地球化学作业共20页.docx

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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）。

相对丰度

1.422×106

7.288×104

4.760×102

66.324

9.69×10-3

4.085×10-2

106

原子量

24.31

26.98

63.55

91.22

200.59

238.03

28.09

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

相

所占面积（%）

主要矿物成分

含稀有元素的副矿物

粗粒黑云母花岗岩

（边缘相）

钾长石

钭长石

石英

黑云母

锆石

褐钇铌矿

独居石

钛铁矿

粗粒似斑状

黑云母花岗岩

（过渡相）

同上

锆石

独居石

褐钇铌矿

中粒似斑状

角闪石、黑云母

花岗岩

（中央相）

钾长石

钭长石

石英

角闪石

黑云母

锆石

钛铁矿

榍石

表2中央相、边缘相矿物、岩石中铌分配的平衡计算表

相

矿物成分

矿物在岩石中的含量

（%）

矿物中铌含量

（ppm）

按一克岩石计该矿物中铌含量（μg）

矿物中铌含量占岩石中总铌含量之百分数（%）

边缘相

铌的平均

含量为C=58.43（ppm）

长石和石英

黑云母

褐钇铌矿

独居石

锆石

钛铁矿

总计

94.455

5.5

0.0069

0.0061

0.0313

0.0008

100

10.4

506

300100

126

170

1540

中央相铌的平均含量为C=36（ppm）

长石和石英

黑云母

角闪石

榍石

锆石

钛铁矿

总计

87.12

9.8

0.0290

0.0232

0.0200

7.3

180

290

186

170

1540

二、参考资料：

1．矿物成分（通式）

黑云母K（Mg、Fe）3[AlSi3O10][OH、F]2

褐钇铌矿YNbO4

独居石（Ce、La）PO4

锆石ZrSiO4

榍石CaTiSi2O5

钛铁矿FeTiO3

2．某些单矿物分析结果：

黑云母Li2O0.39%TiO20.1%

褐钇铌矿ΣY2O337.03%ΣCe2O32.91%UO23.96%ThO21.03%

Ta2O52.50%TiO21.51%

独居石TiO23.14%ZrO20.70%ThO23.61%SiO23.64%

ΣY2O33.53%

锆石TiO20.98%ThO20.49%ΣTR2O30.50%

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%=17.97%

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（Fe3O4）和镍铁矿（Ni3Fe）组合；在中等蛇纹石化岩石中产出磁黄铁矿（FeS）—黄硫镍矿（Ni3S2）—镍铁矿（Ni3Fe）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CO2以H2CO3、HCO-3和CO32-三种溶解类型存在，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：

H2CO3H++HCO-3K=10-6.4

HCO-3H++CO23-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（Fe1-xS）—镍黄铁矿[（Ni、Fe）9S8]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）9S8]颗粒；中带（III）宽15m，为极稀疏浸染状镍黄铁矿和黄硫镍矿（Ni3S2）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Ni0.25~0.03%，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、Ni2+）S2

六、亚铁离子被氧化成赤铁矿的半反应：

2Fe2++3H2OFe2O3（s）+6H++2e-

EH0=+0.72V

（1）当Fe2+浓度为10-6mol时，作出Fe2+—Fe2O3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Fe2+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（Fe2O3）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（Fe3O4，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RZn2+=0.83Ǻ;RFe2+=0.82Ǻ;RFe3+=0.67Ǻ）

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：

U4++2H2O—→UO22++4H++2e-（Eh0=0.407）

在上述条件下铀主要以什么价态形式存在？

九、V3+氧化为V4+，Mn2+氧化为Mn3+的反应为：

V2O3（固）+H2O（液）V2O4（固）+2H+（液）+2e-

2MnO（固）+H2O（液）Mn2O3（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，V3+和Mn2+哪一个首先被氧化。

热力学参数ΔG0298（KJ/mol）

MnO（固）—362.84Mn2O3（固）—879.05V2O3（固）—1139.19

V2O4（固）—1318.38H2O（液）—237.19H+（液）0

十、菱镁矿的分解反应为：

MgCO3MgO+CO2

当PCO2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PCO2，并编制T（℃）—PCO2图解（假定）ΔH反=常数，CO2具理想气体特征）。

热力学参数ΔG0298（KJ/mol）

MgCO3：

—1113.28MgO：

—601.66CO2：

—393.51

十一、硫化物矿床氧化带可以存在如下反应：

Cu2O+

S2（g）Cu2S+

O2（g）

赤铜矿辉铜矿

现给出有关物质热力学参数ΔG0f（KJ·mol-1）:

Cu2O：

-146.532S2：

-79.998

Cu2S：

-86.751O2：

（1）求出在25℃条件下lnfO2~lnfs2的热力学关系式：

（2）当氧化带fs2=3.65×10-16（Pa），要发生氧化反式，fs2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（OH-），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。

项目

岩石

SiO2

TIO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

CaO

MgO

K2O

NaO2

P2O5

H2O

各带岩石化学成分%

III

66.13

67.51

68.00

75.70

0.36

0.28

0.20

0.38

15.60

11.81

11.63

13.82

1.83

1.41

3.80

1.29

2.05

3.08

4.35

1.11

0.01

0.12

0.08

0.09

2.89

2.81

0.50

0.86

1.62

1.70

1.18

1.38

3.28

5.05

2.96

3.45

3.84

1.71

0.12

0.34

0.16

0.11

0.06

0.13

1.72

2.38

3.66

0.23

标准体积岩石中的阳离子数

III

岩石化学公式

III

标准体积岩内元素带出

（一）和带入（+）之原子数

III

项目

岩石

SiO2

TIO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

MgO

CaO

Na2O

K2O

H2O+

P2O5

体重（g/cm3）

各带岩石化学成分（重量%）

III

72.9

86.38

75.14

72.67

75.43

0.10

0.04

0.09

0.10

0.13

12.46

5.62

12.64

12.44

11.70

1.04

0.85

0.86

1.15

0.98

1.84

1.27

1.13

1.57

1.84

0.05

0.04

0.03

0.05

1.23

0.72

0.49

1.14

0.24

0.97

0.13

0.18

0.38

0.68

2.80

0.12

0.32

0.72

1.80

5.00

2.02

7.46

5.50

4.72

0.73

1.68

1.61

1.96

1.36

0.03

0.02

0.04

0.07

0.02

0.07

0.09

0.08

0.10

0.05

2.641

2.633

2.544

2.515

2.505

各带单位体积内（100cm3）组分含量（g）

III

各蚀变带组分带出（-）带入（+）量

III

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：

样号

No168

No190

橄榄石

普通辉石

1760

850

1480

360

计算Ni在共生橄榄石（Ol）和普通辉石（Py）的分配系数（K

）。

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DNi=2.6,DCu=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

样品

123456

12345

7.511.033.138.220.527.4

42.350.238.430.868.5

6.04.55.86.26.15.8

8.410.17.95.9713.9

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）

样品A

样品B

2.75

38.24

7.36

67.37

1.09

7.88

6.23

23.71

2.01

3.96

0.71

0.55

2.82

2.59

0.61

0.45

3.80

1.36

0.92

0.28

2.58

0.62

0.54

0.10

2.99

0.56

0.59

0.08

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：

样品

87Rb/86Sr

87Sr/86Sr

0.1564

0.0755

0.216

0.328

0.7068

0.7037

0.7091

0.7113

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：

锆石样品编号

（

）

（

）

（

）*

0.5002

15.93

0.23768

0.5434

18.77

0.25944

0.5645

20.00

0.26630

算出t206、t207、t207/208年龄值（t207/208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40Ar/39Ar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87Rb/86Sr=0.7964，87Sr/86Sr=0.70222，147Sm/144Nd=0.0833，143Nd/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

，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）。

206Pb/204Pb

207Pb/204Pb

208Pb/204Pb

方铅矿1

16.63

15.635

36.56

方铅矿2

20.81

15.97

40.08

年龄（t）

φ值

×109a

新参数*

1.0

1.2

0.7247

0.7520

*新参数

a0=9.37

b0=10.294

λ1=1.55125×10-10a-1

λ2=9.8485×10-10a-1

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：

矿物

δ18O（‰）

石英

磁铁矿

白云母

+14.8

+5.0

+11.4

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

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