O+K2O)^2/(SiO2-43)，据表里特曼指数多位于1.8-3.3显示为钙碱性，由于原岩多数SiO2含量较高，里特曼指数确定出的钙碱度准确度差。碱度率(AR) =[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO- (Na2O+K2O)] (Wt%)，当SiO2>50%, K2O/Na2O大于1而小于 2.5时, Na2O+K2O=2*Na2O，本例以碱度率对样品碱度进行判别，由表可知，杏仁状流纹斑岩的碱度率都为1-3，显示钙碱性，流纹斑岩为3.3-5显示出弱碱性。 图1 样品SiO2-K2O+Na2O 图解 Pc－苦橄玄武岩；B－玄武岩；O1－玄武安山岩；O2－安山岩；O3－英安岩；R－流纹岩；S1－粗面玄武岩；S2－玄武质粗面安山岩；S3－粗面安山岩；T－粗面岩、粗面英安岩；F－副长石岩；U1－碱玄岩、碧玄岩；U2－响岩质碱玄岩；U3－碱玄质响岩；Ph－响岩；Ir－Irvine 分界线，上方为碱性，下方为亚碱性。
中国地质大学《地球化学》练习题及答案 中国地质大学《地球化学》练习题绪论 1. 概述地球化学学科的特点。2. 简要说明地球化学研究的基本问题。3. 简述地球化学学科的研究思路和研究方法。4. 地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。第一章太阳系和地球系统的元素丰度 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法 2.简述太阳系元素丰度的基本特征.3.说说陨石的分类及相成分的研究意义.4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？5.讨论陨石的研究意义.6. 地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？7. 阐述地球化学组成的研究方法论.8. 地球的化学组成的基本特征有哪些？9. 讨论地壳元素丰度的研究方法.10.简介地壳元素丰度特征.11. 地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？13.概述区域地壳元素丰度的研究意义.14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法.15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律. 第二章元素结合规律与赋存形式1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律. 3.阐述类质同像的地球化学意义. 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法. 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义. 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。为什么？ 第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移 1.举例说明元素地球化学迁移的定义. 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志. 4.元素地球化学迁移的研究方法. 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义. 7.简述元素迁移形式的研究方法. 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响. 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 第四章地球化学热力学和地球化学动力学 1.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 2.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 3.讨论相律及其应用。 4.编制相图的原理和方法。 6.简述化学反应制动原理的宏观解释7.简述热力学在地球化学中的应用。8.简述地球化学热力学与地球化学动力学的异同。9. 简述水溶液中元素的迁移方式。第五章微量元素地球化学 1.什么是微量元素地球化学？其研究意义是什么？ 2.了解微量元素地球化学的研究思路及研究方法。 3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？微量元素的主要存在形式有哪些？ 4.阐述能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。 5.稀土元素的主要特点是什么？其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？。 6.讨论稀土元素的研究意义。7.你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？8 根据微量元素的特点,说明那些元素适合于研究沉积岩物源区特征,为什么? 第六章同位素地球化学 1. 同位素地球化学在解决地学领域问题中有何独到之处？ 2. 何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。 3. 选择同位素标准样品的条件。 5. 造成稳定同位素组成变化的原因是什么？ 6. 放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。
1，应用地球化学：研究地球表层系统的物质组成与人类生存关系，并能产生经济效益和社会效益的学科 2，不相容元素：是指那些在结晶分异过程中倾向于残余流体相中聚集的元素。 3，相容元素：相容易进入结晶相而在残余流体中迅速降低的元素 4，亲和性：地球化学上把阳离子有选择的与阴离子结合的倾向性称为元素的亲和性。 5，戈尔德斯密特分类：亲铁元素（Au，Ge Sn C P Fe Cr等）亲硫元素（Cu Ag Zn Hg）亲氧（Li Na K Rb Cs等）亲气（H C N O I等）亲生物（H C N O P S d） 6,正常分布：是某一空间中多数位置上元素含量所具有的相对波动不大的特征。 7，异常分布：是指矿化区段的地球化学特征明显不同于周围无矿背景区的现象，包含了三方面的含义：地球化学特征不同，具有一定的空间范围，元素含量或地球化学指标值偏离背景值，简言之，由异常现象异常范围，异常值三层含义构成。 8背景值：背景区n件样品的平均值。 9，地球化学省：地壳中金属矿产分布是不均匀的，在地壳的某一大范围某些成分富集特别明显，该区域不止是一两类岩石中该元素丰度特别高，该种元素的矿床常成群出现，而且在历史演化中，该种元素的矿床常成群出现而且在历史演化中，该元素的矿产出现率也特别高，通常将地壳的这一区段称为地球化学省。 10，地球化学指标：是指一切能够提供找矿信息或其他地址信息的能够直接或间接测量的地球化学变量。 11，我们把地球化学指标i在三度空间和时间上的分布与演化称为地球化学场。 12变化系数是相对于一个单位均值的百分变化率，它反映了这组数据的均匀性程度。 13原生环境，指天然降水循环面以下知道岩浆分异和变质作用发生的深部空间的物理化学条件总和。 14次生环境：是地表天然水，大气影响所及的空间所具有的的物理化学条件的总和。 15克拉克值：地壳元素丰度是指地壳中化学元素的平均含量，又称克拉克值。 16浓度克拉克值：化学元素在某一局部地段或某一地质体中的平均含量与地壳丰度之比叫做相对丰度，也叫浓度克拉克值。 17最低浓度系数：矿石的平均品位因不同矿床而异，进而采用最低可采集品位与其地壳丰度之比，称为最低浓度系数 18岩石及矿石风化后，主要呈三种形式存在：残余的原生矿物，在表生环境中稳定存在的次生矿物以及被循环水带走的可溶性物质。 19采样单元：元素在地球化学场的分布是不均匀的，研究区按一定面积分割成若干足够小的单元时，可以近似把这一单元内元素看作是均匀分布的，这个最小单元，叫做采样单元。20化学分析：是一种经典的传统分析方法。由于化学反应通常是在溶液体系中进行的，因此这种分析方法被称为湿法分析，常用到的有容量法，比色分析法，和重量法。 21样品分析方法分为两大类：化学分析和仪器分析。 22确定背景值与异常界限的方法可归为图解法（剖面图解法，直方图揭发，概率格纸图解法多重母体分解法）和计算法两类。 23、分配系数：元素在矿物晶体中浓度分数与在熔体相中的浓度分数之比，常用它来定量刻划微迹元素在两相中的分配特征。 22、指示元素：就是天然物质中能够提供找矿线索和成因指示的化学元素。 23、描述地球化学异常的参数：异常峰值—异常中的量高含量值；平均异常强度—异常范围里元素含量的平均值；异常衬度—异常清晰度的度量，也叫异常清晰度；异常连续性，异常的均匀性，异常渐变性。线金属量—根据一条测线来估算矿化强度的参数，它是异常范围里，各采样点元素的剩余含量与该点所控制的距离乘积之和；面金属量—根据一个异常面积来估
中国地质大学(北京)成人高等教育试卷 ( 2014 / 2015学年二学期) ( 应用地球化学) ( A ) 函授站：云南国土资源职业学院学习形式：函授□夜大□脱产□ 考核方式：考试□考查□层次：□高起本□专升本□高起专□高职考试形式：闭卷□开卷□机试□笔试□(统考、非统考) 专业年级______________________学号________________ 姓名____________ 一、填空题（每空2分，共28分） 1. 一项完整的地球化学调查，一般可以分为三个阶段：、 、。 2. 目前，背景值及背景上限的确定方法有、、 、。 3. 常用的地球化学指标种类有、、、 、。 4. 根据异常与赋存介质形成的相对时间关系可以分为和。 二、是非判断（对－√，错－×，不一定－O，每题1分，共10分） 1、背景区就是没有受到人为污染的地区（） 2、屏障植物是地植物异常中指示较好的指示植物（）； 3、水系沉积物的地球化学异常形态是线状的（） 4、元素平均含量相同的两个地质体具有同源性（） 5、原生晕就是赋存于岩石中的地球化学异常（） 6、叠加晕和多建造晕具有相同的成晕成矿过程（） 7、按勒斯特水系分级规划，一个二级水系与两个一级水系合并后属三级水系（） 8、成矿作用可以造成比矿体大得多的原生晕（）9、矿体穿越潜水面时会表现季节性的水化学异常（） 10、轴向分带是原生晕空间分带的重要类型之一（） 三、名词解释（每题3分，共18分） 1. 表生环境： 2. 检出限： 3. 多建造晕： 4. 上移水成异常： 5. 面金属量 6. 原生晕：
四、简答题（共21分） 1.简述土壤地球化学测量在找矿中的应用（9分） 2.异常评价的依据主要有哪些？（12分） 五、论述题（共23分） 1. 如何在各种介质中取到有代表性的样品。（23分）
石油地质学思考题 第一章石油、天然气及油田水的成分和性质 一、解释概念：石油，天然气，正烷烃分布曲线，生物标志化合物，石油的荧光性，石油的旋光性，气藏气，气顶气，凝析气，油田水，矿化度。 二、回答问题 1.石油的元素组成和化合物组成有哪些特征？ 2.正烷烃分布曲线的特征取决于哪些因素？ 3.什么是石油的组分组成和馏分组成？ 4.你所了解的常见生物标志化合物有哪些？ 5.如何对石油进行分类？试述石油的地球化学分类方案及各类的成分特点。 6.海相油和陆相油在化学组成上有何区别？ 7.化学成分、温度、压力等对石油的颜色、比重、粘度等有何影响？ 8.石油、天然气的溶解性各有何特点？ 9.为什么石油具有荧光性？ 10.为什么石油具有旋光性？ 11.与常规油相比，重质油和沥青砂在物理性质和化学特征上有何特别之处？ 12.天然气有哪些产状类型？ 13.油田水的赋存状态和来源有哪些？ 14.油田水的主要化学组成有哪些？如何对油田水进行水型划分？水型与环境有何关系？ 12.碳、氢同位素丰度表示方法如何？石油、天然气的碳氢同位素组成有何特征？ 13. 海相与陆相石油的基本区别。 14.某油田水分析结果如下（毫克当量数/升）： Cl ：16.12, SO4：1.55, HCO3：16.05, Na 4：0.0, Mg： 0.2, Ca ：0.15;试确定其水型。 第二章现代油气成因理论 一、概念：干酪根沥青成熟温度门限深度门限温度生油窗液态窗（液态石油存生）石油的死亡线 TTI 石油热裂解石油热焦化湿气指数二次生油生油岩生油层生油层系剩余有机碳氯仿沥青“A”总烃含量细菌气生物气煤层气煤型气煤成气煤气发生率低熟油 二、回答问题 1. 石油成因说有几大学派，各自的实质是什么？ 2. 早晚有机成因说的区别是什么？ 3.生油的原始物质是什么？为什么？ 4.直接生油物质是什么？其结构和成分有什么特点？根据化学成分将干酪根分几种类型，各自是什么？根据干酪根的H/C，O/C你能区分其类型吗？ 5. 油气生成需要什么样的岩相古地理环境和大地构造条件 6. 细菌、催化剂和放射元素在油气生成过程中都起什么作用？ 低熟油气的成因机理有哪些？