岩石地球化学-结课作业答案(原著-可直接交)-中国地质大学

2013《岩石地球化学》开卷考试题目
一、元素分配系数的定义及其测定方法(20分)。

在温度、压力一定的条件下，微量元素在两相平衡分配时其浓度比为一常数K D，K D即为分配系数。

在一定浓度范围内分配系数与微量元素的浓度无关，只与温度、压力有关。

根据能斯特定律，分配系数需测定平衡体系中固相和液相两部分的微量元素浓度，目前常用直接测定法和实验测定法。

直接测定法即直接测定地质体中两平衡共存相的微量元素丰度，再按能斯特分配定律计算分配系数。

实验测定法是用化学试剂合成与天然岩浆成相似的玻璃物质；或者直接采用天然物质作为初始物质，实验使一种矿物和熔体或两种矿物间达到平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定元素在两相中的浓度，得出分配系数。

二、举例说明何谓相容元素和不相容元素(20分)。

相在岩浆或热液中的某些微量元素(如Cr、Ni、Co、V等)。

在矿物结晶过程中趋向于在早期固相中富集。

因其浓度低，不能形成独立矿物，但其离子半径、电荷、晶体场等晶体化学性质与构成结晶矿物的主要元素相似，故在固——液相反应或平衡中易于呈类质同象形式进入有关矿物相。

其固——液相分配系数明显大于1。

元素的相容性可因结晶条件的不同而改变。

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(如Sn、Li、Rb、Sr、Cs、Be、Ba、Zr、Hf、Nb、Ta、Th、U和稀土元素)。

因其浓度低，不能形成独立矿物相。

因
受其离子半径、电荷和化合键所限，很难进入造岩矿物晶体结构中，而在残余岩浆或热液中相对富集。

其固-液相分配系数近于零。

元素的不相容性可因结晶条件的不同而改变。

三、Rb-Sr同位素定年的方程、等时线年龄测定的原理及其适用的岩石类型(20
分)。

Rb-Sr法测定地质年龄的原理基于87Rb经过一次β衰变生成稳定的87Sr，即：
87Rb→87Sr+β‾+v+E
式中：β‾表示负电子；v为反中微子；E为衰变能。

设含有初始(87Sr)0，根据衰变定律：
87Sr=(87Sr)0+87Rb(eλt-1)
用稳定同位素86Sr作为一个常数除式中每一项，得：
(87Sr/86Sr)S=(87Sr/86Sr)0+(87Rb/86Sr)S(eλt-1)
此公式为Rb-Sr测定年龄的基本公式，下标0为初始值，下标S为样品中的值。

则可得出年龄方程：
t=(1/λ)ln{1+[(87Sr/86Sr)S-(87Sr/86Sr)0]/ (87Rb/86Sr)S }
λ为衰变常数，t为年龄。

Rb-Sr等时线年龄测定方法是为了避免初始锶同位素比值的估计引起的误差，其原理是：假设所研究的一组样品具有同时性和同源性；岩石或矿物形成时Sr同位素组成在体系内是均一的，因而有着相同的87Sr/86Sr 初始同位素比值；体系内化学成分不均一，Rb/Sr比值有差异；自结晶以来，Rb、Sr保持封闭，没有与外界发生物质交换。

在这个前提下，将上述的基本公式写成：
y=ax+b
式中y=(87Sr/86Sr)S，x=(87Rb/86Sr)S，a= eλt-1，b=(87Sr/86Sr)0，可作一次线性方程图，从而求出年龄。

Rb-Sr等时线法主要适用于测定基性、中性和中酸性岩浆岩的形成年龄。

Rb-Sr同位素等时线图
四、请列表描述大洋岩石圈地幔的主要端元及其Pb-Sr-Nd同位素特
征(20分)。

端元Rb/Sr同位素Sm/Nd同位素Pb同位素
DM 低Rb/Sr,低Sr比值高Sm/Nd和Nd比值
εNd为>+10 低U/Pb、Th/Pb，Pb的三个比值都很低
206Pb/204Pb＝17.2-17.7 207Pb/204Pb＝15.4
208Pb/204Pb＝37.2-37.4
HIMU 低Rb/Sr,
低87Sr/86Sr (＝0.7029) 中等Sm/Nd,
143Nd/144Nd (＝0.51285) (标
准化数值为146Nd/144Nd＝
0.7129)
εNd为>+4－+6
高U/Pb,
极高的
206Pb/204Pb(>20.5-21.5)
高207Pb/204Pb
高208Pb/204Pb
五、请根据个人实际，谈谈你学习本课程的体会和建议(20分)。

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