地球化学阶段性作业31(答案)

中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院

地球化学课程作业3（共 3 次作业）

学习层次：专升本涉及章节：第四章——第五章

一．名词解释

1．总分配系数（D i）：为了解微量元素在岩石与熔体间的分配行为，需计算微量元素在由不同矿物组成的岩石和熔体间的总分配系数。总分配系数（D i）是用岩石中所有矿物的分配系数（K D i）与这些矿物在岩石中的相对质量分数(ωi) 之和来表示。

2．微量元素：微量元素是相对主量元素而言的，指在体系中质量百分比低于0.1%的元素，同时它们在体系的矿物相中不计入化学计量式的组分，不影响所在体系的物理/化学特性，近似服从Henry定律。

3． Eu：表征Eu与REE整体分离程度的参数。其计算公式为：δEu=2Eu n/（Sm n+Gd n）（n 表示相对于球粒陨石标准化）。

4．放射性同位素：能够自发地衰变形成其它核数，最终转变为稳定核数的同位素。

5. 能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，微量元素在两共存相中的活度比为常数。

6. 稳定同位素：不能自发地衰变形成其它同位素或由于衰变期长，其同位素丰度变化可忽略不计的核素。

7. 不相容元素：在一定的温度和压力条件下，在部分熔融或岩浆分异结晶过程中，在固相/熔体相中的总分配系数<<1的微量元素称为不相容元素。

二．简答题

1. 以Rb-Sr同位素衰变体系为例，说明要正确获得样品形成年龄需满足的条件。

答：需满足的三个条件为：（1）研究的一组样品有同时性和同源性，所谓同源性是指每个样品有相同的(87Sr/86Sr)0值。（2）在样品形成后保持Rb-Sr体系封闭，没有与外界发生物质上的交换。（3）所测样品有较为明显的Rb/Sr比值差异，以确保获得一条高质量的等时线。

2. 稀土元素配分图和微量元素蛛网图的具体做法。

答：稀土元素配分图的做法：（1）将样品的稀土元素含量（ppm）分别除以某个标准物质的相应元素值（一般是Sun and Mcdonald，1989发表的球粒陨石或者其他数据，如MORB），得到标准化后的数据。（2）将各稀土元素按照原子序数排列作为横坐标。（3）以标准化后的值作为纵坐标，作图，之后，纵坐标改为对数形式。

微量元素蛛网图的做法：（1）将样品的微量元素含量（ppm）分别除以某个标准物质的相应元素值（一般采用Sun and Mcdonald，1989发表的原始地幔数据），得到标准化后的数据。（2）将微量元素按元素不相容性降低的顺序（即岩浆作用过程中总分配系数增加）排列作为横坐标。（3）以标准化后的值作为纵坐标，作图，之后，纵坐标改为对数形式。

3. 请用图示分析在岩浆结晶分异过程中分配系数K D＝0.1和K D＝4这两个微量元素的地球化学行为，并辅以简单说明。

4. 简述元素总分配系数的涵义；若知Ni 在橄榄石和斜方辉石间的分配系数K Ni ol/opx =3.82 (1025℃,1atm)，某火山熔岩中橄榄石Ni 含量C Ni ol =2000ppm ，计算与其平衡的斜方辉石中Ni 含量。

答：能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，微量组分在两共存相中的活度比为常数。将微量元素在两相之间的活度笔直称之为分配系数（K D ）。

K Ni ol/opx =3.82=C Ni ol / C Ni opx =2000/C Ni opx 得到C Ni opx =2000/3.82=523.6ppm

5. 简述影响同位素组成的主要因素。

答：放射性同位素主要受同位素衰变作用影响：有β-衰变、电子捕获、α- 衰变、重核裂变等；稳定同位素组成变化主要受同位素分馏作用的影响，同位素分馏作用有：物理分馏、动力分馏、平衡分馏、生物化学分馏等。

6. 总结元素分配系数的影响因素。

答：影响元素分配系数的因素包括温度、压力、体系的物质组成、氧逸度及矿物结晶速度等。（1）温度：由能斯特分配定律可知，ln K D =-(ΔH/RT)+B ，可见分配系数与体系的温度导数呈线性关系，温度越高，元素在平衡共存两相中的分配系数趋于减小。（2）压力：多数情况下分配系数主要涉及的物相均为凝结相（固体、熔体和流体），对压力的敏感程度有限。但当体系中出现气相时，压力对分配系数的影响将有所体现。总的来讲，压力的增大会导致元素分配系数的相应增加。（3）体系的组成：岩浆（熔体相）的化学成分变化直接会影响到元素的分配。例如，Cs 、Ba 、Sr 及部分稀土元素在不混熔的基性和酸性熔体中的分配存在较大差异，分配在酸性熔体中的Cs 是基性熔体中的3倍，Ba 、Sr 为1.5倍，其他元素为2.3-4.3倍；火山岩中斜长石中钙长石含量的增加，会引起多数稀土元素尤其是Eu 的分配系数起伏变化，以Eu 为例，随An 含量的增加，其分配系数趋于减少；在平衡的金红石和熔体之间，Nb 元素的分配系数会因熔体中K 2O/(K 2O + Al 2O 3)（摩尔比值）的增加而逐渐降低；再比如，在典型的造岩矿物中如橄榄石、辉石类及石榴石中，稀土元素的分配系数表现出明显的差异，即使在同种矿物内部，稀土元素彼此之间的分配系数也有较大差别。（4）由于不同的氧逸度环境下，变价元素会表现出不同的价态，并进而具有不同的地球化学迁移和分配行为，因此，一般而言，体系的氧化还原环境对元素分配系数的影响主要表现为氧逸度越高，元素的分配系数趋于减小。（5）多数情况下，若矿物结晶速度慢，则有利于元素扩散进入矿物相，结晶速度慢，进入矿物相的元素含量相对较少，因此，矿物结晶速度直接影响元素在矿物体系的分配量和分布特征，并进而影响到元素在矿物与另一相态之间的分配系数。

7. 放射性同位素衰变定律。

答：放射性同位素衰变遵循：（1）衰变作用是发生在原子核内部的反应，反应结果由一种核素变成另一种核素；（2）衰变自发、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、电磁场和原子核存在形式等物理化学条件的影响；（4）衰变前和衰变后核答：分配系数K D ＝0.1（明显小于1）的元素为不相容元素，

随着岩浆结晶程度的增长（F 由1 趋向0），该元素在残余

熔体中富集起来（如图上部曲线），即逐渐增大，理论上可

增至原始岩浆浓度10 倍以上。

分配系数K D ＝4（大于1 ）的元素为相容元素，随着结晶

程度的增加，元素倾向在晶出的矿物中富集，随矿物析出，

而在残余岩浆中逐渐贫化（见图左部曲线）。