地球化学作业共20页

地球化学课程作业

课程作业一元素的丰度及分布分配

一、对比元素在太阳系、地球及地壳中丰度特征的异同，并讨论之。

二、你认为在地壳中惰性气体元素丰度的明显降低是什么因素所致？

（请参看教材第46页，表1.14）

三、根据下列元素地球相对丰度数据，求出各元素地球重量丰度值，并将

Mg、Al用Wt%表示，Cu、Zr用ppm表示，Hg、U用ppb表示（Si地球重量丰度=13%）（要求：最后结果Wt%保留两位有效数字，其它取整数）。

四、概述研究地壳中元素丰度的意义

五、区域元素丰度的研究意义及主要研究方法

六、元素丰度研究在地球化学研究中的地位

课程作业二元素的结合规律

一、在岩石圈内，下列元素主要表现出哪些亲合性质，并举矿物为例。

Fe、Cu、Ni、Au、Ba、Ca、Zn、Nb、Hg

二、钒（V）的克拉值高于硼（B），而硼的矿物种类却比钒多（包括内生和

表生），为什么？

三、在硅酸盐矿物中检出下列微量元素，试分析可能被下列微量元素类质

同象置换的造岩元素，并加以说明。

Rb、Sr、Ga、Ti、Li、Ba、Ge、REE、Pb、Ni、Mn、Sc

四、说明在矿物中不存在下列类质同象置换关系的原因：

C4+→Si4+ Cu1+→Na1+ Sc3+→Li1+

五、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？

六、利用晶体场理论研究过渡金属离子进入矿物晶格的基本思路是什么？课程作业三含褐钇铌矿花岗岩中铌分配的平衡计算及类质同象分析（专题作业）

一、地质资料

某地含褐钇铌矿花岗岩呈穹隆状产出，出露面积500多平方公里。侵入时代为石炭——二叠纪末。岩体分异良好，可见三个相（见图），各相特征见表1。该岩体边缘相有铌的独立矿物——褐钇铌矿的工业富集，褐钇铌矿为岩浆期产物。对中央相，边缘相的物质成分作进一步研究，得表2资料。根据加权平均计算该岩体的铌的平均含量为44ppm。

岩体分相示意图

1．中央相；2.过渡相， 3.边缘相；4.花岗岩；5.花岗岩—花岗闪长

岩

表1 花岗岩各相矿物特征

表2 中央相、边缘相矿物、岩石中铌分配的平衡计算表

二、参考资料：

1． 矿物成分（通式）

黑云母 K(Mg 、Fe)3[AlSi 3O 10][OH 、F]2 褐钇铌矿 YNbO 4

独 居 石 （Ce 、La ）PO 4 锆 石 ZrSiO 4 榍 石 CaTiSi 2O 5 钛 铁 矿 FeTiO 3

2． 某些单矿物分析结果：

黑 云 母 Li 2O 0.39% TiO 2 0.1%

褐钇铌矿 ΣY 2O 3 37.03% ΣCe 2O 3 2.91% UO 2 3.96% ThO 2

1.03%

Ta 2O 5 2.50% TiO 2 1.51%

独 居 石 TiO 2 3.14% ZrO 2 0.70% ThO 2 3.61% SiO 2 3.64%

ΣY 2O 3 3.53%

锆 石 TiO 2 0.98% ThO 2 0.49% ΣTR 2O 3 0.50%

3． 岩体三个相

Ti/Nb 比值分别为：

中央相 25 过渡相 24 边缘相 17

4． 铌在地壳中的丰度

20ppm （维诺格拉多夫1962年）

三、计算步骤：（表2空栏计算方法） ①求按一克岩石计，矿物中铌的含量：

如中央相长石和石英中铌含量为7.3ppm ，它们在岩石中占87.12%，则按一克岩石中长石和石英中铌含量应为：0.8712×7.3=6.36（μg ）

②那么长石和石英中铌含量占岩石中总铌含量之百分数为：

6.36÷36×100%=1

7.97%

四、作业要求

1． 计算表

2所空各栏

2． 通过分配平衡计算：

①指出中央相中铌含量不足部分的可能去向 ②分析铌的存在形式

3． 结合所给的参考资料，计算该岩体中铌的浓度克拉克值，并说明之。 4． 分析铌在一些矿物中的可能的类质同象置换。

5．根据Ti/Nb比值在各相的变化，结合各相矿物成分，分析Ti对Nb 的富集的影响。

课程作业四元素的地球化学迁移

一、某地超基性岩、开始遭受轻微的蛇纹石化，继而蛇纹石化加强，最后

自蛇纹石化转化为滑石—碳酸盐化。在这一蚀变过程中生成不同的

Ni、Fe矿物组合。在弱蛇纹石化超基性岩中形成磁铁矿（Fe

3O

4

）和镍

铁矿（Ni

3

Fe）组合；在中等蛇纹石化岩石中产出磁黄铁矿（FeS）—

黄硫镍矿（Ni

3S

2

）—镍铁矿（Ni

3

Fe）组合；继而在强蛇纹石化石中形

成磁铁矿—黄硫镍矿组合，最后在岩体边缘形成滑石—碳酸盐蚀变带中形成磁铁矿—黄硫镍矿—针镍矿（NiS）组合。试根据矿物组合的更替情况，分析超基性岩蚀变由开始到结束，热液氧化还原条件变化的趋势。

二、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，伴随有黄铁绢英岩化，而晚阶段形成重晶石、方解石、方铅矿、闪锌矿（少量）组合，伴随有碳酸盐化蚀变。试粗略分析两个矿化阶段氧化还原条件和酸碱度的特征。

三、全部溶解的CO

2以H

2

CO

3

、HCO-

3

和CO

3

2-三种溶解类型存在，当pH为8.3

时，求各溶解类型两两比值，并指出何种溶解类型为优势场。相应的反应和平衡常数：

H

2CO

3

H++HCO-

3

K=10-6.4

HCO-

3 H++CO2

3

- K=10-10.3

四、河南某钼矿热液作用期自高温到低温有四个矿化阶段，各阶段主要矿

物组合为：1.辉钼矿—黄铁矿—钾长石—石英组合；2.黄铁矿—辉钼矿—石英组合；3.方铅矿—闪锌矿—磁黄铁矿—石英组合；4.磁铁矿—辉钼矿—沸石—方解石组合。试分析自热液早阶段—晚阶段酸碱条件和氧化还原条件的变化趋势。

五、某地区蛇纹石化橄榄岩体中，沿裂隙形成贯入式块状磁黄铁矿（Fe 1-xS ）

—镍黄铁矿[（Ni 、Fe ）9S 8]矿石。 在此块状硫化镍矿脉（I ）旁的蛇纹石橄榄岩中，由于矿化影响，形成了如图所示的分带。内带（II ）宽5m ，并出现极稀疏浸染状的镍黄铁矿[（Ni 、Fe ）9S 8]颗粒；中带（III ）宽15m ，为极稀疏浸染状镍黄铁矿和黄硫镍矿（Ni 3S 2）分布带，外带（IV ）宽大40m ，在橄榄岩中只见极稀疏的散布着的黄硫镍矿细粒。 经采样分析知，原始橄榄岩含Ni 0.25~0.03%，上述各带蛇纹石化橄榄岩中的Ni 含量也为0.25~0.30%。但上述各带蛇纹石化橄榄岩中S 含量则超过原始未蚀变的橄榄岩中的S 含量。并且由矿体向外，含量逐步降低：0.11%→0.09%→0.07%→0.05%→进入背景含量。

要求：①根据上述资料说明硫和镍的迁移活动情况。

②由铁和镍地球化学性质的差异说明由外带至内带，硫化物矿

物组合由单纯的镍的硫化物→镍的硫化物+镍铁硫化物→镍铁硫化物变化的原因。（提示：从Ni 和Fe 的亲硫性强弱差异来考虑）。

I 块状矿石脉 内带（II ）矿石组合；镍黄铁矿 II-IV 蛇纹石化橄榄岩 中带（III ）矿石组合；镍黄铁

矿+黄硫镍矿

（矿化）

V 蛇纹石化橄榄岩 外带（IV ）矿石组合；黄镍硫矿

（未矿化） （Ni +

2、Ni 2+

）

S 2

六、亚铁离子被氧化成赤铁矿的半反应：

2Fe 2++3H 2O Fe 2O 3(s)+6H ++2e - EH 0=+0.72V

(1)

当Fe 2+浓度为10-6mol 时，作出Fe 2+—Fe 2O 3在Eh —pH 图解上的平衡共生线。

(2)

假如一小河水（pH=6,Eh=0.47）流过一个表生赤铁矿体，判断上述半反应的进行方向，假如达到平衡，水中Fe 2+浓度是多少？

七、河北某矽卡岩型铅—锌矿床中，存在有两个世代的闪锌矿。早世代闪

锌矿同镜铁矿（Fe 2O 3）共生，闪锌矿呈浅黄绿色，含铁极低；晚世代闪锌矿同磁铁矿和穆磁铁矿（Fe 3O 4，由镜铁矿转变为磁铁矿形成时介质仍呈赤铁矿假象）共生，闪锌矿呈深褐色，且含铁高。试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多少不同的原因。

（离子半径R Zn 2+=0.83?; R Fe 2+=0.82?; R Fe 3+=0.67?）

八、在某地表水溶液中，环境氧化还原电位Eh 环=0.65(V)介质pH=4，通过

计算说明氧化还原反应：

U 4++2H 2O —→UO 22++4H ++2e - (Eh 0=0.407)

在上述条件下铀主要以什么价态形式存在？

九、V 3+氧化为V 4+，Mn 2+氧化为Mn 3+的反应为：

V 2O 3（固）+H 2O （液） V 2O 4（固）+2H +（液）+2e -

2MnO （固）+H 2O （液） Mn 2O 3（固）+2H +

（液）+2e -

利用热力学数据计算及编制上述反应在Eh —pH 图解中的平衡线，指出在碱性条件下，V 3+和Mn 2+哪一个首先被氧化。

热力学参数 ΔG 0298（KJ/mol ）

MnO （固）—362.84 Mn 2O 3（固）—879.05 V 2O 3（固）—1139.19 V 2O 4（固）—1318.38 H 2O （液）—237.19 H +（液）0

十、菱镁矿的分解反应为：

MgCO 3 MgO+CO 2

当P CO2为1atm 时，反应达到平衡的温度为410℃,计算温度为500℃, 600℃, 700℃, 800℃, 时该反应的P CO2，并编制T （℃）—P CO2图解（假定）ΔH 反=常数，CO 2具理想气体特征）。

热力学参数 ΔG 0298（KJ/mol ）

MgCO 3：—1113.28 MgO ：—601.66 CO 2：—393.51

十一、硫化物矿床氧化带可以存在如下反应： Cu 2O+21

S 2(g) Cu 2S+2

1O 2(g)

赤铜矿 辉铜矿

现给出有关物质热力学参数ΔG 0f （KJ ·mol -1）: Cu 2O ：-146.532 S 2：-79.998 Cu 2S ：-86.751 O 2：O

(1) 求出在

25℃条件下lnfO 2~lnfs 2的热力学关系式：

(2) 当氧化带

fs 2=3.65×10-16（Pa ），要发生氧化反式，fs 2至少要大于多

少？

(3)在地表氧分压（请查有关资料）条件下，上述反应应朝什么方向进

行？

课程作业五地质作用过程中元素迁出、带入的定量计算（专业作业）

一、巴尔特化学计算法：

（一）计算程序及方法

1．把分析结果重量百分数换算成阳离子数：

2．算出与各阳离子结合的氧离子数：

①根据Si、Ti二氧化物分子式，每个硅和钛原子与二个氧原子相结合，则它们的氧离子数为Si、Ti离子数的2倍；

②Al3+、Fe3+、(Cr3+、Ti3+等同)氧化物中，它们的氧离子数等于这些离子数的一倍半；

③二价元素（Fe2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Ni2+、CO2+等），其氧离子数等于该元素的离子数；

④与碱金属元素（Na1+、K1+、Li1+等）结合的氧离子数为该元素离子数的一半；

⑤与H+结合的氧离子数计算根据二条原则：

其一，若全部H+组成（O H-），则与氢结合的氧离子数等于全部氢离子数；

其二；水在矿物中构造分子，则与H+结合的氧离子数等于氧离子数的1/2。

3．求出氧离子数总和；

4．算出各元素在单位晶胞中的离子数，以氧离子数总和除以1600，得出单位晶胞系数。将此系数分别乘以各氧化物中的离子数，得出在单位晶胞中的各阳离子数；

5．根据算出的单位晶胞中的各阳离子数，书写出岩石化学公式。

6．对二种或多种岩石计算所得的岩石化学公式，比较其各个系数的差别，确定各个元素带入或带出的量。

（二）计算练习：

以巴尔特化学计算法确定某斑岩铜矿床围岩蚀变过程中组分的迁移量。

该斑岩铜矿产于花岗闪长斑岩中，花岗闪长斑岩（I）蚀变后形成以下几个蚀变带：钾长石化带（II）、水云母—伊利石化带（Ⅲ）、石英—绢云母—水白云母化带（IV）。原始花岗闪长斑岩及各带蚀变岩石的化学分析结果列于下表中，试以巴尔特计算法确定蚀变过程中各组分的迁移量。将计算结果作图，并讨论之。

二、以单位体积重量法确定某中低温蚀变过程中组分的迁移量。（单位体积100cm3计。）

（一）计算方法；

1．测定岩石的体重；

2．岩石中各组分的百分含量（化学分析结果）分别乘以该岩石的体重，得到单位体积内组分重量：（计算过程中常以100cm3作为单位体积）3．对比交代前后单位体积岩石中组分重量，得出各组分的带入或带出的量。

（二）计算练习：

矿床原始围岩为中粒黑云母花岗岩（I），蚀变形成以下各带：

赤铁矿—硅化带（II）；

伊利石化带（III）；

蒙脱石化带（IV）；

高岭石化带（V）。

原始黑云母花岗岩及各带蚀变岩石的化学分析结果列于下表中，试用单位体积重量法确定各带蚀变过程中组份的迁移量。作图，并讨论之。

课程作业六 微迹元素地球化学

一、夏威夷火山熔岩中，共生橄榄石和普通辉石样品经电子探针分析含Ni 量（ppm ）为：

计算Ni 在共生橄榄石（Ol ）和普通辉石（Py ）的分配系数（K Py Ni

Ol Ni

Py Ol Ni

C C =-）。并根据Ol —Py 矿物对温度计计算熔岩形成温度。

二、指出平衡常数，分配系数，元素比值之间有何差异？

三、某原始岩浆中Ni 含量为400ppm, Cu 为250ppm ，总分配系数D Ni =2.6,

D Cu =0.45, 根据分异结晶模型，试求出：

1． 当

1一F 分别为0.3、0.6、0.9时，残余熔浆中Ni 、Cu 含量各

为多少？

2． Ni 、Cu

是否可通过岩浆分异结晶方式使其浓度达到工业品位

（Ni=0.3%, Cu=0.4%）

3．根据上述结果，你认为Ni、Cu要形成有价值工业矿床（岩浆型或热液型），需要什么特殊成矿条件？

四、某地有两个花岗岩体，经采样，测得La、Sm含量（ppm）分别为：

花岗岩A 花岗岩B

计算并作La/Sm—La图，根据作图分析这两个花岗岩在岩浆作用上的差异。

五、如果根据角闪岩类中的两类元素组合，一类：Al、Zr、Ga、Nb、Ba、

Sr, 另一类：Cr、Ni、Co、V、Sc分析角闪岩的正或副变质特征，那么，相对于正或副角闪类，在上述两类元素的含量、相关关系上应表现出什么样的特征？

六、在沉积岩中，常用B、Sr/Ba来判别岩层沉积环境为海相还是陆相。

试根据B、Sr、Ba在沉积过程中地球化学行为，说明其判别依据。七、将下列两火山岩样品的稀土元素数据进行球粒陨石标准化，然后作REE

标准化组成图，并根据图形和有关REE参数（自己选择）说明两样品的差异。（球粒陨石REE选用教材P199，表5-5中推荐值）

课程作业七 同位素地球化学

一、分析自然界引起同位素组成变化的原因。 二、某岩体的四个全岩样品分析结果如下：

用最小二乘回归法，将以上数据拟合成一条直线，确定这一岩石的年龄和锶初始比值，并分析这一岩体可能的源区。

三、在碎屑岩、碳酸盐岩、泥质岩互层的沉积地层中进行Rb-Sr 等时线成

岩年龄测定工作，应采集什么岩石样品？为什么？应如何采样？ 四、已知某变质岩中锆石的测定结果如下： 算出t 206、t 207、t 207/208年龄值（t 207/208用内插法）判断这三个锆石是否

属一致年龄，如果不是，把它们标在一致曲线上，拟合成一条直线，

求出上交点和下交点的年龄值，并指出其意义。 五、简述40

Ar/39

Ar 法比K/Ar 法的优越之处。

六、已知某石英二长岩的年龄为122Ma ，实测同位素比值为

87

Rb/86Sr=0.7964，

87

Sr/86Sr=0.70222，

147

Sm/144Nd=0.0833，

143

Nd/144Nd=0.511855。求同位素初始比值（87Sr/86Sr ）和（143Nd/144Nd ），

∈Sr （T ）、∈Nd （T ），Nd 同位素模式年龄Nd DM T ，并用∈Nd —∈Sr 同位素相

关图解分析此岩石的可能物质来源。

[基本参数：λ87Rb=1.42×10-11a -1, λ147Sm=0.654×10-11a -1, (143Nd/144Nd)

CHUR

(0)=0.512638, (147Sm/144Nd)CHUR (0)=0.1967,

(143Nd/144Nd)DM (0)=0.51315, (147Sm/144Nd)DM (0)=0.21357, (87Rb/86Sr)UR (0)=0.0816, (87Sr/86Sr)UR (0)=0.7045]

七、画出μ=9.0

的增长曲线，利用该图判断下列两个矿床的铅是属于正常

铅还是异常铅？并计算出正常铅的成矿年龄（求φ值年龄，用内插法）。

*新参数

八、同位素地质温度计的基本原理是什么？应用时应注意哪些问题？

九、测得某沉积变质岩的变质矿物氧同位素组成如下：

计算各矿物对的氧同位素平衡温度，假定这些矿物在480℃变质作用期间与水处于氧同位素平衡，计算此水的δ18O。

八、内蒙某硫化物矿床中矿物包裹体测温获得脉石矿物石英的均一温度为

290-350℃，现又测定了两组共生的方铅矿和闪锌矿的δ18S值：

试计算矿物对的硫同位素平衡温度，并算出它们的分馏系数。

九、已知某矿带内矿脉石英中液包裹体的氢氧同位素组成如下：

试据以上数据判断成矿热液的可能成因。

希望以上资料对你有所帮助，附励志名3条：

1、积金遗于子孙，子孙未必能守；积书于子孙，子孙未必能读。不如积阴德于冥冥之中，此乃万世传家之宝训也。

2、积德为产业，强胜于美宅良田。

3、能付出爱心就是福，能消除烦恼就是慧。