地球化学复习答案

1、地球化学的研究思路和方法：

研究思路：见微而知著，即通过观察原子之微，以求认识地球和地质过程之著。

研究方法：一、野外阶段：1)宏观地质调研。明确研究目标和任务，制定计划；2)运用地球化学思维观察认识地质现象；3)采集各种类型的地球化学样品。二、室内阶段：1)“量”的研究，应用精密灵敏的分析测试方法，以取得元素在各种地质体中的分配量。元素量的研究是地球化学的基础和起点，为此，对分析方法的研究的要求：首先是准确；其次是高灵敏度；第三是快速、成本低；2)“质”的研究，即元素的结合形式和赋存状态的鉴定和研究；3)地球化学作用的物理化学条件的测定和计算；4)归纳、讨论：针对目标和任务进行归纳、结合已有研究成果进行讨论。

2、举例阐述“量”“质”“动”之间的内在联系：

地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中的分布（丰度）、分配问题，也就是地球化学体系中“量”的研究。元素的结合形式和赋存状态，简而言之为“质”的研究。地球内部的各研究元素的迁移，简而言之是“动”的研究，也就是元素在自然作用体系中的含量和存在形式在时间、空间上的变化。各种原子的结合和存在形式不是任意的、静态的，而是有条件的、变化的。

从定义的深入理解，我们可以将自然界元素的丰度(量)和元素赋存形式（质）与元素迁移（动）的关系联系起来，一是事实基础，另一是理论指导。

查明元素在不同地区、地质体、岩石和矿物的分布、分配、集中、分散及赋存形式的实际情况，是研究元素地球化学迁移的事实基础；而搞清楚元素迁移的途径、机制和物理化学条件，则又是阐明元素分布、分配、集中、分散规律的理论指导。

3、简述元素的丰度、分配之间的关系：

丰度：指元素在各种宇宙体或地质体（太阳、星星、云石、地球、地壳等）中的平均含量。体系中元素的丰度值实际上只能对这个体系里元素真实含量的一种估计，它只反映了元素分布特征的一个方面，即元素在一个体系中分布的一种集中（平均）倾向；元素在一个体系中的分布，特别是在较大体系中决不是均一的。

元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域区段中的含量。分布是整体，分配是局部，两者是一个相对的概念，既有联系也有区别.化学元素在地球中的分布，也就是元素中的各圈层分配的总和，而元素的构成地壳的各构造层及各类型岩石中的分布，则又是元素咋地壳中各子体中分配。

4、地壳中元素的赋存形式：

元素赋存形式是指元素在一定的自然过程或其演化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系。元素的赋存形式的含义应包括元素的赋存状态和元素的存在形式。

1.元素在固相中的存在形式：

①独立矿物（肉眼或显微镜下可分辨的矿物，粒径>0.001mm)

②类质同象(即结构混入物，不同元素或质点占据相同的晶格结点位置、而晶格类型和晶格常熟不发生明显变化）

③超显微非结构混入物（或称为超显微包裹体：被包裹在其他矿物中，粒径小于0.001mm）

④吸附（胶体、晶体表面或解理面上由于电荷不平衡而吸附异性离子）

⑤与有机质结合（元素加入到有机物中或者微量元素与有机物结合形成金属有机化合物或金属有机络合物）

另同种元素在同一类地质体中可有多种存在形式；元素的存在形式可随环境的变化而变化。

2.元素在水流体相（真溶液）中的存在形式：

颗粒物、胶体、絮状物、分子（分子聚集体）、离子。在真溶液中则仅包括分子（分子聚集体）和离子。

5、研究类质同象的意义：

定义：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变。

意义：无论主量元素或微量元素都可以发生类质同象，这决定了自然界几乎没有纯化合物。类质同像是自然界化合物中一种十分普遍的现象，它是支配地壳中元素共生组合的一个重要因素，特别是对一些微量元素，是决定它们在自然界活动状况的主要因素。1)确定了元素的共生组合（包括微量元素和常量元素间的制约、依赖关系）；2)决定了元素在共生矿物间的分配；3)支配微量元素在交代过程中的行为；4)类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志；5)标型元素组合；6)影响微量元素的集中或分散（晶体化学分散或残余富集）；7)为地质找矿及环境研究服务。

6、元素的地球化学亲和性及其分类：

元素的地球化学亲和性：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。

在地球系统中，丰度最高的阴离子是氧，其次是硫；在地球系统中能以自然金属形式存在的丰度最高的元素是铁。因此，在自然体系中元素的地球化学亲和性主要有：亲氧性元素、亲硫性元素和亲铁性元素。

7、阐述影响元素结合规律的因素：

控制元素结合规律应从宏观和微观两方面研究，而控制元素结合的微观因素包括原子（离子）的半径、配位数、原子和离子极化、最紧密堆积等；同时自然界元素的结合还受体系性质和热力学规律影响，主要控制因素如下：

⑴体系的组成（系统的元素丰度）：体系中各元素间存在丰度的差异，使元素间的结合有一定的倾向性；

⑵体系状态的稳定性：体系的能量越低体系的状态越稳定。元素结合的半径、化学键类型、电负性（X）、电离势（I）、电子亲和能（E）、晶格能（U）等能量参数以及硫化物矿物中化学键及元素行为决定了元素结合的可能性和形成化合物的稳定性。

⑶晶体结构的稳定性：在微观上是保持晶体结构稳定的因素，包括化学键方向性和离子间的最紧密堆积等。宏观上是有利于晶体结构的稳定的热力学条件。

8、水介质中元素的迁移形式及迁移能力的制约因素：

水溶液中元素的迁移形式主要有：离子（络离子）、分子；胶体；悬浮液；三者间可用滤纸和半透膜分开。

迁移能力的制约因素：元素是否会发生迁移，首先与元素迁移前的存在形式有关，如果元素原来呈，则容易发生迁移；若元素已进入到矿物晶格内部，形成了独立矿物或类质同象，则难迁移。晶体的化学键类型是影响晶格稳定性的重要因素，离子键和分子间化合物由于易溶于水溶液，较易迁移；共价键和金属件化合物则较难迁移。元素的地球化学性质——离子电价、半径等，既决定了元素在水介质中的稳定性有重要影响。体系中相伴组分的类型和浓度、体系中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和Eh值变化，都会影响元素的迁移形式和迁移能力。

9、微量元素的定义：

元素在所研究客体(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，该元素可称为微量元素。特点：在体系中含量低（<0.1%），通常不形成自己的独立矿物，其行为服从稀溶液定律和分配定律。在不同条件下演化规律基本一致，可以指示物质的来源和地质体的成因。

10、能斯特分配系数及其研究意义：

能斯特分配系数：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(K D)，此常数K D称为分配系数，或称能斯特分配系数。

研究意义：分配系数是微量元素地球化学研究中极重要的参数，没有分配系数值，微量元素定量模型就无法建立。并可做如下方面研究：定量研究元素分配；为成矿分析提供了理论依；

判断成岩和成矿过程的平衡；微量元素地质温度；)微量元素地质压力；指示沉积环境；岩浆作用过程微量元素分配和演化定量模型的研究；岩浆形成机制的研究；判断岩石的成因等。11、相容元素和不相容元素微量元素的地球化学应用：

不相容元素即D i<1或在岩浆结晶过程容易以类质同象形式进入固相的微量元素，在熔体中富集；相容元素D i>1，在部分熔融的熔体中发生贫化，贫化速度随F增大呈变换特征。不相容元素常具有过大或过小离子半径或离子电荷，决定了他们在自然作用过程中较大的活动性。他们不同特性决定了他们具有不同示踪意义。如大离子亲石元素易溶于水，活动性强，在自然作用过程中活泼，易迁移，可作为地壳演化及作用发生的示踪剂；高场强元素，由于在自然作用过程中性质稳定，可作为“原始”物质组成特征的指示剂。

12、稀土元素的主要地球化学性质及示踪意义：

稀土元素的主要地球化学性质：①它们是性质极为相似的地球化学元素组，在地质-地球化学作用过程中整体活动；②它们的分馏情况能灵敏地反映地质-地球化学作用的性质，有良好的示踪作用；③除经受岩浆熔融外，稀土元素基本上不破坏它们的整体组成特征；④在地壳各岩石中分布广泛；⑤络合物是稀土元素的主要迁移形式：稀土元素离子电位居中，在碱性条件下易形成络阴离子。

示踪意义：①岩石成因，不同成因的岩石具有不同的稀土特征（如花岗岩的成因分类：a.基性岩浆分异，Eu负异常值 b.地壳硅铝层重熔：轻缓平滑型 c.花岗岩化：右倾型。）②变质原岩的恢复，因为许多变质作用过程中，稀土元素保持原岩特征③研究地壳演化

13、自然界引起同位素组成变化的原因。

自然界同位素按其原子核的稳定性可以分为放射性同位素和稳定同位素两类。

造成放射性同位素组成变化的原因: 主要原因是放射性衰变作用或称衰变反应.放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，改变同位素组成并转变成稳定的核素，这种过程称核衰变反应或蜕变。结果母体同位素（母核）不断减少，而子体同位素（子核）不断增加。常见的衰变反应有α衰变、β衰变、电子捕获、重核裂变四类。

造成稳定同位素组成变化的原因: 主要原因是稳定同位素的分馏作用。1)物理分馏：也称质量分馏，同位素之间因质量引起一系列与质量有关的性质的不同，如密度、比重、熔点、沸点等微小的差别，使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异；2)动力分馏：质量不同导致同位素分子参加化学反应活性的差异（不同的分子振动频率和化学键强度不同）。导致轻同位素分子的反应速率高于重分子，在共存平衡相之间产生微小的分馏，反应产物、特别是活动相中更富集轻同位素；3)平衡分馏：化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化，轻重同位素分别富集在不同分子中，也称同位素交换反应。达到同位素交换平衡时共存相同位素相对丰度比值为常数，称分馏系数α；4)生物化学分馏：生物活动和有机反应也能导致的同位素分馏效应。如植物的光合作用使12C更多地富集于生物合成有机化合物中。生物成因的地质体如煤、油、气等具有最高的12C/13C值。生物化学分馏是同位素分异作用中重要的控制反应。

14、稳定同位素组成的表示方法：

15、各种同位素测年方法的实用性。

铷锶测年适用于体系形成后能够一直保存。铀钍铅测年适用于由亲氧元素构成的元素的矿物。碳十四试用与年龄小于70000a的样品。

16、放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。

用以下式子表示：-dN/dt=λN

其中，N：在t时刻未衰变完母核的原子数

dN/dt：单位时间内所衰变的原子数

λ：衰变速率常数（单位时间内衰变几率）1/年、1/秒

-：表示dt时间内母核的变化趋势是减少的

假设：以D表示由经过t（T0→T）母核衰变成的子核数，则：

D=N0—N

把N0=Neλt代入

经整理得：

t =（1/λ）ln（1+（D/N））

D/N是现存子核和母核的原子数比值.

17、判断成岩成矿物理化学条件。

物理条件：温度、压力、时间。地质温度计，流体包裹体测温、稳定同位素测温微量元素地质温度计。

化学条件，ph、氧逸度等等。