地球化学复习资料

球类陨石：主要由基质、球粒、金属和一些特殊矿物集合体等组成。

碳质球类陨石是球粒陨石中的一个特殊类型，含有碳的有机化合物分子，并且主要由含水硅酸盐组成。

CI型陨石为什么能够作为太阳系元素丰度标准？

I型碳质球类陨石中难挥发元素的丰度与太阳一致，且未经受热变质作用影响、形成于远离太阳的较低温区域，是最原始的太阳星云凝聚物资。因而，它能保持着太阳星云中非挥发元素的初始丰度。

第二章复习题

1、元素的地球化学亲和性

元素地球化学亲和性：主要指阳离子在自然体系中趋向同某种阴离子化合的倾向。又可指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。

2、戈尔德斯密特的元素地球化学分类

1）、亲石元素：离子的最外层电子层具有8电子（S2P6）惰性气体型的稳定结构，与氧容易成键，主要集中于硅酸盐相。

2）、亲铜元素：离子的最外层电子层具有18铜型结构（s2p6d10)在自然界中容易与硫形成化合物，这些元素在分配时，主要分配在硫化物相中。

3）、亲铁元素：离子最外层电子层具有8-18过渡型结构，这种元素同氧、硫的化合能力较差，倾向于形成自然元素，因此，这类元素倾向分配在金属相中

4）、亲气元素：原子最外层具有8个电子，原子半径大，具有挥发性或易形成挥发性化合物，主要分布在大气圈中。

5）、亲生物元素：这类元素主要富集在生物圈中。

3、类质同像的概念

类质同像概念：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中的其他质点（原子、离子、络离子或分子）所占据而只引起晶格常数的微小改变，晶格构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近，这种现象称类质同像。

5、影响元素类质同像的物理化学条件

1）、组份浓度---“补偿类质同像”一种熔体或溶液中如果缺乏某种组份，当从中晶出包含此种组份的矿物时，熔体或溶液中性质与之相似的其他元素就可以类质同像代换的方式加以补充。2）氧化还原电位.

7、电负性；1衡量中性原子得失电子的难以程度2电负性（X）=I（电力能）+E（电子亲和能）3同一周期元素由左到右X值增大，酸碱度与之一致4金属与非金属分界线是元素酸碱性分界线5提供自然反应系中的酸碱度的标准6反映原子的电子层结构特征7决定元素在结合规律中的亲和性与酸碱性

8、研究元素类质同像的地球化学意义

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）、类质同像的元素比值可以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。7）、对自然环境有影响。

13、元素的赋存形式及其研究方法

1）、独立矿物：指形成能够用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。

2）、类质同象形式：也称结构混入物，由于参加主要元素矿物晶格，用机械的或化学的方法不易使二者分离，欲使其分离，只有破坏原矿物的晶格。

3）、超显微非结构混入物：也称超显微包体或机械混入物等，颗粒小于0.001mm，其主要物征是不占据矿物的晶位置，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。其成因和性质具有介于独立矿物和类质同象之间，该种存在形式可以通过化学处理的方法进行分离和研究。

4）、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、解理面所吸附，这利种元素存在形式为一种非独立化合物形式。元素以离子或单独分子存在，又不参加寄主矿物的晶格构造，是一种结合力较弱的、易于交换和分离的赋存状态（活性赋存形式）5）、有机质结合形式：地壳中的生物及各种有机质除集中了亲生物元素。

14、举例说明Pb在地壳中的各种存在形式

Pb具有多种赋存形式：

1独立矿物2类质同像3超显微非结构混入物4胶体吸附及有机质结合形式

第三章复习思考题

1、元素地球化学迁移概念

元素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称元素的地球化学迁移。

3、元素在水溶液中的迁移形式

1）、易溶盐类——氯化物和硫酸盐呈离子真溶液形式被搬运，任何时候都不形成胶体溶液和机械悬浮物状态。

2）、碱土金属的碳酸盐和SiO2等。碳酸盐主要呈溶解的碳酸盐形式被搬运。SiO2即可呈真溶液形式被搬运，又可呈悬浮物形式被搬运。

3）、Fe、Mn、P的化合物以及V、Cr、Ni、Co、Cu等元素部分形成真溶液，还形成胶体溶液。

4）、石英，硅酸盐和铝硅酸盐类矿物主要呈细粒悬浮物和沿底部拖拽的粗粒物这两种方式而被搬运。

4、影响元素迁移的内部因素

1）.元素的赋存形式：1) 独立矿物，2)类质同像，3)机械混入物，4)胶体或粘土吸附状态，5)有机质结合形式

2）.元素和化合物的性质:1)化学键类型,2)离子的电价和半径:金属离子的电价愈高，就形成愈难溶解的化合物。3）晶体场效应:过渡族元素Ni, Cr, Co, V等受晶体场的影响，它们在八面体配位中形成较高的晶体场稳定能，不易被淋漓，因而也就不易被溶解。

5、影响元素迁移的外部因素

影响元素水迁移过程的化学反应，主要有复分解反应、酸碱反应、氧化还原反应、络合反应和胶体作用等。

6、胶体作用和络合作用对元素迁移的意义

胶体化学作用对元素迁移的意义:1）胶体的形成增大元素的迁移能力,2）电解质的作用，在胶体溶液中加入电解质后能使胶体发生凝聚沉淀，这是因为溶胶中的电解质能够影响稳定电解质及离子的水化作用，改变胶体扩散层厚度，使胶体电极电位也发生相应的变化。

7、介质中PH值对元素发生沉淀与溶解的影响

1)介质的pH值控制金属离子的溶解迁移

2）pH值对元素沉淀的影响:元素的氢氧化物在水溶液中沉淀只有具有一定的pH值时才开始。3）pH值对元素及其化合物溶解度的影响:pH值增大时，使有些组分的溶解度减小，而使另一些组分的溶解度增加，并又能使一些组分溶解度开始减小，以后又重新增大。

4) 弱电解质CO2、H2S等在不同pH的水中溶解形式不同

5)介质pH值的变化控制所有包括H+及OH-反应的平衡移动方向(电离反应、复分解反应、水解、中和及络合反应)

8、介质中氧化还原反应对元素共生组合的影响

1）、改变了元素及其化合物的溶解度。一些多价变价元素的高价化合物较易水解而发生沉淀，而在低价态时，不易被水解，易迁移。另一类元素则相反，低价化合物较易水解，而高价形式更易迁移。

2）、不同元素的氧化还原电位，使元素发生空间分异。(如不同元素发生沉淀的Eh条件不同)。

3）、影响变价元素的共生组合关系。

第四章复习题

1、微量元素概念

微量元素又叫痕量元素，是岩石中含量<0.1%的元素。

Gast对微量元素的定义是：不作为体系中任何相的主要化学计量组分存在的元素。

微量元素的另一定义为，在所研究的地球化学体系中，其地球化学行为服从稀溶液定律(亨利定律，Henry’s Law)的元素。

微量元素的另一松散定义：对体系的化学和物理性质没有明显影响的元素。

2、能斯特分配定律与分配系数

能斯特分配定律表明在温度、压力一定的条件下，微量元素i（溶质）在两相平衡分配时其浓度比为一常数（K D），K D为分配系数，或称能斯特分配系数。在一定浓度范围内K D与i的浓度无关，只与温度、压力有关。

K D=a iα/a iβ

能斯特分配定律公式：μ Ⅰ0 + R T ln(Ⅰ) = μⅡ0 + R T ln( Ⅱ)

3、元素在共存相中分配系数的确定方法

1）、直接法：直接测定地质体中两种平衡共存相的微量元素浓度，再按能斯特分配定律计算出分配系数。

2）、实验法：用化学试剂合成不同成分的玻璃物质；或者直接采用天然物质作为实验初始物质，使一种矿物和熔体，或者两种矿物达到平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定该元素在两相中浓度，得出分配系数。

4、总分配系数概念

用于研究微量元素在矿物集合体与之平衡的熔体之间的分配关系，常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和。

表达式：

5、相容元素、不相容元素、高场强元素概念

相容元素：——D>1, 优先进入矿物相，或残留相。在岩浆或热液中的某些微量元素。在矿物结晶过程中趋向于在早期固相中富集。

不相容元素：——D<1，优先进入熔体相。D<0.1为强不相容元素, 又称湿亲岩浆元素，在岩浆或热液的矿物结晶过程中趋向于在液相中富集的某些微量元素和稀土元素高场强元素:元素的电荷(Z)与其半径(r )比值称为场强，相当于电离势，如果Z/r>3.0 (2.0), 称为高场强元素

6、微量元素地质温度计的原理与方法

原理：当微量元素在共存各相中分配达到平衡时，存在着lnK D = -（ΔH/RT）+ B函数关系，-（ΔH/R）为斜率，B为截距。即当在所讨论范围内ΔH（热焓）可看作为常数时，分配系数（K D）的对数与温度倒数（1/T）存在线性关系。

方法：测定待研究地质体中共生矿物对其中某微量元素的含量，算出该元素在矿物对的分配系数，利用以上关系式即可计算出矿物结晶温度。

7、元素在共存相中分配定律的地球化学意义

1）定量分析元素的集中与贫化程度

2）对分析成矿作用具有理论意义

3）可分析岩浆源区的化学特征及岩石成因

8.在岩浆分异结晶过程中元素分配的定量模型、特征及地球化学应用

微量元素在晶体中扩散比熔体或液体中慢得多，来不及取得完全平衡（只能表面平衡），则形成晶体的环带状构造。为此，推导出瑞利分馏定律：

意义：1）定量研究岩浆结过程中微量元素的化学演化 2）分析成矿问题 3）岩石成因

10、岩浆结晶过程和部分熔融过程的判别方法

1)固—液相分配系数高的相容元素

2)固—液相分配系数低的微量元素

3)固—液相分配系数中等的微量元素

11、稀土元素的基本地球化学性质

①他们是性质极为相似的地球化学元素组，在地质-地球化学过程中整体活动。

②他们的分馏情况能灵敏的反映地质-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他们的整体组成特征。

④在地壳各岩石中分布广泛。

图5.2很重要（P187）

第五章复习题

稳定同位素：不具有放射性的同位素。

同位素丰度：指某一元素中各同位素所占的原子百分比。

同位素组成表示（P246）

同位素效应：由不同的同位素组成的分子之间存在相对质量差，从而引起该分子在物理和化学

性质上的差异。

1、同位素衰变的性质

①衰变作用发生在原子核内部，反应结果由一种核素变成另一种核素。

②衰变自发地不断地进行，并有恒定的衰变比例。

③衰变反应不受温度、压力、电磁场和原子核存放形式等物理化学条件的影响。

④衰变前和衰变后核数的原子数只是时间的函数。

2、放射性同位素衰变定律

放射性同位素衰变定律为单位时间内衰变的原子数与现存放射性母体的原子数成正比。其

数学表达式如下：

-dN/dt=λN

半衰期T=ln2\λ。

5、Rb-Sr 测年法的基本原理及样品采集过程中应注意的事项

87Sr 为放射成因同位素，由87 Rb 经β-衰变而成，反应如下：87Rb →87Sr+β-

根据衰变定律有：

87Sr=87Rb(e λt -1) 考虑到在所研究的地质样品中，可能含有初始87Sr,记作(87Sr)0，上式改写为：

87Sr=(87Sr)0+87Rb(e λt -1)

将上式两端除以非放射成因的86Sr 原子数，得： 87Sr/86Sr =(87Sr/86Sr)0+87Rb/86Sr (e λt -1)

注意事项：

（1）所研究的一组样品具有同时性和同源性，所谓同源性是指每一个样品具有相同的

(87Sr/86Sr)0比值。

（2）在样品形成后，保持Rb 的Sr 封闭体系，没有与外界发生物质上的交换。

（3）所测样品中，有较为明显的Rb/Sr 比值差异，以确保获得一条较好的等时线。

7、同位素定年方法中的14C 法

对象为有机质、生物遗体、碳酸盐岩层

天然14C 是在大气层上部，宇宙射线产生的中子（n)与大气中的氮核（14N ）发生核反应的产物，

其反应为：

14N+n —14C+1H

根据放射性衰变定律：

A=A0e-λt

同位素分馏：指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。

8、同位素分馏作用、分类

轻稳定同位素（Z〈20）的相对质量差较大（ΔA/A≥10%），在地质作用中由于这种质量差所引起的同位素相对丰度的变异，称为同位素分馏作用。

公式：aA1+bB2≒aA2+bB1

同位素分馏系数α的定义公式为：

α=R A/R B=（A2/A1）/（B2/B1）

α=1，无同位素分馏。α值愈偏离1，则同位素分馏愈强。

分类：1．物理分馏：也称质量分馏，同位素之间因质量引起一系列同质量有关的性质的不同，2．动力分馏：含有两种同位素的分子，由于质量不同导致它们参加化学反应活性的差异。

3．平衡分馏：在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，使轻重同位素公别富集在不同分子中而发生分异叫做平衡分馏，也称同位素交换反应。

4．生物化学分馏：生物活动和有机反应的同位素分馏效应更强。

同位素地质温度计基本公式（P251）

9、自然界中氢氧同位素分馏

1）蒸发-凝聚分馏

2）水-岩同位素平衡分馏

当大气降水同岩石接触，水同矿物间发生O（H）同位素交换反应，可达到平衡。

3）矿物晶格的化学键对氧同位素的选择

研究表明，当火成岩和变质岩达到氧同位素平衡时，岩石中矿物的氧同位素有一个相应的分馏次序

4）生物分馏作用

PDB—C同位素标准CDT—S同位素标准SMOW—标准平均海水

SLAP—南极融冰水