课程作业一元素的丰度及分布分配

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？
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
钾长石
钭长石
21
石英
角闪石
黑云母
含稀有元素的副矿物 锆石 褐钇铌矿 独居石 钛铁矿 锆石 独居石 褐钇铌矿 锆石 钛铁矿 榍石
相
边缘相
铌的平均 含量为 C=58.43(ppm)
中央相铌的平 均含量为 C=36(ppm)
表 2 中央相、边缘相矿物、岩石中铌分配的平衡计算表
矿物成分
矿物在岩石 中的含量
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。
（%）
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（%）
长石和石英
94.455
10.4
黑云母
5.5
506
褐钇铌矿
0.0069
300100
独居石
0.0061
126
锆石
0.0313
170
钛铁矿
0.0008
1540
总计
100
长石和石英
87.12
7.3
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%
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。
九、V3+氧化为 V4+，Mn2+氧化为 Mn3+的反应为：
V2O3（固）+H2O（液） 2MnO（固）+H2O（液）
V2O4（固）+2H+（液）+2eMn2O3（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。
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：
H2CO3
H++HCO-3
K=10-6.4
HCO-3
H++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。
5 3
4
1
2
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
相 粗粒黑云母花岗岩
（边缘相）
粗粒似斑状 黑云母花岗岩 （过渡相） 中粒似斑状 角闪石、黑云母
花岗岩 （中央相）
表 1 花岗岩各相矿物特征
所占面积（%）
主要矿物成分
钾长石
43
钭长石
石英
黑云母
36
同上
3.64%
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）
（未矿化） 六、亚铁离子被氧化成赤铁矿的半反应：
（Ni+2、Ni2+）S2
2Fe2++3H2O
Fe2O3(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
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 Ni 0.25~0.03%，上述各带蛇纹石化橄榄岩中的 Ni 含量
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
热力学参数 ΔG0298（KJ/mol） MgCO3：—1113.28 MgO：—601.66 CO2：—393.51 十一、硫化物矿床氧化带可以存在如下反应：
1
Cu2O+ S2(g)
2
赤铜矿
1
Cu2S+ O2(g)
2
辉铜矿
现给出有关物质热力学参数ΔG0f（KJ·mol-1）: Cu2O：-146.532 S2：-79.998 Cu2S：-86.751 O2：O (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？
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）。
内中
外
带带
带
ⅠⅡ Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
5米 15米
40米
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
热力学参数 ΔG0298（KJ/mol）
MnO（固）—362.84 V2O4（固）—1318.38
Mn2O3（固）—879.05 H2O（液）—237.19
V2O3（固）—1139.19 H+（液）0
十、菱镁矿的分解反应为：
MgCO3
MgO+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）。
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
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。
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？
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）。
Mg
Al
Cu
Biblioteka BaiduZr
Hg
U
Si
相对丰度 1.422×106 7.288×104 4.760×102 66.324 9.69×10-3 4.085×10-2 106
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。
黑云母
9.8
180
角闪石
3
290
榍石
0.0290
186
锆石
0.0232
170
钛铁矿
0.0200
1540
总计
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：
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
黑 云 母 Li2O 0.39% TiO2 0.1% 褐钇铌矿 ΣY2O3 37.03% ΣCe2O3 2.91% UO2 3.96% ThO2 1.03%
Ta2O5 2.50% TiO2 1.51% 独 居 石 TiO2 3.14% ZrO2 0.70% ThO2 3.61% SiO2
ΣY2O3 3.53% 锆 石 TiO2 0.98% ThO2 0.49% ΣTR2O3 0.50% 3． 岩体三个相 Ti/Nb 比值分别为：