地球化学复习题汇总

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：

（1）使元素分配的研究进入定量和动态研究阶段；

（2）为确定地质—地球化学过程的物理化学条件提供了新的研究途径；

（3）开辟了根据固态岩石和矿物中痕量元素丰度数据，探讨岩浆、热液和古沉积盆地水介质化学成分，源区特征及发展演化历史的重要途径；

（4）为鉴别各类岩石和矿床成因，提供了定量化的指示信息；

（5）为分析微量元素在地壳中的分散和集中，尤其是浓集成矿的机制问题提供了依据

三、试举例说明稀土元素地球化学在地学研究中的作用（P190－）

稀土元素稀土元素指原子序数57（La）－71（Lu）的16个元素，由于他们的电子构型非常接近，所以它们具有十分相近的化学和物理性质。通常把原子序数小的稀土元素(La －Eu)称轻稀土（LREE），原子序数大的稀土元素(Gd-Lu)称重稀土（HREE）, 中间的几个稀土元素（Sm－Ho）称中稀土。

稀土元素在地质作用过程中可发生变化，通常15个稀土元素因具有相近的化学习性而呈趋于一致变化，若某个稀土元素由于一些特定地质作用的影响而发生异常变化时，异常程度以标准化曲线上该元素与相邻元素丰度值内插值的偏离值表示，如Eu的异常可以用公式：Eu/[ (Sm+Gd)/2]=δ Eu表示，称Eu 异常，如果δ Eu为正值称为正异常，δ Eu为负值，称具有负异常。

在地学研究中通常把稀土元素作为一组元素进行统一的分析研究，可以通过稀土总量、轻稀土总量、重稀土总量，LREE/HREE，以及某个稀土元素的异常值等进行地质作用性质的讨论。

为了消除稀土元素的奇偶效应，在进行稀土元素研究中，要用球粒陨石等标准物质对所获得的岩石稀土元素丰度进行标准化处理，标准化后的稀土模式可以识别岩石相对于球粒陨石稀土组成的分馏情况，利用稀土元素地球化学特征可以有效地探讨岩石成因、成岩构造环境及其形成、演化历史。

如利用玄武岩的稀土元素配分模式图可以确定玄武岩产出的构造位置和演化性质，若玄武岩的轻稀土富集，既具有右倾的稀土配分模式，则指示该玄武岩的源区地幔是富集地幔，多属板内玄武质熔浆，通常与地幔柱活动相关，这类玄武岩主要包括大陆溢流玄武岩、洋岛玄武岩；如果玄武岩的重稀土富集，既具有左倾的稀土配分模式，指示该玄武岩的地幔源区是亏损的，他们通常形成于洋中脊，但在洋中脊玄武岩中也有一些是轻稀土富集型的（E－MOPB玄武岩）；如果玄武岩的轻稀土/重稀土=1，既具有平坦的稀土配方模式，说明该玄武岩的源区地幔属正常地幔，没有明显的部分熔融作用发生和易熔物质的抽离。

四、试述元素的结合规律和赋存状态（P54－）

元素是地球物质组成的基本单元，自然界，陨石和地球物质都由金属相、硅酸盐相和硫化物三相组成，且不同自然体系中三相的元素基本一致。研究显示Fe、Co、Ni、Pt族元素等结合形成金属相；Si、Al、Ca、Mg、O、Fe等结合形成硅酸盐相；S、Fe、Cu、Zn、Ni、Co、Pt族元素等结合形成硫化物，反映同一类岩石中特定的元素多相伴存在，元素的结合具有一定的规律。自然界元素的组合和元素的结合规律对元素的迁移和存在形式有重要影响。

元素的赋存状态也称存在形式、结合方式、相态、迁移形式等，指元素在迁移历史的某个阶段所处的物理化学状态及与其共生元素的结合性质，包括了元素所处的物态、化合物种类和形式、键型、价态、在晶体结构中的配位位置等物理化学特征。因此，元素的赋存状态是化学反应的产物，是体系各种条件的函数。研究元素的赋存状态对示踪元素的迁移历史，探索地球化学条件有重要意义。

五、试述地壳中元素的主要赋存形式

元素是组成地壳物质的基本单位，在地壳中元素的主要赋存形式有：

（1）独立矿物，如金刚石（C）。独立矿物可通过肉眼或显微镜下矿物学鉴别可以区分的单元素矿物，用机械的或物理的方法即可分离出这些单元素矿物颗粒进行研究。

(2)类质同象，也称为结构混入物。以类质同象存在的元素由于参加入主元素矿物的晶

格，用机械学的方法不能使二者分离，欲使其分离只有破坏原晶格。因此，类质同象与独立矿物一样，元素属于较牢固的结合形式。

(3)超显微非结构混入物，这种形式的成因和性质目前还不十分清楚，但大量的精细的

观察和分析都发现却存在一种颗粒极细的混入物。其主要是不占据主矿物晶格位置，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，其成因和性质介于独立矿物和类质同象之间。

(4)胶体吸附状态，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。为一种非独立化合物形式。元素以离子态或单独分子存在，又不参加寄主矿物的晶格构造，因此是一种结合较弱、易于交换和分离的赋存状态（活性赋存状态）。

(5)与有机质结合形式，地壳中广泛存在的生物及各种有机质除集中了亲生物元素如C、

H、N、P、Ca等元素外，还吸附大量金属和非金属构成其次要组分，其主要以金属

有机化合物、金属有机络合物、螯合物，以及有机胶体等形式吸附离子。

六、试论述自然水体中Ph值对元素迁移的控制规律（P 100－）

水圈是地质作用的重要圈层，自然水体的正常Ph值介于4－9。在地质作用过程中，自然水体因溶解各类物质，酸碱度偏离中性，Ph值发生变化。当与自然气体物质接触时，因溶解酸酐而酸化；当自然水体与岩石接触，矿物的水解作用使K、Na等离子进入水体，水溶液向碱性方向变化。

自然水体的酸碱度可以对元素的迁移起控制作用。

氢氧化物沉淀，Ph值由低到高排列，元素的性质呈现偏酸到偏碱的变化，碱性元素在较高PH值的体系中迁移，Ph值小于4时，大部分两性元素的迁移能力很弱。

由于元素的沉淀－迁移规律受介质的Ph值影响，溶液Ph值增高，具有碱性和弱碱性的元素化合物（Fe2O3等）溶解减低，而酸性元素化合物（SiO2等）溶解增高，既碱性元素在酸性介质中易迁移，碱性介质中易沉淀；而酸性元素在碱性条件下已于活化迁移，在酸性环境下将沉淀。只在强酸和强碱条件下迁移，在中性水体中难溶。

介质Ph值的变化控制含H＋和Oh-的化学平衡反应，对可造成元素迁移的电离反应、复