地球化學課程作業課程作業一 元素的豐度及分布分配一、 對比元素在太陽系、地球及地殼中豐度特征的異同，并討論之。二、 你認為在地殼中惰性氣體元素豐度的明顯降低是什么因素所致？（請參看教材第46頁，表1.14）三、 根據下列元素地球相對豐度數據，求出各元素地球重量豐度值，并將Mg、Al用Wt%表示，Cu、Zr用ppm表示，Hg、U用ppb表示（Si地球重量豐度=13%）（要求：最后結果Wt%保留兩位有效數字，其它取整數）。MgAlCuZrHgUSi相對豐度1.4221067.2881044.76010266.3249.6910-34.08510-2106原子量24.3126.9863.5591.22200.59238.0328.09 四、 概述研究地殼中元素豐度的意義五、 區域元素豐度的研究意義及主要研究方法六、 元素豐度研究在地球化學研究中的地位課程作業二 元素的結合規律一、 在巖石圈內，下列元素主要表現出哪些親合性質，并舉礦物為例。Fe、Cu、Ni、Au、Ba、Ca、Zn、Nb、Hg二、 釩（V）的克拉值高于硼（B），而硼的礦物種類卻比釩多（包括內生和表生），為什么？三、 在硅酸鹽礦物中檢出下列微量元素，試分析可能被下列微量元素類質同象置換的造巖元素，并加以說明。Rb、Sr、Ga、Ti、Li、Ba、Ge、REE、Pb、Ni、Mn、Sc四、 說明在礦物中不存在下列類質同象置換關系的原因：C4+Si4+ Cu1+Na1+ Sc3+Li1+五、 為什么在堿性長石中常見鉀長石與鈉長石的條紋結構，而在斜長石中則不見這種結構？六、 利用晶體場理論研究過渡金屬離子進入礦物晶格的基本思路是什么？課程作業三 含褐釔鈮礦花崗巖中鈮分配的平衡計算及類質同象分析（專題作業）一、地質資料 某地含褐釔鈮礦花崗巖呈穹隆狀產出，出露面積500多平方公里。侵入時代為石炭二疊紀末。巖體分異良好，可見三個相（見圖），各相特征見表1。該巖體邊緣相有鈮的獨立礦物褐釔鈮礦的工業富集，褐釔鈮礦為巖漿期產物。對中央相，邊緣相的物質成分作進一步研究，得表2資料。根據加權平均計算該巖體的鈮的平均含量為44ppm。巖體分相示意圖1 中央相；2.過渡相， 3.邊緣相；4.花崗巖；5.花崗巖花崗閃長巖表1 花崗巖各相礦物特征相所占面積（%）主要礦物成分含稀有元素的副礦物粗粒黑云母花崗巖（邊緣相）43鉀長石鈄長石石 英黑云母鋯 石褐釔鈮礦獨居石鈦鐵礦粗粒似斑狀黑云母花崗巖（過渡相）36同上鋯 石獨居石褐釔鈮礦中粒似斑狀角閃石、黑云母花崗巖（中央相）21鉀長石鈄長石石 英角閃石黑云母鋯 石鈦鐵礦榍 石表2 中央相、邊緣相礦物、巖石中鈮分配的平衡計算表相礦物成分礦物在巖石中的含量（%）礦物中鈮含量（ppm）按一克巖石計該礦物中鈮含量（g）礦物中鈮含量占巖石中總鈮含量之百分數（%）邊緣相鈮的平均含量為C=58.43(ppm)長石和石英黑云母褐釔鈮礦獨居石鋯 石鈦鐵礦總 計94.4555.50.00690.00610.03130.000810010.45063001001261701540中央相鈮的平均含量為C=36(ppm)長石和石英黑云母角閃石榍 石鋯 石鈦鐵礦總 計87.129.830.02900.02320.02007.31802901861701540二、參考資料：1 礦物成分（通式）黑云母 K(Mg、Fe)3AlSi3O10OH、F2褐釔鈮礦 YNbO4獨 居 石 （Ce、La）PO4鋯 石 ZrSiO4榍 石 CaTiSi2O5鈦 鐵 礦 FeTiO32 某些單礦物分析結果：黑 云 母 Li2O 0.39% TiO2 0.1%褐釔鈮礦 Y2O3 37.03% Ce2O3 2.91% UO2 3.96% ThO2 1.03% Ta2O5 2.50% TiO2 1.51%獨 居 石 TiO2 3.14% ZrO2 0.70% ThO2 3.61% SiO2 3.64% Y2O3 3.53%鋯 石 TiO2 0.98% ThO2 0.49% TR2O3 0.50%3 巖體三個相Ti/Nb比值分別為：中央相 25 過渡相 24 邊緣相 174 鈮在地殼中的豐度20ppm（維諾格拉多夫1962年）三、計算步驟：（表2空欄計算方法）求按一克巖石計，礦物中鈮的含量：如中央相長石和石英中鈮含量為7.3ppm，它們在巖石中占87.12%，則按一克巖石中長石和石英中鈮含量應為：0.87127.3=6.36（g）那么長石和石英中鈮含量占巖石中總鈮含量之百分數為：6.3636100%=17.97%四、作業要求1 計算表2所空各欄2 通過分配平衡計算：指出中央相中鈮含量不足部分的可能去向分析鈮的存在形式3 結合所給的參考資料，計算該巖體中鈮的濃度克拉克值，并說明之。4 分析鈮在一些礦物中的可能的類質同象置換。5 根據Ti/Nb比值在各相的變化，結合各相礦物成分，分析Ti對Nb的富集的影響。課程作業四 元素的地球化學遷移一、某地超基性巖、開始遭受輕微的蛇紋石化，繼而蛇紋石化加強，最后自蛇紋石化轉化為滑石碳酸鹽化。在這一蝕變過程中生成不同的Ni、Fe礦物組合。在弱蛇紋石化超基性巖中形成磁鐵礦（Fe3O4）和鎳鐵礦（Ni3Fe）組合；在中等蛇紋石化巖石中產出磁黃鐵礦（FeS）黃硫鎳礦（Ni3S2）鎳鐵礦（Ni3Fe）組合；繼而在強蛇紋石化石中形成磁鐵礦黃硫鎳礦組合，最后在巖體邊緣形成滑石碳酸鹽蝕變帶中形成磁鐵礦黃硫鎳礦針鎳礦（NiS）組合。試根據礦物組合的更替情況，分析超基性巖蝕變由開始到結束，熱液氧化還原條件變化的趨勢。二、湖南某熱液充填型礦床產于花崗巖中，早階段礦石由螢石、方鉛礦、閃鋅礦和黃銅礦組成，伴隨有黃鐵絹英巖化，而晚階段形成重晶石、方解石、方鉛礦、閃鋅礦（少量）組合，伴隨有碳酸鹽化蝕變。試粗略分析兩個礦化階段氧化還原條件和酸堿度的特征。三、全部溶解的CO2以H2CO3、HCO-3和CO32-三種溶解類型存在，當pH為8.3時，求各溶解類型兩兩比值，并指出何種溶解類型為優勢場。相應的反應和平衡常數：H2CO3 H+HCO-3 K=10-6.4 HCO-3 H+CO23- K=10-10.3四、河南某鉬礦熱液作用期自高溫到低溫有四個礦化階段，各階段主要礦物組合為：1.輝鉬礦黃鐵礦鉀長石石英組合；2.黃鐵礦輝鉬礦石英組合；3.方鉛礦閃鋅礦磁黃鐵礦石英組合；4.磁鐵礦輝鉬礦沸石方解石組合。試分析自熱液早階段晚階段酸堿條件和氧化還原條件的變化趨勢。五、某地區蛇紋石化橄欖巖體中，沿裂隙形成貫入式塊狀磁黃鐵礦（Fe1-xS）鎳黃鐵礦（Ni、Fe）9S8礦石。 在此塊狀硫化鎳礦脈（I）旁的蛇紋石橄欖巖中，由于礦化影響，形成了如圖所示的分帶。內帶（II）寬5m，并出現極稀疏浸染狀的鎳黃鐵礦（Ni、Fe）9S8顆粒；中帶（III）寬15m，為極稀疏浸染狀鎳黃鐵礦和黃硫鎳礦（Ni3S2）分布帶，外帶（IV）寬大40m，在橄欖巖中只見極稀疏的散布著的黃硫鎳礦細粒。經采樣分析知，原始橄欖巖含Ni 0.250.03%，上述各帶蛇紋石化橄欖巖中的Ni含量也為0.250.30%。但上述各帶蛇紋石化橄欖巖中S含量則超過原始未蝕變的橄欖巖中的S含量。并且由礦體向外，含量逐步降低：0.11%0.09%0.07%0.05%進入背景含量。要求：根據上述資料說明硫和鎳的遷移活動情況。由鐵和鎳地球化學性質的差異說明由外帶至內帶，硫化物礦物組合由單純的鎳的硫化物鎳的硫化物+鎳鐵硫化物鎳鐵硫化物變化的原因。（提示：從Ni和Fe的親硫性強弱差異來考慮）。I塊狀礦石脈 內帶（II）礦石組合；鎳黃鐵礦II-IV蛇紋石化橄欖巖 中帶（III）礦石組合；鎳黃鐵礦+黃硫鎳礦（礦化） V蛇紋石化橄欖巖 外帶（IV）礦石組合；黃鎳硫礦（未礦化） （Ni+2、Ni2+）S2 六、亞鐵離子被氧化成赤鐵礦的半反應：2Fe2+3H2O Fe2O3(s)+6H+2e- EH0=+0.72V(1) 當Fe2+濃度為10-6mol時，作出Fe2+Fe2O3在EhpH圖解上的平衡共生線。(2) 假如一小河水（pH=6,Eh=0.47）流過一個表生赤鐵礦體，判斷上述半反應的進行方向，假如達到平衡，水中Fe2+濃度是多少？七、河北某矽卡巖型鉛鋅礦床中，存在有兩個世代的閃鋅礦。早世代閃鋅礦同鏡鐵礦（Fe2O3）共生，閃鋅礦呈淺黃綠色，含鐵極低；晚世代閃鋅礦同磁鐵礦和穆磁鐵礦（Fe3O4，由鏡鐵礦轉變為磁鐵礦形成時介質仍呈赤鐵礦假象）共生，閃鋅礦呈深褐色，且含鐵高。試說明兩種閃鋅礦形成時介質條件的差異，以及兩種閃鋅礦顏色深淺和含鐵量多少不同的原因。（離子半徑RZn2+=0.83; RFe2+=0.82; RFe3+=0.67） 八、在某地表水溶液中，環境氧化還原電位Eh環=0.65(V)介質pH=4，通過計算說明氧化還原反應：U4+2H2OUO22+4H+2e- (Eh0=0.407)在上述條件下鈾主要以什么價態形式存在？九、V3+氧化為V4+，Mn2+氧化為Mn3+的反應為：V2O3（固）+H2O（液） V2O4（固）+2H+（液）+2e-2MnO（固）+H2O（液） Mn2O3（固）+2H+（液）+2e-利用熱力學數據計算及編制上述反應在EhpH圖解中的平衡線，指出在堿性條件下，V3+和Mn2+哪一個首先被氧化。熱力學參數 G0298（KJ/mol）MnO（固）362.84 Mn2O3（固）879.05 V2O3（固）1139.19V2O4（固）1318.38 H2O（液）237.19 H+（液）0十、菱鎂礦的分解反應為： MgCO3 MgO+CO2 當PCO2為1atm時，反應達到平衡的溫度為410,計算溫度為500, 600, 700, 800, 時該反應的PCO2，并編制T（）PCO2圖解（假定）H反=常數，CO2具理想氣體特征）。 熱力學參數 G0298（KJ/mol）MgCO3：1113.28 MgO：601.66 CO2：393.51十一、硫化物礦床氧化帶可以存在如下反應： Cu2O+ S2(g) Cu2S+O2(g) 赤銅礦 輝銅礦現給出有關物質熱力學參數G0f（KJmol-1）:Cu2O：-146.532 S2：-79.998Cu2S：-86.751 O2：O(1) 求出在25條件下lnfO2lnfs2的熱力學關系式：(2) 當氧化帶fs2=3.6510-16（Pa），要發生氧化反式，fs2至少要大于多少？(3) 在地表氧分壓（請查有關資料）條件下，上述反應應朝什么方向進行？課程作業五 地質作用過程中元素遷出、帶入的定量計算（專業作業）一、巴爾特化學計算法：（一）計算程序及方法1把分析結果重量百分數換算成陽離子數：2算出與各陽離子結合的氧離子數：根據Si、Ti二氧化物分子式，每個硅和鈦原子與二個氧原子相結合，則它們的氧離子數為Si、Ti離子數的2倍；Al3+、Fe3+、(Cr3+、Ti3+等同)氧化物中，它們的氧離子數等于這些離子數的一倍半；二價元素（Fe2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Ni2+、CO2+等），其氧離子數等于該元素的離子數；與堿金屬元素（Na1+、K1+、Li1+等）結合的氧離子數為該元素離子數的一半；與H+結合的氧離子數計算根據二條原則：其一，若全部H+組成（O H-），則與氫結合的氧離子數等于全部氫離子數；其二；水在礦物中構造分子，則與H+結合的氧離子數等于氧離子數的1/2。3求出氧離子數總和；4算出各元素在單位晶胞中的離子數，以氧離子數總和除以1600，得出單位晶胞系數。將此系數分別乘以各氧化物中的離子數，得出在單位晶胞中的各陽離子數；5根據算出的單位晶胞中的各陽離子數，書寫出巖石化學公式。6對二種或多種巖石計算所得的巖石化學公式，比較其各個系數的差別，確定各個元素帶入或帶出的量。（二）計算練習：以巴爾特化學計算法確定某斑巖銅礦床圍巖蝕變過程中組分的遷移量。該斑巖銅礦產于花崗閃長斑巖中，花崗閃長斑巖（I）蝕變后形成以下幾個蝕變帶：鉀長石化帶（II）、水云母伊利石化帶（）、石英絹云母水白云母化帶（IV）。原始花崗閃長斑巖及各帶蝕變巖石的化學分析結果列于下表中，試以巴爾特計算法確定蝕變過程中各組分的遷移量。將計算結果作圖，并討論之。二、以單位體積重量法確定某中低溫蝕變過程中組分的遷移量。（單位體積100cm3計。）（一）計算方法；1測定巖石的體重；2 巖石中各組分的百分含量（化學分析結果）分別乘以該巖石的體重，得到單位體積內組分重量：（計算過程中常以100cm3作為單位體積）3 對比交代前后單位體積巖石中組分重量，得出各組分的帶入或帶出的量。（二）計算練習：礦床原始圍巖為中粒黑云母花崗巖（I），蝕變形成以下各帶：赤鐵礦硅化帶（II）；伊利石化帶（III）；蒙脫石化帶（IV）；高嶺石化帶（V）。原始黑云母花崗巖及各帶蝕變巖石的化學分析結果列于下表中，試用單位體積重量法確定各帶蝕變過程中組份的遷移量。作圖，并討論之。項目巖石SiO2TIO2Al2O3Fe2O3FeOMnOCaOMgOK2ONaO2P2O5H2O各帶巖石化學成分%IIIIIIIV66.1367.5168.0075.700.360.280.200.3815.6011.8111.6313.821.831.413.801.292.053.084.351.110.010.120.080.092.892.810.500.861.621.701.181.383.285.052.963.453.841.710.120.340.160.110.060.131.722.383.660.23標準體積巖石中的陽離子數IIIIIIIV巖石化學公式IIIIIIIV標準體積巖內元素帶出（一）和帶入（+）之原子數IIIIIIV項目巖石SiO2TIO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OH2O+P2O5F體重（g/cm3）各帶巖石化學成分(重量%)IIIIIIIVV72.986.3875.1472.6775.430.100.040.090.100.1312.465.6212.6412.4411.701.040.850.861.150.981.841.271.131.571.840.050.040.03_0.051.230.720.491.140.240.970.130.180.380.682.800.120.320.721.805.002.027.465.504.720.731.681.611.961.360.030.020.040.070.020.070.090.080.100.052.6412.6332.5442.5152.505各帶單位體積內（100cm3）組分含量（g）IIIIIIIVV各蝕變帶組分帶出（-）帶入（+）量IIIIIIVV課程作業六 微跡元素地球化學一、夏威夷火山熔巖中，共生橄欖石和普通輝石樣品經電子探針分析含Ni量（ppm）為：樣 號No168No190橄 欖 石普通輝石17608501480360計算Ni在共生橄欖石（Ol）和普通輝石（Py）的分配系數（K）。并根據OlPy礦物對溫度計計算熔巖形成溫度。二、指出平衡常數，分配系數，元素比值之間有何差異？三、某原始巖漿中Ni含量為400ppm, Cu為250ppm，總分配系數DNi=2.6, DCu=0.45, 根據分異結晶模型，試求出：1 當1一F分別為0.3、0.6、0.9時，殘余熔漿中Ni、Cu含量各為多少？2 Ni、Cu是否可通過巖漿分異結晶方式使其濃度達到工業品位（Ni=0.3%, Cu=0.4%）3 根據上述結果，你認為Ni、Cu要形成有價值工業礦床（巖漿型或熱液型），需要什么特殊成礦條件？四、某地有兩個花崗巖體，經采樣，測得La、Sm含量（ppm）分別為：花崗巖A 花崗巖B樣 品1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 La7.5 11.0 33.1 38.2 20.5 27.442.3 50.2 38.4 30.8 68.5 Sm6.0 4.5 5.8 6.2 6.1 5.8 8.4 10.1 7.9 5.97 13.9計算并作La/SmLa圖，根據作圖分析這兩個花崗巖在巖漿作用上的差異。五、如果根據角閃巖類中的兩類元素組合，一類：Al、Zr、Ga、Nb、Ba、Sr, 另一類：Cr、Ni、Co、V、Sc分析角閃巖的正或副變質特征，那么，相對于正或副角閃類，在上述兩類元素的含量、相關關系上應表現出什么樣的特征？六、在沉積巖中，常用B、Sr/Ba來判別巖層沉積環境為海相還是陸相。試根據B、Sr、Ba在沉積過程中地球化學行為，說明其判別依據。七、將下列兩火山巖樣品的稀土元素數據進行球粒隕石標準化，然后作REE標準化組成圖，并根據圖形和有關REE參數（自己選擇）說明兩樣品的差異。（球粒隕石REE選用教材P199，表5-5中推薦值）LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu樣品A樣品B2.7538.247.3667.371.097.886.2323.712.013.960.710.552.822.590.610.453.801.360.920.282.580.620.540.102.990.560.590.08課程作業七 同位素地球化學一、分析自然界引起同位素組成變化的原因。二、某巖體的四個全巖樣品分析結果如下：樣品87Rb/86Sr87Sr/86Sr12340.15640.07550.2160.3280.70680.70370.70910.7113用最小二乘回歸法，將以上數據擬合成一條直線，確定這一巖石的年齡和鍶初始比值，并分析這一巖體可能的源區。三、在碎屑巖、碳酸鹽巖、泥質巖互層的沉積地層中進行Rb-Sr等時線成巖年齡測定工作，應采集什么巖石樣品？為什么？應如何采樣？四、已知某變質巖中鋯石的測定結果如下：鋯石樣品編號（）（）（）*10.500215.930.2376820.543418.770.2594430.564520.000.26630 算出t206、t207、t207/208年齡值（t207/208用內插法）判斷這三個鋯石是否屬一致年齡，如果不是，把它們標在一致曲線上，擬合成一條直線，求出上交點和下交點的年齡值，并指出其意義。五、簡述40Ar/39Ar法比K/Ar法的優越之處。六、已知某石英二長巖的年齡為122Ma，實測同位素比值為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/144